ИМИТАТОР СЕТЕВОГО ТРАФИКА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

П.А. Будко

доктор технических наук, профессор ПАО «Интелтех»

Д.Н. Рыжкова

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Ж.О. Карпова

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Д.В. Воронина

Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого

ИМИТАТОР СЕТЕВОГО ТРАФИКА

АННОТАЦИЯ. Предложена схемная реализация имитатора сетевого трафика и блока коррекции параметров трафика, которые могут быть использованы при моделировании и испытании телекоммуникационных систем на этапе их проектирования.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: анализ сетевого трафика, генератор шума, коррекция параметров трафика, режимы работы имитатора, классификация трафика

Введение

Известны генераторы искусственного трафика [1—3], к недостаткам которых можно отнести малый класс генерируемых случайных импульсных последовательностей, не позволяющий имитировать различные виды трафика современных телекоммуникационных сетей (ТКС), а также сильную зависимость генерируемых последовательностей от исходного сигнала, поскольку получаемые в результате преобразования импульсы имеют плотность вероятностей исходного сигнала в виде случайных по амплитуде периодических импульсов. Известны блоки контроля и коррекции параметров [4—5], недостатками которых является ограниченное число регулируемых параметров для выработки необходимой реакции системы, что ограничивать спектр возможного моделирования ТКС. Целью разработки имитатора сетевого трафика (ИСТ) и блока коррекции (БК) его параметров является расширение спектра моделирования видов сетевого трафика современных ТКС.

1. Разработка имитатора сетевого трафика

Технический результат в предлагаемом ИСТ достигается тем, что в его состав входят элементы,

представленные на функциональной схеме рис. 1: блок коррекции параметров трафика 2 (БК), первый 3 (ГШ1) и второй 4 (ГШ2) генераторы шума; первый 5 (ЭВХ1) и второй 6 (ЭВХ2) элементы выборки и хранения; первый 7 (ЭС1) и второй 8 (ЭС2) элементы сравнения; перестраиваемый генератор тактовых импульсов 9 (ГТИ); генератор линейно-изменяющегося напряжения 10 (ГЛИН); первая 11 (ЛЗ1), вторая 12 (ЛЗ2) и третья 13 (ЛЗЗ) регулируемые линии задержки; первый 14 (ЭК1) и второй 15 (ЭК2) электронные ключи; управляющий элемент 16 (УЭ).

Причем выходы ГШ1 3 и ГШ2 4 подключены к первым входам соответственно ЭВХ1 5 и ЭВХ2 6, выходы которых подключены к первым входам соответственно ЭС1 7 и ЭС2 8 элементов сравнения, к вторым входам которых подключен выход ГЛИН 10, вход которого объединен с выходом перестраиваемого ГТИ 9 и вторыми входами ЭВХ1 5 и ЭВХ2 6, а также с вторыми входами ЭК1 14 и ЭК2 15 и присоединен к информационному входу ЛЗ2 12.

Выход ЭС1 подключен к первым входам ЭК1 и ЭК2 и к информационному входу ЛЗ1, выход которой подключен к четвертым входам ЭК1 и ЭК2. Выход ЛЗ2 подключен к пятым вхо-

«Сетевой трафик»

Рис. 1

дам ЭК1 и ЭК2. Выход ЭС2 подключен к третьим входам ЭК1 и ЭК2 и к информационному входу ЛЗ3, выход которой подключен к шестым входам ЭК1 и ЭК2. Управляющие входы ЭК1 и ЭК2 подключены к управляющим выходам соответственно «Фронт» и «Спад» БК. Управляющие входы ЛЗ1, ДЗ2 и ЛЗ3 соответственно подключены к управляющим выходам «Задержка 1», «Задержка 2» и «Задержка 3» БК. Управляющие входы ГШ1 и ГШ2 объединены и подключены к управляющему выходу «Закон распределения» БК. Входы включения ГШ1 и ГШ2, перестраиваемого ГТИ и ГЛИН объединены и подключены к управляющему выходу «Включение» БК. Управляющий вход перестраиваемого ГТИ подключен к управляющему выходу «Скорость трафика» БК, информационный выход которого «Сетевой трафик» подключен к ТКС. Выходы соответственно ЭК1 и ЭК2 подключены к первому и второму входам УЭ, информационный выход которого подключен к управляющему входу «Имитационный трафик» БК и к выходу ИСТ в ТКС.

