Модели и алгоритмы анализа и исследования программно-конфигурируемых оптических сетей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.15, кандидат наук Фатхулин Тимур Джалилевич

• Фатхулин Тимур Джалилевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Фатхулин Тимур Джалилевич

Введение

1. Исследование и анализ состояния и перспектив развития программно-конфигурируемых оптических сетей

1.1 Современное состояние и перспективы развития телекоммуникационных технологий

1.2 Анализ технологии ПКС (SDN)

1.2.1 Особенности технологии ПКС

1.2.2 Архитектура технологии ПКС

1.2.3 Реализация технологии ПКС

1.2.4 Преимущества и недостатки технологии ПКС

1.3 Перспективные решения для внедрения технологии ПКОС

1.4 Анализ технологии ПКОС

1.4.1 Архитектура ПКОС

1.4.1.1 Пример реализации распределенного контура управления с одноуровневой архитектурой

1.4.1.2 Пример реализации распределенного контура управления с иерархической архитектурой

1.4.2 Функционирование и сервисы ПКОС

1.4.3 Механизм предоставления сервиса гарантированной скорости передачи данных клиенту в ПКОС

1.4.4 Существующий метод формирования суперканала в ПКОС

1.5 Сравнительный анализ технических характеристик транспондеров, используемых в ПКОС

1.6 Реализация ПКОС

1.7 Постановка задачи диссертационного исследования

Основные результаты и выводы

2. Математические модели для расчета параметров потоков данных и анализа структур программно-конфигурируемых оптических сетей

2.1 Общие проблемы и принципы анализа структур ПКОС

2.2 Описание информационной структуры ПКОС

2.3 Расчет параметров потоков данных между узлами информационной структуры ПКОС

2.4 Расчет параметров потоков данных для иерархической информационной структуры ПКОС

2.5 Расчет параметров потоков данных для иерархической технической структуры ПКОС

2.5.1 Анализ технической структуры ПКОС, построенной по технологии мультидоменных сетей или MAN

2.5.1.1 Описание технической структуры ПКОС

2.5.1.2 Расчет параметров потоков данных для технической структуры

2.5.2 Расчет параметров потоков данных для иерархической технической структуры ПКОС, построенной по технологии оптической VPN (OVPN)

Основные результаты и выводы

3. Математические модели для оценки возможности предоставления гарантированной скорости передачи данных клиенту в программно-конфигурируемых оптических сетях

3.1 Метод формирования суперканала, позволяющий уменьшить необходимое число оптических поднесущих

3.2 Алгоритм предоставления маршрута с гарантированной скоростью передачи данных для клиента

3.3 Оценка значений спектральной эффективности суперканалов, формируемых традиционным и разработанным методами

3.4 Расчет показателей качества обслуживания потоков данных в ПКОС

3.4.1 Постановка задачи и определение ограничений, накладываемых на модель

3.4.2 Математическая модель звена ПКОС

3.4.3 Математическая модель ПКОС заданной топологии

Основные результаты и выводы

4. Применение разработанных методов и математических моделей для исследования программно-конфигурируемых оптических сетей и предоставляемых в них сервисов клиентам

4.1 Расчет параметров потоков данных и анализ структур программно -конфигурируемых оптических сетей

4.1.1 Описание информационной структуры ПКОС

4.1.2 Расчет параметров потоков данных для информационной структуры ПКОС

4.1.3 Расчет параметров потоков данных и нагрузки на узлы для иерархической информационной структуры ПКОС

4.1.4 Расчет параметров потоков данных и нагрузки на каналы связи и оборудование для иерархической технической структуры ПКОС

4.2 Определение возможности создания суперканала в ПКОС и его основных параметров согласно разработанному методу

4.3 Оценка возможности предоставления гарантированной скорости передачи данных клиенту в ПКОС

4.3.1 Определение начальных условий моделирования

4.3.2 Исследование возможности предоставления гарантированной скорости передачи данных клиенту при заданном значении интенсивности поступающего потока заявок (запросов) и различном числе используемых оптических поднесущих

4.3.3 Исследование возможности предоставления гарантированной скорости передачи данных клиенту при заданном числе используемых оптических поднесущих и различных значениях интенсивности поступающего потока заявок (запросов)

