CC BY
112
ИНФОРМАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 693.548
Влияние самоподобия телекоммуникационного трафика на характеристики систем спутникового доступа к Интернет в стандарте DVB /IP/ MPEG-2
О.И. Шелухин, К.Ю. Окулов
Исследовано самоподобие в сети смешанного типа для DVB-потока, построены зависимости пропускной способности сети для протокола TCP и UDP; рассмотрено раздельное поведение протоколов и в объединенном потоке, а также влияние на них различных типов очередей.
Study of self-similarity effect for DVB stream in hybrid network was; the building the dependences of self-similarity for TCP and UDP
transport protocols, and studying the influences of different kind
Постановка задачи
На современном этапе развития цифровой техники и цифровых методов передачи данных, когда увеличивается количество видео- и аудиоинформации, при возрастающем качестве предоставляемого мультимедийного сервиса ужесточаются и требования к существующей Интернет-сети. Увеличение количества мультимедийных приложений расширяет требования к каналам связи и магистральным линиям, что заставляет искать методы предсказания и оптимизации использования доступной полосы передачи информации. Современные линии передачи данных характеризуются ярко выраженной асимметрией передаваемых и принимаемых потоков информации.
Большинство используемых сетей применяет пакетную передачу данных, при которой данные передаются посредством хранения и отсылки информации от узла к узлу, от буфера к буферу. Для каждого буфера существует отдельный алгоритм обработки очереди, который решает, должен ли будет пакет храниться в памяти, быть отправленным или потерянным. Известны алгоритмы активной и пассивной обработки очереди.
В предлагаемой работе для исследования характеристик систем спутникового доступа к Ин-
of Queue to existing traffic.
тернет будут исследованы несколько очередей: FIFO, RED, CBQ.
Алгоритм работы FIFO (First In- First Out) является пассивным алгоритмом и заключается в простом отбрасывании пакета при переполнении очереди. Пакеты подаются на отправку по мере их поступления от источника. Размер очереди влияет на характеристики сети. Наиболее важными из них являются пропускная способность и задержка информации в буфере. При увеличении размера буфера наблюдается увеличение пропускной способности, но вместе с тем и увеличение времени задержки для каждого пакета. Однако, поскольку трафик в сети является достаточно динамичным, были разработаны алгоритмы активного обслуживания очередей.
Один из наиболее известных алгоритмов активного обслуживания получил название RED (от англ. Random Early Drop) [5]. Алгоритм RED после приема пакета данных подсчитывает среднюю скорость изменения длины очереди с весовым коэффициентом w. Таким образом, в этом алгоритме длина очереди также меняется. Данная величина w сравнивается с минимальным (Minth) и максимальным (Maxth) пороговыми значениями. Если величина w < Minth, то принимаемый пакет будет установлен в очередь для отправки. Кроме того,
каждый пакет в очереди маркируется коэффициентом вероятности отбрасывания, который рассчитывается по определенной формуле. Если же величина w > Maxth, то приходящий пакет сразу же отбрасывается. Иллюстрация работы механизма очереди RED изображена на рис. 1.
А
Рис. 1. Механизм очереди RED
Для решения вопросов, связанных с минимизацией задержек для определенного типа соединения, был разработан алгоритм, основанный на приоритете того или иного трафика.
В случае использования алгоритма типа CBQ (Class-based Queuing) [6] при постановке в очередь каждому пакету присваивается конкретный класс характеристик, таких как пропускная способность, приоритет, способ взаимодействия с другими классами и т.д. Основными целями работы алгоритма CBQ являются:
поддержка соединений, которые нуждаются в гарантированной полосе пропускания; поддержка необходимого QoS; обеспечение распределения ресурсов между соединениями.
Протокол IP/MPEG-2 через DVB
Система DVB, принятая европейским объединением радиопередач (EBU), основана на системе передачи пакетов, поддерживающей [1]. Для передачи аудио- и видеопотока разработан специальный стандарт, который объединяет мультимедийную информацию в один транспортный поток и который может быть передан различными средствами связи [2, 3].
