Development of an Automated System Program for Pipelined Teletrafic Analysis

Full Text

Автоматизированная система конвейерного анализа телетрафика (АСКАТ) предназначена для анализа характеристик стационарных ординарных потоков заявок, представляющих пакеты или кадры мультисервисных сетей связи. Пакеты появляются в дискретные моменты времен k t с длительностью интервалов между соседними пакетами 1. k kk tt - ∂= - Математические модели системы Обозначим длительность всего промежутка времени анализа через T. Число заявок, поступающих в течение указанного промежутка времени, обозначим через N. При достаточно большом значении N можно считать 1 . N k k T = = ∂ ∑ (1) Программа определяет числа заявок ( ), i m t поступающих в течение каждого i-го интервала . t Многоканальная система массового обслуживания (СМО) осуществляет обработку поступающих заявок, при этом () i m t = lt. (2) В системе представлены K каналов с одинаковыми интенсивностями обслуживания. В систему поступает () i m t заявок на каждом интервале , t () i K t каналов занимаются обслуживанием данных заявок. В процессе обработки заявок образуются очереди размером ( ). i q t Если размер очереди превышает предельное значение, то заявки, вызвавшие перегрузку, помечаются, но не покидают очередь. Математическая модель рассматриваемой СМО определяется интервальным уравнением баланса [4] 1 () () () (), ii i i qq mK - t= t+ t- t (3) где 1 1 , () () ; () () () . åñëè â ïðîòèâíîì ñëó÷àå ii i ii K q mK K qm - - t+ t≥  t=  t+ t  Здесь () i K t - число каналов обслуживания, задействованных на i-м интервале времени . t Случайная величина () i K t может принимать 1 K + различных целых значений (включая нулевое). Отношением (4) при условии () m t = lt определяется загрузка одного канала: () . i m KK t lt r= = (4) Математическое ожидание при этом есть () i K t= () i mK t = r. Соотношение (5) определяет математическую модель в частном случае одноканальной СМО: 1 () () () (), i i ii qq m - t= t+ t-δ t (5) где 1 00 1 , () () ; () . åñëè â ïðîòèâíîì ñëó÷àå ii i qm - t= t=  δ t=   Программа в процессе моделирования определяет () i mp - число заявок, которые поступают в систему в течение последовательных интервалов времени τ, равных среднему времени обработки одной заявки. Здесь и в дальнейшем приняты следующие обозначения: ( ) i m r - зависимость среднего числа заявок, поступающих в течение интервалов времени , t от коэффициента загрузки ; p = lt l - средняя интенсивность поступления заявок; () m Dp - зависимость дисперсии числа заявок, поступающих в течение интервалов времени , t от коэффициента загрузки p; () i q t - число заявок в очереди на интервалах , t соответствующих моментам времени i t и коэффициенту загрузки ; r () q r - зависимость среднего числа заявок в очереди от коэффициента загрузки ; r () q Dp - зависимость дисперсии числа заявок в очереди от коэффициента загрузки p; () Pi - вероятность прихода i заявок в течение интервалов времени , t соответствующих коэффициенту загрузки ; r 0 () Pi - условная вероятность прихода i заявок в течение интервалов времени , t соответствующих коэффициенту загрузки ; r () m sr - зависимость среднеквадратичного отклонения размеров очереди от коэффициента загрузки ; r () Ki - число приборов, занятых обработкой на текущем интервале времени; (; ) m rk r - нормированная ковариационная функция потока при заданном коэффициенте загрузки в зависимости от сдвига по времени на k интервалов ; t () m Ikr - интеграл от нормированной ковариационной функции потока при заданном коэффициенте загрузки в зависимости от сдвига по времени на k интервалов ; t () v q r - средняя перегрузка очереди; () P ν r - зависимость вероятности перегрузки от коэффициента загрузки r [2; 3]. Определение значения () P ν r осуществляется соотношением () () . () v v q P q r r= r (6) В зависимости от сдвига по времени на k интервалов t нормированная ковариационная функция потока при заданном коэффициенте загрузки [7] устанавливается соотношением ( ) [ ] ( ) () () ;. i jk m m mm rk D -  t -r t -r  r= r (7) В зависимости от сдвига по времени на k интервалов t при заданном коэффициенте загрузки интеграл от нормированной ковариационной функции потока устанавливается соотношением ( ) ( ) 1 ;. k mm j Ik rj = r= r ∑ (8) В программе устанавливаются коэффициенты аппроксимации функции ( ), q r а также коэффициенты аппроксимации обратной ей