4.4 Методика анализа структуры ПКОС и оценки возможности

предоставления в ней сервисов клиентам

Основные результаты и выводы

Заключение

Список сокращений

Список литературы

Приложение А Схема мультиплексирования технологии ОТХОТИ

Приложение Б Сравнительные характеристики транспондеров

Приложение В Алгоритмы и программный код, реализующие

разработанный метод формирования суперканала

Приложение Г Расчет показателей качества обслуживания потоков данных в

домене ПКОС

Приложение Д Свидетельство о государственной регистрации программы

для ЭВМ

Приложение Е Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы анализа и исследования программно-конфигурируемых оптических сетей»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время технология программно-конфигурируемых сетей (ПКС) представляет собой одно из перспективных направлений развития сетевой индустрии [1, 13], обеспечивая гибкость в управлении потоками данных за счет разделения контура управления сетью и контура передачи данных и решая проблемы неполной совместимости сетевых решений и зависимости операторов сетей от производителей сетевого оборудования, которые существовали в традиционных сетях.

Программно-конфигурируемые оптические сети (ПКОС) являются подвидом ПКС. ПКОС формируют сетевую транспортную инфраструктуру для реализации «облачных» технологий и организации предоставления современных сервисов клиентам.

Необходимо также учитывать, что в настоящее время быстрыми темпами растет спрос на организацию «облачных» вычислений на базе центров обработки данных (ЦОД), которые стали узлами в транспортных сетях. «Облачные» вычисления способствуют росту числа ЦОД и требуют увеличения пропускной способности современных магистральных телекоммуникационных сетей. При этом важным является организация взаимодействия между ЦОД (Data Center Interconnect-DCI). Трафик между ними - основная причина роста спроса на емкость магистральных сетей в мире [1, 24]. ЦОД-ы «облачных» провайдеров и корпоративные ЦОД-ы используют гибридные «облака», что также ведет к росту трафика между ЦОД-ами. По прогнозам Cisco Systems объем данных, обрабатываемых ЦОД-ами, будет расти ежегодно на 24% в Азиатско-Тихоокеанском регионе и на 19% в Европе и Северной Америке до 2021 года.

В этих условиях актуальными являются задачи получения нужной магистральной емкости по требованию (сервис Bandwidth on Demand в программно-конфигурируемых оптических сетях) для балансировки вычислительной нагрузки и миграции данных между ЦОД-ами. Необходимо также учитывать нагрузку от других источников, требующих гарантированную

скорость передачи данных, например, трафик огромного числа мобильных устройств и устройств «Интернета вещей» (Internet of Things, IoT), которые будут в перспективе генерировать зеттабайты (ЗБ = 1021 байт) данных, требующих обработки и ответа в режиме реального времени.

В связи с этим, актуальной является проблема организации и предоставления сервисов клиентам в ПКОС. Сервисы в ПКОС могут технически реализовываться посредством организации суперканала, состоящего из определенного числа оптических поднесущих [24, 75, 91-93]. На качество сервисов в программно-конфигурируемых оптических сетях большое влияние оказывает структура сети [20, 92, 93].

Таким образом, разработка новых подходов к анализу структуры ПКОС, которые были бы инвариантны относительно используемых технологий проектирования сети, сервисов и сетевого оборудования, является актуальной.

Исследования, направленные на создание и теоретическое обоснование указанных подходов, актуальны как в настоящее время, так и на обозримую перспективу развития программно-конфигурируемых оптических сетей.

Степень разработанности темы. Вопросы внедрения технологии ПКС в разной степени рассматривались в работах ряда российских авторов, таких как Нетес В.А., Трещиков В.Н., Гуркин Н.В., Новиков А.Г., Наний О.Е., Фокин В. Г., Ибрагимов Р. З., Коган С.С. Также эта тематика была отражена в работах зарубежных ученых Winzer P.J., Gnauck A. H., Doerr C. R., Magarini M., Buhl L. L. и других авторов. В работах в основном анализируются подходы и технологии, которые необходимы для развертывания программно-конфигурируемых сетей.

Отдельные вопросы построения и исследования мультисервисных сетей отражены в работах российских и зарубежных ученых: Леохина Ю.Л., Степанова С.Н., Пшеничникова А.П., Гольдштейна Б.С., Бакланова И.Г., Kelly F.P., Ross K.W., Whitt W и др. В работах проводятся исследования без учета специфики оптических транспортных сетей.

