Исследование принципов построения и разработка устройства для измерения метрик производительности IP-сетей на основе временной синхронизации ГЛОНАСС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат наук Виноградов, Никита Игоревич

• Виноградов, Никита Игоревич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Виноградов, Никита Игоревич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ 1Р СЕТЕЙ

1.1 Метрики производительности 1Р сетей в стандартах ЯРС

1.2 Способы измерения односторонней и двухсторонней сетевых задержек, джиттера и потерь сетевых пакетов

1.3 Синхронизация времени для измерения односторонней сетевой задержки

1.4 Измерение доступной пропускной способности сетевого канала

Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ ОДНОСТОРОННЕЙ СЕТЕВОЙ ЗАДЕРЖКИ

2.1 Требования к аппаратной части комплекса

2.2 Требования к программной части комплекса

2.3 Измерение метрик производительности 1Р-сетей

2.4 ШББ-интерфейс для онлайн-доступа к экспериментальным данным

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ МЕТРИК

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ 1Р-СЕТЕЙ

3.1 Точность программной реализации серверов точного времени

3.2 Анализ основных компонентов односторонней сетевой задержки

3.3 Принцип измерения доступной пропускной способности сетевого канала

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

4.1 Построение функции распределения сетевой задержки на основе экспериментальных данных

4.2 Джиттер

4.3 Данные о потерях пакетов

4.4 Доступная пропускная способность пакетов

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование принципов построения и разработка устройства для измерения метрик производительности IP-сетей на основе временной синхронизации ГЛОНАСС»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Для современной цивилизации глобальная сеть Интернет становится одним из основных средств передачи информации между удаленными точками на Земле. Объемы передаваемой информации возрастают ежегодно по экспоненциальному закону. Начало очередного витка развития глобальной сети пришелся на 20082010 годы, когда количество носимых и стационарных устройств, подключенных к сети Интернет превысило количество населения на планете Земля в 2 раза. Наступила эра «Интернета вещей» - новой методологии вычислительной сети физических предметов, название которой было предложено Кевином Эштоном в 1999 году [1]. Многие современные компьютерные приложения, работающие в сети Интернет, предъявляют высокие требования к качеству передачи информации по IP-сетям. К ним относятся интернет-конференции, VoIP-телефония (Voice over IP), онлайн-видеотрансляции. Высокая степень интерактивности, большие объемы качественного видео трафика, отсутствие потери информации - все эти требования могут быть реализованы только с использованием качественных сетевых каналов между удаленными узлами. В связи с этим оценка качества сетевых соединений становится все более насущной проблемой для провайдеров, крупных компаний, организаций, учреждений и других категорий пользователей. Одним из наиболее важных требований, предъявляемых к сетям нового поколения, является низкая задержка передачи, другими словами, малое время отклика системы. Например, новейшая беспроводная концепция «Тактильный интернет» [2,3,4] была выдвинута ITU в августе 2014 [5], как Сеть, обеспечивающая низкую задержку, а также высокую работоспособность и надежность. В 1986 году была создана международная организация IETF (Internet Engineering Task Force) - Инженерный Совет Интернета [6]. Результатом решения задач поставленной перед организацией является разработка рабочих предложений RFC (Request for Comments), выносимых на обсуждение интернет-сообщества [7]. В настоящее время такие

документы используются в качестве стандартов в сети Интернет, они охватывают многие аспекты, такие как протоколы, процедуры, программы, мнения об отдельных актуальных вопросах отрасли. В конце 1990х было создано семейство стандартов IETF RFC, описывающих качество связи в сети Интернет, эти стандарты объединены под общим названием метрики производительности IP-сетей (IP Performance Metrics, IPPM) [8,9]. К основным метрикам производительности IP-сетей относятся: временная задержка пакетов (одно- и двухсторонняя), вариация задержки (сетевой джиттер), величина потери пакетов и доступная пропускная способность канала. Разработчиками указанных стандартов являются специалисты рабочей группы по сетям (Network Working group): V. Paxson, G. Almes, S. Kalidindi, M. Zekauskas, A. Morton, C. Demichelis, P. Chimento.

Диагностика сетей является важнейшей задачей для операторов связи, она помогает находить и устранять недостатки различной природы. При этом сетевая задержка является базовой метрикой, остальные метрики рассчитываются на основе величины сетевой задержки.

Односторонняя задержка пакетов (one-way delay, OWD) является одной из ключевых метрик производительности IP-сетей и описана в RFC 7679 [10]. Согласно стандарту ITU-T Y.154 [11] эта метрика является определяющей для приложений реального времени, интерактивных приложений, а также систем управления с использованием глобальной сети. Односторонняя сетевая задержка является инструментом для выявления асимметричных IP-каналов в глобальной сети, когда пути сетевого пакета в прямом и обратном направлениях различаются. Возможность отслеживания изменений сетевых маршрутов позволяет отказаться от использования утилиты traceroute, результаты работы которой с трудом поддаются автоматизированной обработке. Основная трудность при измерении односторонней задержки заключается в необходимости синхронизации системного времени на удаленных устройствах.

