CC BY
164
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 1 (55)
УДК 004.7-047.58:656.2
В. М. ПАХОМОВА1*
1 Каф. «Електронш обчислювальнi машини», Дншропетровський нацюнальний ушверситет з^зничного транспорту iMem академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, Укра!на, 49010, тел. +38 (056) 373 15 89, ел. пошта viknik.p1988@mail.ru, ORCID 0000-0001-8346-0405
ДОСЛ1ДЖЕННЯ 1НЖИН1РИНГУ ТРАФ1КА В КОМП'ЮТЕРН1Й МЕРЕЖ1 УКРЗАЛ1ЗНИЦ1 ЗА ТЕХНОЛОГИЮ MPLS TE
Мета. На залiзничному транспорт Укра1ни необхщним е використання комп'ютерних мереж рiзних тeхнологiй: Ethernet, Token Bus, Token Ring, FDDI та шших. В об'еднаннях комп'ютерних мереж на з^зни-чному транспортi доцшьним е використання технологи швидко! комутаци пакeтiв у багатопротокольних мережах MPLS (Multiprotocol Label Switching), що заснована на використанш мiток. Мeрeжi з комутащею пакeтiв повиннi передавати рiзнi види трафiку iз заданою яшстю обслуговування. Метою дослiджeня е роз-робка методики визначення послiдовностi призначення потокiв для розглянутого фрагменту комп'ютерно! мeрeжi Укрзалiзницi (УЗ). Методика. При оптимiзацii управлiння трафiком в мережах MPLS важливу роль вiдiграе технолопя iнжинiрингу трафiка (Traffic Engineering, TE). Основний мехашзм TE в MPLS - використання односпрямованих тунeлiв (MPLS TE tunnel) для завдання шляху проходження певного трафiку. Скла-дена математична модель задачi шжишрингу трафiка в комп'ютeрнiй мeрeжi УЗ за технолопею MPLS TE. Комп'ютерна мережа УЗ представлена зваженим орiентованим графом, вершинами якого е маршрутизатори комп'ютерно! мeрeжi, а кожна дуга моделюе зв'язок мiж вузлами. В якосл критeрiю оптимiзацii виступае мшмальне значення максимального коeфiцiенту використання ТЕ-тунeлiв. Результати. Знайдено шiсть варiантiв призначення потошв, визначена рацiональна послiдовнiсть потошв, при якiй значення максимального коефщенту використання ТЕ-тунeлiв розглянутого спрощеного фрагменту комп'ютерно! мeрeжi УЗ не перевищуе 0,5. Наукова новизна. Запропоновано методику рiшeння задачi iнжинiрингу трафша в бага-топротокольнiй комп'ютeрнiй мереж! УЗ за технолопею MPLS ТЕ; для рiзних клаав будуеться свш шлях у залeжностi в!д смуги пропускання та завантаження каналу. Практична значимкть. Встановлена можли-вють визначення значення максимального коефщента використання ТЕ-тунетв у комп'ютерних мережах УЗ на основ! розроблено! програмно! модeлi «TraffEng». Вхвдт параметри модeлi: шльшсть маршрутизато-р!в, пропускна здатнiсть каналiв, шльшсть поток1в, середня швидк1сть поток1в. В якосп результату роботи модeлi «TraffEng» подаються варiанти вибору ТЕ-тунeлiв вщповщними значеннями максимальних коефь щенпв !х використання.