Вопросам исследования математических моделей программно-конфигурируемых сетей посвящены работы Смелянского Р.Л., Корячко В.П.,

Перепелкина Д.А., Самуйлова К.Е., Чемерицкого Е.В., Захарова В.А., Al-Shaer E., Marrero W., El-Atawy A., El Badawi K., Gutz S., Story A., Schlesinger C., Foster N. и др., где рассматривались задачи верификации, реконфигурации, контроля функционирования ПКС и описания функционирования телекоммуникационного оборудования.

Важными остаются задачи создания методики анализа структуры программно-конфигурируемых оптических сетей и оценки возможности предоставления в них сервисов.

Целью работы является создание комплекса математических моделей и алгоритмического обеспечения для анализа и повышения эффективности применения технологии ПКОС для решения различных практических задач.

Решаемые задачи. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

• анализ состояния и направлений развития ПКОС, механизмов предоставления в них современных сервисов клиентам;

• исследование существующего метода формирования суперканала, обеспечивающего реализацию сервиса гарантированной скорости передачи данных клиенту Bandwidth on Demand в ПКОС;

• сравнительный анализ характеристик транспондеров, применяемых в ПКОС;

• разработка комплекса математических моделей для расчета параметров потоков данных в информационной и технической структурах ПКОС;

• разработка метода формирования суперканала, позволяющего уменьшить необходимое число оптических поднесущих;

• разработка математической модели ПКОС с управляемым оптическим уровнем для расчета показателей качества обслуживания потоков данных и оценки возможности предоставления гарантированной скорости передачи данных клиенту;

• разработка методики анализа структуры ПКОС и оценки возможности предоставления в ней сервисов клиентам, реализующая предложенные методы;

• разработка алгоритмического и программного обеспечения для реализации предложенных методов формирования суперканала.

Объектом исследования являются сервисы в ПКОС, которые реализуются посредством приложений, запускаемых на контроллере.

Предметом исследования являются потоки данных и показатели качества их обслуживания в ПКОС.

Методы исследований. При проведении исследований использовались методы системного анализа, теории вероятностей, математической статистики, теории телетрафика, теории массового обслуживания, теории множеств, математического программирования, матричной алгебры.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:

• разработан комплекс математических моделей для расчета параметров информационной структуры ПКОС, позволяющих вычислять параметры потоков данных между информационными узлами, с учетом специфики взаимодействия приложений, которые реализуют предоставляемые клиентам сервисы;

• разработан комплекс математических моделей для расчета параметров технической структуры ПКОС, предусматривающий возможность анализа мультидоменных ПКОС, а также ПКОС, построенных с применением таких распространенных технологий как MAN, Metro Ethernet и OVPN, использующий результаты анализа информационной структуры;

• разработан метод формирования суперканала, предложены алгоритм и реализующее его программное обеспечение, определяющие основные параметры суперканала; в результате проведенных вычислительных экспериментов установлено, что разработанный метод дает возможность значительно повысить спектральную эффективность суперканала и уменьшить количество необходимых для его создания оптических поднесущих по сравнению с традиционными методами формирования;

• разработана математическая модель программно-конфигурируемой оптической сети с управляемым оптическим уровнем для исследования

возможности предоставления сервиса клиентам; возможность создания суперканала, реализующего сервис, предложено оценивать долей потерянных заявок (запросов); получены аналитические соотношения, которые позволяют определить значения доли потерянных заявок при использовании рекурсивных методов.

Положения, выносимые на защиту:

• результаты анализа технических решений по внедрению технологии ПКОС на транспортном уровне и по предоставлению сервисов в ПКОС;

• комплекс математических моделей для расчета параметров потоков данных в ПКОС, основанный на формировании и анализе информационной и технической структур;

• метод формирования суперканала и реализующий его алгоритм, позволяющий значительно минимизировать (максимум в 5 раз) количество оптических поднесущих и увеличить (для некоторых комбинаций поднесущих более чем в 5.5 раз) спектральную эффективность формируемого суперканала по сравнению с традиционным методом;

• математическая модель программно-конфигурируемой оптической сети с управляемым оптически уровнем, дающая возможность оценить как вероятность реализации сервисов в сети, так и необходимое количество канального ресурса, что позволяет операторам и поставщикам услуг использовать модель для улучшения качества обслуживания клиентов;

• методика анализа структуры программно-конфигурируемой оптической сети и оценки возможности предоставления в ней сервисов клиентам, реализующая предложенные методы и математические модели.