ГШ1 и ГШ2 предназначены для формирования (генерации) случайных сигналов с основ-

ными законами распределения. ЭВХ1 и ЭВХ2 предназначены для получения мгновенных значений напряжения из случайных сигналов (формируемых ГШ) в данный момент времени. ЭС1 и ЭС2 предназначены для сравнения значений напряжений сигналов, подаваемых на их входы. Перестраиваемый ГТИ предназначен для генерирования тактовых импульсов с различным периодом следования. ГЛИН предназначен для формирования пилообразного напряжения. ЛЗ1, ЛЗ2 и ЛЗ3 предназначены для обеспечения регулированной временной задержки сигнала, подаваемого на их входы. ЭК1 и ЭК2 предназначены для переключения видов формируемых импульсных последовательностей. При этом назначение ЭК1 состоит в формировании фронтов импульсов, а назначение ЭК2 — в формировании спадов импульсов имитационного трафика. Они содержат по шесть информационных и одному управляющему входам, а также по одному информационному выходу. УЭ предназначен для формирования выходного имитационного трафика. Он представляет собой известный RS-триггер.

2. Разработка блока коррекции параметров трафика

Блок коррекции параметров трафика 2, схема которого показана на рис. 2, предназначен для анализа сетевого трафика, анализа имитационного трафика, сравнения имитационного трафика с эталонными моделями и коррекции основных параметров имитационного трафика в соответствии с результатами этого сравнения. Он включает в свой состав: модуль эталонных моделей 2.1 (МЭМ), модуль коррекции 2.2 (МК), модуль настройки 2.3 (МН) и модуль электропитания 2.4 (МЭ). При этом первый выход МЭМ соединен с первым входом группы управляющих входов «Параметры трафика» МК, а шестой выход с управляющим входом «Эталонный трафик» МН, первый выход которого соединен с первым входом группы управляющих входов «Коррекция трафика» МК, а шестой выход с управляю-

щим входом «Вид трафика» МЭМ, первый вход которого является информационным входом «Сетевой трафик» БК. Управляющий вход «Имитационный трафик» МН является одноименным входом БК, а управляющий выход «Закон распределения» МК является одноименным выходом БК. При этом МЭМ состоит из платы измерения параметров трафика 2.1.1 (ПИПТ), платы анализа вида трафика 2.1.2 (ПАВТ) и платы хранения эталонных моделей трафика 2.1.3 (ПХЭМТ). МК состоит из платы управления законом распределения 2.2.1 (ПУЗР), платы управления периодом следования тактовых импульсов 2.2.2 (ПУПСТИ), платы управления задержкой 2.2.3 (ПУЗ), платы управления фронтом импульса 2.2.4 (ПУФИ) и платы управления спадом импульса 2.2.5 (ПУСИ). МН состоит из платы настройки вида имитационного трафика 2.3.1 (ПНВИТ) и платы анализа имитационного

трафика 2.3.2 (ПАИТ). Причем информационный вход «Сетевой трафик» МЭМ подсоединен к входу ПИПТ, первый-пятый выходы которой объединены в группу управляющих выходов «Параметры трафика» и параллельно соединены с первым-пятым входами ПАВТ и ПХЭМТ, а каждый из них, образуя группу управляющих входов «Параметры трафика» МК, поочередно соединен с первыми входами ПУЗР, ПУПСТИ, ПУЗ, ПУФИ и ПУСИ. Их выходы являются соответственно управляющим выходом «Закон распределения», управляющим выходом «Скорость трафика», группой управляющих выходов «Задержка», состоящей из управляющих выходов «Задержка 1», «Задержка 2», «Задержка 3», а также управляющим выходом «Фронт» и управляющим выходом «Спад» МК и БК. Вторые входы данных плат соответственно соединены с первым-пятым выходами МН, являющимися группой управляющих выходов «Коррекция трафика» ПАИТ, управляющий вход «Имитационный трафик» которой соединен с одноименным входом МН и БК, а ее управляющий вход «Эталонный трафик» является одноименным входом МН и соединен с выходом ПХЭМТ МЭМ, шестой и седьмой входы которой соединены с выходами ПАВТ и ПНВИТ. МЭ в свою очередь соединен со всеми платами БК и имеет внешний управляющий выход «Включение».

МЭМ 2.1 предназначен для анализа и измерения основных параметров трафика, поступающего из ТКС 1 и хранения эталонных моделей трафика. МК 2.2 предназначен для управления и корректировки основных параметров имитируемого трафика. МН 2.3 предназначен для управления настройкой основных видов имитационного трафика и сравнения сформированного имитационного трафика с эталонными моделями. МЭ 2.4 предназначен для обеспечения электропитанием как плат модулей БК 2, так и ГШ1 3 (рис. 1) и ГШ2 4, перестраиваемого ГТИ 9 и ГЛИН 10 ИСТ.

