CC BY
16
УДК 004.[942+772] Доц. 1.М. Дронюк, канд. фЬз.-мат. наук;
астр. О.Ю. Федевич - НУ "ЛьвыськаполЬпехтка"
ПРОГРАМНИЙ КОМПЛЕКС МОН1ТОРИНГУ ТА ПРОГНОЗУВАННЯ
ТРАФ1КУ ПОТОКУ В СЕГМЕНТ КОМП'ЮТЕРНО1 МЕРЕЖ1
Розроблено програмний комплекс, який призначений для монiторингу, визначен-ня та прогнозування змiн параметрiв трафжу потоку в единому домеш колiзiй у сегмен-тi комп'ютерно'! мережi. Розроблено математичну модель на основi диференцiальних ршнянь коливного руху та ре^зовано прогнозування трафiку потоку. Спираючись на результати прогнозування трафшу потоку в сегментi комп'ютерно'! мережi i максимально допустиме завантаження вузлового обладнання сегменту комп'ютерно'! мережу ре-алiзуеться адаптивне управлшня вузловим обладнанням для запобiгання втратам паке-тiв даних.
Ключовг слова: трафш потоку, сегмент комп'ютерно'! мережi, диференщальне рiв-няння, коливнийрух, вузлове обладнання, А1еЬ-функщ1, комутатор.
Вступ. Стрiмке розширення комп'ютерних мереж, постiйне зростання обсяпв даних, що передаються, зумовили потребу дослвдження завантаженостi вузлiв мережi та каналш зв'язку з метою запобкання перевантаженням.
На сьогоднi в робот сучасних комп'ютерних мереж е низка проблем, ям впливають на завантаження вузлового обладнання сегмента комп'ютерно! мере-жi. Враховуючи сучаснi вимоги до мереж передачi даних у рiзних галузях людсько!' дiяльностi, можна зазначити, осюльки зростання кiлькостi користува-чiв породжуе збiльшення iнтенсивностi трафiку потоку, то це спричиняе втрату пакепв тд час передачi даних [6]. У лiтературi для прогнозування трафку потоку використовують рiзнi методи, зокрема, алгоритм Бокса-Дженкшса та алгоритм прогнозування з використанням похщних [1]. Пiсля застосування сучасних методiв iнженерii трафiку коефщкнт завантаження вузлового обладнання в середньому не перевищуе величини 0,5-0,55 [5].
Метою роботи е експериментальне дослщження та аналiз трафiку потоку сегмента комп'ютерно! мережi в реальному чаа на основi спостережень над комп'ютерною мережею. 1нструментом для дослвдження е розроблений програмний комплекс мошторингу мережi за параметрами: сумарний трафш на сер-верi, пропускна здатнiсть. Здiйснений аналiз трафiку потоку використовують для прогнозування трафшу потоку, що використовуеться для запобкання втратам пакетк. Дослвдження полягае у вдосконаленш алгоритмiв адаптивного управлшня пропускною спроможнiстю портк вузлового обладнання пакетних мереж, що дае змогу зменшити втрату пакетiв у вузловому обладнанш в умовах пульсуючого трафiку.
Опис програмного комплексу. Розроблений програмний комплекс ввд-носять до област передачi даних у трактах обмiну даними, i призначений для визначення та прогнозування змiн параметрiв трафiку потоку у единому домеш колiзiй в iнформацiйно-обчислювальних мережах, з метою запобкання втратi пакетiв у вузловому обладнанш мереж! Розроблене програмне забезпечення аналiзуе зiбранi данi, формуе таю параметри: кiлькiсть пакетк у записаному файл^ час монiторингу, кшьккть пакетк за час спостереження, розмiр пакетiв у байтах, якi слугують вихiдними даними для прогнозування.
Розроблений програмний комплекс дае змогу визначити та вщобразити 3i6paHi на певному обраному промiжку часу данi монiторингу трафжу потоку в сегмент комп'ютерно! мереж! Проан^зоваш данi е вихiдними даними для здiйснення обчислень прогнозу на основi математично! модели що описуе ко-ливний рух.