Достоверность результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается корректностью вывода математических зависимостей для расчета параметров сети, используемых математических методов, соответствием результатов, полученных путем аналитических расчетов и моделирования и согласованностью с известными данными, опубликованными в отечественных и зарубежных изданиях.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость результатов заключается в разработке комплексного подхода к расчету параметров потоков данных в программно-конфигурируемой оптической сети, показателей качества обслуживания заявок (запросов) потоков данных, в разработке метода и алгоритма формирования суперканала, позволяющего уменьшить необходимое число поднесущих.

Практическая значимость результатов, полученных в диссертации, состоит в создании, на основе разработанных моделей и алгоритмов, методики применения теоретических результатов на практике, систематизирующей и упорядочивающей действия по управлению оптическим уровнем в ПКОС.

Методика дает возможность принимать решения, адаптированные к специфике работы сервисов (приложений) и к характеристикам работы сети, выработать рекомендации относительно максимального количества оптических поднесущих, которое следует использовать в суперканале.

Разработанные модели также могут применяться для расчета параметров сети, используемых другими моделями в качестве исходных данных.

Использование и внедрение результатов работы. Разработанная методика в настоящий момент внедрена в учебный процесс кафедры «Математическая кибернетика и информационные технологии» МТУСИ. При чтении курса лекций по дисциплинам кафедры МК и ИТ «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей» и «Вычислительные машины, системы и сети» используются результаты настоящей работы Фатхулина Т.Д., а именно: разработанная методика анализа структуры программно-конфигурируемых оптических сетей и оценки возможности предоставления в них сервисов клиентам, полученная в исследовании, а также учебное пособие «Пакетно-оптические транспортные сети. Технологии оптических транспортных сетей», изданное в двух частях.

Также при проектировании программно-конфигурируемой сети Центра обработки данных Федерального государственного унитарного предприятия «Ордена Трудового Красного Знамени Российский научно-исследовательский

институт радио имени М. И. Кривошеева» (ФГУП НИИР) использованы разработанные в диссертационной работе комплекс математических моделей для расчета параметров потоков данных в информационной и технической структурах ПКОС и математическая модель ПКОС с управляемым оптическим уровнем для исследования возможности предоставления сервисов клиентам.

Реализация работы подтверждена соответствующими актами и Свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ, приведенными в приложениях.

Соответствие паспорту специальности. Представленные в диссертационной работе исследования и разработки математических средств и методов описания структуры ПКОС и оценки возможности предоставления в них сервисов соответствуют пункту 5 паспорта специальности 05.13.15 «Вычислительные машины, комплексы и компьютерные сети»:

5. Разработка научных методов и алгоритмов создания структур и топологий компьютерных сетей, сетевых протоколов и служб передачи данных в компьютерных сетях, взаимодействия компьютерных сетей, построенных с использованием различных телекоммуникационных технологий, мобильных и специальных компьютерных сетей, защиты компьютерных сетей и приложений.

Апробация работы. Достоверность положений и выводов исследования подтверждается апробацией работы, основные результаты которой обсуждались и докладывались на международной отраслевой научно-практической конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» (Москва, МТУСИ, 2015, 2016, 2017, 2018 гг.), на научной сессии Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, посвященной дню Радио (Москва, РНТОРЭС, 2015, 2016 гг.), на международной отраслевой научно -технической конференции «Технологии информационного общества» (Москва, МТУСИ, 2016, 2017, 2018, 2019, 2020, 2021 гг.), на международной конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения ШТЕЯМАТЮ) (Москва, 2015, 2016 гг.), на VIII Международном молодежном форуме (Москва, МТУСИ, 2015 г.) на международной конференции

«Перспективные технологии в средствах передачи информации - ПТСПИ» (Владимир-Суздаль, 2015 г.), на XIV Международной научной конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» (Самара, ПГУТИ, 2016 г.), на международной научно-практической конференции «ИНФОКОМ» (Ростов-на-Дону, СКФ МТУСИ, 2015, 2016, 2017, 2019, 2020, 2021 гг.), на международной научно-практической конференции «Потенциал современной науки» (Чехия, Прага, 2016 г.), на международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в современной науке» (Чехия, Прага, 2017 г.), на международной научно-практической конференции «The 21-st Conference of FRUCT Association» (Финляндия, Хельсинки, 2017 г.), на международной научно-практической конференции «Systems of signals generating and processing in the field of on board communications» (Москва, 2020, 2021 гг.).

