Teoria i inżynieria ruchu teleinformatycznego

Transkrypt

1 Teoria i inżynieria ruchu teleinformatycznego

2 Plan Ruch teleinformatyczny (ruch telekomunikacyjny) pojęcia podstawowe Obsługa ruchu w sieciach komputerowych modele obsługi Modele ruchu teleinformatycznego Zwielokrotnienie i hierarchie cyfrowe Komutacja Koncepcje dostarczania jakości usług w sieciach Wymiarowanie sieci Literatura

3 Teoria Teoria (z gr. theoría - oglądanie, rozważanie) - system pojęć, definicji, aksjomatów i twierdzeń, ustalających relacje między tymi pojęciami i aksjomatami, tworzący spójny system pojęciowy, opisujący jakąś wybraną dziedzinę fizyczną lub abstrakcyjną. W przypadku nauk przyrodniczych, nauk ścisłych i nauk humanistycznych teorie są tworzone w celu systematyzowania i racjonalizowania faktów, wyjaśniania powodów ich występowania, przewidywania przyszłych zdarzeń, oraz budowy nowych systemów/urządzeń/broni. Teoria niemożliwa do potwierdzenia (w danym stopniu rozwoju nauki) faktami lub dowodem matematycznym to hipoteza.

4 Inżynieria Inżynieria działalność polegająca na projektowaniu, konstrukcji, modyfikacji i utrzymaniu efektywnych kosztowo rozwiązań dla praktycznych problemów, z wykorzystaniem wiedzy naukowej oraz technicznej. Działalność ta wymaga rozwiązywania problemów różnej natury oraz skali. Inżynieria (ogólnie) zajmuje się też rozwojem technologii. Inżynieria (w szczególności) to używanie obiektów abstrakcyjnych dla tworzenia konstrukcji i produktów, przeznaczonych do wykonywania określonych funkcji lub rozwiązania określonego problemu. Inżynier wykorzystuje wyobraźnię i doświadczenie, umiejętność oceny i rozumowanie, stosując świadomie własną wiedzę do projektowania, tworzenia, eksploatacji i usprawnienia użytecznych maszyn oraz procesów (np. inżynieria procesów produkcji, inżynieria środowiska, bioinżynieria).

5 Teleinformatyka? Teoria informacji nauka o gromadzeniu, przechowywaniu, przetwarzaniu, przekazywaniu, prezentacji informacji Informatyka Teleinformatyka Teoria Informacji - dyscyplina zajmująca się problematyką informacji oraz metodami przetwarzania informacji, np. w celu transmisji lub kompresji

6 Teleinformatyka? Teoria informacji Informatyka metodologia (co?) i metodyki (jak?) gromadzenia, przechowywania, przetwarzania, przekazywania, prezentacji informacji Teleinformatyka Informatyka - dyscyplina nauki zaliczana do nauk ścisłych oraz techniki zajmująca się przetwarzaniem informacji, w tym również technologiami przetwarzania informacji oraz technologiami wytwarzania systemów przetwarzających informacje

7 Teleinformatyka? Teoria informacji Informatyka Teleinformatyka - metodologia (co?) i metodyki (jak?) gromadzenia, przechowywania, przetwarzania, przekazywania (w czasie i w przestrzeni), prezentacji informacji. Teleinformatyka - pojęcie obejmujące szeroki zakres wszystkich technologii umożliwiających manipulowanie, przetwarzanie i przesyłanie informacji

8 Teleinformatyka? Informatyka vs. teleinformatyka? Telekomunikacja vs. teleinformatyka? systemy analogowe systemy cyfrowe Teleinformatyka: przewodowe i bezprzewodowe sieci komputerowe, systemy multimedialne (wielousługowe). Internet Rzeczy (Usług i Treści) (Internet of Things (Services and Media)), Big Data Systemy zorientowane na usługi (Service Oriented Systems),...

9 Ruch teleinformatyczny Strumienie jednostek danych generowane w ramach procesów komunikacyjnych obsługiwanych przez dane protokoły komunikacyjne. Ruch teleinformatyczny jest determinowany rodzajem aplikacji obsługiwanych przez system transmisji danych (teleinformatyczny, telekomunikacyjny). Różne klasy aplikacji to różne klasy ruchu teleinformatycznego. Różne klasy ruchu teleinformatycznego: różne metodologie i metodyki sterowania ruchem, różne kryteria jakości obsługi, różne zadania sterowania ruchem (kryteria i ograniczenia).