Ключовi слова: технолопя MPLS ТЕ; шжишринг трафiку; швидшсть потоку; пропускна здатнiсть; ко-ефщент використання; ТЕ-тунель
BcTyn
CborogHi Ha 3ani3HHHHoMy TpaHcnopT YKpai-hh 6e3nepenHa HaaBHicTb KoMn'roTepHHx Mepe^ pi3HHx TexHonoriM (Ethernet, Token Bus, Token Ring, FDDI Ta iHmi) [7-9], TOMy b CKnageHHx Me-pe^ax go^nbHHM e BHKopucraHHa TexHonorii mBugKOi KOMyTa^i' naKeTiB y 6araronpoTOKonb-hhx Mepe^ax MPLS (Multiprotocol Label Switching), aKa 6a3yeTbca Ha BHKopHcraHHi MiTOK. KpiM Toro, Mepe^i 3 KOMyTa^ero naKeTiB noBHHHi nepegaBara pi3Hi Bugu Tpa^iKa i3 3agaHoro aKicrro o6cnyroByBaHHa, MaKCHManbHo BHKopucTOByroHH Mo^nHBocTi CBoi'x pecypciB [1-5]. OgHaK, gna ubo-ro i'M noTpi6Ho 3MiHHTH geaKi nigxogu go Bu6opy MapmpyTiB, ^o cranH B^e Tpagu^HHHMH. Ochob-hhm пpннцнпoм po6oTH npoToKoniB MapmpyTH3a-
цii в мережах з комутацieю пакетiв ось вже дов-гий час е вибiр маршруту на основi топологii мереж без урахування iнформацii про ii поточне завантаження. Для кожно' пари «адреса джерела - адреса призначення» таю протоколи вибира-ють единий маршрут [6], не беручи до уваги ш-формацшш потоки, що протшають через мережу. У результат всi потоки мiж парами кшцевих вузлiв мереж йдуть за найкоротшим маршрутом (вiдповiдно до деякоi метрики).
Мета
Розробити методику визначення послщов-носп призначення потокiв для розглянутого фрагмента комп'ютерноi мереж УЗ.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 1 (55)
Методика
У технологи MPLS будь-який переданий пакет асощюеться з тим чи шшим класом мереж-ного piBM (Forwarding Equivalence Class, FEC) [10-13], кожен з яких щентифшуеться певною мiткою. Значення мiтки ушкально лише для д> лянки шляху мiж сусiднiми вузлами мереж MPLS, яю називаються маршрутизаторами з ко-мутацieю по мiтках (Label Switching Router, LSR) [6]. Розподш мгток мiж LSR призводить до встановлення всерединi домену MPLS шляхiв з комутащею по мiтках (Label Switching Path, LSP). Уа функцн класифкацп пакетiв за рiзни-ми FEC, а також реалiзацiю таких додаткових сервiсiв, як фiльтрацiя, явна маршрутизащя, ви-рiвнювання навантаження та керування траф> ком беруть на себе граничш LSR [6]. Кожен з клашв FEC обробляеться окремо вщ iнших. Оскiльки для рiзних клаав будуеться свiй шлях залежно вщ смуги пропускання та завантаження каналу, то пакети, що приходять на один маршрутизатор, але мають рiзний клас обслуговуван-ня, шдуть по рiзних шляхах [3].
При оптимiзацiI управлiння трафiком в мережах MPLS важливу роль вдаграе технологiя iнжинiрингу трафiка (Traffic Engineering, TE) [6], ефективнiсть яко1 шдтверджуеться тим, що багато мережних засобiв управлiння трафiком удосконалюються на II принципах, шдтвер-дженням тому е протоколи резервування ресур-сiв RSVP-TE, LDP-TE, протоколи маршрутиза-цл IS-IS-TE, OSPF-TE. Можливосп управлiння трафiком в мережi MPLS реалiзовуються за до-помогою технологiI TE за рахунок вибору оптимального маршруту проходження трафша, використання процедур розподiлу завантаження мереж та балансування трафiка [1-4]. Осно-вний механiзм TE в MPLS - використання од-носпрямованих тунелiв (MPLS TE tunnel) для завдання шляху проходження певного трафша, оскiльки тунелi односпрямованi, то зворотний шлях може бути зовшм шшим [2].
У технологи MPLS ТЕ шляхи LSP прийнято називати ТЕ-тунелями, що прокладаються вщ-повiдно з техшкою маршрутизацiI вiд джерела, коли централiзовано задаються промiжнi вузли маршруту. 1шщатором завдання маршруту для ТЕ-тунелю виступае початковий вузол тунелю, а розраховуватися такий маршрут може як цим же початковим вузлом, так i зовшшньою, сто-совно мережi, програмною системою або адм>
шстратором. MPLS ТЕ шдтримуе тунелi двох типiв [6]: суворий ТЕ-тунель (визначае всi про-мiжнi вузли мiж двома граничними пристроя-ми); вiльний ТЕ-тунель (визначае тшьки части-ну промiжних вузлiв вiд одного граничного пристрою до шшого, а iншi промiжнi вузли ви-бираються пристроем LSR самостшно).