По стандарту, описному в [1], поток данных включает в себя оптимизированную по скорости передачи информацию звука и видео. Причиной возможной оптимизации передаваемой информации послужила переменная скорость смены положения отдельных объектов всего каДЬаГ лшбра-жаемого на экране, т.е. скорость (VBR/ фика имеет пульсирующий характер.
Для удовлетворения постоянного и высокого качества передачи по таким характеристикам, как
время задержки и коэффициент ошибок (BER), в соответствии с DVB-стандартом, пульсирующий характер трафика требует наличия свободной полосы. Для резервирования такой полосы в поток вставляются «набивочные» пакеты, резервирующие свободное место в случае внезапного увеличения скорости потока видео. Очевидно, что использование набивочных пакетов неравномерно во времени, и в DVB-потоке они могут быть заменены дополнительной полезной информацией, например IP-дэйтаграммами. Отсюда возникает проблема предсказания свободного количества набивочных пакетов в общем потоке или поведения основного трафика на определенном конечном промежутке времени.
Современный Интернет, включая различные мультимедийные сервисы, характеризуется большой асимметричностью в направлении потоков передачи данных. Благодаря этому, учитывая различную стоимость соединения, используются смешанные или гибридные сети связи. В случае гибридной сети используются низкоскоростной прямой и высокоскоростной обратный каналы. В качестве низкоскоростного соединения может быть задействована обычная телефонная линия.
На рис. 2 показан один из способов передачи IP-пакетов в потоке DVB через спутник. Здесь показан спутниковый канал, через который проходит основной DVB-поток с добавлением в него Интернет-трафика. От ширины выделяемой полосы на спутнике зависит скорость передаваемой информации. В современных спутниках связи ширина транспондера Ku-диапазона составляет 72 МГц.
Для запросов и подтверждения принятой IP-информации используется наземный канал. Он может быть организован как с использованием обыкновенной телефонной линии с помощью низкоскоростного модема, так и через операторов мобильной связи, или с помощью другого малобюджетного способа соединения.
При изменении сетевой архитектуры с наращиванием видов сервисов, предоставляемых через Интернет, роль моделирования и анализа поведения того или иного типа трафика неуклонно возрастает. Известно большое число платформ для эмуляции сетевых топологий. Среди них наиболее доступен симулятор NS, который разрабатывался и дорабатывается до сих пор совместными уси-Р лиями большой группы ученых и инженеров. Некоторые распространенные коммерческие вариан-
Электротехнические и информационные комплексы и системы № 4, т. 3, 2007 г.
Мах
th
2
Рис. 2. Архитектура IP через DVB
ты сетевых симуляторов носят названия OPNET и SSFNET.
Симулятор NS представляет собой программный симулятор, используемый для моделирования и расчетов прохождение пакетов разного типа через заданную последовательность различного вида соединений, описанных с помощью специального синтаксиса. В нем реализованы групповые алгоритмы маршрутизации, транспортные протоколы и протоколы сеансов связи, посредством которых предоставляется современный сервис цифровой передачи данных. В дополнение, для транспортных протоколов, реализованы алгоритмы управления по времени, по скорости и управление их очередями.
Пакет программ сетевого симулятора также включает в себя огромное количество библиотек для генерации различных видов трафиков, в том числе и реальных, ранее записанных в файловый поток. В пакете содержится сетевой аниматор NAM, позволяющий визуально увидеть, что происходит в сети с рассматриваемой топологией.
Симулятор используется для широкого круга исследований, начиная от проверки обнаружения неисправностей в реально действующей сети до построения и проектирования сетей.
Для изучения влияния самоподобия в выбранной сети будем использовать источник самоподобного Парето-трафика, встроенный в программный симулятор.
Описание модели
Рассматриваемая сеть состоит из 67 узлов и 66 каналов связи. Топология сети изображена на рис. 3. Каждый канал характеризуется размером
160 мс ON
Фоновый трафик 100 мс Источник Парето OFF
Обратный канал 28,8 кбит/с, 30 мс
Прямой канал Argv[1], 280 мс
Фоновый трафик 100 мс Источник Парето ON
Размер буфера в пакетах для видеотрафика 100/ размер пакета 200
Размер выходного пакета -200 20 Мбит/с, 1 мс
Argv[3] - размер окна TCP-пакета
Рис. 3. Исследуемая топология сети
буфера, полосой пропускания и временем задержки. Узлы S1-S64 представляют собой узлы серверов, которые формируют фоновый самоподобный TCP-трафик с заданными параметрами, генерируемым Парето источниками. Узел C1 представляет собой клиентский узел, V1 - узел источника видеосигнала, G1 - спутниковый шлюз. Связь между спутниковым шлюзом и клиентским узлом осуществляется с помощью однонаправленной спутниковой линии связи. Для функционирования IP-протокола используется низкоскоростная линия.