10 Teoria ruchu teleinformatycznego Teoria ruchu teleinformatycznego jest matematycznym opisem sieci i systemów teleinformatycznych w kategoriach probabilistycznych. Celem teorii ruchu teleinformatycznego jest konstrukcja analitycznych modeli sieci i systemów teleinformatycznych, niezbędnych do prawidłowego ich projektowania oraz efektywnego zarządzania. Dwie podstawowe klasy zadań zarządzania dotyczą dwóch różnych, ogólnych koncepcji gospodarowania: maksymalizacja efektu przy zadanych zasobach lub minimalizacja zasobów przy zadanych efektach. Podstawowe zasady teorii ruchu sformułował na początku XX wieku duński matematyk Erlang. Prace Erlanga zapoczątkowały teorię masowej obsługi (teoria kolejek). Obecnie teoria ruchu teleinformatycznego jest częścią tzw. cybernetyki technicznej i wykorzystuje m.in. teorię prawdopodobieństwa, algebrę, teorię grafów, teorię procesów stochastycznych i teorię procesów Markowa.

11 Teoria ruchu teleinformatycznego - podstawowe pojęcia Strumień zgłoszeń Strumień zgłoszeń tworzą kolejno pojawiające się zgłoszenia w przypadkowych (lub nie) momentach czasu. Strumienie zgłoszeń najczęściej opisywane są następującymi parametrami: λ(t) intensywność zgłoszeń, tzn. średnia liczba zgłoszeń w jednostce czasu; p k (t) prawdopodobieństwo napływu k zgłoszeń w czasie t; f(t) rozkład czasu pomiędzy kolejnymi zgłoszeniami.

12 Ruch teleinformatyczny Ruch teleinformatyczny ruch elastyczny: wrażliwość na straty tolerowanie opóźnienia ruch strumieniowy wrażliwość na opóźnienie tolerowanie strat pojawiają się nowe klasy związane z nowymi zastosowaniami systemów teleinformatycznych treści telemetria sterowanie w czasie rzeczywistym i inne

13 Sterowanie Teoria sterowania - jedna z gałęzi matematyki i cybernetyki, zajmuje się analizą i modelowaniem matematycznym obiektów i procesów różnej natury, zarówno fizycznych (np. chemicznych, cieplnych, mechanicznych, hydraulicznych, pneumatycznych, elektrycznych, komunikacyjnych) jak i społecznych (np. ekonomia matematyczna), traktowanych jako układy dynamiczne ze sterowaniem. Opracowany model pozwala na syntezę układu regulacji poprzez wprowadzenie regulatora sterującego danym obiektem lub procesem tak, by ten zachowywał się w pożądany sposób.

14 Sieci z komutacją łączy i wiadomości (pakietów) Komutacja łączy: zalety wady Komutacja wiadomości (pakietów) zalety, wady Integracja komutacji łączy i wiadomości

15 Sieci z komutacją łączy i wiadomości (pakietów) Komutacja łączy i wiadomości: zalety i wady: opóźnienie? narzut? efektywność wykorzystania zasobów? zarządzanie? jakość?...

16 Koncepcje sieci IPv4 (IPv6): best effort IntServ (Integrated Services) DiffServ (Differentiated Services) NXGN (Next Generation Network) NWGN (New Generation Network) CAN (Content/Context Aware Networks) SDN (Software Defined Networks) IoT (Internet of Things), IoS (Internet of Services) IoM (Internet od Media) M2M (Machine to Machine)...

17 Jakość usług w sieci węzeł sieci lub podsieć węzeł sieci lub podsieć Top-to-Bottom Quality of Service aplikacji prezentacji sesji transportu sieci sterowania łączem klasyfikacja, identyfikacja i znakowanie ruchu router aplikacji prezentacji sesji transportu sieci sterowania łączem aplikacje QoS-gotowe rezerwacja, klasyfikacja i zarządzanie fizyczna fizyczna router router zarządzanie przepustowością klasyfikacja usług zarządzanie przepustowością rezerwacja zasobów rezerwacja zasobów End-to-End Quality of Service

18 Strategie dostarczania jakości usług w sieciach QoE (Quality of Experience) i QoS (Quality of Service) Grade of Service (GoS) i Quality of Service (QoS) Usługa w sieci (usługa sieciowa): hierarchie usług usługa (usługa typu koniec koniec) Strategie dostarczania jakości: najwyższej staranności (best effort), usług zintegrowanych (Integrated Services, IntServ) usług zróżnicowanych (Differentiated Services, DiffServ)

19 Miary jakości usług (np.) zgodność z SOKU komponowalność elastyczność granularność heterogeniczność rozproszenie wielokrotność użycia stosowalność wiedzy planowalność wrażliwość złożoność heterogeniczność systemowa rozległość powtarzalność szerokość organizowalność zastępowalność odkrywalność heterogeniczność sprzętowa komunikacyjność używalność głębokość wykonalność wykorzystanie ESB wariantowość nadmiarowość SOKU Service Oriented Knowledge Utilities ESB Enterprise Service BUS

