Системотехнические решения по взаимодействию гетерогенных сетей связи на основе мультиагентных технологий управления Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

УДК 621.391 DOI:1024412/2782-2141-2023-2-48-55

Системотехнические решения по взаимодействию гетерогенных сетей связи на основе мультиагентных технологий управления

Раков И. В., Титов Г. С., Талагаев В. И.

Аннотация: В статье ставится задача проведения анализа структуры современных телекоммуникационных сетей, с целью выявления ряда системных задач организации взаимодействия гетерогенных сетей связи: описания взаимодействующих сетей связи; оценки текущих значений показателей сети связи; оценки необходимых для предоставления услуг ресурсов; выбора параметров управления услугами; управления показателями сети связи на основе выбранных значений параметров. В качестве методов для решения указанных задач предлагается использовать мультиагентные технологии. Результат: исходя из целей взаимодействия определены основные необходимые виды агентов сетевого и терминального оборудования. Часть из них использует существующие программные средства сетевого управления. Остальные - представляют собой вновь разработанные программные взаимодействующие сущности, что и определяет новизну исследования. Практическая значимость состоит в том, что проверка методики осуществлялась на экспериментальном образце взаимодействующих гетерогенных сетей связи, в которых требовалось обеспечить задачу получения данных из пула эквивалентных серверов баз данных. Представленные в статье системотехнические решения демонстрируют возможность мультиагентного управления взаимодействием гетерогенных сетей связи с учетом требований пользователя и состояния сетей связи. В основе предложенного подхода лежит механизм формирования и последующего применения Парето-оптимальных правил, позволяющий адаптироваться к изменяющимся свойствам сетевой инфраструктуры и поведению пользовательских приложений. Дальнейшая разработка системотехнических принципов и создание средств информационно-логического взаимодействия гетерогенных сетей требует исследования вопросов описания наиболее распространенных услуг (мультимедиа, FTP, email) с помощью онтологий и интеграции агентов на их основе.

Ключевые слова: гетерогенная сеть связи, интеллектуальные составляющие, интерфейс, информационно-логическое взаимодействие, мультиагентная технология, протокол сетевого управления, сетевое управление.

Введение

Функционирование современных телекоммуникационных сетей обеспечивается на основе информационно-логического взаимодействия между уровнями иерархически организованной системы по простому протоколу сетевого управления SNMP (Simple Network Management Protocol) международной организации по стандартизации OSI/ISO (Open System Interconnection International Organization For Standardization). Спецификация рассматриваемых уровней системы выполнена в классической семиуровневой модели. Каждый уровень имеет точку взаимодействия с соседними уровнями, при этом любой уровень может иметь не более двух соседей. В зависимости от направления взаимодействия определяются смежные уровни, которые поставляют исходную информацию и получают результаты обработки.

Жизнеспособность сетей связи, использующих модель OSI/ISO, обеспечивается логическим обособлением функций каждого уровня и четкой спецификацией интерфейсов их взаимодействия. Это позволяет разработчикам реализовывать собственные сетевые устройства, протоколы связи в пределах одного уровня, но в

обязательном порядке реализующих требования спецификации интерфейса. Со временем стал проявляться недостаток такой организации, заключающийся в невозможности оценить сквозные характеристики системы связи между двумя точками доступа верхнего уровня в силу их нелинейности. Данный недостаток является особенностью используемой модели и ее неотъемлемой частью. То есть, преодолеть его средствами самой модели невозможно.

Требования к услугам связи

Несовершенство модели стало особенно заметно с тенденцией ориентированности на услуги современных сетей связи. В описание услуги должны входить объем услуги и требования по качеству обслуживания. В табл. 1 перечислены требования к некоторым современным услугам связи (ITU-T recommendation G.1010 от 11/2001).

Таблица 1 - Требования к услугам связи аудио/видео пользовательских приложений

Пользовательское приложение

Характер обмена

Типичная скорость

Параметры QoS

Задержка в

одном направлении

Вариация задержки

PRL - packet ratio loss (потеря информации)

Телефонный разговор

Двунаправленный

4-64 Кбит/с

< 150 mc

< 1mc

< 3 %

Голосовое сообщение

Однонаправленный

4-32 Кбит/с

< 100 ме - для проигрывания;

< 200 ме - для

записи

< 1мс

< 3 % PRL

Аудиопоток высокого качества

Однонаправленный

16-128 Кбит/с

< 10 мс

<< 1мс

< 1 % PRL

Видеотелефон

Двунаправленный

16-384 Кбит/с

< 150 мс

не

определ.