функции ( ): q r ( ) ( ) ( ) ( ) 2 00 0 ; . q q aq b q r =a r-r +b r-r r = + +r (9) Приведенные выше параметры в достаточной мере определяют обработку потоков заявок общего вида при анализе трафика мультисервисных сетей [1; 5]. Описание системы анализа характеристик потоков Экран начального интерфейса. Если система правильно инсталлирована, то после клика на иконку происходит запуск программы, то есть запуск начального интерфейса программы. Данный экран предоставляет доступ к двум вкладкам с побочными интерфейсами. При запуске на начальном экране можно увидеть следующие три окна: управления, графиков и данных. Первое окно предназначено для размещения информации об анализируемых потоках. Оно содержит элементы управления: «Добавить», «Удалить» и «Очистить». Окно графиков служит средством визуального отображения полученной информации исследуемых данных. В поле данного окна представлена масштабируемая сетка и координатные оси X и Y, задающие масштабируемую сетку. Путем настраивания значений сетки пользователь способен задавать начало координат (посредством настройки размера захвата сетки, значений координатных прямых). В окне представлены такие управления (настройки), как ползунок масштабирования, кнопки перемещения по координатным осям X и Y. Окно данных служит средством отображения информации, просмотра данных по исследуемому потоку, в частности, оно содержит поле, в котором отображаются такие параметры потока, как: N (число заявок в файле) и «Файл»: название файла (потока). Поле добавления потоков. При необходимости добавления нового потока следует нажать кнопку «Добавить», после чего происходит запуск обзора папки (путь к потоку), в которой находится искомый файл, содержащий необходимые сведения потока, который необходимо добавить. Для корректной работы системы расширение выбранного файла должно определяться как «.txt». После ввода названия нажатием кнопки «Открыть» открывается список файлов потоков, находящихся в компьютере в выбранной папке. Ввод указанного файла с необходимым потоком в систему производится нажатием кнопки «Открыть», после чего вновь открывается начальный экран с сеткой (см. рисунок 1). Иссле- дуемый поток отображается в поле сетки. В верхнем левом углу сетки, около координатной оси Y, появляются поле с указанием графического вида потока и его название. В поле данных о потоке будет отображаться имя потока (файла), его размерность N (см. рисунок 2). Система допускает поочередное размещение и обработку нескольких потоков. В поле данных для каждого потока определяется строка информации с названием потока. В поле графического отображения выводятся графики, представляющие результаты обработки. В данном поле осуществляется одновременное отображение и совмещение графиков на одном экране. Каждый график соответствует определенному потоку. На системе координат и в поле графического отображения потоков реализуются визуальное отображение и демонстрация каждого графика соответсвующего потока. Для осуществления добавления нового потока в систему необходимо нажать кнопку «Добавить» и повторить алгоритм действий добавления необходимого потока. На рисунках 1 и 2 предоставляются сведения о двух потоках - 3vid.txt.txt и 2vid.txt.txt. Каждый из потоков может быть удален из системы. Для изменения названия потока необходимо дважды кликнуть на имя потока (файла) в поле данных и ввести новое название потока (см. рисунок 3). Система также позволяет изменить число отображаемых заявок. Для этого необходимо дважды кликнуть на поле N выбранного потока и ввести новое число заявок. Число заявок не должно превышать изначальное N. Например, при заданном числе заявок 4370 при добавлении потока нельзя вводить значение N, превышающее 4370. Система реализует возможность обнуления полей, то есть очистки окна графического представления от данных исследуемых потоков. Описание полей системы В данном разделе предоставляется описание второго окна системы анализа телетрафика. Окно (см. рисунок 4) предоставляет возможность разрабатывать и работать над потоком с помощью настраиваемых параметров. Данное окно включает в себя окна наблюдения, отображения и окно элементов. Окно разработки нацелено на создание, редактирование и сохранение потоков. Окно элементов предназначено для разработки и настройки исследуемых потоков. Окно элементов предоставляет возможность разработки телетрафика на основе