20 Standardy... ISO/IEC 9126:2001 Software engineering Product quality ISO/IEC 25000:2005 Software Engineering -- Software product Quality Requirements and Evaluation (SQuaRE) ISO/IEC :2011: Information Technology - Service Management - Part 1: Service management system requirements Information Technology - Service Management - Part 2: Code of practice. Polska, zharmonizowana wersja:... PN-ISO/IEC : Technika informatyczna - Zarządzanie usługami - Część 1: Specyfikacja PN-ISO/IEC : Technika informatyczna - Zarządzanie usługami - Część 2: Reguły postępowania.

21 Norma ISO/IEC ISO/IEC (PN-ISO/IEC 27001:2007) stosuje znany model Planuj Wykonuj Sprawdzaj Działaj (PDCA), W normie ISO/IEC wyróżniono jedenaście obszarów, mających wpływ na bezpieczeństwo informacji w organizacji: Polityka bezpieczeństwa; Organizacja bezpieczeństwa informacji; Zarządzanie aktywami; Bezpieczeństwo zasobów ludzkich; Bezpieczeństwo fizyczne i środowiskowe; Zarządzanie systemami i sieciami; Kontrola dostępu; Zarządzanie ciągłością działania; Pozyskiwanie, rozwój i utrzymanie systemów informatycznych; Zarządzanie incydentami związanymi z bezpieczeństwem informacji; Zgodność z wymaganiami prawnymi i własnymi standardami.

22 Różnicowanie usług Pakiety przychodzące na porcie wejściowym Klasyfikator MF Pojedyncze strumienie ruchu Regulowanie Regulowanie Regulowanie Odrzucanie pakietów niezgodnych Strumienie z przyznanym odpowiednim DSCP Do portu wyjściowego Wejściowy strumień pakietów Klasyfikator BA Strumienie zagregowane Odrzucanie pakietów Wyjściowy strumień pakietów Szeregowanie pakietów

23 Modele obsługi ruchu Twierdzenie Little a średnia liczba zgłoszeń w systemie średnie opóźnienie wnoszone przez system Modele kolejkowe (M/M/././.) model z odrzuceniami model z opóźnieniami Twierdzenia: Burka, Jacksona, Kleinrocka,... Modele M/G/././. Przykłady użycia

24 Modele ruchu Zapis modelu ruchu zapis strumienia zdarzeń charakterystyki probabilistyczne Strumień odnowy proces Poissona strumienie wielofazowe strumień odnowy Strumienie markowowskie proces Markowa modyfikacje procesu Markowa Modele regresyjne Modele przepływowe Samopodobne strumienie zdarzeń

25 Wymiarowanie sieci Przyjmowanie zgłoszeń Kontrola dostępu Wygładzanie (kształtowanie) ruchu Szeregowanie zgłoszeń

26 Komutacja Pola komutacyjne blokowalność Komutatory przełączniki routery

27 Zwielokrotnienie i hierarchie cyfrowe Zwielokrotnienie: w dziedzinie częstotliwości w dziedzinie czasu kodowe długości fali Hierarchie cyfrowe PDH SDH

28 Koncepcje dostarczania jakości usług Najwyższej staranności (best effort) Usług Zintegrowanych (Integrated Services) Usług Zróżnicowanych (Differentiated Services)

29 Literatura 1. Z. Papir, Ruch telekomunikacyjny i przeciążenia w sieciach pakietowych, WKiŁ, Warszawa J. Woźniak, K. Nowicki, Sieci LAN, MAN i WAN protokoły komunikacyjne, Wydawnictwo FPT, Kraków K. Nowicki, J. Woźniak, Przewodowe i bezprzewodowe sieci LAN, Oficyna PW, Warszawa M. Stasiak, M. Głąbowski, P. Zwierzykowski, Modelowanie i wymiarowanie ruchomych sieci bezprzewodowych, WK, Warszawa, A. Kasprzak, Rozległe sieci komputerowe z komutacją pakietów, Oficyna PWr, Wrocław A. Grzech, Sterowanie ruchem w sieciach teleinformatycznych, Oficyna PWr, Wrocław 2002, 6. S. Haykin, Systemy telekomunikacyjne, WKiŁ, Warszawa A. Jajszczyk, Wstęp do telekomutacji., WNT, Warszawa, V.B. Iversen, Teletraffic engineering handbook., ITU-D SG 2/16 & ITC,