Публикации результатов. По теме работы опубликовано 2 учебных пособия и 35 печатных работ, в том числе 5 - в рецензируемых периодических изданиях, входящих в перечень ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации, и 3 - проиндексированы в базе IEEE, Scopus и Web of Science.

Личный вклад автора. Все выносимые на защиту научные результаты получены соискателем лично. Автор принимал непосредственное участие в планировании и проведении работы, обработке и обсуждении полученных результатов, подготовке публикаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и приложений, включающих авторское Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ и акты о внедрении результатов работы. Основная часть диссертации содержит 177 страниц машинописного текста, включая 29 рисунков и 15 таблиц. Список литературы состоит из 151 наименования.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫХ ОПТИЧЕСКИХ

СЕТЕЙ

В первой главе рассматриваются предпосылки к созданию технологии программно-конфигурируемых сетей (ПКС) и особенности ее реализации. Решены задачи анализа состояния и направлений развития программно-конфигурируемых оптических сетей, реализующих ПКС на транспортном уровне, механизма предоставления современных сервисов клиентам в ПКОС, исследования существующего метода формирования суперканала, обеспечивающего реализацию сервиса гарантированной скорости передачи данных клиенту (Bandwidth on Demand) в ПКОС, а также сравнительного анализа характеристик транспондеров, применяемых в ПКОС. Осуществлена постановка задачи диссертационного исследования.

Основные результаты, приведенные в этой главе, представлены в следующих публикациях автора [5, 24, 61-93, 111, 122, 123].

1.1 Современное состояние и перспективы развития телекоммуникационных технологий

Принципы архитектуры существующих сетей были определены более полувека назад, в результате сети связи часто не способны максимально эффективно и в полной мере удовлетворять возрастающие потребности, предъявляемые к ним в настоящее время [1, 43-46, 75, 111]. До недавнего времени сети строились с использованием проприетарного оборудования, функционал которого реализовывался аппаратно и был закрыт для внесения изменений владельцем сети [1, 44, 45, 75, 111]. Основными поставщиками такого оборудования являются компании Cisco, Huawei, Juniper Networks, NEC и др. [75, 111]. С ростом количества и с увеличением разнородности передаваемых данных, а также с развитием сервисов произошло изменение парадигмы построения сетей и организации вычислений. Все большее распространение получают центры

обработки данных (ЦОД), «облачные» технологии и сети хранения данных, при этом количество мобильных пользователей превышает число фиксированных пользователей. Общий объем трафика в сети Интернет растет значительно быстрее, чем пропускная способность современных систем передачи при используемых методах и средствах управления передаваемым трафиком. Согласно данным Cisco Systems значительно вырос объем трафика в ЦОД (рисунок 1.1) [101]. В России рост Интернет-трафика составляет 30-40% в год по данным Минкомсвязи [75].

Рисунок 1.1 - Рост объема трафика в ЦОД [101]

Необходимо отметить, что одновременно с увеличением объема трафика значительно усложняются и задачи по управлению сетями. Причем возрастает их количество, значимость, и все это необходимо учитывать совместно с повышением безопасности и надежности сети. В традиционной архитектуре транспортных сетей выделяют следующие уровни управления (рисунок 1.2):

1) уровень централизованной системы эксплуатации (OSS);

2) уровень управления сетью (NMS) и сетевыми элементами (EMS), EMS выполняет управление функциями и возможностями конкретного типа телекоммуникационного оборудования (конфигурирование, администрирование и эксплуатация), обращается к NMS для поддержки управления трафиком между сетевыми элементами (СЭ) и самой EMS;

3) уровень транспортной сети WDM/OTN/IP/MPLS.

Рисунок 1.2 - Традиционная сетевая архитектура

В таких платформах NMS выделяют «южный» интерфейс (SouthBound Interface -SBI), обеспечивающий взаимодействие с сетевыми элементами, и «северный» интерфейс (NorthBound Interface - NBI), который обращен к системе поддержки эксплуатации OSS. Применение на разных уровнях транспортной сети (например, оптическом и IP/MPLS) различных систем управления NMS может привести к их несогласованной работе при аварийной ситуации на сети, следовательно, к невозможности быстрого восстановления связи, что подталкивает провайдеров к созданию единых центров управления сетью, причем с управлением из конца в конец (end-to-end) [75].