Высокая точность измерений является результатом синхронизации времени измерительных узлов, что позволяет использовать созданный инструмент для

поиска статистических зависимостей. Одним из наиболее важных требований, предъявляемых к сетям нового поколения, является низкая задержка передачи, другими словами, малое время отклика системы. Например, новейшая беспроводная концепция «Тактильный интернет» была выдвинута ITU в августе 2014, как сеть, обеспечивающая сверхмалую задержку, а также высокую работоспособность и надежность. Измерение таких задержек возможно только с помощью новых измерительных механизмов, так как точность традиционной утилиты ping ограничена величиной 0,1мс.

Для анализа сетевой задержки предложены различные классификационный схемы. Первый подход состоит в анализе природы сетевой задержки (L. Carbone, F. Coccetti, C.J. Bovy, H.T. Mertodimedjo, S. Donnelly, I. Graham, R. Wilhelm). Второй подход исследует задержку как переменную величину, носящую случайный характер (B.-Y. Choi, S. Moon, K. Papagiannaki, T. Elteto, S. Molnar, G. Hooghiemstra, P. van Mieghem).

Основными инструментами по измерению односторонней сетевой задержки являются RIPE NCC Test Traffic Measurement (RIPE TTM) и One-Way ping (OWAMP). В настоящее время оба этих проекта не поддерживаются. Вместо них при поддержке IETF запущен проект RIPE Atlas. Он позволяет работать в сетях стандартов IPv4 и IPv6 и собирать информацию только о величине двусторонней сетевой задержки (RTT) в соответствии со стандартом RFC 2678. Данный проект существенно отличается от RIPE TTM использованием максимально доступных и простых в первичной настройке (использована идеология plug-and-play) измерительных узлов. Существенным недостатком данного подхода является невозможность выявления асимметричных каналов связи.

Разработка и внедрение новых общедоступных инструментов для измерения метрик производительности сетевых соединений является актуальной научно -практической задачей.

Цель и задачи исследований.

Цель диссертационной работы состоит в исследовании принципов построения и разработке программно-аппаратного комплекса для измерения метрик производительности 1Р сетей, и анализе экспериментальных данных, полученных в процессе тестовой эксплуатации.

Поставленная цель достигается в диссертационной работе путем решения следующих задач:

1. Разработка измерительных механизмов, основанных на временной синхронизации, позволяющих находить основные метрики производительности 1Р-сетей.

2. Разработка методик, позволяющих оценить точность созданных методов измерения метрик производительности 1Р-сетей.

3. Уточнение типа функции распределения для односторонней задержки, справедливого для больших временных интервалов.

4. Разработка программно-аппаратного комплекса, позволяющего измерять одностороннюю сетевую задержку и исследовать природу ее составных компонентов.

Объектом исследования являются односторонняя сетевая задержка, природа основных компонентов и математическое описание (тип распределения случайной величины).

Предметом исследования являются механизмы синхронизации времени на устройствах, подключенных к глобальной сети, для измерения сетевой задержки, статистические параметры для величины односторонней задержки.

Результаты исследования соответствуют пунктам 2, 4, 11, 14 паспорта научной специальности 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций:

пункту 2 - «Исследование процессов генерации, представления, передачи, хранения и отображения аналоговой, цифровой, видео-, аудио- и мультимедиа информации; разработка рекомендаций по совершенствованию и созданию

новых соответствующих алгоритмов и процедур», а именно: исследован процесс передачи сетевого пакета между удаленными узлами, выделены компоненты и измерены длительности составляющих односторонней сетевой задержки, определена природа каждой из составляющих.

пункту 4 - «Исследование путей совершенствования управления информационными потоками», а именно: для задач математического моделирования сетей, передачи больших объемов данных в глобальной сети предложена комбинированная функция распределения односторонней сетевой задержки.

пункту 11 - «Разработка научно-технических основ технологии создания сетей, систем и устройств телекоммуникаций и обеспечения их эффективного функционирования», а именно: разработан программно-аппаратный комплекс по измерению односторонней сетевой задержки, джиттера, потерь пакетов и доступной пропускной способности на основе высокоточной временной синхронизации ГЛОНАСС.

пункту 14 - «Разработка методов исследования, моделирования и проектирования сетей, систем и устройств телекоммуникаций», а именно: реализован на практике метод измерения доступной пропускной способности сетевого канала на основе измерения односторонних задержек пакетов различного размера.

Методы исследования

В диссертационной работе для разработки структурной схемы устройства для измерения метрик производительности 1Р-сетей используются методы компьютерных наук, в частности, организация компьютерных систем и комплексов, компьютерная инженерия. Для подтверждения гипотезы о типе функции распределения односторонней сетевой задержки используются методы теории вероятности и математической статистики. Методы синхронизации системного времени измерительных узлов, а также подходы к измерению метрик

производительности базируются на основе стандартов IETF RFC, а критерии оценки качества сети на основе стандартов ITU-T.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Предложен и разработан измерительный механизм, основанный на временной синхронизации по сигналам систем глобального позиционирования, позволяющий находить основные метрики производительности IP-сетей и отличающийся от существующих реализацией сервера точного времени с наибольшей точностью синхронизации.

2. Предложена новая методика, позволяющая оценить точность разработанных методов измерения и отличающаяся от существующих тем, что в качестве ошибки принято отклонение от эталонного сигнала PPS.

