Розробка моделей у формі нескінченних сітей Петрі з деревоподібною структурою для верифікації протоколів Ethernet. Огляд фрагментів для параметричних моделей і методики оцінки продуктивності і якості обслуговування в процесі імітаційного моделювання.
Стандарт 10Gb Ethernet застосовується в магістральних мережах, оскільки оператори звязку широко використовують рішення типу «Ethernet поверх DWDM». Сучасні застосування реального часу, зокрема технологічне управління, вимагають гарантованого часу доставки інформації або часу відгуку мережі. Перспективне в даний час кероване моделлю проектування телекомунікаційних мереж і пристроїв засноване на експрес-оцінках характеристик, що отримуються в найкоротші терміни для нових проектних рішень. петрі ethernet верифікація протокол Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання: - розробка моделей у формі нескінченних сітей Петрі з деревоподібною структурою для верифікації протоколів Ethernet; а також методів інваріантного аналізу нескінченних сітей Петрі з деревоподібною структурою; Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: - розроблено модель комутованої Ethernet у формі нескінченних сітей Петрі з деревоподібною структурою для верифікації протоколів мережі Ethernet;У другому розділі - «Верифікація протоколів комутованої Ethernet» розроблено модель комутованої Ethernet у формі нескінченних сітей Петрі з регулярною (деревоподібною) структурою, а також методика інваріантного аналізу нескінченних сітей Петрі для верифікації комутованої Ethernet. На рис.1 подано модель N1 комутатора з трьома портами, що працює в повнодуплексному режимі з обовязковою буферизаціею і обмеженням на розмір внутрішнього буферу кадрів; порти призначення кадрів в моделі не розрізняються. В моделі комутатора N2 з розділенням портів призначення позицію подано множеною позицій відповідно до кожного з портів комутатору. Для комутатора з індексом індекс сусіднього зверху комутатора дорівнює ; індекси сусідніх знизу комутаторів дорівнюють і відповідно. Для моделювання передачі кадрів від термінальних пристроїв до комутатора використовується позиція INPORTS; для моделювання передачі кадрів від комутаторів до термінальних пристроїв - позиція OUTPORTS.Для вирішення завдань верифікації протоколів і оцінки продуктивності комутованої Ethernet в дисертаційній роботі побудовано моделі у вигляді параметричних сітей Петрі, розроблено вимірювальні фрагменти параметричних моделей та методику дослідження властивостей нескінченних сітей Петрі з регулярною структурою. Вперше побудовано модель комутованої Ethernet у формі нескінченної сіті Петрі з деревоподібною структурою, що дозволяє подати взаємодію всієї множини пристроїв на маршруті проходження кадру, яка застосована для верифікації протоколів комутованої Ethernet з довільною кількістю пристроїв. Параметрична модель інваріантна по відношенню до топології ЛОМ, кількості підключених мережних та термінальних пристроїв, що не вимагає модифікації її структури і істотно знижує трудомісткість розробки і дослідження моделей мереж. Побудовані вимірювальні фрагменти, що забезпечують оцінку: пропускній спроможності (продуктивності) мережі, часу доставки кадрів, часу відгуку мережі і довжин буферів комутаторів в процесі імітаційного моделювання. Побудовано вимірювальні фрагменти параметричної моделі для оцінки таких характеристик як пропускна спроможність (продуктивність) мережі, час доставки кадрів, час відгуку мережі і довжини буферів комутаторів безпосередньо в процесі імітаційного моделювання.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
Вывод
Для вирішення завдань верифікації протоколів і оцінки продуктивності комутованої Ethernet в дисертаційній роботі побудовано моделі у вигляді параметричних сітей Петрі, розроблено вимірювальні фрагменти параметричних моделей та методику дослідження властивостей нескінченних сітей Петрі з регулярною структурою.
1. Вперше побудовано модель комутованої Ethernet у формі нескінченної сіті Петрі з деревоподібною структурою, що дозволяє подати взаємодію всієї множини пристроїв на маршруті проходження кадру, яка застосована для верифікації протоколів комутованої Ethernet з довільною кількістю пристроїв.
2. Для верифікації протоколів комутованої Ethernet розроблено методи інваріантного аналізу нескінченних сітей Петрі з регулярною структурою і евристичні алгоритми побудови параметричних розвязків нескінченних однорідних систем в цілих невідємних числах. Виявлені взаємні блокування комутаторів з обовязковою буферизаціею кадрів, що призводять до істотного зниження продуктивності мережі.
3. Вперше розроблено параметричну модель комутованої Ethernet, яка містить фіксовану кількість вершин. Параметрична модель інваріантна по відношенню до топології ЛОМ, кількості підключених мережних та термінальних пристроїв, що не вимагає модифікації її структури і істотно знижує трудомісткість розробки і дослідження моделей мереж.
