Дослідження методів управління якістю обслуговування в програмно-конфігурованих телекомунікаційних мережах

Автор: Медвецький Михайло Богданович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Інформаційні мережі зв'язку
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: В магістерській роботі представлено розробку та впровадження моніторингової QoE(Quality of Expirience) системи, яка покращить якість сприйняття послуг кінцевих користувачів та дозволить оптимальніше використовувати ресурси мережі. Незважаючи на невпинний розвиток SDN(software-defined networks) від моменту його представлення, є деякі аспекти мережевих технологій, які реалізовані не належним чином. Зважаючи на вимоги сучасних мережевих середовищ, необхідно використання різних методів покращення якості обслуговування та інженерії трафіку для оптимізацій потоків трафіку великої кількості додатків та різноманітних типів трафіку, таких як голосовий трафік та відеотрафік. Реалізація додатків які б вирішували вказані проблеми в деяких випадках може бути надто складною та не завжди підтримуватись північними інтерфейсами. У першому розділі наведено передумови створення програмно-конфігурованих мереж їхня архітектура та принципи функціонування. Також ознайомлено із роботою OpenFlow протоколу, як основного протоколу SDN мереж. Наведено переваги програмно-конфігурованих мереж над традиційними мережами, та виклики перед якими встають програмно-конфігуровані мережі. У другому розділі визначено поняття QoE та фактори впливу, приведено моделі QoE[1], а саме Голосової та Відео моделей. Досліджено залежності якості сприйняття від параметрів каналів зв’язку[2]. Для "підсумовування" оцінок MOS пропонується скористатися E-моделлю (Е-Model). Дана модель є центральною ланкою рекомендації G.107 Міжнародного союзу електрозв’язку (МСЕ). Згідно E-моделі, вводиться так званий R-фактор (R value), що представляє собою суму всіх спотворень. Для оцінки досліджуваних систем або протоколів у мережевій інженерії прийнято розгортання рішення на змедельованих або емульованих мережах. Основна платформа для цього – мережевий емулятор Mininet на основі Linux. Завдяки легкій віртуалізації його досить легко використовувати в дослідженнях, а можливість імітувати повноцінну велику мережу з віртуальними комутаторами та хостами на одній машині. А також зважаючи що Mininet емулює мережу, а не симулює, налаштування, конфігурація та додатки протестовані у мережі Mininet, можна застосувати безпосередньо в реальних мережах. Mininet використовує Open vSwitch, це широко підтримуваний програмний SDN комутатор який використовує OpenFlow протокол для комунікації з контролером. Цей протокол є найпоширенішим південним інтерфейсом у SDN і є ключовим в стандарті програмно-конфігурованих мереж. OpenFlow протокол зазвичай використовується як віртуальними так і фізичними комутоторами та маршрутизаторами, до прикладу комутатори Zodiac Fx/Gx від компанії NorthBound Networks. Запропонована в даній роботі система моніторингу також використовує даний протокол для комунікації між комутаторами. У третьому розділі наведено необхідність у моніторинговій системі для програмно-конфігурованих мережах для підвищення якості надання послуг. Описано способи [3] моніторингу основних параметрів QoS, а саме затримка та втарти пакетів, на якість сприйняття кінцевого користувача. Проведено дослідження з оцінкою деградації QoE для різних типів трафіку. У досліджені розраховується параметр MOS та Vq. Також додатково введено експертну думку про надану якість сприйняття, та їх відповідність з розрахованими значеннями. В четвертому розділі проведено моделювання та дослідження моніторигової системи QoE, з використанням вимірювання затримки та втрат пакетів. Контролером для цього дослідження вибрано ODL(OpenDayLight) Порівняно результати передавання VoIP(Voice over IP) та відеопотоків із застосуванням моніторингової системи та без неї. Із результатів можна сказати що запропонована система дає змогу відчутно покращити якість сприйняття послуг користувача за короткий проміжок часу. Більшість експериментів, здійснених у цьому дослідженні, проводились на віртуальній машині (ВМ), зокрема в Oracle VirtualBox Hypervisor. Запуск експериментів на віртуальній машині, а не на фізичній машині, забезпечує більший контроль над експериментами, і якщо щось піде не так, це можна легко повернути назад, використовуючи засоби, надані інструментами менеджера віртуальних машин. У п’ятому розділі проведено техніко-економічне обґрунтування застосування QoE моніторингу в програмно-конфігурованих мережах. В результаті цього отримано дані про доцільність реалізації та окупність проекту. З проведених розрахунків можна зробити висновок що введення моніторингової системи QoE є вигідним як з технічного погляду так і з економічного, враховуючи що окупність проекту становить 1.5 року та впровадження моніторингу привертатиме увагу нових клієнтів завдяки орієнтованості телекомунікаційної компанії на якість обслуговування клієнтів. Об’єктом дослідження є процес управління якістю обслуговування шляхом проведення QoE-орієнтованої маршрутизації потоків даних. Предметом дослідження є методи та моделі управління якістю обслуговування в SDN мережах. Метою роботи є покращення якості обслуговування в програмно-конфігурованих мережах. Ключові слова: SDN, QoE оцінка, Mininet, QoE модель, Якість сприйняття. Перелік посилань: 1.S. Barakovic and L. Skorin-Kapov, “Survey and Challenges of QoE Management Issues in Wireless Networks”, https://www.hindawi.com/journals/jcnc/2013/165146, Journal of Computer Networks and Communications Volume 2013, 2013. 2.J. Reyes, J. Lopez, N. Kushik and D. Zeghlache, "On the Assessment and Debugging of QoE in SDN: Work in Progress," 2020 IEEE 18th International Symposium on Network Computing and Applications (NCA), Cambridge, MA, USA, 2020, pp. 1-3, doi: 10.1109/NCA.2020.8935029. 3.Оцінка і управління якістю сприйняття послуги (QoE) у телекомунікаційних мережах / Є. М. Чернихівський, М. І. Кирик, В. І. Романчук, В. В. Червенець //Радіоелектроніка та телекомунікації : [зб. наук. пр.] / відп. ред. Б. А.Мандзій. — Л. : Вид-во Нац. ун-ту «Львів. політехніка», 2010. — С. 132-135. —(Вісник / Нац. ун-т «Львів. політехніка» ; № 680). — Бібліогр.:5назв.