Оценка пропускной способности кластерной mesh-сети на основе имитационного моделирования в среде anylogic

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка пропускной способности кластерной mesh-сети на основе имитационного моделирования в среде anylogic

М.В. Богатырев, С. А Житенёв, А.А. Ерыгин, А.М. Сепкин

Аннотация. Предлагается методический подход к оценке пропускной способности кластерной mesh-сети на основе имитационного моделирования в среде AnyLogiс. При моделировании используется объектно-ориентированный подход, в соответствии с которым модель mesh-сети представляется в виде совокупности взаимодействующих между собой агентов - абонентских терминалов. Взаимодействие агентов моделируется на сеансовом, транспортном, сетевом, канальном и физическом уровнях в соответствии с моделью OSI (Open Systems Interconnection, ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99). Модель может быть использована при проектировании mesh-сетей в интересах анализа их возможностей по передаче планируемого трафика. моделирование абонентский терминал

Ключевые слова: кластер; mesh-сети; моделирование; АnyLogiс; пропускная способность; оконечное оборудование; маршрутизатор; модель OSI.

Evaluation of the bandwidth of the cluster MESH-network based on simulation in the AnyLogiс

M. V. Bogatyrev, S. A. Zhitenev, A. A. Erygin, A. M. Sepkin

JSC «Concern «Sozvezdie», Voronezh, Russia

Abstract. A methodical approach to estimating the bandwidth of a cluster mesh network based on simulation modeling in AnyLogiс environment is proposed. When modeling, an object-oriented approach is used, according to which the mesh-network model is represented as a set of agents interacting with each other - subscriber terminals. The interaction of agents is modeled at the session, transport, network, channel and physical levels in accordance with the OSI model (Open Systems Interconnection, GOST R ISO / IEC 7498-1-99). The model can be used in the design of mesh-networks in the interests of analyzing their ability to transfer the planned traffic

Keywords: cluster; mesh networks; modeling; AnyLogiс; bandwidth; terminal equipment; router; OSI model.

1. Введение

В настоящее время в телекоммуникационных системах различного назначения широкое распространение получили сети беспроводного доступа, основанные на мesh-технологии (mesh-сети). Mesh-сети, как правило, имеют кластерную самоорганизующуюся структуру. В каждом кластере абонентские терминалы одновременно выполняют роль точек доступа и ретрансляторов для переадресации трафика в соседний кластер. Благодаря этому обеспечивается перекрытие отдельных кластеров и, в конечном итоге, - сплошное покрытие в зоне обслуживания мesh-сети.

Вместе с тем, наличие ретрансляции может вызвать задержку при передаче данных в мesh-сети и, как следствие, снижать качество обслуживаемого трафика. В связи с этим при проектировании подобных сетей особое внимание уделяется оценке их пропускной способности, под которой понимается среднее значение скорости передачи данных на заданных информационных направлениях.

В статье предлагается методический подход к оценке пропускной способности кластерной mesh-сети на основе имитационного моделирования в среде AnyLogiс.

2. Методическое обеспечение

Оценка пропускной способности mesh-сети на информационном направлении от -го к -му абонентскому терминалу проводится путем моделирования процесса передачи сообщений в этом направлении с последующим обобщением результатов передачи согласно выражению:

,(1)

где  - общее количество передаваемых и успешно переданных сообщений от -го к -му абоненту;

 - объем -го сообщения, успешно переданного от -го к -му абоненту;

 - время передачи -го сообщения, успешно переданного от -го к -му абоненту.

При моделирования процесса передачи сообщений используется объектно-ориентированный подход [1], в соответствии с которым модель mesh-сети представляется в виде совокупности взаимодействующих между собой агентов - абонентских терминалов. Каждый агент реализует необходимый набор функций для моделирования процесса передачи данных и согласно рисунку 1 включает:

- оконечное оборудование, реализующие функции генерации сообщений, их фрагментации и сеансового обслуживания (управления отправкой и получением фрагментов сообщений);

- маршрутизатор, реализующий функции по сегментации фрагментов сообщений, а также по построению матриц маршрутизации и адресации сегментов сообщений;

- радиоблоки, реализующие функции по пакетированию сегментов сообщений, организации доступа к радиоканалам и передаче пакетов сообщений по радиоканалам.

