Дослідження впливу технології блокчейн на характеристики мереж передачі даних
Автор: Стець Ігор Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: В наш час все більшою популярністю користується технологія блокчейн, що є децентралізованою і незмінною цифровою системою запису, яка використовується багатьма незалежними сторонами і може бути оновлена тільки за їх згодою [1,2]. Ця технологія пов’язана з розробкою та впровадженням систем, які можуть використовуватися для підтвердження справжності особистості та укладання контрактів, безпечного адміністрування мереж, зберігання сертифікатів, проведення безпечних двосторонніх угод без залучення третьої сторони, що гарантує, фіксації часу проведення певної операції. Використання технології блокчейн пов’язане з великою кількістю вузлів мережі для вирішення завдань із додатковим обсягом службового трафіку та постійним обміном даними. У зв’язку із значною затребуваністю цієї технології актуальним є завдання аналізу впливу процесів даної технології на мережеві характеристики для прогнозування поведінки трафіку та забезпечення необхідних показників якості, а також на стабільність елементів мережі зв’язку загального користування. В останнє десятиліття з’явилася досить велика кількість робіт вітчизняних та зарубіжних авторів, присвячених дослідженню технології блокчейн, зокрема роботах багатьох вчених розглядається застосування технології блокчейн в різних галузях [3-5], однак варто зазначити, що мала кількість досліджень розглядає безпосередній вплив цієї технології на мережу при зміні параметрів системи, а також вплив мережевих ефектів на систему блокчейн. Об’єкт дослідження - мережа передавання даних при використанні технології блокчейн. Предмет дослідження - вплив технології блокчейн на мережеві характеристики. Мета роботи та завдання дослідження. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є дослідження впливу технології блокчейн на мережеві характеристики для підвищення ефективності процесу підготовки та модернізації мережевої інфраструктури . Для досягнення поставленої мети в даній роботі було поставлено наступні завдання: 1. здійснити огляд особливостей технології блокчейн: перспектив її розвитку, аналіз технічних, технологічних, нормативно-правових і стандартизаційних особливостей. 2. проаналізувати технологічні аспекти блокчейн систем : компонентів мережі та ланцюжка блокчейн, сценарію обміну даними між об’єктами інфраструктури, основних різновидів алгоритмів консенсусу. 3. розробити аналітичну та імітаційну модель мережі блокчейн; 4. дослідити вплив технології блокчейн на характеристики мережі передачі даних на основі аналітичної та імітаційної моделі. Методи дослідження. У процесі виконання роботи використовувались методи системного аналізу, теорії масового обслуговування, теорії ймовірності, математичної статистики, імітаційне моделювання . Наукова новизна отриманих результатів полягає у розробці аналітичної моделі, на основі трьохетапного моделювання СМО M/M/1, M/H2/1, G/D/1, що дозволило сформувати аналітичні залежності часу додавання транзакцій у ланцюжок блокчейн від різних параметрів, що в свою чергу є необхідним під час аналізу продуктивності та оптимізації блокчейн-систем, а також під час оптимального проєктування блокчейн-рішень, прогнозу затримки між кінцевими та проміжними вузлами мережі. Практична значимість отриманих результатів полягає у використанні розроблених моделей для визначення параметрів при підготовці та модернізації мережевої інфраструктури під час впровадження технології блокчейн, що в свою чергу дозволить підготувати мережу до максимально ефективної роботи з необхідною кількістю пристроїв. У першому розділі розглянуто основні аспекти технології блокчейн, перспективи розвитку, історичний огляд та дослідження, які показали актуальність та інтерес світової спільноти до цієї технології. У другому розділі розглянуто структуру даних блокчейна. Описано основні компоненти системи блокчейн, структуру блоку, транзакції, а також алгоритм і сценарій роботи блокчейн технології. Проаналізовано різні алгоритми консенсусу, на основі чого здійснено їх порівняння, що дало змогу зробити висновок про різноманіття систем і параметрів технології. Наведено графіки, що оцінюють взаємозв’язок інтервалу часу підтвердження блоків, розміру блоку на надійність блокчейна. У третьому розділі розроблено аналітичну модель досліджуваної підсистеми, що моделює роботу фрагмента мережі та дає змогу провести оцінку затримки пакетів та інших мережевих характеристик. Створено імітаційну модель системи блокчейн і мережі з упровадженням трафіку блокчейн-додатків. У четвертому розділі здійснено експериментальну оцінку впливу технології блокчейн на мережеві характеристики. На основі отриманих результатів показано, що працездатність мережі залежить від інтенсивності появи транзакцій, при цьому для коректної роботи технології блокчейн представленого типу можна варіювати значення інтенсивності вузлів і значення розміру буфера. У п’ятому розділі здійснено економічну оцінку доцільності розробки мережевого програмного продукту для передачі мультисервісного трафіку. На основі здійснених обчислень показано, що програмний продукт може бути впроваджений та мати подальший розвиток, оскільки він є економічно вигідним за основними техніко-економічними показниками.