В сети используются два протокола - замкнутый и незамкнутый, т. е. с обратной связью и без нее. Для передачи видео используется незамкнутый широкополосный протокол UDP, а для передачи фонового трафика - широко известный протокол TCP.
Входные переменные параметры моделируемой сети:
DVB.tcl - файл скрипта машинного кода сети;
Argv[0] - задается коэффициент формы Паре-то-узла (1-е по счету значение);
Argv[1] - задается пропускная способность прямого канала от спутникового шлюза к клиентскому узлу (2-е по счету значение);
Argv[2] - задается размер буфера в пакетах для CBQ-очереди (3-е по счету значение);
Argv[3] - задается размер TCP-окна (4-е по счету значение);
Argv[4] - задается скорость передачи Парето-узла во время ON-состояния (5-е значение).
Для генерирования Интернет-трафика или IP-дэйатаграмм применяется ON/OFF-источник Парето. Каждый из серверов содержит виртуальный файл определенного размера X, эмулируемый Парето-узлом. Каждый файл разделен на g=[X/MSS] частей, где MSS - максимальный размер сегмента. В нашем случае MSS =200 байт.
Для получения различной степени самоподобия трафика изменяется коэффициент формы Па-рето-источника а. Для расчетов выбраны значения а от 1,1 до 1,9 с шагом 0,1 - 0,2.
Для симуляции видеотрафика используется заранее записанный файл, содержащий в себе информацию о количестве передаваемых пакетов и метки времени, когда они должны быть отправлены. Видеоинформация передается посредством UDP-пакетов, которые, в свою очередь, не осуществляют гарантированную доставку и в общем потоке имеют наивысший приоритет. Для нахождения скорости передачи видеопотока проведем си-
муляцию работы всей сети без ТСР-трафика. Средняя скорость передачи видео составляет 376 кбит/сек.
Пакеты от видеоисточника и источника Парето поступают совместно к сетевому шлюзу, в котором применен метод очередности по классу трафика (CBQ). Видеотрафик имеет более высокий приоритет над Интернет-трафиком. Интернет-пакеты проходят только через свободную часть диапазона (ЛВЯ), оставшегося от занятого видеотрафиком и не оказывают на него влияния.
Для моделирования прохождения основного видеотрафика был взят реальный кодированный видеопоток фильма «Звездные войны». Этот файл передавался от сервера (VI) к клиенту (С1) через спутниковый шлюз с заданными характеристиками. В качестве протокола для передачи видео был выбран ИБР, как наиболее часто используемый при передаче видеоинформации для визуального приема. Для фонового трафика брались ТСР-пакеты с более низким приоритетом по сравнению с ИБР, гарантирующие доставку информации.
Скорость обратного канала от клиента не менялась. Скорость прямого канала для получения полезной информации изменялась.
Симуляция сети при различных параметрах
В соответствии с синтаксисом исполняемой последовательности команд просчитаем и построим зависимость количества потерянных пакетов от скорости прямого канала при различном значении буфера на спутниковом шлюзе, а также построим зависимость задержки ТСР-пакетов в сети. Проведем исследование потерь в численном выражении и процентном отношении для различных скоро -стей прямого канала и при постоянном среднем значении фонового трафика.
Размер буфера очереди CBQ на спутниковом шлюзе примем 75, 150, 300 и 600 пакетов.