4. Для оцінки функціональних характеристик мереж побудовані спеціальні вимірювальні фрагменти параметричних моделей, які доповнюють модель мережі і забезпечують обчислення характеристик безпосередньо в процесі імітаційного моделювання. Побудовані вимірювальні фрагменти, що забезпечують оцінку: пропускній спроможності (продуктивності) мережі, часу доставки кадрів, часу відгуку мережі і довжин буферів комутаторів в процесі імітаційного моделювання.
5. Проведено порівняльний аналіз результатів модельних оцінок з вимірюваннями характеристик реальних комутованих мереж. Виконано аналіз результатів моделювання для різних типів використовуваного устаткування. Підтверджено адекватність моделі процесам в реальних мережах, що дозволяє застосовувати результати роботи в проектуванні телекомунікаційних мереж.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Шмелева Т.Р. Верификация протоколов коммутируемой Ethernet с помощью бесконечных сетей Петри / Т.Р. Шмелева // Вісник ДУІКТ, Спеціальний випуск. - 2007. - С. 96-102.
2. Шмелева Т.Р. Оценка характеристик сетей Ethernet с помощью параметрических моделей Петри / Т.Р. Шмелева, Д.А. Зайцев // Звязок. - 2007. - Т. 72, № 4. - С. 62-67.
3. Шмелева Т.Р. Измерение характеристик одноуровневой коммутируемой сети с помощью параметрической модели Петри / Т.Р. Шмелева, Д.А. Зайцев // Радиотехника: Всеукр. межведомств. науч.-техн. сб. - 2005. - Вып. 142. - С. 40-47.
4. Шмелева Т.Р. Параметрическая модель Петри одноуровневой коммутируемой сети / Т.Р. Шмелева, Д.А. Зайцев // Труды Одесской национальной академии связи им. А.С.Попова. - 2005. - № 1. - С. 33-40.
5. Шмелева Т.Р. Моделирование коммутируемой локальной сети раскрашенными сетями Петри / Т.Р. Шмелева, Д.А. Зайцев // Звязок. - 2004. - Т. 46, № 2. - С. 56-60.
6. Shmeleva T.R. Verification of switched Ethernet protocols using infinite Petri nets / T.R. Shmeleva // COMINFO’2007: Proceedings of Third International Scientific and Technical Conference - Modern Information and Communication Technologies, September 24-28, 2007. - Livadiya (Ukraine). - 2007. - Р.161-163.
7. Шмелева Т.Р. Оценка эффективности алгоритма покрывающего дерева Ethernet с помощью раскрашенных сетей Петри / Т.Р. Шмелева, М.Ф. Байков // Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций «РТ-2007»: Материалы 3-ей международной научно-технической конференции, 16-21 апреля, 2007. - Севастополь (Украина). - 2007. - С. 194.
8. Shmeleva T.R. Switched Ethernet Response Time Evaluation via Colored Petri Net Model / T.R. Shmeleva, D.A. Zaitsev // Proceedings of International Middle Eastern Multiconference on Simulation and Modelling, August 28-30, 2006. - Alexandria (Egypt). - 2006. - Р. 68-77.
9. Шмелева Т.Р. Основы построения параметрических моделей Петри коммутируемых сетей / Т.Р. Шмелева, Д.А. Зайцев // Моделирование и компьютерная графика: Материалы 1-й международной научно-технической конференции, 4-7 октября, 2005. - Донецк: ДОННТУ (Украина). - 2005. - С. 207-215.
10. Шмелева Т.Р. Модели Петри телекоммуникационных сетей / Т.Р. Шмелева, Д.А. Зайцев // Физика и технология тонких пленок: Материалы Юбилейной X Международной конференции, 16-21 мая, 2005. - Ивано-Франковск (Украина). - 2005. - том II. - С. 172-173.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. - Одеська національна академія звязку ім. О.С. Попова, Одеса, 2008.
На основі теорії класичних і розфарбованих сітей Петрі вперше запропоновані параметричні моделі деревоподібної телекомунікаційної структури з довільною кількістю пристроїв. Для верифікації протоколів Ethernet запропонована методика дослідження властивостей нескінченних сітей Петрі з регулярною структурою; розроблені методи інваріантного аналізу і евристичні алгоритми побудови параметричних розвязків нескінченних однорідних систем в цілих невідємних числах. Виявлені взаємні блокування комутаторів з обовязковою буферизаціею кадрів, що призводять до істотного зниження продуктивності мережі. Розроблена параметрична модель комутованої Ethernet, яка містить фіксовану кількість вершин розфарбованої сіті Петрі і інваріантна по відношенню до топології ЛОМ, кількості підключених мережних і термінальних пристроїв, що не вимагає модифікації її структури і істотно знижує трудомісткість розробки моделі і оцінки ефективності мереж. Побудовано вимірювальні фрагменти параметричної моделі для оцінки таких характеристик як пропускна спроможність (продуктивність) мережі, час доставки кадрів, час відгуку мережі і довжини буферів комутаторів безпосередньо в процесі імітаційного моделювання. Отримані в дисертації результати знайшли практичне застосування при виконанні НДР і в учбовому процесі.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. - Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова, Одесса, 2008.