В свою очередь, МЭМ 2.1 (рис. 2) включает:

ПИПТ 2.1.1, предназначенную для измерения основных параметров а, в, у, ..., поступающего из ТКС (рис. 1) реального сетевого трафика в режиме on-line. К основным параметрам сетевого трафика и качеству его обслуживания (Quality of Service — QoS) можно отнести такие как задержка (delay), джиттер (jitter) и потери пакетов (packet loss). Также, например, для сетей АТМ основными измеряемыми параметра-

ми являются: Peak Cell Rate (PCR) — максимальная скорость передачи данных; ustained Cell Rate (SCR) — средняя скорость передачи данных; Minimum Cell Rate (MCR) — минимальная скорость передачи данных; Maximum Burst Size (MBS) — максимальный размер пульсации; Cell Loss Ratio (CLR) — доля потерянных ячеек; Cell Transfer Delay (CTD) — задержка передачи ячеек; Cell Delay Variation (CDV) — вариация задержки ячеек. В связи с чем множество основных измеряемых параметров сетевого трафика остается открытым (а, ß, y, ...) для различных ТКС и применяемых сетевых технологий;

ПАВТ 2.1.2 (рис. 2), предназначенного для определения вида трафика, поступающего из ТКС по его измеренным основным параметрам а, ß, у, ..., путем их сравнения с установленными пороговыми значениями апор, ß^, упор, ... для каждого n-го вида трафика, n = А, В, С, .... При этом весь сетевой IP-трафик на уровне пакетов делится на две основные составляющие: сигнальный трафик — трафик сигнальных сообщений, передаваемых для установления, изменения и разрушения сеанса связи между узлами в пакетной сети; медиатрафик — трафик передачи информации пользователей (голос, видео и данные);

ПХЭМТ 2.1.3, представляющую из себя массив данных, в котором сохраняются эталонные модели основных видов трафика.

МК 2.2 включает в себя:

ПУЗР 2.2.1, предназначенную для управления и корректировки законом распределения генерируемых сигналов (случайных величин) ГШ1 и ГШ2 (рис. 1) ИСТ. При этом случайные сигналы (шумы) Щ

и U| i1с средней амплитудой иср подчиняются одному из основных законов распределения случайной величины — А(а0, ßö, yö), В(аь, ßb, Yb) или C(аc, ßс,

Yc),

определяемый одним из трех эквивалентных способов — по независимым моментам времени появления событий а, по независимым длительностям интервалов между моментами появления двух смежных событий ß или по количеству наступления событий в течение заданных промежутков времени Y;

ПУПСТИ 2.2.2 (рис. 2), предназначенную для управления и корректировки скорости генерации искусственного трафика путем изменения в перестраиваемом ГТИ (рис. 1) частоты следования тактовых импульсов Fra;

ПУЗ 2.2.3 (рис. 2), предназначенную для управления ЛЗ1, ЛЗ2 и ЛЗ3 (рис. 1) путем раздельной корректировки задержки моментов времени начала фронта (переднего фронта) импульса на величину ТфИ, задержки моментов времени начала спада (заднего фронта) импульса на величину тСИ и задержки тактовых импульсов на величину тТИ, причем ТфИ ф тти ф тси;

ПУФИ 2.2.4 (рис. 2), предназначенную для выработки управляющих сигналов в двоичном коде по управлению ЭК1 (рис. 1). При этом используемые команды управления представлены в столбце 4 рис. 7;

ПУСИ 2.2.5 (рис. 2), предназначенную для выработки управляющих сигналов в двоичном коде по управлению ЭК2 (рис. 1). При этом используемые команды управления представлены в столбце 5 рис. 7.

МН 2.3 (рис. 2) включает в себя:

ПНВИТ 2.3.1, позволяющую осуществлять выбор основных видов имитационного трафика программно через интерфейс оператора.

ПАИТ 2.3.2, предназначенного для сравнения параметров имитационного трафика, поступающего с выхода ИСТ (с выхода УЭ, рис. 1) с эталонным трафиком (по параметрам его модели), поступающего с ПХЭМТ 2.1.3 МЭМ (рис. 2).