соответствующих параметров (N, t) [8] - см. рисунок 5. Пользователю предоставляется возможность настройки размерности файлов, количества записываемых элементов, при взаимодействии с полем Bufer Depth. Данное поле определяет размерность потока и записывает выбранное пользователем количество элементов в файл. Для сохранения настраиваемого файла в него будут записываться данные исследуемого потока размерностью, указанной в поле Bufer Depth. Допускается установка пользователем интервала времени поступления заявок при помощи взаимодействия с полем Max Load. При запуске системы пользователю открывается доступ к редактированию указанного в поле Max Load значения. В данном окне можно редактировать уже имеющиеся файлы. Для этого необходимо нажать на кнопку Load File. После нажатия данной кнопки откроется папка с искомыми файлами (путь нахождения файла). Для введения необходимого файла необходимо нажать на кнопку «Открыть». В таком случае в поле отображения будут проецироваться сведения исследуемого файла. После загрузки исследуемого файла данные файла будут отображаться в окне отслеживания (см. рисунок 6). После редактирования файла пользователь может сохранить внесенные изменения,нажав кнопку Save File. Окно наблюдения осуществляет отображение текущих параметров потока. К таким параметрам относятся такие элементы, как количество заявок в течение определенного времени. В окне наблюдения реализуется демонстрация содержимого редактированного файла соответственной размерности. Окно графического отображения содержимого исследуемого файла (см. рисунок 7) представляет собой графическое отображение окна отслеживания. Данное окно будет доступно для просмотра при запуске программы, что в дальнейшем открывает доступ к кнопкам перемещения по сетке с отображением исследуемого потока. При запуске программы пользователю открывается доступ к кнопкам перемещения по сетке отображения исследуемого потока. Кнопки, отображающие вертикальные стрелки, позволяют пользователю перемещаться по оси ординат Y в поле графического отображения исследуемого потока. Кнопки, отображающие стрелки «вправо» и «влево», позволяют пользо- вателю перемещаться по оси абсцисс X в поле графического отображения исследуемого потока. Для настройки оси абсцисс Х предназначено окно Xscale. При помощи оси абсцисс осуществляется отображение количества заявок на исследуемом интервале времени для данного потока. Для настройки оси ординат Y предназначено окно Tscale. При помощи оси Tscale осуществляется отображение интервалов времени, в которых происходит исследование трафика. Доступ к полю Lambda пользователю открывается при запуске программы. Поле Lambda отображает среднюю интенсивность поступления заявок. Данное поле недоступно пользователю для редактирования. На рисунке 8 показана блок-схема алгоритма программы. Программа имеет госрегистрацию [11] и может работать в двух режимах: настройки на измерение параметров трафика и сам процесс его непрерывного мониторинга. В обоих случаях результаты всех изменений сохранятся и могут быть использованы в дальнейших исследованиях. Рисунок 1. Ввод исследуемого файла Рисунок 2. Визуальное представление потоков Рисунок 3. Изменение имени потока Рисунок 4. Окно разработки Рисунок 5. Окно элементов Рисунок 6. Окно наблюдения Рисунок 7. Графическое отображение Рисунок 8. Алгоритм работы программы Заключение Разработанная система конвейерного анализа телетрафика, несомненно, актуальна, т. к. методы анализа телетрафика, базирующиеся на теории систем массового обслуживания [6; 9; 10], и до настоящего времени не утратили своего ведущего положения. Такая автоматизированная система позволяет изучить их основные характеристики в реальном масштабе времени. Она является эффективным инструментом проведения исследования телетрафика с целью нахождения проблем в работе сети и, что важно, выяснения причины этих проблем.

About the authors

B. Ya Likhttsinder

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: lixt@psuti.ru
Samara, Russian Federation

V. A Larina

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: lixt@psuti.ru
Samara, Russian Federation

Y. O Bakai

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: lixt@psuti.ru
Samara, Russian Federation

V. I Moiseev

Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics

Email: lixt@psuti.ru
Samara, Russian Federation

References

Supplementary files