Устройства, используемые до недавнего времени для построения сетей, постоянно усложнялись, так как им необходимо было поддерживать увеличивающееся количество стандартных протоколов. Важно и то, что устройства являлись проприетарными разработками с закрытыми интерфейсами. Также применение сетей Синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) накладывает значительные ограничения на передачу пакетного трафика (Ethernet), особенно при необходимости динамичного изменения скорости передачи пакетных потоков. Все это приводило к тому, что провайдеры испытывали значительные проблемы при вводе новых сервисов, а для компаний-производителей устройств было сложно проводить модернизацию своего

оборудования под требования провайдеров, также было много вопросов к обеспечению необходимой безопасности в сети.

В настоящее время актуален и вопрос импортозамещения. При вышеописанной ситуации большая часть отечественной телекоммуникационной инфраструктуры основана на иностранном оборудовании, следовательно, управление сетями ограничено возможностями такого оборудования.

Для решения вышеописанных проблем была разработана принципиально новая технология - Software Defined Networks (SDN) - программно-конфигурируемых сетей (ПКС) [1, 43-46, 75, 111]. Подробнее технология описана в последующих пунктах. Достоинства и возможности ПКС-подхода стали ощутимы совсем недавно. Тем не менее, многие идеи, на которых он базируется (программируемость сетевых элементов, виртуализация сетей, отделение уровня управления от уровня передачи данных и логическая централизация управления), появились более 20 лет назад. Еще в телефонных сетях предполагалось применить идею разделения уровней передачи данных и уровня управления передачей данных [43]. Апробация многих идей ПКС-подхода была проведена при исследовании активных сетей [8, 109, 112-114, 129], работа над которыми велась в середине 1990-х гг. в американских университетах. В них пытались создать программируемые сети с упором на программирование уровня передачи данных (контура передачи данных). Были исследованы подходы к созданию программируемых сервисов в сети, что дало возможность вносить инновационные идеи и получить программируемую функциональность. Исследования дали возможность также изолировать трафик разных приложений, появились туннели и виртуальные частные сети (VPN). Появилась виртуализация сети.

В результате зародились следующие инновации, которые затем были применены в ПКС:

- логически централизованное управление сетью [1, 44, 110], а не конфигурирование отдельных сетевых элементов, что улучшило управление маршрутизацией;

- открытый интерфейс между контуром передачей данных и контуром управления [1, 44], однако, против открытых стандартов выступили многие производители оборудования, которые боялись появления новых игроков на рынке;

- распределенное управление состоянием сети [1, 44, 132].

Все эти попытки отделения контура управления от контура передачи данных были вызваны практическими потребностями. Результаты таких попыток были воплощены в концепции ПКС [1]. Программно-конфигурируемые оптические сети - ПКОС (Software Defined Optical Networks - SDON) являются подвидом технологии программно-конфигурируемых сетей (SDN). ПКОС позволяют обеспечить сетевую транспортную инфраструктуру для организации предоставления современных сервисов клиентам. ПКОС базируются на технологиях SDN (ПКС), OTN, WDM и IP/MPLS, которые будут рассмотрены далее.

1.2 Анализ технологии ПКС (SDN)

Идея создания технологии программно-конфигурируемых сетей ПКС (Software Defined Networks, SDN) была сформулирована еще в 2006 году исследователями из университетов Стэнфорда и Беркли, а уже в 2011 году ведущими мировыми компаниями, такими как Google, Facebook, Microsoft и др. был образован консорциум ONF (Open Networking Foundation), который и в настоящее время является основной стандартизирующей организацией [133]. Также активно ведутся исследования проектом OpenDaylight (ODL) [130] и проектом Global Environment for Network Innovation (GENI) [113, 114], который объединяет сотни университетов США, Токийский технический университет, университеты КНР, Франции и Германии. В России исследования ведутся в Центре прикладных исследований компьютерных сетей (ЦПИКС) и в Инновационном фонде Сколково [1], также создан консорциум российских университетов.

1.2.1 Особенности технологии ПКС

Технология ПКС (SDN) отличается от традиционных технологий построения сетей связи следующими ключевыми особенностями [1]: 1) имеется разделение уровней управления и передачи данных, применяется виртуализация физических ресурсов сети; 2) используется контроллер, на котором установлена сетевая операционная система (СОС) и работают сетевые приложения для централизации управления сетью; 3) возможно использование унифицированного интерфейса между уровнем управления сетью и уровнем передачи данных, который бы не зависел от поставщика сетевого оборудования, что снижало бы как сложность в настройке оборудования от разных поставщиков, так и расходы на обслуживание.