БК 2 может быть реализован в виде процессора. При этом он снабжен: входным портом П1 (рис. 1, 2), осуществляющим информационный вход «Сетевой трафик» из ТКС; выходным портом П2, осуществляющим управляющий выход «Включение», соединенным с первыми управляющими входами ГШ1 и ГШ2, перестраиваемым ГТИ и ГЛИН, обеспечивая подключение электропитания к данным генераторам; выходным портом П3, осуществляющим управляющий выход «Закон распределения», соединенным с вторыми управляющими входами ГШ1 и ГШ2, обеспечивая выбор закона распределения генерируемых случайных шумовых сигналов; выходным портом П4, осуществляющим управляющий выход «Скорость трафика», соединенным с вторым управляющим входом перестраиваемого ГТИ, обеспечивая изменение периода следования тактовых импульсов; группой управляющих портов П5, П6 и П7, осуществляющей соответственно управляющие выходы «Задержка 1», «Задержка 2» и «Задержка 3», соединенные с управляющими входами ЛЗ1, ЛЗ2 и ЛЗ3, обеспечивая управление величинами

временной задержки момента образования фронта импульса, тактового импульса и момента образования спада импульса; выходным портом П8, осуществляющим управляющий выход «Фронт», соединенным с управляющим входом ЭК1, обеспечивая подключение одного из его шести информационных входов на информационный выход; выходным портом П9, осуществляющим управляющий выход «Спад», соединенным с управляющим входом ЭК2, обеспечивая подключение одного из его шести информационных входов на информационный выход; входным портом П10, осуществляющим управляющий вход «Имитационный трафик», соединенный с выходом УЭ ИСТ на ТКС, обеспечивая цепь коррекции сформированного имитационного трафика (цепь обратной связи).

Причем информационный вход «Сетевой трафик» ИСТ является входным портом П1, информационным входом БК (рис. 1, 2) и МЭМ, подсоединен к входу ПИПТ (рис. 2), первый-пятый выходы которой объединены в группу управляющих выходов «Параметры трафика» МЭМ и параллельно соединены с первым-пятым входами ПАВТ и ПХЭМТ, а каждый из них, образуя группу управляющих входов «Параметры трафика» МК, поочередно соединен с первыми входами ПУЗР, ПУПСТИ, ПУЗ, ПУФИ и ПУСИ, выходы которых являются соответственно управляющим выходом «Закон распределения» порт П3, управляющим выходом «Скорость трафика» порт П4, группой управляющих выходов «Задержка», состоящей из управляющих выходов «Задержка 1» порт П5, «Задержка 2» порт П6, «Задержка 3» порт П7, а также управляющим выходом «Фронт» порт П8 и управляющим выходом «Спад» П9 МК и БК. Вторые же входы данных плат, объединенные в группу управляющих входов «Коррекция трафика» МК, соответственно соединены с первым-пятым выходами МН, являющимися группой управляющих выходов «Коррекция трафика» ПАИТ, управляющий вход «Имитационный трафик» которой соединен с одноименным входом МН и БК, а ее управляющий вход «Эталонный трафик» является одноименным входом МН и соединен с выходом ПХЭМТ МЭМ, шестой и седьмой входы которой соединены соответственно с управляющими выходами «Вид трафика» ПАВТ МЭМ и «Настройка трафика» ПНВИТ МН. МЭ соединен со всеми платами модулей и имеет внешний управляющий выход «Включение».

3. Алгоритм работы имитатора сетевого трафика

Заявленный ИСТ работает следующим образом. Предусмотрено три режима: режиме анализа сетевого трафика; режиме формирования имитационного трафика; режиме корректировки трафика. Причем первый и третий режим осуществляется непосредственно в БК 2, а второй режим — в ИСТ 3—16.

В режиме анализа сетевого трафика (первый этап алгоритма работы ИСТ, рис. 3) по команде на включение ИСТ происходит подача электропитания от МЭ на платы БК (рис. 2) и генераторы ГШ1, ГШ2, ГТИ и ГЛИН через порт П2 (рис. 1). Сетевой трафик реального времени поступает из ТКС через порт П1 на информационный вход «Сетевой трафик» ПИПТ (рис. 2), где происходит измерение основных его параметров. Далее через группу управляющих выходов «Параметры трафика» измеренные значения основных параметров трафика поступают в ПАВТ, где определяется вид трафика, и парал-