3. Предложена и исследована комбинированная функция распределения, позволяющая описать поведение односторонней сетевой задержки на больших временных интервалах, отличающаяся от существующих использованием весового коэффициента.

Теоретическая и практическая значимость работы: Проведена оценка точности синхронизации времени с помощью различных реализаций серверов точного времени и сделан вывод о целесообразности использования NTP-сервера chrony.

Предложена комбинированная функция распределения односторонней сетевой задержки, позволяющая генерировать ее значения на основе заданного набора параметров.

Разработан программно-аппаратный комплекс NetTestBox, позволяющий измерять основные метрики производительности IP-сетей и отличающийся компактными размерами и невысокой стоимостью.

Основные результаты диссертационной работы внедрены в АНО "РосНИИРОС" для измерения основных метрик производительности IP-сетей, а также в учебном процессе ФГАОУ ВО «Самарский национальный

исследовательский университет имени академика С.П. Королева», что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Показано, что разработанный измерительный механизм на основе временной синхронизации от спутниковых систем глобального позиционирования позволяет находить основные метрики производительности IP-сетей, в том числе, одностороннюю задержку с микросекундной точностью.

2. Предложенная методика позволяет оценить точность временной синхронизации на основе отклонений от эталонного сигнала PPS (pulse per second).

3. Комбинированный функция распределения для односторонней сетевой задержки позволяет найти ее генерирующую функцию и справедлива на больших временных интервалах.

4. Формула полезной модели программно-аппаратного комплекса, позволяющего измерять основные метрики производительности IP-сетей на основании разработанных измерительных механизмов.

Достоверность и обоснованность научных результатов работы базируется на использовании научных положений и методов исследования, апробации созданного программно-аппаратного комплекса и подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Личный вклад автора заключается в том, что все основные научные положе-ния, выводы и рекомендации, составляющие содержание диссертационного иссле-дования, разработаны автором лично.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных конференциях IEEE «Telfor 2015» и «Telfor 2016» в г. Белград, Сербия; на международной научной технической конференции «Перспективные информационные технологии» (г. Самара, 2015), на VII Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы передачи информации в инфокоммуникационных системах» (г. Волгоград, 2016), на XVII Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий

телекоммуникаций» (ПТиТТ-2016) в рамках первого научного форума «Телекоммуникации: теория и технологии» 3Т-2016 (г. Самара, 2016 г.).

Работа была поддержана грантами РФФИ 13-07-00381а и 16-07-00218а и проектной частью Государственного задания Минобрнауки России (2.974.2017/ПЧ): 2017- 2019 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликованы десять работ, две из которых в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Одна статья опубликована в научном журнале, индексируемом международной базой цитирования «Сеть науки» (WoS). Две статьи на английском языке по итогам докладов, сделанных на конференциях IEEE, опубликованы в электронной библиотеке IEEEXplore, которые индексируются международными базами цитирования WoS и Scopus. 5 работ - в материалах и трудах Международных и Всероссийских конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержит 106 страниц машинописного текста, 50 рисунков и 12 таблиц. Список использованных источников насчитывает 76 наименований.

Во введении показана актуальность выбранной темы диссертации, определены цель и задачи работы, методы исследования, изложены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе даны определения метрик производительности IP-сетей в соответствии со стандартами IETF RFC, проведен обзор существующих инструментов RIPE TTM, OWAMP, RIPE Atlas для измерения метрик производительности IP-сетей, проанализированы их достоинства и недостатки. Рассмотрены вопросы синхронизации времени на устройствах, подключенных к глобальной сети. Проанализированы существующие способы измерения доступной пропускной способности сетевого канала.

Во второй главе рассматриваются технические аспекты разработки аппаратной и программной составляющих разработанного устройства для измерения основных метрик производительности IP-сетей: односторонней сетевой задержки, вариации задержки (джиггера), величины потерь пакетов и доступной пропускной способности каналов.

В третьей главе проведен эксперимент по оценке точности синхронизации системного времени измерительных узлов с помощью различных программных реализаций серверов точного времени, реализованных под управлением операционной системы Linux. Для сравнения и проведения эксперимента были выбраны следующие реализации: ntpd сервер, chrony сервер, собственная утилита ppssync, а в качестве исходных данных для сравнения использовалась однократная синхронизация системного времени без последующей коррекции. Все указанные методы используют в качестве эталонного источника точного времени сигнал PPS.

Для анализа и измерения величины основных компонентов односторонней сетевой задержки проведен эксперимент в локальной сети, позволивший исключить влияние физической компоненты задержки и времени обработки пакетов на промежуточных сетевых маршрутизаторах.

В четвёртой главе предложен и экспериментально подтверждена комбинированная функция распределения для односторонней задержки. Для проверки гипотезы об аппроксимации экспериментальных данных с помощью предложенной функции распределения в данной работе применен критерий Хи-квадрат Пирсона. Расчет величины джиттера (вариации задержки) проведен тремя различными способами и была показана их равнозначность при проведении статистических расчетов. Сделан вывод, что предложенную гипотезу о функции распределения можно считать истинной для временных промежутков наблюдения до 9 часов. Приведенные ранее в литературе типы функций распределения были верны для временных промежутков от 10 до 30 минут.

