Метод ранней диагностики потерь трафика реального времени с контролем таймаутов в программно-конфигурируемых сетях

Цель исследования: разработка метода ранней диагностики потерь трафика реального времени с контролем таймаутов в программно-конфигурируемых сетях (ПКС).

Методы. Приведен обзор и описание передачи разнородного трафика в коммутаторе Ethernet с поддержкой качества обслуживания и технологии Time-Triggered Ethernet. Детально описано функционирование блоков контроля таймаутов на мгновенное удаление кадра из ПКС hard timeout и в зависимости от длины кадра при достижении приемной стороны idle timeout. Данные блоки управления включены в состав аппаратного защитника контроля таймаутов для трафика реального времени. Описана работа коммутатора OpenFlow с учетом защитника контроля таймаутов. Описано и разработано формирование временных окон таймаутов при передаче кадра.

Результаты. С помощью предложенного метода ранней диагностики потерь трафика реального времени с контролем таймаутов в ПКС было проведено моделирование ПКС на основе сетей Петри и пакета моделирования CPN Tools. Полученная модель и результаты экспериментов согласуются с теоретическими расчетами и предложенным методом передачи трафика реального времени с учетом его потерь в ПКС.

Заключение. С помощью модели было исследовано функциональное и временное поведение модели, проведена верификация метода с использованием сетей Петри. Были получены результаты в виде временных диаграмм, отражающих работу по типам трафика в соответствии с предложенным методом.

1. Никишин К. И. Механизм управления трафиком реального времени в коммутаторе Ethernet // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2015. № 10. С. 32–37.

2. Scheduling queues in the Ethernet switch, considering the waiting time of frames / E. Kizilov, N. Konnov, K. Nikishin, D. Pashchenko, D. Trokoz // MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 44. P. 01011-p.1–01011-p. 5.

3. Артемов И. В., Коннов М. Н., Никишин К. И. Анализ эффективности адаптивного алгоритма формирования виртуального таймслота в сетевом коммутаторе // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». Пенза: Изд-во ПГУ, 2020. Т.2. С. 298–302.

4. Описание стандарта IEEE 802.1q [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.1Q (дата обращения 01.06.2022).

5. McKeown N., Anderson T., Balakrishnan H. et al. Openflow: enabling innovation in campus networks, ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 2008, vol. 38, no. 2, pp. 69–74.

6. Kobayashi M., Seetharaman S., Parulkar G., Appenzeller G., Little J., Van Reijendam J., McKeown N. Maturing of OpenFlow and Software-Defined Networking Through Deployments, Computer Networks. 2014. Vol. 61. P. 151–175.

7. Корячко В. П., Перепелкин Д. А. Программно-конфигурируемые сети. М.: Горячая линия – Телеком, 2020. 288 с.

8. Shalimov A. et al. Advanced study of SDN/OpenFlow controllers // Proceedings of the 9th Central & Eastern European Software Engineering Conference in Russia. ACM, 2013.

9. Перепелкин Д. А. Концептуальный подход динамического формирования трафика программно-конфигурируемых телекоммуникационных сетей с балансировкой нагрузки // Информационные технологии. 2015. T. 21. № 8. C. 602–610.

10. Перепелкин Д. А., Бышов В. С. Балансировка потоков данных в программно-конфигурируемых сетях с обеспечением качества обслуживания сетевых сервисов // Радиотехника. 2016. № 11. C. 111–119.

11. Никульчев Е. В., Паяин С. В., Плужник Е. В. Динамическое управление трафиком программно-конфигурируемых сетей в облачной инфраструктуре // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2013. № 3 (45). С. 54–57.

12. Леохин Ю. Л., Фатхулин Т. Д. Оценка возможности предоставления гарантированной скорости передачи данных в программно-конфигурируемой оптической сети // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2020. № 71. С. 45–59. https://doi.org/ 10.21667/1995-4565-2020-71-45-59.

13. Nikishin K., Konnov N. Schedule Time-Triggered Ethernet // International Conference on Engineering Management of Communication and Technology, EMCTECH 2020. DOI: 10.1109/EMCTECH49634.2020.9261540.

14. Никишин К. И., Коннов Н. Н., Пащенко Д. В. Моделирование систем на базе технологии Time-Triggered Ethernet // Информационные технологии и математическое моделирование: материалы XV Междунар. конф. имени А. Ф. Терпугова. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 2016. Ч. 2. C. 117–122.

15. Nikishin K., Konnov N., Pashchenko D. Modelling of systems using Time-Triggered Ethernet // Springer Information Technologies and Mathematical Modelling – Queueing Theory and Applications. 2017. Vol. 638 of the series Communications in Computer and Information Science. P. 303–314.

16. Karakus M., Durresi A. Quality of service (QoS) in software defined networking (SDN): A survey // Journal of Network and Computer Applications. 2017. Vol. 80. P. 200-218.

17. Ren H., Li X., Geng J. A SDN-based dynamic traffic scheduling algorithm, in IEEE International Conference on Cyber-Enabled Distributed Computing and Knowledge Discovery (CyberC), Chengdu, China, 2016. https://doi.org/10.1109/CyberC.2016.103.

18. Maniu R., Dumitru L. A. Exploring the possibilities of a self-regulating SDN controller // Scientific Bulletin «Mircea cel Batran» Naval Academy. 2015. Vol. 18. No. 1. P. 58-61.

19. Никишин К. И., Коннов Н. Н. Генератор трафика Ethernet на основе цветных сетей Петри // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2016. № 1 (17). C. 299–307.

20. Аладьев Ю. Ю., Никишин К. И. Моделирование сетевого трафика в пакете CPN Tools // Новые информационные технологии и системы: сб. науч. тр. ХIV Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Изд-во ПГУ, 2017. С. 128–132.