лельно в ПХЭМТ, в которую через управляющий вход «Вид трафика» из ПАВТ происходит запись соответствия измеренных параметров выбранному виду трафику. При этом ПХЭМТ может иметь заранее сохраненные эталонные модели разновидового трафика, либо работая по сбору статистики сохранять типовые виды трафика, курсирующего в режиме on-line в конкретной ТКС с учетом особенностей типа сети, используемых протоколов обмена информацией и используемых сервисов на сети. В данном случае происходит, так называемое, «Обучение» ИСТ на разновидовый трафик, циркулирующий в ТКС. Параллельно с ПАВТ и ПХЭМТ через группу управляющих входов «Параметры трафика» измеренные параметры сетевого трафика поступают поочередно на первые входы ПУЗР, ПУПСТИ, ПУЗ, ПУФИ и ПУСИ МК. Перечисленные платы управления вырабатывают управляющие воздействия, которые подают на свои управляющие выходы соответственно «Закон

Рис. 4

распределения» через порт П3 БК; «Скорость трафика» через порт П4 БК; «Задержка 1», «Задержка 2» и «Задержка 3» через порты П5, П6 и П7 БК; «Фронт» через порт П8 БК; «Спад» через порт П9 БК для последующего формирования имитационного трафика.

В режиме формирования имитационного трафика в исходном положении на первые управляющие входы ГШ1 и ГШ2 (рис. 1), перестраиваемый ГТИ и ГЛИН ИСТ через порт П2 управляющего выхода «Включение» БК поступает электропитание. На вторые управляющие входы ГШ1 и ГШ2 поступают управляющие

сигналы «Закон распределения», через порт П3 БК с заданием закона распределения случайной величины (шума). На второй управляющий вход перестраиваемого ГТИ через порт П4 БК поступает управляющий сигнал на выбор скорости трафика, путем изменения частоты следования тактовых импульсов FТИ. На управляющие входы ЛЗ1, ЛЗ2 и ЛЗ3 поступают управляющие воздействия через порты П5, П6 и П7 БК на формирование величин задержки моментов образования соответственно фронта импульса ТфИ, тактового импульса тТИ и спада импульса тСИ. На управляющие входы «Фронт»

и «Спад» соответственно ЭК1 и ЭК2 через соответствующие порты П8 и П9 поступают команды управления в соответствии с рис. 7 на формирование фронта и спада импульсов имитационной последовательности синтезируемого трафика.

Из всех 30 возможных вариантов построения импульсных последовательностей имитационного трафика, представленных на рис. 6 и 7, при фиксированных законе распределения случайных величин (шумов) в ГШ1 и ГШ2 (рис. 1), заданном значении периода следования тактовых импульсов в перестраиваемом ГТИ и постоянных задержках в ЛЗ1, ЛЗ2 и ЛЗЗ (ЛЗ(ГШ1), ЛЗ(ГТИ) и ЛЗ(ГШ2), управляемых входами «Задержка 1», «Задержка 2» и «Задержка 3»), остановимся на примере трех вариантов при формировании фронта и спада импульсов соответственно: при использовании ГШ1 и ГТИ; при

использовании ГШ1 и ГШ2; при использовании ГШ1 и ЛЗ(ГШ1).

При рассмотрении первого варианта построения импульсной последовательности случайный сигнал, с заданным законом распределения (см. диаграмму на рис. 3—5) с выхода

ГШ1 (см. рис. 1) поступает на первый вход ЭВХ1, который содержит смеситель и экстраполятор нулевого порядка. Тактовые импульсы (см. диаграмму иГТИ на рис. 3—5), получаемые в перестраиваемом ГТИ, поступают на управляющий вход ЭВХ1, где потактово «вырезаются» мгновенные значения и из случайного сигнала (показаны точками на диаграмме рис. 3—5), которые затем экстраполируются (см. диаграмму иЭ/вх на рис. 3—5) и поступают на первый вход ЭС1 (компаратор) (рис. 1), на второй вход которого подаются пилообразные импульсы с выхода

Номер диаграммы (Рис. 5) Элементы, влияющие на формирование Команды управления электронных ключей Примечание

Фронта импульса Спада импульса Эл. ключ 1 Упр. вх. «Фронт» Эл. ключ 2 Упр. вх. «Спад»