У цiй роботi складена математична модель задачi iнжинiрингу трафiка в комп'ютернш мережi УЗ за технолопею MPLS ТЕ, як крите-рш оптимiзацii виступае мiнiмальне значення максимального коефщенту використання ТЕ-тунелiв.
Постановка задач1. Комп'ютерна мережа УЗ може бути подана зваженим орiентованим графом G = (R, L), де R - множина вершин графа, кшьюсть яких дорiвнюе N, причому кожна вершина моделюе собою вузол (маршрутизатор) комп'ютерноi мережц L - множина дуг графа, кожна дуга моделюе зв'язок мiж вузлами, кшь-кiсть дуг графа дорiвнюе M. Розглянутий спро-щений фрагмент комп'ютерноi мережi УЗ та наведений на рис. 1. Кожному ребру графа при-своюеться певна вага, яка вщповщае пропускнш спроможностi (максимальний обсяг даних, пе-реданий мережею в одиницю часу):
С = {cj},
(1)
де cij - пропускна спроможшсть каналу мiж i та j
вузлами комп'ютерноi мережi УЗ. Обмеженнями, що поданi у виглядi рiвнянь, виступають умови зберiгання потоку в кожному вузлi мережi, якi для структури комп'ютерноi мережi УЗ, що зо-бражена на рис. 1, мають такий вигляд:
1,2
-X = bs • 1,4 '
X1,2 + X2,3 + X2,6 = 0;
—X2,3 + X3,10 = 0; X1 4 + X4 5 0;
- X
4,5 1 X5,6 = 0;
X5,6 X2,6 + X6,7 = 0;
X7,8 + X8,9 = 0;
—X8,9 + X9,10 = 0;
X3,10 X9,10 = b ;
(2)
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 1 (55)
Рис. 1. Спрощений фрагмент комп'ютерно! мереж1 УЗ Fig. 1. A simplified fragment of a computer network of UZ
де xij - штенсивнють трафша, що передаеться
в мереж м1ж i-м та j-м вузлами; bs - середня швидкють s-потоку трафша м1ж вузлами 1 i 10 в комп'ютернiй мережi УЗ (Киевом i Донець-ком). Повинно виповнюватися важливе обме-ження - середня швидкють потоку трафша не мае перевищувати пропускну спроможнють ТЕ-тунелю, через який проходить s-поток:
Вибiр ТЕ-тунелю визначаеться як K = max {ks j,
(5)
bs < cl
(3)
де bs - середня швидкють s-потоку трафiка;
cl - пропускна спроможнють ТЕ-тунелю. Не-виконання такого обмеження неприпустимо, бо iнакше неможливо пропустити потiк трафiка по тунелю.
Коефщент використання ресурсiв обчислю-еться за формулою
де Ks = ^ Ц , крiм того, Ks < 0,65 ; K - макси-
мальний коефiцiент використання ТЕ-тунелю.
Щд час вирiшення задачi шжишрингу тра-фiка необхiдно знайти рацюнальне рiшення -максимальний коефiцiент використання ТЕ-тунелю (за вшма можливими варiантами посл> довностi призначення потоюв) повинен бути мiнiмальний
min
{K j .
(6)
ks = kj =
bs
(4)
де kS - коефiцiент використання (i, j)-го каналу
s-м потоком; bs - середня швидкiсть s-го потоку трафша; cij - пропускна спроможнють (i, j)-ro
каналу зв'язку.
Программа модель. В середовищi Borland Delphi розроблена модель «TraffEng», що вщо-бражае залежнiсть якостi рiшення задачi шжи-нiрингу трафiка вiд послiдовностi призначення потокiв. Вхщш данi моделi: кiлькiсть марш-рутизаторiв; пропускна здатнiсть каналiв (Мбiт/с); кшькють потокiв; середня швидкiсть потокiв (Мб^/с). Пiсля завдання кiлькостi ма-ршрутизаторiв у вiкнi «Топологiя мережЪ> з'явиться вщповщне вiдображення. Коли всi параметри вказаш, слiд нажати кнопку «Розра-хувати коефiцiенти навантаження каналiв».