Для расчета величины сетевых потерь проведен эксперимент на реальных сетевых маршрутах между городами Самара, Тольятти, Ростов-на-Дону и Колумбия (штат Миссури, США). На основе полученных данных сделан вывод, что величина потерь пакетов в глобальной сети не превышает величины 0,5-1%.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ IP СЕТЕЙ

1.1 Метрики производительности IP сетей в стандартах RFC

В 1986 году была создана международная организация IETF (Internet Engineering Task Force) - Инженерный Совет Интернета [6]. Это открытое международное сообщество проектировщиков, учёных, сетевых операторов и провайдеров, в задачи которой входят:

• Идентификация проблем и предложение решений в технических аспектах организации Интернета;

• Разработка спецификаций, стандартов и соглашений по общим архитектурным принципам протоколов Интернет;

• Вынесение рекомендаций относительно стандартизации протоколов на рассмотрение Internet Engineering Steering Group (IESG);

• Содействие широкому распространению технологий и стандартов, разрабатываемых в Internet Research Task Force (IRTF);

• Организация дискуссии для обмена информации в сообществе Интернета между учёными, разработчиками, пользователями, производителями оборудования и услуг, сетевыми администраторами и т. д.

Результатом решения задач поставленной перед организацией является разработка рабочих предложений RFC (Request for Comments), выносимых на обсуждение интернет-сообщества [7]. В настоящее время такие документы используются в качестве стандартов в сети Интернет, они охватывают многие аспекты, такие как протоколы, процедуры, программы, мнения об отдельных актуальных вопросах отрасли.

В связи с расширяющейся областью применения современных компьютерных сетей и быстрым ростом объема трафика, передаваемого в глобальной сети Интернет, оценка качества сетевых соединений становится все более насущной проблемой для провайдеров, крупных компаний, организаций,

учреждений и других категорий пользователей. В конце 1990х было создано целое семейство стандартов, описывающих качество связи, эти стандарты объединены под общим названием IP Performance Metrics [8,9]. Помимо документов, описывающих общие подходы в оценке производительности сетевого соединения, были предложены отдельные стандарты, описывающие следующие метрики: двухсторонняя сетевая задержка (Round Trip Time, RTT) [12], односторонняя сетевая задержка (One Way Delay, OWD) [10], сетевой джиттер (Jitter, вариация задержки) [13], величина потерь пакетов (Packet loss) [14] и доступная пропускная способность канала (Available bandwidth) [15]. Рассмотрим каждую из них подробнее.

Двухсторонняя сетевая задержка описана в стандарте RFC 2681 [12] и определяется как время, необходимое на передачу пакета между сетевыми узлами плюс время на получение подтверждения доставки пакета удаленным узлом. Иными словами, это временной промежуток между отправкой первого бита пакета от источника к приемнику и получением последнего бита ответного пакета от приемника к источнику.

Односторонняя сетевая задержка является одной из ключевых метрик IPPM и описана в RFC 7679 [10]. Значение этой метрики находиться как время передачи пакета определенного типа между двумя узлами сети. Под определенным типом понимается пакет, который имеет набор заранее заданных признаков; стандарт жестко не оговаривает эти признаки, но указывает, что ими могут быть, например, размер пакета, тип приложения, сгенерировавшего пакет, тип протокола транспортного уровня, доставившего пакет, а также некоторые другие. Смысл используемого набора признаков состоит в том, чтобы выделить из общего потока пакетов, приходящего в узел назначения, те пакеты, характеристики которых интересуют специалиста, проводящего измерения.

Две указанные метрики удобно сравнить между собой, выделив их достоинства и недостатки в практическом применении. Двусторонняя сетевая задержка обладает следующими достоинствами:

• Простота реализации процесса измерения- в большинстве случаев не требуется установка измерительного оборудования и специального программного обеспечения на стороне приемника сетевых пакетов. Разработанная Майком Мууссом в декабре 1983 года [16] утилита Ping и изначально включенная в состав ядра операционной системы BSD UNIX в последующем была скомпилирована и включена в состав большинства современных операционных систем.

• Простота интерпретации: часто практический интерес представляет именно время оборота сетевого пакета от источника к приемнику и обратно.

Недостатки двусторонней задержки более существенны:

• сетевые каналы передачи данных во многих случаях являют асимметричными, и величина двусторонней задержки становится малоинформативной метрикой для оценки производительности сети;

• даже если сетевой канала является симметричным, производительность в прямом и обратном направлениях может кардинально различаться из-за использования механизмов ассиметричного массового обслуживания в сетевых роутерах на пути IP-пакета;

• производительность сетевого прикладного приложения может существенно зависеть от передачи данных только в одном из двух направлений.

• в сетях, использующих механизмы QoS (Quality-of-Service) выделение ресурсов в одном из направлений может существенно отличаться от выделения ресурсов в противоположном направлении, что также делает двустороннюю сетевую задержку малоинформативной метрикой.

Односторонняя сетевая задержка также обладает рядом преимуществ и недостатков при оценке производительности IP-сетей:

• может использоваться для оценки производительности асимметричных каналов, предоставляет пользователю достоверную информацию об эффективности работы сетевого маршрута в обоих направлениях;

• производительность сетевого приложения может зависеть от эффективности работы канала связи только в одном направлении, что невозможно оценить при измерении двусторонней сетевой задержки.