Для топологии сети, представленной на рис. 3, при смешанном трафике ТСР- и ИБР-пакетов была проведена симуляция прохождения данных. С этой целью выбрана фиксированная скорость Парето-источников 365 кбит/с и проведена симуляция всей топологии сети. При данной выбранной скорости передачи Парето-узлов средняя скорость узла составляла 224 кб/сек. По результатам работы получены значения задержек и потерь для ИБР- и ТСР-пакетов (рис. 4 и 5). На рис. 4 показано, что задержка ТСР-пакетов увеличивается при увеличении размера буфера. Оценивая приведенные результаты, представленные на
Рис. 4. Задержка ТСР-пакетов
Э
* *
0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5
Пропускная способность прямого канала мБит/с
Пропускная способность прямого канала мБит/с
Рис. 5. Потери ТСР-пакетов
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5
Пропускная способность прямого канала мБит/с
3.1
0.3
0.1
1.7
Рис. 6. Задержка иЭР-пакетов
рис. 4 и рис. 5, можно выбрать необходимые значения буферов исходя из допустимости задержек и потерь.
Проведем исследование для иЭР- или видеопакетов. Результаты работы симулятора изображены на рис. 6 и рис. 7. Как видно, потери иЭР-пакетов не зависят от размера задаваемого ТСР-буфера, а следовательно, и от скорости передачи ТСР-потока, т.е. можно предположить, что организованный класс CBQ для передачи видеоинформации отдает наивысший приоритет видеопотоку, на который, в свою очередь, не оказывает влияние скорость передачи ТСР-пакетов. Также можно видеть четкий механизм работы CBQ-очереди, когда скорость иЭР-пакетов зависит только от ширины прямого канала.
Видно, что для передачи видео с принятым качеством изображения величина задержек не должна превышать 100 мс, а коэффициент потерь не должен быть более чем 1-10"5 [3].
Проведем анализ коэффициента потерь и задержки в зависимости от значения размера ТСР-окна. Выберем скорость обратного канала
0,6 Мбит/с. Размер буфера будем варьировать от 100 до 2000 пакетов. Размер ТСР-окна примем 10, 100 и 300 пакетов. Скорость фонового трафика
Рис. 7. Потери иЭР-пакетов
365 кбит/с. Результат эмуляции представлен на рис. 8
Из рис. 8 следует, что размер буфера не оказывает существенного влияния на основной видеотрафик, так же, как и 3-кратное увеличение величины окна от 100 до 300 пакетов. Но при небольшом максимально допустимом значении окна коэффициент потерь значительно меньше при одинаковой скорости прямого канала. При определенном достигнутом пороге увеличение его размера не приводит к какому-либо изменению в процентном отношении потерь, поскольку окно не успевает «дорасти» до максимальной величины. Для возможного увеличения размера передаваемого окна также необходимо и пропорциональное увеличение скорости прямого канала (а также и обратного) на передачу полезной информации. Сопоставляя коэффициенты потерь и задержки, приведенные на рис. 9, можно сделать вывод, что после достижения некоторого порогового значения, увеличение размера окна также не приносит прироста скорости передачи информации.
Таким образом, анализируя желаемые значения допустимых потерь (см. рис. 8) и приемлемое значение задержек (рис. 9), можно выбрать необходимое значение буфера.
Скорость передачи Парето узла 365 кБит/с
Скорость передачи Парето узла 365 кБит/с
Размер буфера (в пакетах)
Рис. 8. Зависимость коэффициента потерь ТСР-пакетов от размера буфера при размере окна 10, 100 и 300 пакетов и скорости обратного канала 0,6 Мбит/с
Видеотрафик на фоне суммарного трафика
Для исследования влияния фонового трафика на характеристики передачи видеотрафика построим зависимость скорости передачи последнего от полосы пропускания прямого канала в случае присутствия в сети одного видеотрафика и смешанного с ним фонового. Показатель самоподобия выберем равным 0,75, что в нашем случае соответствует ожидаемому коэффициенту формы 1,5. Емкость видеобуфера примем 10, 50 и 100 пакетов.
Запуская симуляцию работы сети, в которой присутствует только видео, будем повышать скорость прямого канала до величины, при которой будут отсутствовать пропадания пакетов. Анализ данной симуляции показал, что минимальная, средняя или максимальные пиковые скорости передачи видеопакетов на входе спутникового шлюза составляет 159, 376 и 1592 кбит/с соответственно. Таким образом, можно сделать вывод о том, что выделенная полоса используется видеотрафиком очень неравномерно.