C
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 1 (55)
Рис. 2 Вихщна форма програмно! моделi «TraffEng» Fig. 2. The original form of software models «TraffEng»
Пюля чого у вщповщному полi вiдображаeться iнформацiя щодо потоюв, коефiцieнтiв викорис-тання кожного каналу зв'язку, задiяного потоком, та рекомендацп («можливо»/«неможливо») до визначення маршруту потокiв. Для демон-страцп роботи моделi «TraffEng» нехай кшькють маршрутизаторiв складае 5, кiлькiсть потоюв дорiвнюe 3; iншi вхiднi дат та результат роботи моделi наведено на рис. 2.
У вшонщ «Коефщенти навантаження кана-лГв» надано варiанти завдання тунелiв. Варiант 1 передбачае, що для потокiв 1, 2 обрано маршрут Я1-К2-Ю (верхня частина мереж1), а для потоку 3 - маршрут Я1-К5-Я4-К3; коефщент викорис-тання складае 0,6. Варiант 2 передбачае, що потiк 1 пройде маршрутом Я1-К5-Я4-К3 (нижня частина мереж1), а потоки 2, 3 маршрутом Я1-К2-И3; коефiцiент використання складае 0,5. Найкращим варiантом е варiант з найменшим значенням кое-фiцiента використання, тобто варiант 2.
Результати
Ефективнють використання ТЕ-тунелiв ви-значаеться послiдовнiстю призначення потокiв, що тдвищуе ефективнiсть само! комп'ютерно!
мережi; це можливо показати на простому приклада Розглянемо дшянку MPLS-мережi, що зображено на рис. 3 (пропускнi спроможност каналiв представленi в Мбiт/с).
Результати дослщження залежностi якостi рь шення задачi ТЕ вщ послiдовностi призначення трьох потоюв: потiк 1, середня швидюсть якого Ь1 = 0,5 Мбгг/с; потiк 2, середня швидюсть якого Ь2 = 0,4 Мбгг/с; потiк 3, середня швидюсть якого Ь3 = 0,3 Мбгт/с наведет в табл. 1.
Так, наприклад, у варiантi 1 ршення знай-дено при такiй послщовносп призначення потоюв: 1, 2, 3. Для першого потоку обраний шлях 2 ^ 3 ^ 10, в цьому випадку коефщГент використання ТЕ-тунелю складае 0,5/1,5 = 0,33. Для другого потоку також обраний шлях 2 ^ 3 ^ 10, результуючий коефiцiент використання ТЕ-тунелю виявляеться рГвним 0,33 + + 0,4/1,5 = 0,6. Третш потш прямуе по шляху 2 ^ 6 ^ 7 ^ 8 ^ 9 ^ 10 г завантажуе ресурси каналiв 2 ^ 6, 6 ^ 7, 7 ^ 8, 8 ^ 9 Г 9 ^ 10 на 0,3/1. Ршення 1 можна назвати задовшьним, осюльки максимальний коефщГент використан-ня досягае 0,6.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 1 (55)
Рис. 3. Ддлянка мереж LSR1-LSR7 для визначення тунел1в Fig. 3. Section of the network LSR1-LSR7 for the determination of tunnels
Таблиця 1
Яккть piliiciiiiu задачi TE вiд послiдовностi призначення потошв
Table 1
The quality of TE problem solutions from sequences of destination flows
Послщовшсть Середня Коефщент використання ТБ-тунелш Максимальний
BapiaHT призначення швидкють через вузли мережг коефщент
потокв потоку, M6im/c 2 ^ 3 ^ 10 2 ^ 6 ^ 7 ^ 8 ^ 9 ^ 10 використання
1 0,5 0,33
1 2 0,4 0,6 0,6
3 0,3 0,3
1 0,5 0,33
2 3 0,3 0,53 0,53
2 0,4 0,4
2 0,4 0,27
3 1 0,5 0,6 0,6
3 0,3 0,3
2 0,4 0,27
4 3 0,3 0,47 0,5
1 0,5 0,5
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровоького нацюнального ушвероитету залiзничного транспорту, 2015, № 1 (55)