< 1 % PRL

Видеонаблюдение

Однонаправленный

16-384 Кбит/с

< 10 мс

не определ.

< 1 % PRL

Согласно ряду научных исследований [1] для решения описанной проблемы необходимо внести в компоненты сети связи интеллектуальные элементы. В современных информационных технологиях их разработка исследуется в разделе мультиагентных технологий. Наиболее развитый набор спецификаций в области интеллектуальных агентов разработан FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents). Согласно спецификации FIPA агент «обладает способностью предоставить в рамках унифицированной и интегрированной исполнительной модели один или более сервисов, которые могут включать доступ к внешнему программному обеспечению, пользователям и коммуникационным возможностям».

В составе программного обеспечения управления сетями связи широко распространен протокол SNMP [2]. В данном протоколе выделяются роли агента сетевого или терминального оборудования и менеджера. Агент сетевого оборудования принадлежит к классу реактивных агентов. Менеджер SNMP может содержать интеллектуальную составляющую.

Для организации взаимодействия гетерогенных сетей связи с целью обеспечения необходимого качества обслуживания необходимо решить следующие задачи:

1) Описание взаимодействующих сетей связи.

2) Оценка текущих значений показателей сети связи.

3) Оценка необходимых для предоставления услуг ресурсов.

4) Выбор параметров управления услугами.

5) Управление показателями сети связи на основе выбранных значений параметров.

Модель мультиагентных средств управления взаимодействием и услугами

Для описания взаимодействующих сетей связи может быть использована модель функционального описания сетей на основе Network Simulator [3]. Задачи 2 и 5 из приведенного списка решаются с помощью SNMP агента и SNMP менеджера. Для обеспечения задач 3 и 4 требуется разработка особого вида агентов - мониторинга состояния предоставляемой услуги и менеджера услуг. Таким образом, необходимы 4 типа взаимодействующих агентов:

1) Агенты системы мониторинга и управления состоянием сети связи и сетевых элементов.

2) Менеджеры системы мониторинга и управления состоянием сети связи и сетевых элементов.

3) Агент системы мониторинга и управления состоянием услуги.

4) Менеджер системы мониторинга и управления состоянием услуги.

Уровни и страты модели мультиагентных средств управления взаимодействием и услугами показаны на рис. 1. В частности, на рисунке проиллюстрированы роли участвующих агентов в решении задач.

описание взаимодейств ующих сетей связи

оценка текущих значений параметров сети связи

оценка

необходимых для предоставления ресурсов услуг

выбор параметров

управления

услугами

метод решения

используемые данные

метод решения

используемые данные

метод решения

используемые данные

используемые данные

используемые данные

иерархия агенты мониторинга агент мониторинга агент выбора

классов состояния сети связи услуг (тип 3) параметров услуг

Network и сетевых элементов (тип 4) Simulator (тип 1,2)

Рис. 1. Модель мультиагентных средств управления взаимодействием и услугами

На рис. 2 показаны потоки данных в процессе сбора и обработки информации сообществом агентов, а также управляющие воздействия, выработанные на основе собранной информации.

Пользователь услуги

Рис. 2. Схема функционального взаимодействия гетерогенных сетей на основе мультиагентного подхода

Агент 4-го типа представлен в трех логических частях, первая из которых отвечает за сбор данных о конфигурации сети связи, вторая оценивает текущую загрузку сети связи, третья определяет необходимое управляющее воздействие, позволяющее обеспечить необходимый уровень качества обслуживания. На рис. 2 пунктирными линиями показаны потоки данных, используемые агентом 4-го типа в качестве входной информации. Штрих-пунктирными линиями показаны управляющие воздействия, формируемые агентом 4-го типа.