001 001 Запрещенная комбинация

1 ГШ1 ГТИ 001 010

2 ГШ1 ГШ2 001 011

3 ГШ1 ЛЗ(ГШ1) 001 100

4 ГШ1 ЛЗ(ГТИ) 001 101

5 ГШ1 ЛЗ(ГШ2) 001 110

6 ГТИ ГШ1 010 001

010 010 Запрещенная комбинация

7 ГТИ ГШ2 010 011

8 ГТИ ЛЗ(ГШ1) 010 100

9 ГТИ ЛЗ(ГТИ) 010 101

10 ГТИ ЛЗ(ГШ2) 010 110

11 ГШ2 ГШ1 011 001

12 ГШ2 ГТИ 011 010

011 011 Запрещенная комбинация

13 ГШ2 ЛЗ(ГШ1) 011 100

14 ГШ2 ЛЗ(ГТИ) 011 101

15 ГШ2 ЛЗ(ГШ2) 011 110

16 ЛЗ(ГШ1) ГШ1 100 001

17 ЛЗ(ГШ1) ГТИ 100 010

18 ЛЗ(ГШ1) ГШ2 100 011

100 100 Запрещенная комбинация

19 ЛЗ(ГШ1) ЛЗ(ГТИ) 100 101

20 ЛЗ(ГШ1) ЛЗ(ГШ2) 100 110

21 ЛЗ(ГТИ) ГШ1 101 001

22 ЛЗ(ГТИ) ГТИ 101 010

23 ЛЗ(ГТИ) ГШ2 101 011

24 ЛЗ(ГТИ) ЛЗ(ГШ1) 101 100

101 101 Запрещенная комбинация

25 ЛЗ(ГТИ) ЛЗ(ГШ2) 101 110

26 ЛЗ(ГШ2) ГШ1 110 001

27 ЛЗ(ГШ2) ГТИ 110 010

28 ЛЗ(ГШ2) ГШ2 110 011

29 ЛЗ(ГШ2) ЛЗ(ГШ1) 110 100

30 ЛЗ(ГШ2) ЛЗ(ГТИ) 110 101

110 110 Запрещенная комбинация

* Кодовые комбинации «000» и«111» используются для команд «вкл.» и «выкл»

ГЛИН (см. диаграмму иГЛИН на рис. 3—5). Как только линейно изменяющееся напряжение превысит уровень компарации (экстраполированное напряжение), на выходе ЭС1 выделяется

импульс (см. диаграммы иЭ

ЭВХ ■

U

ССр ■

иУЭ на

рис. 3—5), который поступая на первый вход ЭК1 (рис. 1) при разрешающей команде управления через порт П8 БК и его ПУФИ (рис. 2). Для данной ситуации разрешающей командой управления для ЭК1 (рис. 1) будет команда «001» (см. рис. 7) в двоичной системе счисления, что эквивалентно «1» в десятичной системе счисления, т. е. на выход ЭК1 будет включен первый его вход, к которому подключена цепь формирования фронта импульса от ГШ1 (рис. 1). Сформированный ЭК1 по команде управления «001» сигнал, соответствующий моменту времени начала фронта импульса переведет УЭ (RS-триггер) во второе устойчивое состояние, при этом на его выходе появится высокий потенциал (см. диаграмму иВЭ на рис. 3—5). Тем самым зафиксируем передний фронт импульса, момент появления которого случаен и определяется законом распределения исходного процесса иь которые легко пересчитываются во временные интервалы, отсчитываемые от начала координат. Положение импульсов на временной оси определим по формуле:

Т =

ТТИ

U

( п Zu - ¿и V'=i

л

cp

/

где и0 — уровень компарации элементов сравнения, совпадающий с амплитудой линейно изменяющегося напряжения; иср — среднее значение случайного процесса; и _ мгновенное значение случайного процесса; тти — период следования тактовых импульсов; тг- _ временное положение 1-го импульса имитируемого трафика на временной оси; I _ число тактов имитируемой импульсной последовательности (длительность потокового трафика), I.

Следующий тактовый импульс, поступающий с выхода перестраиваемого ГТИ (рис. 1) через ЭК2, открытый по управляющему сигналу через порт П9 БК в двоичном коде «010» (рис. 7) для его управляющего входа, означающий «2» в десятичной системе счисления (т. е. на выход ЭК2 включен второй его вход) (см. диаграмму иуЭ на рис. 3), поступает на вход установки в нуль УЭт(RS-триггера) (рис. 1), который воз-

вращает его в первое (нулевое) устойчивое состояние, при этом на его выходе появится низкий потенциал (см. диаграмму Uy^ на рис. 3). Тем самым будет зафиксирован задний фронт (спад) импульса, момент появления которого фиксирован по положению тактового импульса. Таким образом, при генерации импульсной последовательности, представленной на диаграмме иуЭ рис. 3 в качестве основных элементов, отвечающих за формирование фронта и спада импульсов использованы соответственно ГШ1 и перестраиваемый ГТИ (см. диаграмму 1 (ГШ1 - ГТИ) на рис. 6).