Заынчення табл. 1
Послщовшсть Середня Коефщент використання ТБ-тунел1в Максимальний
Вар1ант призначення швидюсть через вузли мереж!: коефщент
потокв потоку, M6im/c 2 ^ 3 ^ 10 2 ^ 6 ^ 7 ^ 8 ^ 9 ^ 10 використання
3 0,3 0,2
5 1 0,5 0,53 0,53
2 0,4 0,4
3 0,3 0,2
6 2 0,4 0,47 0,5
1 0,5 0,5
Мал. 4. Найкращий BapiaHT визначення тунелiв для дмнки MPLS-мереж на LSR1-LSR7
Fig. 4 The best option for the tunnels definitions for site MPLS of network on LSR1-LSR7
Однак юнуе кращий cnoci6, наведений у ва- бшьш р1вном1рне завантаження ресурав, а мак-р1ант1 4. Тут потоки 2 i 3 спрямоваш по верх- симальний коефiцiент використання вшх ресур-ньому шляху 2 ^ 3 ^ 10, а потш 1 - по ниж- сiв мережi не перевищуе 0,5.
ньому (2 ^ 6 ^ 7
10) шляху. Для Цей вар1ант або вар1ант 6, що отримаш при
другого потоку ресурси верхнього ТЕ-тунелю одночасному розгляд1 boix трьох поток1в та зо-
виявляються завантаженими на 0,4/1,5 = 0,27, бражеш на рис. 4, надають мммальне значення
для третього потоку - 0,27 + 0,3/1,5 = 0,47, максимального коефщента використання. а для першого потоку завантаження нижнього ТЕ-тунелю на 0,5/1 = 0,5; тобто в наявносп
Наука та прогрес транспорту. BicHHK Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 1 (55)
Наукова новизна та практична значимкть
Запропоновано методику виршення задачi iнжинiрингу трафша в комп'ютернiй мережi УЗ за технолопею MPLS ТЕ. Як критерш оптим> зацп виступае мiнiмальне значення максимального коефiцiента використання ТЕ-тунелiв. На оcновi розроблено! програмно! моделi можли-ве визначення значень максимальних коеф> цiентiв використання ТЕ-тунелiв в комп'ютер-них мережах УЗ.
Висновки
1. У складених комп'ютерних мережах на залiзничному транcпортi доцiльним е використання технологи MPLS, що базуеться на вико-риcтаннi мггок. Можливоcтi управлiння траф> ком в мереж MPLS реалiзовуютьcя за допомо-гою технологи iнжинiрингу трафiка, основний мехашзм якого використання односпрямованих тунелiв (MPLS TE tunnel). Складена математи-чна модель задачi iнжинiрингу трафша в ком-п'ютернiй мереж УЗ.
2. Для вщображення залежноcтi якост ви-рiшення задачi iнжинiрингу трафша вiд посл> довноcтi призначення потоюв в комп'ютернiй мереж УЗ розроблено в Delphi програмну модель «TraffEng». Вхiднi параметри моделi: кшь-кicть маршрутизаторiв та пропуски спромож-ноcтi каналiв зв'язку, кшьюсть та середня шви-дюсть потокiв; як результат роботи моделi по-даються варiанти вибору ТЕ-тунелiв з вщповщ-ними значеннями максимальних коефшдент1в використання.
3. Виконано доcлiдження залежносп якоcтi вирiшення задачi iнжинiрингу трафша MPLS ТЕ вщ поcлiдовноcтi призначення потоюв для спро-щеного фрагмента комп'ютерно! мереж1 УЗ; значення максимального коефщента використання тунелiв найкращого варiанта не перевищуе 0,5.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Будылдина, Н. В. Телекоммуникационные сети с многопротокольной коммутацией по меткам. Построение и оптимизация : моногр. / Н. В. Будылдина, В. П. Шувалов. - Екатеринбург, - 2006. - 287 с.