С другой стороны, односторонняя сетевая задержка более сложна в измерении, для этого требуется обеспечить синхронизацию временных отсчетов для источника и приемника данных с точностью, как минимум, не хуже 1мс. Это может быть достигнуто путем использования специализированных протоколов NTP или PTP.

Предпринимаются попытки измерения односторонней величины как половины значения двусторонней сетевой задержки и дальнейшей статистической обработки (алгоритм усреднения) [17], метод минимальных пар [18] и их комбинаций [19], но все эти способы обладают ограниченной применимость ввиду асимметричной сущности современных сетевых каналов в глобальной сети, а также обладают ограниченной точностью.

Вариация задержки (или джиттер) описана в стандарте RFC3393 [13] и определена как разница между значениями односторонних сетевых задержек при двух последовательных измерениях.

Определение величины потерь пакетов приведено в стандарте RFC2680 [14]. Согласно ему, сетевой пакет считается полученным если передатчик отправил первый бит пакета в момент времени T, а приемник получил этот сетевой пакет. В этом случает метрика потерь пакетов принимает значение логической единицы. Если пакет не был получен приемником за время жизни пакета (согласно стандарту IP-протокола эта величина не превышает теоретического максимума в 255 секунд [20]), то метрика принимается равной логическому нулю.

Величины полной пропускной способности (ППС) и доступной пропускной способности (ДПС) сетевого канала не имеют точного определения в стандартах RFC в силу чего в различных печатных источниках могут иметь несколько разнящиеся определения. В дальнейшем в работе использованы определения, приведенные в статьях [21] и [22]. Полная пропускная способность -

максимальная полоса пропускания сетевого IP канала, которая может быть доступна на маршруте при отсутствии конкурирующего потока. Доступная пропускная способность - максимальная полоса пропускания сетевого IP канала, которая может быть предоставлена потоку в конкретной ситуации загруженности маршрута конкурирующим трафиком.

1.2 Способы измерения односторонней и двухсторонней сетевых задержек,

джиттера и потерь сетевых пакетов

Основными проектами по измерению односторонней сетевой задержки являются RIPE NCC Test Traffic Measurement (RIPE TTM) [23], One-Way ping (OWAMP) [24] и российская разработка NetTestBox [23], эксплуатируемая с 2015 года. Еще в 2001 году европейский региональный интернет-регистратор RIPE NCC создал специальный сервис Test Traffic Measurement (RIPE TTM) для мониторинга односторонней задержки. Этот сервис позволял измерять три IPPM метрики из четырех: одностороннюю сетевую задержку, вариацию задержки (джиттер) и величину потерь пакетов между измерительными узлами в сети Интернет. Экспериментальные данные сохранялись и статистически обрабатывались.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Виноградов, Никита Игоревич, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ashton K. That 'internet of things' thing //RFiD Journal. - 2009. - Т. 22. -№. 7. - С. 97-114.

2. Fettweis G. P. The tactile internet: Applications and challenges //IEEE Vehicular Technology Magazine. - 2014. - Т. 9. - №. 1. - С. 64-70.

3. Baranyi P., Csapo A., Sallai G. Cognitive Capabilities in the Future Internet //Cognitive Infocommunications (CogInfoCom). - Springer International Publishing, 2015. - С. 173-185.

4. Maier M. et al. The tactile internet: vision, recent progress, and open challenges //IEEE Communications Magazine. - 2016. - Т. 54. - №. 5. - С. 138-145.

5. The Tactile Internet, August 2014 [Электронный ресурс]// URL: http://www.itu.int/en/ITU-T/techwatch/Pages/tactile-internet.aspx (дата обращения: 20.06.2016)

6. IETF - Participate in the Internet Engineering Task Force [Электронный Ресурс]// URL: http://www.ietf.org/about/about-the-ietf-en.pdf (дата обращения: 20.06.2015).

7. IETF - Request for Comments (RFC) [Электронный Ресурс]// URL: http://www.ietf.org/rfc.html (дата обращения: 22.06.2015).

8. Mahdavi J., Paxson V. IPPM metrics for measuring connectivity, RFC 2678. [Электронный ресурс]// URL: http://www.rfc-editor.org/info/rfc2678, DOI 10.17487/RFC2678. (дата обращения: 20.06.2015).

9. Ackermann M., Hegde V. IPv6 Updates for IPPM's Active Metric Framework draft-ietf-ippm-2330-ipv6-01 //Consultant. - 2017.

10. Almes G., Kalidindi S., Zekauskas M., Morton A. A one-way delay metric for IPPM, STD 81, RFC 7679 [Электронный ресурс]// URL: http://www.rfc-editor.org/info/rfc7679, DOI 10.17487/RFC7679 (дата обращения 20.06.2016).

11. Rec ITU-T Y.1541. Network Performance Objectives for IP-Based Services// Стандарт Международного союза электросвязи (МCЭ). International Telecommunication Union. 2003.

12. Almes G., Kalidindi S., Zekauskas M. A Round-trip Delay Metric for IPPM, RFC 2681 [Электронный ресурс]// URL: http://www. rfc-editor.org/info/rfc2681, DOI 10.17487/RFC2681 (дата обращения 25.06.2015).