Если на управляющий вход ЭК1 (рис. 1) от платы ПУФИ (рис. 2) через порт П8 БК также будет подаваться команда управления в двоичном коде «001», а на управляющий вход ЭК2 поступает управляющий сигнал в двоичном коде «011» («3» в десятичной системе счисления), то задний фронт (спад) выходного импульса оказывается задержанным случайным образом на величину, генерируемую с помощью второй цепочки генерации трафика, состоящего из ГШ2 (рис. 1), ЭВХ2 и ЭС2, путем подключения ее к третьему входу ЭК2, а генерированные импульсы будут иметь и фронт и спад сформированные случайным образом соответственно ГШ1 и ГШ2.

При этом сформированный ЭК2 по команде управления «011» сигнал, соответствующий моменту времени начала спада импульса переведет УЭ (RS-триггер) в нуль. Данный процесс аналогичен работе первой цепи генерации трафика с той разницей, что в ней происходит формирование спада импульса по случайному закону распределения ГШ2. Так, случайный сигнал, с заданным для ГШ2 законом распределения (см.

2

диаграмму UШ на рис. 4) с выхода ГШ2 (см. рис. 1) поступает на вход ЭВХ2, на второй вход которого поступают тактовые импульсы из перестраиваемого ГТИ (см. диаграмму иГТИ на рис. 4), где потактово «вырезаются» мгновенные

значения Ut из случайного сигнала (на диаграм-

2

ме UШ рис. 4 показаны точками) и экстраполируются (см. диаграмму UЭВХ на рис. 4), после чего поступают на первый вход ЭС2 (компаратор) (рис. 1), на второй вход которого подаются пилообразные импульсы с выхода ГЛИН (см. диаграмму иГЛИН на рис. 4). Как только линейно изменяющееся напряжение превысит уровень компарации (экстраполированное напряжение),

1

на выходе ЭС2 выделяется импульс (см. диаграммы U^BX UcCp, Uy^ на рис. 4), который своим фронтом переведет УЭ (RS-триггер) (рис. 1) во второе устойчивое состояние, при этом на его выходе появится последовательность импульсов, (см. диаграмму Uy$ на рис. 4) со случайными по времени фронтом и спадом. Таким образом, при генерации импульсной последовательности, представленной на диаграмме UЫ рис. 4 в качестве основных элементов, отвечающих за формирование фронта и спада импульсов использованы соответственно ГШ1 и ГШ2 (см. диаграмму 2 (ГШ1 — ГШ2) на рис. 6).

Если на управляющий вход ЭК1 (рис. 1) также будет подаваться команда управления в двоичном коде «001» («1» в десятичной системе счисления), т. е. на выход ЭК1 подключен первый его вход, а на управляющий вход ЭК2 поступает управляющий сигнал в двоичном коде «100» («4» в десятичной системе счисления), т. е. на выход ЭК2 подключен четвертый его вход, то задний фронт (спад) выходного импульса оказывается задержанным на величину настройки ЛЗ1, управляемой через управляющий вход «Задержка 1» (рис. 2 и 5).

При этом основной вход ЛЗ1 (рис. 1) подключен к выходу ЭС1 (см. диаграмму UССр рис. 5). Тогда на выходе ЛЗ1 имеем диаграмму Ujn 1 (см. рис. 5). В данный момент времени (задержанный на величину задержки тз) на четвертый вход ЭК2 (рис. 1) поступит сигнал, который переведет УЭ (RS-триггер) в нулевое состояние и на выходе ИСТ появится последовательность, представленная на диаграмме Uy$ рис. 5. Причем сформированные импульсы будут иметь постоянную длительность. Так при тз = 53 байта/ F(6hi/c), где 53 байта — длина ячейки ATM, a V — скорость передачи ячейки, можно имитировать технологию асинхронного режима передачи — сеть ATM.

Таким образом, при управляющем воздействии на ЭК1 и ЭК2 (рис. 1) команд управления соответственно «001» и «100» (рис. 7), а также при воздействии на ЛЗ1через управляющий вход «Задержка 1» (см. рис. 1) в качестве основных элементов, отвечающих за формирование фронта и спада импульсов использованы соответственно ГШ1 и ЛЗ1, что соответствует выходной импульсной последовательности устройства (см. диаграмму 3 (ГШ1 — ЛЗ(ГШ1) рис. 6).