2. Гольдштейн, А. Б. Механизм эффективного тун-нелирования в сети MPLS / А. Б. Гольдштейн. -Вестн. связи. - 2004. - № 2. - С. 48-54.
3. Зайченко, Ю. П. Задача распределения потоков различных классов в сети с технологией MPLS / Ю. П. Зайченко, А. А. М. Шарадка. - Вюн. НТУУ «КП1». - Сер. 1нформатика, управлшня та обчислювальна техшка. - 2005. - № 43. -С. 113-123.
4. Кучерявый, Е. А. Управление трафиком и качество обслуживания в сети Интернет / Е. А. Кучерявый. - Санкт-Петербург : Наука и техника, - 2004. - 336 с.
5. Олвейн, В. Структура и реализация современной технологии MPLS / В. Олвейн. - Санкт-Петербург : Питер, 2004. - 480 с.
6. Олифер, В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. - Санкт-Петербург : Питер, 2010. - 944 с.
7. Пахомова, В. М. Лопчна структуризащя шфо-рмацшних мереж залiзничного транспорту на оcновi комутаторiв Ethernet / В. М. Пахомова, В. В. Повод // Зб. наук. пр. Дон. ш.-ту залiзн. трансп. - 2012. - Вип. 29. - С. 11-18.
8. Пахомова, В. М. Можливють використання технологи 100VG-AnyLAN в шформацшних системах залiзничного транспорту / В. М. Пахомова, Т. I. Скабалланович, Д. А. Ляхов // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Дшпропетровськ, 2012. -Вип. 2 (41). - С. 199-204.
9. Пахомова, В. М. Модифшована iмiтацiйна модель локально! мережi за маркерним методом доступу до шини / В. М. Пахомова, Л. В. Стри-булевич // Наука та прогрес транспорту. Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. - 2013. -№. 4 (46). - С. 90-98.
10. Столингс, В. Современные компьютерные сети / В. Столингс. - Санкт-Петербург : Питер, 2003. - 783 с.
11. Хандецький, В. С. Ефективнють обмшу марш-рутною шформащею в iерархiчних структурах OSPF-мереж / В. С. Хандецький, В. М. Гри-гор'ев, П. В. Хандецький.// Сучасш проблеми i досягнення в галузi телекомушкацш та шфо-рмац. технологш (19.09-21.09. 2012) : тез. доп. VI мiжн. наук.-практ. конф. - Запорiжжя. -2012. - С. 280-281.
12. Fiche, G. The Tunneling Technique and the Tandem Queue Effect / G. Fiche, Y. Veillard // In International Workshop on Future Service, Alcatel, France 2000.
13. Le Gall, P. Single server queuing networks with varying service times and renewal input / P. Le Gall. // J. of Appl. Mathematics and Stochastic Analysis. - 2000. - № 13. - P. 429-450. doi: 10.1155/s1048953300000368.
