ФРАКТАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ

Рассмотрены методы идентификации процессов (сетевого трафика) в компьютерных сетях. Получены статистические характеристики моделей сетевого трафика. На основании этих моделей разработаны методы прогнозирования и сформулированы предложения по управлению пропускной способностью в компьютерных сетях.
Пособие предназначено для специалистам по компьютерным сетям и системам, а также студентам старших курсов, обучающимся по специальностям "Информатика и вычислительная техника" и "Сети ЭВМ и телекоммуникация".

Содержание

Предисловие

Введение

1. Фрактальные процессы. Основные понятия и способы их описания

2. Моделирование сетевого трафика случайным точечным процессом

2.1. Методы формирования моделей

2.2. Случайные точечные процессы. Методы определения статистик

2.3. Статистики и фундаментальные параметры сетевого трафика

2.4. Параметризация сетевого трафика

3. Моделирование сетевого трафика фрактальным броуновским движением

4. Прогнозирование и управление пропускной способностью в компьютерных сетях

5. Методы управления сетевыми ресурсами

6. Экспериментальные исследования статистических характеристик сетевых процессов

Список литературы

В связи с тенденциями интеграции различных телекоммуникационных приложений на основе универсальной сетевой инфраструктуры передачи данных актуальными задачами становятся разработка методов анализа и синтеза информационно-управляющих систем, построенных с использованием современных компьютерных технологий. Предлагаемая работа посвящена одному из важных аспектов развития таких методов: исследованию процессов в компьютерных сетях, их идентификации и формированию на базе полученного математического описания моделей этих процессов управления сетевым трафиком. Сложность решения такой задачи состоит в том, что сетевые процессы в современных компьютерных сетях имеют случайных характер. Анализ результатов многочисленных экспериментов по исследованию сетевых процессов показывает, что переход к технологии пакетной коммутации и создание интегрированных информационных приложений сопровождается появлением сложных явлений, исследование которых может быть проведено в рамках теоретико-вероятностных подходов. Быстрый научно-технический прогресс в области создания и внедрения информационно-управляющих систем, а также необходимость эффективной и надежной их работы стимулировал интерес к исследованиям теоретических проблем статистического моделирования и управления сетевым трафиком. К сожалению, большинство публикаций на эти темы носит узкоспециальный характер, а отсутствие учебно-методических работ существенно ограничивает круг специалистов, принимающих участие в обсуждении данной актуальной научно-технической проблемы. В предлагаемой работе предпринята попытка систематизировать разбросанные по журнальным статьям сведения по статистическим методам описания процессов в компьютерных сетях. В нее также включены оригинальные разработки, выполненные авторами на кафедре "Телематика" СПбГТУ и в Центральном научно-исследовательском и опытно-конструкторском институте робототехники и технической кибернетики.

Компьютеры и компьютерные сети являются неотъемлемыми компонентами современных технологий управления и производства. В настоящее время их основные ресурсы - производительность процессоров и пропускная способность линий связи - даже для настольных компьютерных систем сравнима с характеристиками супервычислителей начала 90-х годов. Возросшие вычислительные и коммуникационные возможности компьютеров стали предпосылкой для создания нового класса интегрированных сетевых приложений: видеоконференций, интернет-телефонии, анимации в реальном времени, распознавания голоса, распределенных вычислений, интерактивной графики, виртуальной реальности и др. Все перечисленные выше приложения функционируют в интегрированной сетевой среде и используют методы пакетной коммутации. Созданная совокупность сетевых устройств, протоколов и средств управления составляют основу интегрированной среды обработки, хранения и передачи данных - распределенной инфраструктуры современных компьютерных телекоммуникаций. В результате компьютерные технологии, развиваясь из концепции "компьютер - это сеть", получили инверсную, хотя и менее лаконичную формулировку "сеть - это распределенное вычислительное устройство для обработки и передачи пакетного трафика". В такой сети взаимодействие между устройствами или приложениями осуществляется путем создания виртуальных соединений, на управление которыми заметное влияние оказывают особенности сетевой структуры и случайное поведение сигналов в сети.

Экспериментальные исследования этих сигналов, анализ многочисленных измерений информационных потоков на пакетном уровне указывает на специфическую природу процессов в компьютерных сетях, не укладывающуюся в традиционные рамки известных случайных моделей. Характерным для описания процессов передачи данных пакетным трафиком являются обнаруженные на практике свойства самоподобия или масштабной инвариантности статистических характеристик. В современной научной литературе эти свойства связывают с особым классом физических процессов - фрактальными процессами. Поэтому формирование математических моделей, по возможности, адекватно отражающих свойства фрактальных процессов в сетях, является одной из приоритетных задач при решении общей проблемы повышения эффективности управления в компьютерных телекоммуникационных системах.

Полную версию пособия можно взять по адресу: http://www.neva.ru/conf/books/book.zip