High-speed communication networks chaotic behavior analysis of data systems
Вантажиться...
Дата
2012
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Харкiвський нацiональний унiверситет iм. В.Н. Каразiна
Анотація
Chaos and self-similarity are the state-of-the-art problems in various areas of modern science and technology, thus network systems are not exception from this rule. Increasing number of various network protocols, applications and services leads to the fact that network traffic becomes more complex and unpredictable. It has been shown that phenomenon of self-similarity is caused by the properties of network traffic whose origin is the behavior of ТСР protocol. And all this properties became more significant with appearing of the high-speed data transmission technologies. Finally this behavior leads to congestion in network and packet losses as the result of it. But even modern congestion control mechanisms handle such kind of situations quite unfair. For example, as shown by W. Feng et al., TCP Reno loss rate exceeds 5% in a heavily congested network. So it’s easy to calculate that over a Gigabit Ethernet link such loss rate translates into a loss of over 50 Mb/s. Obviously this level of loss rate is unacceptable. However models that describe behavior of information systems sufficiently and give a possibility for scientists to apply all set of classical methods of chaos theory and analyze particular nonlinear dynamical system have not been offered so far. Phase portraits of the studied system were built and Lyapunov exponents for different values of the basic system parameters were calculated. In the present paper a new approach in analysis of the packet switching networks behavior with ТСР protocol is proposed. These networks are analyzed as nonlinear dynamical systems that show chaotic properties at a certain value of parameters.
Проблема самоподоби в різних областях науки та техніки цікавила дослідників давно. Поява та широке розповсюдження комп’ютерних мереж, а також зріст кількості різноманітних послуг привело до того, що мережевий трафік став більш складним і непередбачуваним. Особливо сильно ці властивості стали проявлятися з появою технологій високошвидкісної передачі даних. Це пов’язано з тим, що одним із основних показників якості (QoS) роботи мережі з пакетною передачею даних є кількість втрачених пакетів. Втрата пакетів призводить до додаткового навантаження на мережу і зрештою до «заторів». При великих швидкостях передачі даних втрата пакетів, що виражається в долях відсотка сприяє значним стратам інформації. В багаточисленних роботах, присвячених дослідженню мереженого трафіка було показано, що вказані вище явища пов’язані з властивостями самоподібного трафіка, основною причиною якого є поведінка протоколу TCP. Проте до сіх пір не були запропоновані моделі, які б адекватно описували поведінку систем зв’язку інформаційних систем, що дозволили б застосувати весь арсенал класичних методів аналізу нелінійних динамічних систем. В роботі пропонується новий підхід щодо аналізу поведінки мереж зв’яку інформаційних систем з протоколом TCP – розгляд їх як нелінійних динамічних систем, що проявляють хаотичні властивості за наявності визначених значень параметрів. Побудовані фазові портрети досліджуваної системи, розраховані показники Ляпунова для різних значень основних параметрів системи. Запропоновані рекомендації щодо проектування та експлуатації високошвидкісних оптичних мереж зв’язку інформаційних систем.
Проблема самоподобия в различных областях науки и техники интересовала исследователей давно. Появление и широкое распространение компьютерных сетей, а также увеличение количества разнообразных сетевых услуг привело к тому, что сетевой трафик стал более сложным и непредсказуемым. Особенно сильно эти свойства стали проявляться с появлением технологий высокоскоростной передачи данных. Это связано с тем, что одним из основных показателей качества (QoS) работы сетей с пакетной передачей является количество потерянных пакетов. Потеря пакетов приводит к дополнительной нагрузке на сеть и, в конечном счете, к «заторам». При больших скоростях передачи данных потери пакетов, выражающиеся в долях процента, приводят к значительным потерям информации. В многочисленных работах, посвященных исследованию сетевого трафика, было показано, что указанные выше явления связаны со свойствами самоподобия трафика, основной причиной которого является поведение протокола ТСР. Однако до сих пор не были предложены модели, адекватно описывающие поведение систем связи информационных систем, позволяющие применить весь арсенал классических методов анализа нелинейных динамических систем. В работе предлагается новый подход к анализу поведения сетей связи информационных систем с протоколом ТСР – рассмотрение их как нелинейных динамических систем, проявляющих хаотические свойства при определенных значениях параметров. Построены фазовые портреты исследуемой системы, рассчитаны показатели Ляпунова для различных значений основных параметров системы. Предложены рекомендации по проектированию и эксплуатации высокоскоростных оптических сетей связи информационных систем.
Опис
Ключові слова
self-similarity, network traffic, chaos, packet loss, quality of service, TCP/IP, самоподоба, мережений трафік, хаос, втрата пакетів, якість обслуговування
Бібліографічний опис
High-speed communication networks chaotic behavior analysis of data systems / A.V. Karpukhin, I.N. Kudryavtsev, A.V. Borisov, D.I. Gritsiv // Вiсник Харкiвського нацiонального унiверситету iм. В.Н. Каразiна. – 2012. – № 1017. Сер.: Фізична. «Ядра, частинки, поля». – Вип. 3(55). – С. 138-145.