Наука та прогрес транспорту. BicHHK Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 1 (55)
МОДЕЛЮВАННЯ ЗАДАЧ ТРАНСПОРТУ ТА ЕКОНОМ1КИ
В. Н. ПАХОМОВА1*
1 Каф. «Электронные вычислительные машины», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 89, эл. почта viknik.p1988@mail.ru, ORCID 0000-0001-8346-0405
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНЖИНИРИНГА ТРАФИКА В КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ УКРЗАЛИЗНЫЦИ ТЕХНОЛОГИИ MPLS TE
Цель. На железнодорожном транспорте Украины необходимым является применение компьютерных сетей различных технологий: Ethernet, Token Bus, Token Ring, FDDI и других. В объединенных компьютерных сетях на железнодорожном транспорте рациональным является использование технологии коммутации пакетов в многопротокольных сетях MPLS (Multiprotocol Label Switching), которая основана на использовании меток. Сети с коммутацией пакетов должны передавать различные виды трафика с заданным качеством обслуживания. Целью исследования является разработка методики определения последовательности назначения потоков для рассмотренного фрагмента компьютерной сети Укрзализныци (УЗ). Методика. При оптимизации управления трафиком в сетях MPLS важную роль оказывает технология инжиниринга трафика (Traffic Engineering, TE). Основной механизм TE в MPLS - использование однонаправленных туннелей (MPLS TE tunnel) для задания пути прохождения определенного трафика. Составлена математическая модель задачи инжиниринга трафика в компьютерной сети УЗ технологии MPLS TE. Компьютерная сеть УЗ представлена ориентированным графом, вершинами которого являются маршрутизаторы компьютерной сети, а каждая дуга моделирует связь между узлами. В качестве критерия оптимизации выступает минимальное значение максимального коэффициента использования ТЕ-туннелей. Результаты. Определены шесть вариантов назначения потоков; найдена рациональная последовательность потоков, при которой значение максимального коэффициента использования ТЕ-туннелей рассмотренного упрощенного фрагмента компьютерной сети УЗ не превышает 0,5. Научная новизна. Предложена методика решения задачи инжиниринга трафика в многопротокольной компьютерной сети УЗ технологии MPLS ТЕ; для разных классов прокладывается свой путь в зависимости от полосы пропускания и загрузки канала. Практическая значимость. Установлена возможность определения значений максимальных коэффициентов использования ТЕ-туннелей в компьютерных сетях УЗ на основе разработанной программной модели «TraffEng». Входные параметры модели: количество маршрутизаторов, пропускная способность каналов, количество потоков, средняя скорость потоков. В качестве результата работы модели «TraffEng» представляются варианты выбора ТЕ-туннелей с соответствующими значениями максимальных коэффициентов их использования.
Ключевые слова: технология MPLS ТЕ; инжиниринг трафика; скорость потока; пропускная способность; коэффициент использования; ТЕ-туннель
V. N. PAKHOMOVА1*
1 Dep. «Electronic Computing Machines», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (056) 373 15 89, e-mail viknik.p1988@mail.ru, ORCID 0000-0001-8346-0405
RESEARCH OF ENGINEERING TRAFFIC IN COMPUTER OF UKRZALIZNYTSIA NETWORK USING MPLS TE TECHNOLOGY
Purpose. In railway transport of Ukraine one requires the use of computer networks of different technologies: Ethernet, Token Bus, Token Ring, FDDI and others. In combined computer networks on the railway transport it is necessary to use packet switching technology in multiprotocol networks MPLS (MultiProtocol Label Switching) more effectively. They are based on the use of tags. Packet network must transmit different types of traffic with a given quality of service. The purpose of the research is development a methodology for determining the sequence of destination flows for the considered fragment of computer network of UZ. Methodology. When optimizing traffic management in MPLS networks has the important role of technology traffic engineering (Traffic Engineering, TE). The main mechanism of TE in MPLS is the use of unidirectional tunnels (MPLS TE tunnel) to specify the path of the specified traffic. The mathematical model of the problem of traffic engineering in computer network of UZ technology MPLS TE was made. Computer UZ network is represented with the directed graph, their vertices are routers of computer network, and
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зaлiзничного транспорту, 2015, № 1 (55)
each arc simulates communication between nodes. As an optimization criterion serves the minimum value of the maximum utilization of the TE-tunnel. Findings. The six options destination flows were determined; rational sequence of flows was found, at which the maximum utilization of TE-tunnels considered a simplified fragment of a computer UZ network does not exceed 0.5. Originality. The method of solving the problem of traffic engineering in Multiprotocol network UZ technology MPLS TE was proposed; for different classes its own way is laid, depending on the bandwidth and channel loading. Practical value. Ability to determine the values of the maximum coefficient of use of TE-tunnels in computer UZ networks based on developed software model «TrafEng». The input parameters of the model: number of routers, channel capacity, the number of streams, the average flow velocity. As a result of the model «TrafEng» choices variants of TE-tunnels with the corresponding values of the maximum coefficient of their use are presented.
Keywords: MPLS TE technology; traffic engineering; flow rate; bandwidth utilization; TE-tunnel
REFERENCES
1. Budyldina N.V., Shuvalov V.P Telekommunikatsionnyye seti s mnogoprotokolnoy kommutatsiey po metkam. Postroeniye i optimizatsiya [Telecommunication network with multiprotocol switched labels. Design and optimization]. Ekaterinburg Publ., 2006. 287 p.