При формировании имитационного трафика необходимо соблюдать четкое чередование фронта и спада импульса, это связано с работой УЭ — RS-триггера. Так, например, на диаграмме Оуэвх1 рис. 4 будет проигнорирован второй момент времени срабатывания ЭС1 (рис. 1) в связи с тем, что в данный момент времени УЭ (триггер) уже будет находиться в первом устойчивом состоянии при формировании фронта импульса (между первым и вторым моментами времени, формирующими фронты импульсов ТфИ отсутствует момент времени для формирования спада импульса ТСИ), а на диаграмме иУЭвх2 рис. 4 будет проигнорирован пятый момент времени срабатывания ЭС2 (рис. 1) в связи с тем, что УЭ (триггер) уже будет находиться во втором устойчивом состоянии при формировании спада импульса (между четвертым и пятым моментами времени, формирующими ТСИ отсутствует момент времени для формирования ТфИ).

В режиме коррекции имитационного трафика с выхода УЭ сформированный имитационный трафик поступает в ТКС и параллельно на управляющий вход «Имитационный трафик» БК. Данная импульсная последовательность через порт 10 поступает далее на первый вход ПАИТ (рис. 2) МН, на второй вход которой поступает эталонная модель трафика с заданными для установленного вида трафика основными его параметрами. После сравнения имитационного трафика с эталонной моделью (их основных параметров) в плате 2.3.2 происходит выработка управляющих сигналов на корректировку этих параметров, которые через группу управляющих выходов «Коррекция трафика» поступают на вторые входы ПУЗР, ПУПСТИ, ПУЗ, ПУФИ и ПУСИ МК. Перечисленные платы управления вырабатывают управляющие воздействия, которые подают на свои управляющие выходы соответственно «Закон распределения»; «Скорость трафика»; «Задержка 1», «Задержка 2» и «Задержка 3»; «Фронт»; «Спад». Данные управляющие воздействия поступают соответственно на управляющие входы ГШ1 и ГШ2 (рис. 1) — через порт П3; перестраиваемого ГТИ — через порт П4; ЛЗ1, ЛЗ2 и ЛЗ3 — через порты П5, П6 и П7; ЭК1 — через порт П8; ЭК2 — через порт П9. Тем самым осуществляется корректировка параметров имитируемого трафика, замыкая контур управления.

Также для осуществления испытания, обучения и настройки сетевого оборудования выбор

вида синтезируемого имитационного трафика может осуществляться с использованием ПВВИТ 2.3.1 (рис. 2) МН 2.3 БК 2. В данном случае плата

2.3.1 имеет связь с ПХЭМТ 2.1.3 МЭМ 2.1, через которую осуществляется выбор заданной эталонной модели трафика и использование основных параметров данной модели для управления параметрами синтезируемого трафика через ПАИТ

2.3.2 МН, группу управляющих выходов «Коррекция трафика», и далее по описанным выше цепям модуля коррекции 2.2.

Таким образом, в ходе выполнения третьего этапа работы осуществляется корректировка основных параметров имитируемого сетевого трафика для поддержания их в соответствии с исходными данными или имитационной моделью. Сформированный имитационный трафик направляется в ТКС или используется для решения задач моделирования, испытания и обучения сетевого оборудования. Данный режим

работы ИСТ и БК в сравнение с простым использованием эталонных моделей трафика позволяет добиться целевой установки статьи, заключающейся в расширении класса генерируемых последовательностей.

Заключение

Благодаря перечисленной новой совокупности существенных признаков имитатора сетевого трафика обеспечивается более широкий класс генерируемых случайных импульсных последовательностей, позволяющий моделировать большее число трафиков современных ТКС за счет использования в своем составе перестраиваемого ГТИ, регулируемых линий задержки и настраиваемых на случайные последовательности с основными законами распределения двух генераторов шума, отвечающих за формирование соответственно фронта и спада импульсов в генерируемых последовательностях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бобнев М.П. Генерирование случайных сигналов. — М.: Энергия, 1971. — 239с.

2. Будко Н.П., Будко П.А., Винограденко А.М. и др. Способ и устройство гибридной коммутации цифровых каналов связи, генератор сетевого трафика и модуль идентификации. Патент на изобретение РФ №2527729 от 10.09.2014.

3. Будко П.А., Емельянов А.В., Калашников С.В.,

Фомин Л.А., Шлаев Д.В. Генератор искусственного трафика. Патент РФ на изобретение 2339155 от 20.11.08г.

4. Левин Б.Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах управления и связи. — М.: Радио и связь, 1985. С. 268.

5. Будко Н.П., Будко П.А., Винограденко А.М. и др. Патент РФ на изобретение №2450335 от 10.05.2012.