Была проведена симуляция отдельно для фонового Интернет-трафика. В результате получена зависимость скорости передачи ТСР-пакетов к клиенту от скорости прямого канала (рис. 10).
Средняя скорость передачи ТСР пакетов к спутниковому шлюзу
Рис. 10. Суммарная средняя скорость передачи ТСР-пакетов к спутниковому шлюзу от 64 Парето-узлов
Рис. 9. Задержки ТСР-пакетов при размере буфера и размере окон 10, 100 и 3000 пакетов
Для анализа влияния ТСР-потока на иЭР в зависимости от скорости прямого канала была проведена симуляция как для суммарного трафика, так и отдельно для видеотрафика, при одинаковых параметрах сети. Эти результаты представлены на рис. 11 - 14.
Зависимости задержки иЭР-пакета для выбранных значений иЭР- и ТСР-буфера представлены на рис. 15 - 16.
Анализ этих графиков позволяет сделать вывод, что добавление к видеопотоку Интернет ТСР-пакетов не вносит видимого замедления скорости доставки видеоинформации к клиентскому узлу.
Из приведенных графиков видно, что величина размера ТСР-буфера не влияет на величину задержки как в случае объединенного трафика, так и в случае присутствия только видеотрафика. На задержки иЭР-пакетов (как для отдельного, так и для смешанного трафика) влияние оказывает только изменение размера видеобуфера, но не ТСР, что иллюстрирует особенности CBQ-очереди.
Видно, что увеличение размера буфера приводит уменьшению количества потерянных пакетов, но вместе с тем увеличивает задержку в сети. Для видеопотока это влияние оказывает видеобуфер, для ТСР-потока - ТСР-буфер.
Эффект самоподобия для TCP трафика
Оценим влияние степени самоподобия Интернет-трафика, характеризуемого параметром Херста, на характеристики сети, при изменении коэффициента формы Парето-узлов, а также влияние степени самоподобия трафика на коэффициент потерь в присутствии видеотрафика для ТСР-пакетов. С этой целью будем варьировать коэффициент формы Парето-источников от 1,1 до 1,9. Выбранное изменение коэффициента формы соответствует изменению параметра Херста в диапазо-
Рис. 11. Скорость передачи видеопакетов в отдельном и смешанном трафике, при размере буфера 20
Скорость прямого канала, мБит/с
Рис. 13. Скорость передачи видеопакетов в отдельном и смешанном трафике, при размере буфера 200
буфера 20 пакетов
не от 0,95 до 0,55. Ширина обратного канала при расчетах была выбрана равной 602 кбит/с, (376 кбит/с + 226 кбит/с) что соответствует средней скорости передачи видеосигнала и Интернет-трафика. Потери ТСР-пакетов в зависимости от размера видеобуфера и ожидаемого значения коэффициента Херста приведены на рис. 17 и рис. 18 соответственно.
смешанном трафике, при размере буфера 20
смешанном трафике, при размере буфера 200
Рис. 16. Время задержки ЦЭР-пакетов, при размере буфера 200 пакетов
Как видно из приведенных графиков, коэффициент формы, устанавливаемый при симуляции выбранной топологии, не оказывает влияния на коэффициент потерь как для ТСР-, так и для ЦЭР-пакетов. Очевидно, это является следствием выбранного механизма передачи данных по протоколу ТСР, в котором пакеты передаются только при
Скорость прямого канала 602 Кб/сек
1.4 1.6
Коэффициент формы
- Buf_100
- Buf_500 Buf_1000 Buf 2000
Рис. 17. Потери ТСР-пакетов в зависимости от размера видеобуфера и ожидаемого значения коэффициента Херста
Скорость прямого канала 602 Кб/сек
Коэффициент формы
Рис. 18. Потери ЦЭР-пакетов в зависимости от размера видеобуфера и ожидаемого значения коэффициента Херста
подтверждении принятых предыдущих порций информации.
Построим график зависимостей скорости выхода TCP-данных из Парето-источников, а также скорости их поступления на клиентский узел от коэффициента формы. Обозначим скорость поступления TCP-пакетов на вход спутникового шлюза как «Nodes/Packets», скорость приема клиентским узлом соответственно «Clnt/Packets». Измерения проведем при нескольких значениях буфера: 30, 100 и 500 пакетов. Результат измерений представим на рис. 19.