Программно-конфигурируемые сети состоят из ПКС-контроллера (или нескольких ПКС-контроллеров) и ПКС-коммутаторов, которыми управляет ПКС-контроллер [1]. ПКС-контроллер - программная платформа, работающая на выделенном типовом сервере. ПКС-коммутаторы - сетевые устройства (СУ) или сетевые элементы (СЭ), принимающие, обрабатывающие и передающие информационные потоки согласно правилам, установленным котроллером [1].

1.2.2 Архитектура технологии ПКС

В модели ПКС (SDN) можно выделить три уровня (рисунок 1.3) [144]:

1) уровень передачи данных или контур данных (Data plane) - отображает сетевую архитектуру, которая состоит из физических или виртуальных устройств, например, таких как коммутаторы, маршрутизаторы и мультисервисные транспортные платформы (МТП), отвечает за обработку пакетов, передаваемых по маршруту, определенному в контуре управления, базируется на технологиях OTN, WDM и IP/MPLS;

2) уровень управления (Control plane) - включает в себя СОС, обеспечивающую приложениям доступ к сетевым сервисам, а также программный интерфейс, с помощью которого происходит централизованное управление сетью

и различными сетевыми устройствами, представлен физически ПКС-контроллером (иногда в литературе обозначен как T-SDN контроллер); 3) уровень приложений (Application plane), обеспечивающий гибкое и эффективное управление сетью при помощи сетевых приложений, реализующих предоставляемые клиентам сервисы, на этом уровне происходит динамическая настройка, управление, защита и оптимизация сетевых ресурсов при помощи ПКС-контроллера.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фатхулин Тимур Джалилевич, 2022 год

На №

от

АКТ

Директор Департамента организации и управления учебным процессом МТУСИ

Начальника Отдела планировали» и организации учебного процесса МТУСИ

УТВЕРЖДАЮ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ордена Tp.vaoooi о Красного Знамени Российский иаучпо-исосдоьательскпп институт рал но имели М. н. Кривошеем» (ФГУП ИИИР)

Казакова ул., д. 16. Мост. 10S0IM Телефон: (499) 64?. 18-30. ли enpaso*: (4VJ) "К 1-63-70 Фмс: [phone]. E-mail: info® riir.m

bltp://tvww.mir.m ОКПО 01IRI4R1, OITH 1037700170716

ИНН/КПП 7709i»?<??(V77(mTC;;

«

и.о. генерального директора федерального государственное унитарного предприятия Российский научно-исследовательский институт радио имен :ва

кандидат военных на

Ik » ноября 2021

О.А.Иванов

гва

г.

J4~TJ 7(7Х/ Л/04- Ч

ЧТ<1 707V у Vo-i- 4/5

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Фатхулииа Тимура Джалилевича, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Настоящим актом подтверждается, что основные результаты диссертационного исследования, выполненного Фатхулнным Тимуром Джалилсвичем. направленного на решение научно-практичсской задачи разработки моделей и алгоритмов анализа и исследования программно-конфигурируемых оптических сетей (ПКОС), а именно:

- комплекс математических моделей для расчета параметров потоков данных в информационной и технической структурах программно-конфигурируемой оптической сети, позволяющий вычислять характеристики структуры сети, включая интенсивности потоков данных между узлами сети, нагрузку на узлы и структурообразующее оборудование сети;

- математическая модель ПКОС с управляемым оптическим уровнем для исследования возможности предоставления сервисов клиентам

использовались при проектировании программно-конфигурируемой сети Центра обработки данных Федерального государственного унитарного предприятия «Ордена Трудового Красного Знамени Российский научно-исследовательский институт радио имени М. И. Кривошеева»(ФГУГ! ИИИР). Модели дают возможность оценить влияние каждого приложения и сервиса па загрузку каналов связи и коммуникационного оборудования сети.

Использование внедренных результатов диссертационного исследования позволило осуществить выбор эффективных решений при проектировании программно-конфигурируемой сети Центра обработки данных ФГУП НИИР.

Директор центра исследования подвижной ев» Доктор технических наук, ст.научн.сотр.

Заместитель генерального директора по науке Кандидат технических наук, доцент