Результаты экспериментальных исследований

Для исследований свойств возможностей организации взаимодействия гетерогенных сетей связи на основе мультиагентной технологии, был создан экспериментальный образец мультиагентных средств (рис. 3). Назначение экспериментального образца - решение задачи выбора сервера услуг из пула серверов. В представленном образце пул содержит два сервера, принадлежащих двум гетерогенным сетям связи. Каждый из серверов может предоставить равноценные услуги с точки зрения состава услуг. Отличия заключаются в сетевой доступности серверов услуг. В основе выработки решений по выбору параметров услуги и сети связи, обеспечивающих требуемое качество обслуживания, лежит метод формирования правил. Каждое правило охватывает множество допустимых значений параметров и указывает управляющие воздействия. В образце в качестве такого воздействия рассматривался выбор соответствующего сервера услуг, размера TCP пакета сетевого соединения. Последовательность выработки и применения Парето-оптимальных правил выбора параметров для услуг SQL-запросов представлена на рис. 4.

потоки данных между инициатором запроса и серверами БД поток данных между рабочими станциями 1 и 2.1, 2.2, 2.3

Рис. 3. Экспериментальный образец мультиагентных средств организации взаимодействия гетерогенных инфокоммуникационных сетей

Рис. 4. Последовательность выработки и применения правил выбора параметров управления

Пример формирования правил на основе данных имитационного моделирования (см. табл. 2) представлен на рис. 5. В процессе моделирования варьировался размер пакета TCP-соединения и наличие несвязанных с предоставлением услуги посторонних соединений.

Таблица 2 - Значения оценок параметров качества обслуживания

С нагрузкой Без нагрузки

сервер 1 сервер 2 сервер 1 сервер 2

Длина пакета, байт 552 1500 552 1500 552 1500 552 1500

Максимальная задержка, сек 0.1571 0.8087 0.0697 0.1673 0.0574 0.0848 0.0697 0.16736

Максимальная вариация 0.1163 0.7582 0.0264 0.1013 0.0272 0.0386 0.0264 0.10136

задержки, сек

го го

со т

0.7582 -■

0.1163

0.1013.

0.0264

с нагрузкой

2Б 1М или 2Б . _

1 Б

2М 1М

нет решений

0.8087

0.0697

0.1571

0.1673

1М - сервер 1, размер пакета 552 байт 1Б - сервер 1, размер пакета 1500 байт 2М - сервер 2, размер пакета 552 байт 2Б - сервер 2, размер пакета 1500 байт

без нагрузки

1Б

2Б

1М или 2М

нет решений

0.1013

0.0386

0.0264

0.1673

0.0574

0.0848

1М - сервер 1, размер пакета 552 байт 1Б - сервер 1, размер пакета 1500 байт 2М - сервер 2, размер пакета 552 байт 2Б - сервер 2, размер пакета 1500 байт

Рис. 5. Формирование правил выбора параметров управления

Выводы

Представленные в статье системотехнические решения демонстрируют возможность мультиагентного управления взаимодействием гетерогенных сетей связи с учетом требований пользователя и состояния сетей связи. В основе предложенного подхода лежит механизм формирования и последующего применения Парето-оптимальных правил, позволяющий адаптироваться к изменяющимся свойствам сетевой инфраструктуры и поведению пользовательских приложений.

Дальнейшая разработка системотехнических принципов и создание средств информационно-логического взаимодействия гетерогенных сетей требует исследования вопросов описания наиболее распространенных услуг (мультимедиа, FTP, email) с помощью онтологий и интеграции агентов на их основе.

Литература

1. Швецов А. Н., Яковлев С. А. Распределенные интеллектуальные информационные системы. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. - 317 с.

2. Таненбаум Э. Компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2003. - 992 с.

3. The Network Simulator Documentation - ns-2. - URL: http://www.isi.edu/nsam/ns (дата обращения: 25.03.2023).

References

1. Shvetsov A. N., Yakovlev S. A. Raspredelennye intellektual'nye informacionnye sistemy [Distributed intelligent information systems]. St. Petersburg, St. Petersburg State Electrotechnical University "LETI" Publ., 2003. 317 p. (in Russian).

2. Tanenbaum E. Komp'yuternye seti [Computer networks]. St. Petersburg, Peter Publ., 2003. 992 p. (in Russian).

3. The Network Simulator Documentation. Available at: http://www.isi.edu/nsam/ns (accessed 25.03.2023) (in Russian).

Статья поступила 31 марта 2023 г.