30 29.5 29 Г 28.5 ! 28 > 27.5 ; 27
f 26.5 26
-Ж- Nodes/Packets/30 Clnt/Packets/30 —♦—Nodes/Packets/100 Clnt/Packets/100 -A- Nodes/Packets/500 Clnt/Packets/500
1.4 1.5
Коэффициент формь
Рис. 19. Измерение значения скорости выхода TCP пакетов при размере буфера 30, 100 и 500 пакетов.
Для подтверждения предположения влияния на скорость передачи типа протокола заменим транспортный протокол от Парето-источников на UDP.
Для рассмотрения влияния самоподобия трафика на потери в узком канале заменим также выбранную ранее CBQ-очередь на очередь типа FIFO с алгоритмом работы «Droptail». Поскольку передача происходит через UDP-пакеты, скорость генерации узлов выберем раной 4, 8 и 16 кбит/с, скорость прямого канала оставим равной 602 кбит/с. Для этого проведем соответствующие изменения в
менения в исходном коде эмуляции. Передачу видео оставим без изменения. Результаты исследования приведены на рис. 20 и рис. 21.
Из приведенных графиков видно, что при смене протокола на UDP самоподобие трафика оказывает определенное влияние на потери и, как следствие, на пропускную способность канала. При значении показателя Херста, близком к 1, потери резко увеличиваются, что наиболее явно выражено при значении скорости передачи 16 кбит/с. Таким образом, самоподобие трафика при большей скорости вызывает наибольшие потери. Анализ количества передаваемых и принимаемых пакетов на клиентской стороне производился с помощью специальной программы, анализирующей выходной log-файл движения пакетов в сети.
Влияние самоподобия трафика при отсутствии механизма подтверждения приема
Для оценки влияния коэффициента формы на самоподобие трафика заменим применяемый TCP-протокол на UDP. Для этого изменим используемый протокол фонового трафика для передачи от 64 Парето-источников, а также организацию очереди на FIFO. Кроме того, изменим характер фонового трафика, изменив длину UDP-пакета на 78 бит, а скорость передачи установим равной 31,2 кбит/с для каждого Парето источника. Для эмуляции трафика выберем соответствующие значения On/Off и установим их соответственно 0,5 и 1,5 с. Для исключения эффекта ограничения полосы пропускания установим размер видеобуфера 100 тыс. пакетов, а скорость прямого канала - 2 Мбит/с. Для чистоты эксперимента исключим видеотрафик. По результатам выходного файла событий симулятора подсчитаем, сколько UDP-пакетов пришло к клиенту за каждые 0,1 с. Полу-
7
о 3
0
1.2
1.8
2
25.5
25
1.1
1.2
1.3
1.6
1.7
1.9
1 1.1 1.2 1.З 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
Коэффициент формы
Рис. 20. Потери ТСР в зависимости от коэффициента формы для различных размеров видеобуфера
ченный результат проверим на самоподобие при помощи специальной программы 8ЕЬИ8 [8]. По результатам обработки нескольких значений коэффициента формы построим график, изображенный на рис. 22.
для UDP-пакетов
Из приведенного графика можно увидеть работу генератора Парето-узла и соответствующее ему значение Херста.
Для оценки степени влияния типа очереди (FIFO, RED, CBQ) при заданном коэффициенте
Рис. 21. Потери UDP в зависимости от коэффициента формы для различных размеров видеобуфера
формы на пропускную способность канала, проведем дополнительные симуляции с включенным видеотрафиком. В качестве фонового трафика будем использовать голосовой трафик от б4 Парето-источников, а объем буфера и ширины канала уменьшим до значений 1000 пакетов и 0,95 Мбит/с соответственно. По результатам симуляции построим график (рис. 2З).
График изменения скорости приема видеопакетов на стороне клиентского узла для всех трех очередей показаны на рис. 24.
Из полученных зависимостей видно, что наиболее эффективным для приема TCP-пакетов является использование алгоритма FIFO. В этом случае буфер на передачу заполняется полностью, в отличие от очереди типа RED, где происходит отбрасывание пакетов для избегания переполнения. При работе алгоритма CBQ пакеты от Парето-источников в данной конфигурации сети не имеют преимущества.