На основе теории классических и раскрашенных сетей Петри впервые предложены параметрические модели древовидной телекоммуникационной структуры с произвольным количеством устройств. Для верификации протоколов Ethernet предложена методика исследования свойств бесконечных сетей Петри с регулярной структурой; разработаны методы инвариантного анализа и эвристические алгоритмы построения параметрических решений бесконечных однородных систем в целых неотрицательных числах. Обнаружены взаимные блокировки коммутаторов с обязательной буферизацией кадров, приводящие к существенному снижению производительности сети. Разработана параметрическая модель коммутируемой Ethernet, которая содержит фиксированное число вершин раскрашенной сети Петри и инвариантна по отношению к топологии ЛВС, количеству подключенных сетевых и терминальных устройств, что не требует модификации ее структуры и существенно снижает трудоемкость разработки модели и оценки эффективности сетей. Построены измерительные фрагменты параметрической модели для оценки таких характеристик как пропускная способность (производительность) сети, время доставки кадров, время отклика сети и длины буферов коммутаторов непосредственно в процессе имитационного моделирования. Полученные в диссертации результаты нашли практическое применение при выполнении НИР и в учебном процессе.
Shmeleva T.R. Efficacy evaluation of switched Ethernet via parametrical Petri nets. - The manuscript.
The dissertation is competing for the degree of Ph.D. on a specialty 05.12.02 - telecommunication systems and networks. - Odessa National Academy of Telecommunication named after A.S. Popov, Odessa, 2008.
On the base of the theory of classical and colored Petri nets parametrical models of treelike telecommunication structure with an arbitrary number of attached devices were introduced for the first time. For the verification of Ethernet protocols a treelike Petri net was composed of Ethernet switch models supplied by models of terminal devices attached to the last level. The number of the treelike structure levels is a parameter of the model. As far as the results were obtained for an arbitrary natural number of levels it was said that infinite Petri nets with regular treelike structure were studied. A technique of infinite Petri nets with regular treelike structure analysis was developed. For the calculation of p- and t-invariants infinite homogeneous linear systems of equations were composed. Solutions of infinite homogeneous linear systems of equations in non-negative integer numbers were constructed in parametrical form using a heuristic algorithm. The p- and t- invariance of the treelike Petri net was proven for an arbitrary natural number of levels. But it was shown that the model is not a live Petri net because it contains deadlocks. Mutual blockings of switches with compulsory buffering of frames that lead to the considerable fall in the network performance were revealed.
A parametrical model of switched Ethernet in the form of colored Petri net which consists of a fixed number of nodes was developed. The model contains only one copy of each component: switch, workstation, server. LAN topology, software and hardware performance are parameters of the model represented by marking of definite places. It was achieved via special tag which contains description of the current location in a network. The tag was attached to token which models Ethernet frame. The value of the tag is changed regarding the topology of the network on its route from workstation to server and backwards. As the result the model is permanent regarding LAN topology, number of attached networking and terminal devices that does not require the modification of its structure and considerably decreases the laboriousness of the model development and the evaluation of the networks efficacy.
For the performance evaluation of given switched Ethernet networks the parametrical colored Petri net model was supplied with special measuring fragments. Measuring fragment is a fragment of colored Petri net which calculates a network functional characteristic directly in the process of simulation. Peculiarities of the parametrical model regarding the processing of tags were taken into consideration. A series of the basic parametrical model modifications for the dynamic address tables processing, STA algorithm, FIFO queue disciplines, cut-through possibilities were provided. Measuring fragments were constructed for the evaluation of such functional characteristics as the network bandwidth (performance), the frame delivery time, the network response time and the length of switches buffers directly in the process of simulation. Real-life networks especially for real time applications were modeled. The adequacy of constructed models was grounded by the comparison of the evaluations during simulation with the results of real-life networks measurement. Thus, constructed models can be applied in the model-driven development of networks, network hardware and software.
Obtained results were applied in scientific-research projects with communication statements as well as in the teaching of students.
Keywords: switched Ethernet, parametrical Petri net, protocols verification, performance evaluation.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