Математичний апарат Ateb-функцш дав змогу розв'язати аналгтичш сис-теми диференцiальних рiвнянь, що описують iстотно нелiнiйнi процеси у системах з одним ступенем вшьносп [2]. Для прогнозування потоку трафшу в сег-ментi комп'ютерно! мережi використовуемо диференцiальне рiвняння, що описуе коливний рух з малим збуренням у виглядi [3]
X + а2хп = £ f(x, X, t) (1)
де: x(t) - кшьккть пакетов у мережi в момент часу t; а - константа, яка визна-чае величину перюду коливання трафiку; f (х, X, t) - довiльна анал^ична функция, яка використовуеться для моделювання малих вiдхилень трафiку ввд основно! складово! коливань; п - число, яке визначае стешнь нелшшност рiвнян-ня, яке впливае на перiод основно! складово! коливань. За виконання таких умов на а i п at-0, п = (2к1 +1)/(2к2 +1), К1,к2 = 0,1,2... доведено, що аналгтичний розв'язок рiвняння (1) видаеться у виглядi Ateb-функцiй [4].
Щ = аСа (п,1,ф)-sf (t); (2)
^ 1+п
Z = а 2 hSa(1,п,ф)- sf (t), де а = max|Z|vminЩ - (амплiтуда коливань), Са(п,1,ф),Sa(1,п,ф) Ateb-косинус i
2а2
Ateb-синус вiдповiдно, h2 =-. Змшна ф пов'язана з часом t сшвввдношен-
1 + п
ням виду
t п±
ф = —а 2 +фо, (3)
25 Г 2,-1
де: L = —\2 1 + п J , В - Beta-функцiя; ф0 - початкова фаза коливань. П(1 + п) h
Функщя f представлена у виглядi [7]
N
f(t) = X a,S,(t,), (4)
i=1
де: а - амплгтуда збурення -A < а, < A; A - максимальна амплгтуда збурення (визначають за даними спостережень); St - функщя Дiрака; t, - момент часу, в якому виникае i-те збурення, яке генеруеться випадковим чином.
Спочатку задаеться час спостереження за трафжом потоку, який може бути обраний довшьно. Розроблений програмний комплекс дае змогу аналiзува-ти та збертати потоки трафiку вiд i до. На цьому вiдрiзку трафжу вiдбуваеться пошук мiнiмального та максимального значень трафжу у вiдповiдний момент
часу протягом заданого штервалу. Наступним кроком знаходимо середне зна-чення (по оа ОУ, по осi ОХ заданий штервал вiдображаеться на iнтервал [-П (и, 1); П (и, 1)], де П (и,1) - перюд А1еЬ-функцп) мiж мiнiмальним та максималь-ним, для здiйснення порiвняння з обраною у параметрах програмного забезпе-чення Ateb-функцiею. Середне значення приймаеться за нуль, а максимальне та мЫмальне - вiдповiдно за 1 та -1, як межi значень Ateb-функцiй. Усi промiжнi значення нормаизуються дтенням на половину рiзницi мiж максимальним та мiнiмальним значеннями трафку.
Наступним кроком вiдбуваеться обчислення рiзниць м1ж збереженими значеннями трафiку та обчисленими значеннями обрано'1 Ateb-функцií на виб-раному промiжку з кроком 0,01, тобто 2 П(и, 1)100 обчислених значень. Пiсля цього вiдбуваеться пошук середнього значення вiдхилення ц у масивi створе-них рiзниць. Тодi за формулою
М =
2-А 2
(5)
вiдбуваеться обчислення значення ординати точки для побудови графша подiб-ностi Ateb-функцií до реальних значень трафiку потоку.
Блок-схему алгоритму роботи розробленого програмного комплексу представлено на рис. 1.
Рис. 1. Блок-схема алгоритму роботи розробленого програмного комплексу прогнозування трафЩ потоку в сегментi комп'ютерно'1 мережi
В основу методу анаизу та прогнозування трафку потоку у сегменл комп'ютерно'' мережi на основi диференщальних рiвнянь коливного руху створено програмний комплекс для анаизу та прогнозування трафiку потоку у сегменл комп'ютерно'' мережi, в якому за рахунок нових дш можна було б змен-шити втрату пакетiв у вузловому обладнанш (табл.).