Рис. 1. Состав абонентских терминалов

Взаимодействие агентов при реализации перечисленных функций моделируется на сеансовом, транспортном, сетевом, канальном и физическом уровнях в соответствии с моделью OSI (Open Systems Interconnection, ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99) [2]. При этом с целью оптимизации моделируемого процесса учитываемые уровни взаимодействия ограничены «снизу» по значимости. Зона моделирования, включающая учитываемые значимые уровни взаимодействия агентов, приведена на рисунке 2 (выделена фоном).

Алгоритм взаимодействия агентов на сеансовом, транспортном, сетевом, канальном и физическом уровнях определяется соответствующими протоколами. Перечень моделируемых протоколов с детализацией по уровням модели OSI представлен в таблице 1.

Таблица 1. Моделируемые протоколы

Рис. 2. Зона моделирования (выделена фоном)

3. Реализация

Модель mesh-сети реализована в среде имитационного моделирования AnyLogic Professional 7.0.3. Она обеспечивает:

- задание структуры моделируемой системы связи с выделением актуальных информационных направлений;

- ввод исходных данных по каждому абонентскому терминалу (количество передаваемых сообщений и их интенсивность, размер и категория срочности);

- выполнение расчета и выдачу результатов в виде диаграмм, отображающих изменение средней скорости передачи (пропускной способности), среднего времени передачи и вероятности недоведения (потери) сообщений по отдельным информационным направлениям и в системе связи в целом;

- сохранение результатов расчета в файле в формате данных (*.xls).

Основные экранные формы модели представлены на рисунке 3.

Рис. 3. Основные экранные формы

Комплекс программ, реализующих модель mesh-сети, зарегистрирован в Роспатенте - №№ 2019610006, 2019610050, 2019610051, 2019610432, 2019610434.

4. Апробация

С использованием разработанной модели проведена оценка пропускной способности mesh-сети, структурная схема которой представлена на рисунке 4.

Моделируемая mesh-сеть состоит из 40 территориально распределенных абонентских терминалов, объединенных в 9 кластеров. Результаты моделирования в виде зависимости усредненной по основным информационным направлениям пропускной способности mesh-сети от интенсивности и объема передаваемых сообщений приведены на рисунке 5.

Результаты полученной оценки показывают, что разработанная модель позволяет оценивать пропускную способность кластерных mesh-сетей на заданных информационных направлениях. При этом обеспечивается учет архитектуры mesh-сетей, а также технических решений по их построению на сеансовом, транспортном, сетевом, канальном и физическом уровнях. Указанные обстоятельства подтверждают целесообразность использования разработанной модели при проектировании mesh-сетей в целях анализа их возможностей по передаче планируемого трафика.

Рис. 4. Моделируемая mesh-сеть

Рис. 5. Средняя пропускная способность на информационных направлениях

5. Заключение

Разработанная на основе объектно-ориентированного (агентного) подхода в среде AnyLogic модель позволяет проводить оценку пропускной способности mesh-сетей на заданных информационных направлениях и может быть использована при проектировании mesh-сетей в интересах анализа качества планируемого к передаче трафика.

Литература

1. Каталевский Д.Ю. Основы имитационного моделирования и системного анализа в управлении. М.: Издательский дом «Дело» РАНХиГС, 2015. - 496 с.

2. ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99. Информационная технология. Взаимосвязь открытых систем. Базовая модель. Часть 1. Базовая модель.- М.: Госстандарт, 2006.

References

1. Katalevsky D.Yu. Fundamentals of simulation and system analysis in management. M .: Publishing house "Delo" RANCHiGS, 2015. - 496 p.

2. GOST R ISO / IEC 7498-1-99. Information technology. The interconnection of open systems. The base model. Part 1. The base model. - M .: Gosstandart, 2006.

Размещено на Allbest.ru