13. Demichelis C. IP Packet Delay Variation Metric for IP Performance Metrics (IPPM), RFC 3393 [Электронный ресурс]// URL: http://www. rfc-editor.org/info/rfc3393, DOI 10.17487/RFC3393 (дата обращения 25.06.2015).

14. Almes G., Kalidindi S., Zekauskas M. A One-way Packet Loss Metric for IPPM, RFC 2680 [Электронный ресурс]// URL: http://www.rfc-editor.org/info/rfc2680, DOI 10.17487/RFC2680. (дата обращения 25.06.2015).

15. Jain M., Dovrolis C. End-to-end available bandwidth: Measurement methodology, dynamics, and relation with TCP throughput. - ACM, 2002. - Т. 32. -№. 4. - С. 295-308.

16. Stroh M. Michael John Muuss, 42, computer expert whose software had key role in Internet [Электронный ресурс]// URL: http://www.ping127001.com/pingpage/muuss.htm (дата обращения 05.12.2015).

17. Vakili A., Gregoire J. C. Accurate one-way delay estimation: Limitations and improvements //IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 2012. -Т. 61. - №. 9. - С. 2428-2435.

18. Abdou A. R. M., Matrawy A., Van Oorschot P. C. Location verification on the internet: Towards enforcing location-aware access policies over internet clients //Communications and Network Security (CNS), 2014 IEEE Conference on. - IEEE, 2014. - С.175-183.

19. Abdou A. R., Matrawy A., Van Oorschot P. C. Accurate One-Way Delay Estimation With Reduced Client Trustworthiness //IEEE Communications Letters. - 2015. - Т. 19. - №. 5. - С.735-738.

20. Postel J. Internet Protocol, STD 5, RFC 791, [Электронный ресурс]: http://www.rfc-editor.org/info/rfc2680, DOI 10.17487/RFC791 (дата обращения 05.12.2015).

21. Dovrolis C., Ramanathan P., Moore D. Packet-Dispersion Techniques and a Capacity-Estimation Methodology // IEEE/ ACM Transactions on Networking. -December 2004. -Vol.12, №6. - pp.963-977.

22. Jain M., Dovrolis K. End-to-end Estimation of the Available Bandwidth Variation Range // SIGMETRICS'05, Ban_, Alberta,Canada. - 2005.

23. Bovy C.J., Mertodimedjo H.T., Hooghiemstra G., Uijterwaal H., Mieghem P. Analysis of end-to-end delay measurements in Internet // Proc. 3rd Int. Workshop on Passive and Active Network Measurement (PAM 2002). 2002. P. 1-8.

24. Shalunov S., Teitelbaum B., Karp A., Boote J., Zekauskas M. RFC 4656: A one-way active measurement protocol (OWAMP) [Электронный ресурс]// URL: http://www.rfc-editor.org/info/rfc4656, DOI 10.17487/RFC4656 (дата обращения 20.02.2016).

25. Н.И. Виноградов, Е.С. Сагатов Методика измерения односторонней сетевой задержки пакетов с синхронизацией ГЛОНАСС // Телекоммуникации. -М., 2016. - № 4. -С. 16-23.

26. Friaças C., Massano E, Domingues M., Veiga P. Probing next generation Portuguese academic network. Campus-Wide Information Systems, vol. 25, no. 5, pp. 301-310, 2008

27. Georgatos, F., Gruber, F., Karrenberg, D., Santcroos, M., Susanj, A., Uijterwaal, H., & Wilhelm, R. Providing active measurements as a regular service for ISPs // Proc. 2nd Int. Workshop on Passive and Active Network Measurement (PAM 2001). 2001. pp. 11-18.

28. S. Donnelly, I. Graham, and R. Wilhelm, Passive calibration of an active measurement system// Proc. 2nd Int. Workshop on Passive and Active Network Measurement (PAM 2001). 2001. pp. 19-24.

29. Boote J., Karp A. One-way ping (OWAMP) //Project supported by Internet2. [Электронный ресурс]// URL: http://software.internet2.edu/owamp/ (дата обращения 22.02.2016).

30. Veiga H., Pinho T. Oliveira J-OWAMP: Java implementation of the OneWay Active Measurement Protocol. [Электронный ресурс]// URL: http://www.av.it.pt/jowamp/ (дата обращения 22.02.2016).

31. Veiga, H., Valadas, R., Salvador, P., Nogueira, A., Pfeiffenberger, T., Strohmeier, F. OWAMP Performance and Interoperability Tests //4th International Workshop on Internet Performance, Simulation, Monitoring and Measurement (IPS-MoMe 2006), Salzburg. - 2006.

32. Arlos P., Fiedler M. Accuracy Evaluation of Ping and J-OWAMP //Swedish National Computer Networking Workshop. - 2006.

33. PTP - Реализация систем синхронизации времени на основе протокола PTP [Электронный Ресурс]// URL: http://digitalsubstation.ru/blog/2015/04/21/ptp-timesync-operation (дата обращения: 22.02.2016).

34. Martin, K. E., Benmouyal, G., Adamiak, M. G., Begovic, M., Burnett, R. O., Carr, K. R., Michel, G. L. IEEE standard for synchrophasors for power systems //IEEE Transactions on Power Delivery. - 1998. - Т. 13. - №. 1. - С. 73-77.