Табл. Опис параметрiв функцш для здшснення прогнозування трафжу потоку _в сегментi комп 'ютерноУ .мережа'_
№ Функщя 1нтервал, хв Крок прогнозування, хв Час мошторингу, год
1 Ба (1/3,1) 60 1 6
2 Ба (1/5,1) 60 1 6
3 Ба (1/7,3) 60 1 6
4 Бш 60 1 6
Рис. 2. Мошторинг даних трафЬку в сегментi комп 'ютерног мережЬ
Рис. 3. Мошторинг даних трафЬку в сегментi комп 'ютерног мережЬ
Рис. 4. Монторинг даних траф^ в сегментi комп 'ютерног мережi
Рис. 5. Монторинг даних траф^ в сегментi комп 'ютерног мережi
На рис. 2-5 зображено роботу розробленого програмного комплексу та реаизований новий метод мошторингу та прогнозування трафку потоку i на цш основi здшснюеться перерозподт навантаження у сегменп комп'ютерно'' мережi.
Висновки. У щй робот описано розроблений програмний комплекс для монiторингу та ан^зу трафiку потоку сегмента комп'ютерно! мереж! Для ефективного монiторингу мережi створено програмний комплекс, одшею 3i складових частин якого е програмне забезпечення для аналiзу роботи комп'ютерно! мереж! Призначення програмного комплексу полягае у забезпе-ченнi автоматизованого збирання шформацп з мережевих пристрогв та реал!за-цii прогнозування трафiку потоку. Внаслвдок роботи програмного забезпечення параметри трафку вiзуально вiдображаються на графiках та даються вiдповiднi рекомендацп про перерозподш навантаження у мережi.
На основi теорц Ateb-функцiй та даних мошторингу сегмента комп'ютерно! мережi реалiзовано прогнозування трафжу потоку у сегментi комп'ютерно! мережi. Представлено результати мошторингу трафжу потоку у вузловому обладнаннi. Перевагою запропонованого методу е використання од-нiеi аналкично! формули для обчислення прогнозу поведiнки трафiку потоку та реал!защя перерозподiлу навантаження у мереж! Ефектившсть запропонованого методу шдтверджено експериментальними дослiдженнями з використанням мошторингу мережi розробленим програмним комплексом.
Лггература
1. Муранов О.С. Експериментальш дослiдження мехашзмгв прогнозування пульсаций пакетного трафжу / О.С. Муранов // Защита информации : сб. науч. тр. Национального авиационного университета. - К. : Изд-во НАУ, 2008. - Спец. выпуск. - С. 137-142.
2. Сокирка С.О. Моделювання 1КМ тдприемства з балансуванням навантаження / С.О. Со-кирка // Захист шформащ! в шформацшно-комушкацшних системах : матер. наук.-практ. конф., 3-6 червня 2013 р., НАУ, м. Кшв,. - С. 29-30.
3. Dronjuk Ivanna Asymptotic method of traffic simulation (Distributed Computer and Communication Networks) / Ivanna Dronjuk, Mariya Nazarkevych, Olga Fedevych // Communications in Computer and Information Science. Springier. - 2014. - Vol. 279. - Pp. 136-144.
4. Сеник П.М. Про А1вЬ-функщ1 / П.М. Сеник // Доклады АН УРСР. - Сер.: А. - 1968. - № 1. - С. 23-27.
5. Мхамад 1брапм Ахмад Альомар. Збшьшення корисного завантаження вузлового облад-нання комп'ютерних мереж / Альомар Мхамад // Вюник КНУБА. Управления розвитком склад-них систем : зб. наук. праць. - К. : Вид-во КНУБА, 2015. - Вип. 21. - С. 112 -116.
6. Czachorski T. Transient states of priority queues - a diffusion approximation study / T. Czachorski, T. Nycz, F. Pekergin // International Journal On Advances in Networks and Services. -2009. - Vol. 2, No. 2 and 3. - Pp. 205-217.
7. Ivanna Droniuk. Forecasting of the trend of traffic based on Ateb-functions theory / I.M. Droni-uk, O.Yu. Fedevych // Proceedings of the 10-th International Scientific and Technical Conference CSIT 2015, 14-17 September 2015, Lviv, Ukraine. - Pp. 139-141.