Информация об авторах

Раков Игорь Васильевич - Кандидат технических наук. Заместитель генерального директора - директор научно-технического центра. Публичное акционерное общество «Интормационные телекоммуникационные технологии» (ПАО «Интелтех»). Область научных интересов: проектирование интегрированных мультисервисных сетей конфиденциальной связи. Тел.: +7(812)542-90-54. E-mail: intelteh@inteltech.ru.

Титов Григорий Сергеевич - Начальник отдела. ПАО «Интелтех». Область научных интересов: разработка программных комплексов информационной поддержки служебной деятельности. Тел.: +7(812)542-90-54. E-mail: intelteh@inteltech.ru.

Талагаев Владимир Иванович - Кандидат технических наук, старший научный сотрудник, профессор Академии военных наук. Ведущий научный сотрудник. ПАО «Интелтех». Область научных интересов: системный анализ и проектирование. Тел.: +7(812) 448-96-50. E-mail: intelteh@inteltech.ru.

Адрес: 197342, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Кантемировская, д. 8.

Sistemotekhnichesky decisions on interaction of heterogeneous communication networks on the basis of multiagentny technologies of management

I. V. Rakov, G. S. Titov, V. I. Talagaev

Abstract: The article sets the task of analyzing the structure of modern telecommunication networks in order to identify a number of system tasks of organizing the interaction of heterogeneous communication networks: descriptions of interacting communication networks; evaluation of current values of communication network indicators; evaluation of resources necessary for the provision of services; selection of service management parameters; management of communication network indicators based on selected parameter values. It is proposed to use multi-agent technologies as methods for solving these problems. Result: based on the goals of interaction, the main necessary types of agents of network and terminal equipment are determined. Some of them use existing network management software. The rest are newly developed software interacting entities, which determines the novelty of the study. The practical significance lies in the fact that the verification of the methodology was carried out on an experimental sample of interacting heterogeneous communication networks, in which it was necessary to provide the task of obtaining data from a pool of equivalent database servers. The system engineering solutions presented in the article demonstrate the possibility of multi-agent control of the interaction of heterogeneous communication networks, taking into account the requirements of the user and the state of communication networks. The proposed approach is based on a mechanism for the formation and subsequent application of Pareto-optimal rules, which allows adapting to the changing properties of the network infrastructure and the behavior of user applications. Further development of system-technical principles and creation of means of information-logical interaction of heterogeneous networks requires research on the description of the most common services (multimedia, FTP, email) using ontologies and integration of agents based on them.

Keywords: heterogeneous communication network, intelligent components, interface, information and logical interaction, multi-agent technology, network management protocol, network management.

Information about Authors

Igor Vasilyevich Rakov - Ph.D. of Engineering Sciences. Deputy General Director -Director of the Scientific and Technical Center. Public Joint Stock Company "Intormational Telecommunication Technologies" (PJSC "Inteltech"). Research interests: design of integrated multiservice confidential communication networks. Tel.: +7(812)542-90-54. E-mail: intelteh@inteltech.ru .

Titov Grigory Sergeevich - Head of the department. PJSC "Inteltech". Research interests: development of software systems for information support of official activities. Tel.: +7(812)542-90-54. E-mail: intelteh@inteltech.ru

Talagaev Vladimir Ivanovich - Ph.D. of Engineering Sciences. Senior Research Officer. Professor of the Academy of Military Sciences. Leading researcher. PJSC "Inteltech". Research interests: system analysis and design. Tel.: +7(812) 448-96-50. E-mail: intelteh@inteltech.ru.

Address: 197342, Russia, St. Petersburg, Kantemirovskaya str., 8.

Для цитирования: Раков И. В., Титов Г. С., Талагаев В. И. Системотехнические решения по взаимодействию гетерогенных сетей связи на основе мультиагентных технологий управления // Техника средств связи. 2023. № 2 (162). С. 48-55. DOI:1024412/2782-2141-2023-2-48-55.

For citation: Rakov I. V., Titov G. S, Talagaev V. I. Sistemotekhnichesky decisions on interaction of heterogeneous communication networks on the basis of multiagentny technologies of management // Means of Communication Equipment. 2023. No. 2 (162). Pp. 48-55. DOI: 1024412/2782-2141-2023-2-48-55 (in Russian).