35. National Marine Electronics Association et al. NMEA 0183 - Standard for interfacing marine electronic devices. - NMEA, 2002.

36. Jean-Marie Zogg Основы GPS. Швейцария: U-blox AG, 2002. 94 с.

37. Султанов Т.Г. Разработка критерия качества сетевого обслуживания на основе измерений доступной пропускной способности: дис. ... канд. тех. наук: 05.13.01: защищена 18.12.13: утв. 13.05.14. [Место защиты: Сам. гос. аэрокосм. ун-т им. С.П. Королева] — Самара, 2013. — 115 с.

38. Jacobson V. Pathchar: A Tool to Infer Characteristics of Internet Paths [Электронный ресурс]// URL: ftp://ftp.ee.lbl.gov/pathchar/, Apr. 1997 (дата обращения 27.03.2016 г.).

39. Lai K., Baker M. Measuring Link Bandwidths Using a Deterministic Model of Packet Delay // Proc. ACM SIGCOMM, Sept. 2000, pp. 283-294.

40. Mah B. pchar: A Tool for Measuring Internet Path Charateristics [Электронный ресурс]// URL: http://www.kitchenlab.org/www/bmah/Software/pchar/ (дата обращения 27.03.2016 г.).

41. Kim J. C., Lee Y. An end-to-end measurement and monitoring technique for the bottleneck link capacity and its available bandwidth //Computer Networks. -2014. - Т. 58. - С. 158-179.

42. Downey A. B. Using pathchar to estimate internet link characteristics// Proceedings of the Conference on Applications, Technologies, Architectures, and Protocols for Computer Communication, 1999, pp. 241-250.

43. Keshav S. A Control-Theoretic Approach to Flow Control// Proc. ACM SIGCOMM, Sept. 1991, pp. 3-15.

44. Dovrolis C., Ramanathan P., Moore D. What do Packet Dispersion Techniques Measure// Proc. IEEE INFOCOM, Apr. 2001, pp. 905-14.

45. Imai M., Sugizaki Y., Asatani K. A new estimation method using RTT for available bandwidth of a bottleneck link //Information Networking (ICOIN), 2013 International Conference on. - IEEE, 2013. - С.529-534.

46. Ankur Jain, Edward Y. Chang, Yuan-Fang Wang Adaptive stream resource management using Kalman Filters// Proc. of the 2004 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data, Paris, France, June 13- 18, 2004. SIGMOD '04. ACM, Paris, FR, pp. 11-22.

47. Hisamatsu H., Oda H. DESIGN, IMPLEMENTATION AND EVALUATION OF ICMP-BASED AVAILABLE NETWORK BANDWIDTH MEASUREMENT BASED ON IMTCP //International Journal of Computer Networks & Communications. - 2014. - Т. 6. - №. 3. - С. 1.

48. Melander B., Bjorkman M., Gunningberg P. A New End-to-End Probing and Analysis Method for Estimating Bandwidth Bottlenecks// IEEE Global Internet Symp., 2000.

49. Jain R., Dovrolis K. End-to-End Available Bandwidth: Measurement Methodology, Dynamics, and Relation with TCP Throughput// Proc. ACM SIGCOMM, Aug. 2002, pp. 295-308.

50. Takano Y., Mutoh R., Oguchi N., & Abe S. Estimating available bandwidth in mobile networks by correlation coefficient //Network Operations and Management Symposium (APNOMS), 2016 18th Asia-Pacific. - IEEE, 2016. - С. 1-4.

51. Melander B., Bjorkman M., Gunningberg P. Regression-Based Available Bandwidth Measurements// Int' l Symp.Perf.Eval.Comp. and Telecommun.Sys., 2002.

52. Hu N., Steenkiste P. Evaluation and Characterization of Available Bandwidth Probing Techniques// IEEE JSAC, 2003.

53. Ribeiro V. PathChirp: Efficient Available Bandwidth Estimation for Network Paths// Proc. Passive and Active Measurements Workshop, Apr. 2003.

54. Zhou X. et al. IPv6 delay and loss performance evolution //International Journal of Communication Systems. - 2008. - Т. 21. - №. 6. - С. 643-663.

55. RIPE NCC - Test Traffic Measurement Service (TTM) [Электронный ресурс]// URL: https://www.ripe.net/analyse/archived-projects/ttm (дата обращения 27.04.2016 г.).

56. Vigner V., Breuer J. Precise synchronization in large distributed systems// IEEE 7th International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems (IDAACS),2013, vol. 1, pp. 226-230.

57. U-blox - UBX-G6010-ST_ProductSummary_(GPS. G6-HW-09001) [Электронный ресурс]// URL: https://u-blox.com/images/downloads/Product_Docs/UBX-G6010-ST-

TM_Product_Summary_%28GPS.G6-HW-11034%29.pdf (дата обращения 15.04.2016).

58. Raspberry Pi 2 model B [Электронный ресурс]// URL: https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-2-model-b/ (дата обращения 15.04.2016).

59. Smith B. Raspberry Pi Assembly Language RASPBIAN Beginners: Hands On Guide. - CreateSpace Independent Publishing Platform, 2013.