Дронюк И.М., Федевич О.Ю. Программный комплекс мониторинга и прогнозирования трафика потока в сегменте компьютерных сетей
Разработан программный комплекс, который предназначен для мониторинга, определения и прогнозирования изменений параметров трафика потока в едином домене коллизий в сегменте компьютерной сети. Разработана математическая модель на основе дифференциальных уравнений колеблющегося движения и реализовано прогнозирование трафика потока. Опираясь на результаты прогнозирования трафика потока в сегменте компьютерной сети и максимально допустимое значение загрузки узлового оборудования сегмента компьютерной сети, реализуется адаптивное управление узловым оборудованием для предотвращения потерь пакетов данных.
Ключевые слова: трафик потока, сегмент компьютерной сети, дифференциальное уравнение, колебательное движение, узловое оборудование, Ateb-функции, коммутатор.
Droniuk I.M., Fedevych O. Yu. Program Complex for Monitoring and Forecasting of Traffic Flow in Computer Networks Segment
A software package for monitoring, identifying and predicting of changes in the parameters of traffic flow in a single domain collision of segment computer network is developed and designed. A mathematical model based on differential equations of oscillating movement and forecasting of traffic flow were created and realized. Based on the results of prediction of traffic flow in the segment of computer network and the maximum allowable value of load of node equipment in computer network segment, adaptive control of node equipment to prevent loss of data packets is implemented.
Keywords: traffic flow, computer network segment, differential equations, oscillatory motion, nodal equipment, Ateb-function, switch.
УДК 629.561.4:614.846.9 Нач. тституту В.С. Кропивницький -
Укратський науково-до^дний iHammym цивильного захисту
ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИК1В ЕФЕКТИВНОСТ1 ВИКОНАННЯ ЦЫЬОВИХ ЗАВДАНЬ ВОДНОГО ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОВУ ПРИ Л1КВ1ДАЦН НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦ1Й
Розглянуто питания оцшювання експлуатацшно'! ефективност використання водного транспортного засобу шд час виконання визначених цшьових завдань з дотриман-ням вимог охорони довкшля.
Розроблено комплекс показниюв виконання цшьових завдань та критерй ефектив-ност використання водного транспортного засобу, що враховують особливост д1апазо-шв змшення експлуатацИних показниюв залежно вщ виду цшьового завдання.
Запропоновано модульний принцип компоновки спещальним обладнанням водного транспортного засобу, що дае змогу отримати найбшьш ращональне його влашту-вання з точки зору введених показнишв ефективност виконання окремих цшьових зав-дань. Вщповщно до модульного шдходу розроблено 5 вар1ант1в компоновок.
Ключов1 слова: водний транспортник заиб, лшвщацш надзвичайних ситуацш, по-казник ефективност виконання цшьового завдання.
Постановка проблеми. Бiльшiсть населених пунктк в УкраЫ розмще-но бкя водойм, вздовж великих i малих ркок, морського узбережжя. У берего-вих зонах живуть сотш тисяч людей, розмiщенi житловi будови, об'екти шфрас-труктури, органiзованi мкця стоянки та зберiгання водного транспорту. У цш ситуацii актуальними стають питання забезпечення пожежно!' безпеки об'ектк водного транспорту та берегово!' лшп, розмiщених на несудноплавних рiчках з малими глибинами, засмiченим фарватером, на об'ектах важкодоступних для автотранспорту: островах, лкових селищах, гiдроспорудах, плавнях i т. iн. У свiтовiй практищ для лiквiдацii надзвичайних ситуацiй на цих територкх засто-совують спецiалiзованi маломiрнi пожежнi судна (пожежно-рятувальнi катери) з рiзними варiантами планування палубного простору, а також рiзними схемами розмщення комплексу спецiального устаткування й спорядження [1, 2].
Загальним ктотним недолiком наявних водних транспортних засобк е обмеженiсть тактичних характеристик, внаслщок вiдсутностi технiчноi можли-востi проведения аваршно-рятувальних робiт на водних об'ектах з малими глибинами i засмкеним фарватером, а також ввдсутносп спецiального обладнання для виконання аваршно-рятувальних i водолазних робiт. Також ктотним недо-