2. Goldshteyn A.B. Mekhanizm effektivnogo tunnelirovaniya v seti MPLS [The mechanism of effective tunneling in MPLS network]. Vestnik svyazi - Bulletin of communication, 2004, no. 2, 12 p.
3. Zaychenko Yu.P., Sharadka A.A.M. Zadacha raspredeleniya potokov razlichnykh klassov v seti s tekhnologiey MPLS [The task of distribution of different classes in the network with MPLS technology]. Visnyk NTUU «KPI» - Bulletin of NTUU «KPI», 2005, no. 43, pp. 113-23.
4. KucheryavyyYe.A. Upravleniye trafkom i kachestvo obsluzhivaniya v seti Internet [Traffic management and quality of service in the Internet]. Sant-Petersburg, Nauka i Tekhnika Publ., 2004. 336 p.
5. Olveyn V. Struktura i realizatsiya sovremennoy tekhnologii MPLS [The design and implementation of modern technologies MPLS]. Sant-Petersburg, Piter Publ., 2004. 480 p.
6. Olifer, V.G., Olifer N.A. Kompyuternye seti. Printsipy, tekhnologii, protokoly [Computer network. Principles, technologies and protocols]. Sant-Peterburg, Piter Publ., 2010. 944 p.
7. Pakhomova V.M., Povod V.V. Lohichna strukturyzatsiia informatsiinykh merezh zaliznychnoho transportu na osnovi komutatoriv Ethernet [Logical structuring of information networks of railway transport on the basis of Ethernet switches]. Zbirnyknaukovykhprats Donetskoho instytutu zaliznychnoho transportu [Proc. of Donetsk Institute of Railway Transport], 2012, no. 29, pp. 11-18.
8. Pakhomova V.M., Skaballanovych T.I., Liakhov D.A. Mozhlyvist vykorystannia tekhnolohii 100VG-AnyLAN v informatsiinykh systemakh zaliznychnoho transportu [The possibility of the use of technology 100VG-AnyLAN in the information systems of railway transport]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznichnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dniproperovsk National University named after Academician V. Lazaryan], 2012, issue 2 (41), pp. 199-204.
9. Pakhomova V.M., Strybulevych L.V. Modyfikovana imitatsiina model lokalnoi merezhi za markernym metodom dostupu do shyny [Modified network simulation model with token method of bus access]. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznichnoho transportu imeni akademika V. Laza-riana - Science and Transport Progress. Bulletin of Dniproperovsk National University, 2013, no. 4 (46), pp. 90-98.
10. Stolings V. Sovremennyye kompyuternyye seti [Modern computer networks]. Sant-Petersburg, Piter Publ., 2003. 783 p.
11. Khandetskyi V.S., Hryhoriev V.M., Khandetskyi P.V. Efektyvnist obminu marshrutnoiu informatsiieiu v iierarkhichnykh strukturakh OSPF-merezh [The efficiency of the exchange of routing information in the hierarchical structures of OSPF networks]. Tezy dopovidi VI mizhnarodnoi naukovoi-praktychnoi konferentsii. «Suchasni problemy i dosiahnennia v haluzi telekomunikatsii ta informatsiinykh tekhnolohii» [Proc. of the VI Intern. Sci and Pract. Conf. «Modern problems and achievements in the field of telecommunications and information technologies»]. Zaporizhia, 2012, pp. 280-281.
12. Fiche G., Veillard Y. The Tunneling Technique and the Tandem Queue Effect. In International Workshop on Future Service, Alcatel, France 2000.
13. Le Gall P. Single server queuing networks with varying service times and renewal input. Journal of Appl. Mathematics and Stochastic Analysis, 2000, no. 13, pp. 429-450. doi: 10.1155/s1048953300000368.
Стаття рекомендована до публтацп д.т.н., проф. О. I. Мiхальовим (Украта); д.т.н., проф. А. А. Косолаповим (Украта)
Надшшла до редколегп 04.11.2014
Прийнята до друку 23.12.2014