В то же время можно предположить, что преимущества алгоритма RED основываются на ди-
Коэффициент формы
Коэффициент формы
Рис. 23. Зависимость скорости приема TCP-пакетов на клиентском узле от коэффициента формы для очередей типа FIFO, RED, CBQ
Рис. 24. Зависимость скорости приема UDP-пакетов на клиентском узле от коэффициента формы для очередей типа FIFO, RED, CBQ
намичном изменении величины буфера, что сказывается на величине задержек пакетов.
Использование очереди типа CBQ для фонового трафика дает еще более медленный результат при передаче, чем FIFO и RED. В то же время использование очереди с подобным алгоритмом работы для UDP-пакетов дает преимущество в установке приоритетов пересылки данных через шлюз от источника к приемнику (см. рис. 24).
Влияние сетевой асимметрии
В процессе моделирования было установлено, что на асимметричном канале коэффициент формы не оказывает существенного влияния на скорость передачи. В результате можно предположить, что в данной конфигурации сети пакеты получают довольно большое дробление. Таким образом, эффекта «хвоста», который присущ самоподобному трафику, не наблюдалось.
Проведем моделирование изменения значения показателя Херста от задаваемого коэффициента формы для случая с симметричным каналом между спутниковым шлюзом и клиентом.
Как показывает график, приведенный на рис. 25, организация симметричного канала для связи с клиентом также не показывает изменения
1.4 1.5 1.6
Коэффициент формы
Рис. 25. Зависимость значения показателя Херста от коэффициента формы
— Nodes/Packets/30 Clnt/Packets/30
Nodes/Packets/100 Clnt/P ackets/10 0
Nodes/Packets/500 Clnt/Packets/500
Коэффициент формы
Рис. 26. Зависимость скорости прохождения TCP-пакетов от коэффициента формы
значения показателя Херста от коэффициента формы. Для данной конфигурации с симметричным каналом построим графики скорости прохождения TCP-данных от коэффициента формы. Здесь введем обозначения для скорости отправленных пакетов как «Nodes/Packets», и для скорости приема пакетов на клиентской стороне - как «Clnt/Packets». Результаты расчетов приведены на рис. 26.
По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что степень самоподобия источников Интернет-трафика не оказывает существенного влияния на передаваемую скорость при выборе транспортного потока. Асимметрия каналов связи также не оказывает значимого влияния на скорость передачи самоподобного трафика.
Найдены зависимости скорости приема TCP- и UDP-пакетов от значений коэффициента формы значений показателя Херста передаваемого трафика. Показано поведение нескольких типов буферов (FIFO, RED, CBQ) и их влияние на пропускную способность сети. Показана возможность передачи фонового трафика в общем DVB-потоке и их взаимного влияния друг на друга.
ЛИТЕРАТУРА
1. EBU/ETSI, Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for the use of MPEG-2 Systems, Video and Audio in satellite, cable and terrestrial broadcasting applications, ETR 154, September 1997.
2. MPEG, Information Technology - Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio Information. Part 1: Systems, ISO/IEC 13818-1, November 1994.
3. Haskell, B. G., Puri A. and Netravali A.N., Digital Video: An Introduction to MPEG-2, Chapman & Hall, USA, 1997.
4. The NS Manual. Kevin Fall hkfall@ee.lbl.govi, Editor Kannan Varadhan hkannan@catarina.usc.edui, Editor. December 14, 2005.
5. The Markov chain model of RED active queuing management algorithm. Krysztof GROCHLA, Piotr PECKA.
6. Link-sharing and Resource Management Models for Packet Networks. Sally Floyd, Lawrence Berkeley Laboratory, February 7, 1995.
7. Random Early Detection Gateways for Congestion Avoidance. Sally Floyd and Van Jacobson, August 1993.
8. Шелухин О.И., Тенякшев А.М., Осин А.В., Фрактальные процессы в телекоммуникациях / Под ред. О.И. Шелухина. - М.: Радиотехника, 2003.
Поступила 20. 10. 2007 г.
33
32
— 31
30
29
28
27