60. Postel J. Internet Control Message Protocol, RFC 791, [Электронный ресурс]// URL: http://www.rfc-editor.org/info/rfc792, DOI 10.17487/RFC792 (дата обращения 20.04.2016).

61. MySQL [Электронный ресурс]// URL: https://www.mysql.com/ (дата обращения 10.05.2016).

62. RRDTool - logging & graphing [Электронный ресурс]// URL: http://oss.oetiker.ch/rrdtool/doc/rrdtool.en.html (дата обращения 10.05.2016).

63. Mora F. Bring an atomic clock to your home with chrony //Linux Journal. - 2002. - Т. 2002. - №. 101. - С. 3.

64. Quick start NTP on the Raspberry Pi [Электронный ресурс]// URL: http://www.satsignal.eu/ntp/Raspberry-Pi-quickstart.html (дата обращения 10.05.2016).

65. Carbone L., Coccetti F., Dini P., Percacci R., & Vespignani A. The

spectrum of internet performance // Proc. 4th Int. Workshop on Passive and Active Network Measurement (PAM 2003). 2002. pp. 75-88

66. Bovy C.J., Mertodimedjo H.T., Hooghiemstra G., Uijterwaal H., Mieghem P. Analysis of end-to-end delay measurements in Internet // Proc. 3rd Int. Workshop on Passive and Active Network Measurement (PAM 2002). 2002. P. 1-8

67. Kuzmin A. Cluster approach to high performance Computing //Computer Modelling and New Technologies. - 2003. - Т. 7. - С. 7-15.

68. Хабрахабр. SO-TIMESTAMPING в картинках. Прием пакет [Электронный ресурс]// URL: https://habrahabr.ru/company/metrotek/blog/304644/ (дата обращения 20.01.2017).

69. Султанов Т.Г., Сухов А.М., Полукаров Д.Ю. Методика определения доступной пропускной способности IP-соединения на основе измерений для пакетов различного размера// Электросвязь - М., №11, 2012. - C. 39-42.

70. Sultanov T. G., Sukhov A. M. Simulation technique for available bandwidth estimation //Computer Modeling and Simulation (EMS), 2010 Fourth UKSim European Symposium on. - IEEE, 2010. - С.490-495.

71. Elteto T., Molnar S. On the distribution of round-trip delays in TCP/IP networks // Conference on Local Computer Networks 1999 (LCN'99). - IEEE, 1999. -рp. 172-181.

72. Сухов А.М., Кузнецова Н.Ю., Первицкий А.К., Гальцев А.А.

Функция распределения задержки пакетов в глобальной сети для задач теории управления // Телекомуникации. - М., 2010. - №12. - С. 10-16.

73. Sukhov A. M. et al. The distribution function of package delay in the global network for the control theory problems //Telecommunications and Radio Engineering. - 2013. - Т. 72. - №. 3.

74. Calyam P., Sridharan M., Mandrawa W., Schopis P. Performance measurement and analysis of H. 323 traffic // Proceedings of the 5th International Workshop on Passive and Active Network Measurement (PAM 2004). - 2004. - pp. 137-146.

75. Кучерявый А. Е., Маколкина М. А., Киричек Р. В. Тактильный Интернет. Сети связи со сверхмалыми задержками //Электросвязь. - 2016. - №. 1. - с. 44-46.

76. Mills D.L. Network Time Protocol (NTP), RFC 958 [Электронный ресурс]// URL: http://www.rfc-editor.org/info/rfc958, DOI 10.17487/RFC958 (дата обращения 25.06.2015).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Документы, подтверждающие внедрение основных результатов

диссертационной работы

Российский НИИ Развития Общественных Сетей

Российская Федерация, 123182, Москва, пл. акад Курчатова, 1 Тел. [phone] Факс: [phone]

Email: admgripn net http://www.ripn.net

№ РОС/ / от _._.20_

( i^ggg^ П. П. Андрейцев

2017г.

И HKWYIPU»"™! §

М oietcmma к

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы ВиноградоВ^Йй5£оты Игоревича на тему «Исследование принципов построения и разработка устройства для измерения метрик производительности IP-сетей на основе временной синхронизации

ГЛОНАСС»

Настоящим Актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Виноградова Н.И. «Исследование принципов построения и разработка устройства для измерения метрик производительности IP сетей на основе временной синхронизации ГЛОНАСС», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук в диссертационном совете Д 219.003.02 по специальности 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций, используются в AHO «РосНИИРОС» для измерения основных метрик производительности IP-сетей.

Разработанный в рамках диссертационной работы программно-аппаратный комплекс NetTestBox установлен в сети AHO «РосНИИРОС» с сентября 2016 года и осуществляет сбор данных об односторонней сетевой задержке, вариации задержек (джиттере), величине потерь пакетов и доступной пропускной способности каналов связи.

Результаты измерений используются для мониторинга качества работы каналов сети и улучшения работы приложений реального времени, критичных к величине односторонней сетевой задержки и ее джиттера, в частности -приложений VoIP-телефонии и удаленных высокопроизводительных вычислений.

УТВЕРЖДАЮ Директор Автономной некоммерческой организации

"Российский научно-исследовательский институт развитая общественных сетей"

Советник директора AHO «РосНИИРОС», к.ф.-м.н