Методы управления пропускной способностью при взаимодействии в компьютерных сетяхНИР

Research of methods of network throughput management on interaction of components in computer networks.

Соисполнители НИР

МГУ имени М.В.Ломоносова Координатор

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Методы управления пропускной способностью при взаимодействии в компьютерных сетях
Результаты этапа: В 2021 году были получены следующие результаты: 1. Рассмотрены методы агрегации маршрутов в сети для достижения требуемой пропускной способности, указаны перспективные методы для сетевого, канального и тренспортного уровней сети, в том числе рассмотрены проблемы многопоточных транспортных протоколов. 2. Показаны преимущества применения ПКС сетей для реализации сервиса "пропускная способность по требованию". Предложен новый оптимальный алгоритм построения набора маршрутов для многопоточных протоколов в ПКС сетях. Проведен сравнительный анализ реактивного и проактивного подхода к управлению в ПКС сетях при реализации указанного сервиса, предложен смешанный подход для устранения выявленных недостатков. По теме НИР опубликовано пять работ.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Методы управления пропускной способностью при взаимодействии в компьютерных сетях
Результаты этапа: 1. Проведён сравнительный анализ статических и динамических методов управления числом потоков в многопоточной маршрутизации. Для дальнейшего количественного анализа выбраны протоколы MPTCP и FDMP. Предложено использовать комбинацию реактивной и проактивной стратегий для реализации многопоточной маршрутизации в программно-конфигурируемых сетях. Разработан алгоритм MCMF для построения маршрутов родственных потоков многопоточного соединения. 2. Выполнен сравнительный анализ каналов передачи данных в УС РВ по критериям «способ управления передачей данных» и «топология». Типы каналов разделены на перспективные для использования «старые унаследованные». Сформулированы требования к обмену по каналам в части ограничений реального времени и поддержки реконфигурируемости сети под различные режимы работы и состав оборудования. Предложено применение программно-конфигурируемых сетей на перспективных типах каналов для решения задачи унификации среды передачи данных. По теме НИР в 2022 г. опубликована 21 работа.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Методы управления пропускной способностью при взаимодействии в компьютерных сетях
Результаты этапа: 1. Разработана постановка задачи оценки пропускной способности сети для обеспечения QoS для набора потоков данных с заданными свойствами, выполнен анализ методов её решения. По результатам анализа сделан вывод о том, что наиболее подходящими методами оценки доступной пропускной способности являются методы Assolo и YAZ, которые минимизируют количество служебного трафика, не используют ограниченно доступные сведения о характеристиках сетевого канала и не полагаются на наличие пользовательского трафика в канале. Также перспективным представляется развитие методов машинного обучения по аналогии с методом pathML для учета истории замеров и адаптивного определения параметров служебного трафика. 2. Предложены и описаны методы организации обмена данными в реальном времени для использования как внутри УС РВ, так и для связи УС РВ с периферийными ЦОД и другими УС РВ, на базе технологии программно-конфигурируемых сетей. Выполнена экспериментальная программная реализация методов в виде приложения для ПКС-контроллера RUNOS, проведено экспериментальное исследование.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Методы управления пропускной способностью при взаимодействии в компьютерных сетях
Результаты этапа: В ходе работ 2024 г. были получены следующие результаты: 1. Создан программный имитационный стенд для экспериментального исследования методов статической и динамической агрегации каналов при многопоточной маршрутизации. С использованием стенда выполнено экспериментальное исследование методов статической и динамической многопоточной маршрутизации и агрегации каналов. Эксперименты показали преимущество динамического метода, заключающееся в том что количество удовлетворенных потоков не меньше, чем для статического метода, с вероятностью не менее 95%. При этом статический метод хорошо работает только на небольших топологиях с количеством узлов меньше 36 и небольшой долей полюсов (т.е. истоков или стоков потока). 2. Разработан метод оценки состояния сетевого канала, в том числе его доступной пропускной способности. Создан программный имитационный стенд для для экспериментального исследования метода при передаче набора потоков данных с заданными характеристиками интенсивности передачи данных. Выполненные на стенде эксперименты выявили область эффективной применимости метода: доступная пропускная способность сетевого канала в интервале от 4 до 400 Мбит/с при общей пропускной способности от 10 до 500 Мбит/с.
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Методы управления пропускной способностью при взаимодействии в компьютерных сетях
Результаты этапа: В ходе работ 2025 г. были получены следующие результаты: 1. Проведено исследование методов резервирования маршрутов в сети для сохранения пропускной способности в случае отказов физических каналов или сетевых устройств. В качестве базового подхода к резервированию маршрутов выбрано выделение в графе сети нескольких максимальных реберно-непересекающихся деревьев (МРН-деревьев). Экспериментально показано, что деревья, выделяемые рассматриваемыми алгоритмами, близки к реберно-непересекающимся (насколько это возможно для исходного графа). При этом версия алгоритма с ограничениями на суммарный вес ребер деревьев показывает лучшие результаты, чем версия без ограничений: превосходство по количеству хопов в дереве достигает 33%, по задержке передачи данных – 55%. Предложены и исследованы две стратегии восстановления деревьев при отказе узлов или каналов – перестроение и локальное исправление. Эксперименты показали, что локальное исправление существенно (от 10 до 100 000 раз в зависимости от графа) быстрее, чем перестроение, но после нескольких исправлений деревья утрачивают свойство реберного непересечения. Также показано, что можно найти границу количества исправлений до перестроения деревьев. На рассмотренных графах эта граница равна 5. 2. Предложена схема совместного планирования вычислений и информационного обмена в управляющей системе реального времени на базе программно-конфигурируемой сети с поддержкой виртуальных каналов. Эта схема расширяет последовательную схему планирования вычислений и информационного обмена операцией возврата с последующих этапов планирования (в случае их неуспеха) на предшествующие этапы, с корректировкой ограничений на основе анализа причин неуспеха. С использованием предложенной схемы построен набор алгоритмов, осуществляющих совместное планирование вычислений и информационного обмена. Экспериментальное исследование показало, что предложенная совместная схема планирования существенно расширяет применимость последовательной схемы, использующей те же базовые алгоритмы. В частности, за счет совместного планирования удалось более чем в 2 раза повысить (в сравнении с последовательным планированием) среднюю загрузку каналов от коммутаторов к вычислительным модулям, при которой планирование выполняется успешно. Программная реализация схемы совместного планирования интегрирована с ранее созданным приложением для отечественного контроллера программно-конфигурируемых сетей – RuNOS. Это приложение преобразует спецификацию виртуальных каналов в правила для ПКС-коммутаторов.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен