КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Мохаммад А.А.Аль-Рабабах

(Йорданія)

УДК 004.04

Метод і засоби підтримки мобільності об'єднаних

комп'ютерних мережах

Спеціальність 05.13.13 - Обчислювальні машини, системи та мережі

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2005 р.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут", на кафедрі обчислювальної техніки.

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент

Кулаков Юрій Олексійович,

НТУУ "КПІ", доцент кафедри обчислювальної техніки.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Зайченко Юрій Петрович,

НТУУ “КПІ” ННК “ІПСА”, професор,

кандидат технічних наук, доцент

Коваленко Анатолій Єпіфанович,

Національний університет харчових технологій, завідувач кафедри інформатики.

Провідна організація | Інститут проблем моделювання в енергетиці НАН України, відділ спеціалізованих засобів моделювання.

Захист відбудеться " 23 " 05 2005 р. о 16:30 на засіданні спеціалізованої ради Д 26.002.02 у НТУУ "КПІ (м. Київ, пр. Перемоги, 37, корп. 18, ауд. 306).

Відзиви на автореферат у двох екземплярах, завірені печаткою установи, просимо надсилати на адресу: 03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37, вченому секретарю НТУУ "КПІ".

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут"

Автореферат розісланий " 22 " 04 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради, кандидат технічних наук, доцент |

М.М. Орлова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи обумовлена тим, що сучасні мережеві технології, такі як Інтернет, у сполученні з безпровідними каналами передачі даних дозволяють забезпечувати мобільний доступ до різних видів мережевих служб. Зараз ведуться інтенсивні розробки в галузі проектування і побудови об'єднаних мереж, які являють собою множину підмереж, об'єднаних на основі стеку протоколів TCP/IP. З широким поширенням мобільних комп'ютерів і мобільних локальних мереж актуальною стає задача їх інтеграції в об'єднані мережі. Для успішного вирішення даної задачі необхідно включити в мережеві протоколи засоби підтримки мобільності, що забезпечують для транспортного протоколу прозорість при переміщенні мобільного вузла як усередині підмережі, так і між ними. Мобільний вузол – абонентська система чи маршрутизатор, що може змінювати свою точку підключення до об'єднаної мережі за допомогою протоколу мобільного IP.

В рамках об'єднаних мереж розглядають два рівні мобільності: макромобільність, тобто мобільність на рівні об'єднання підмереж, і мікромобільність – усередині підмережі. Більшість відомих робіт з мобільних мережевих технологій присвячені питанням макромобільності. На підставі цих робіт у червні 2004 року був опублікований документ RFC 3775, що регламентує підтримку мобільності в мережах на основі протоколу IPv6. Як відзначається в даному документі, протокол мобільного IPv6 не намагається вирішити всі загальні проблеми, пов'язані з використанням мобільних мереж, зокрема не розглядаються питання мікромобільності. В свою чергу, розширення функціональних можливостей мобільних комп'ютерних мереж, їх інтеграція у глобальні мережі визначає необхідність підвищення ефективності керування мережею. У зв'язку з цим, тематика даної дисертаційної роботи є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в 2000-2005 рр. відповідно до планів науково-дослідних робіт кафедри обчислювальної техніки НТУУ "КПІ": НДР № 0100U000703 "Розробка теорії, методів і засобів побудови обчислювальних систем з масовим розпаралелюванням обчислювального процесу" і в рамках НДР № 0201U006269 "Побудова високопродуктивних паралельних обчислювальних систем з архітектурою на основі розподіленої загальної пам’яті", яка виконується на кафедрі обчислювальної техніки НТУУ "КПІ" у 2004-2005 рр.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності функціонування об'єднаних комп’ютерних мереж за рахунок скорочення часу реконфігурації активних віртуальних з'єднань.

Об'єктом дослідження є об'єднані комп’ютерні мережі на основі стеку протоколів TCP/IP.

Предметом дослідження є способи і засоби керування з'єднаннями між мобільними вузлами об'єднаної комп’ютерної мережі.

Основні задачі дослідження, у відповідності до поставленої мети, полягають у наступному:

1. Аналіз існуючих способів і засобів керування мережевим трафіком з метою визначення їхньої ефективності для вирішення задач макро- і мікромобільності в об'єднаних комп'ютерних мережах.

2. Розробка способу і засобів організації й підтримки активних віртуальних з'єднань з метою оптимізації процедури реконфігурації шляху при переміщенні мобільного вузла в іншу зону покриття.

3. Розробка і дослідження способу керування місцем розташування на основі використання тимчасових домашніх агентів.

4. Розробка способу обміну інформацією, що дозволяє за рахунок реєстрації поточної прив'язки в проміжному маршрутизаторі, скоротити час реконфігурації віртуального з'єднання між мобільними вузлами.

5. Розробка способу визначення оптимальної кількості домашніх агентів і засобів їхньої взаємодії, що забезпечують безрозривну реконфігурацію віртуальних з'єднань при переміщенні мобільних вузлів.

Методи досліджень. Аналіз способів і засобів формування віртуальних з’єднань базується на використанні основних положень системного аналізу й загальної теорії систем.

Теорія графів та теорія множин використовується для розв’язання задачі вибору оптимальної кількості та розташування домашніх агентів в підмережах. Аналіз способів і засобів доставки повідомлень базується на використанні основних положень теорії розкладу, системного аналізу, і загальної теорії систем.

Наукова новизна одержаних результатів визначається наступними положеннями:

1. Обґрунтовано і розроблено новий спосіб керування мережевим з'єднанням на основі тимчасових домашніх агентів, що у порівнянні з відомими способами дозволяє підвищити ефективність функціонування об'єднаної мережі за рахунок скорочення часу реконфігурації віртуального з'єднання при переміщенні мобільного вузла.

2. Запропоновано й обґрунтовано спосіб організації віртуального з'єднання, що дозволяє скоротити часову складність його реконфігурації за рахунок розширення можливостей комутаторів макрорівня.

3. Запропоновано й обґрунтовано спосіб визначення оптимальної кількості й місця розташування домашніх агентів, що забезпечують мінімальний час реконфігурації віртуальних з'єднань при переміщенні мобільних вузлів у межах локальної мобільної мережі.

4. Запропоновано і розроблено спосіб організації і алгоритм функціонування маршрутизаторів, що дозволяють оптимізувати процедуру маршрутизації мобільних віртуальних з’єднань.

Практична цінність одержаних результатів дисертаційної роботи визначається тим, що запропонований спосіб підтримки мобільності дозволяє істотно підвищити ефективність функціонування мобільних вузлів у рамках об'єднаної мережі. Запропоновані математичні моделі, процедури й алгоритми доведені до практичної реалізації у вигляді програм і можуть бути використані при розробці нових чи модифікації існуючих способів конструювання і керування трафіком.

Особистий внесок здобувача. Основні результати отримані автором самостійно. Автору належить:

1. Спосіб керування мережевим з'єднанням на базі протоколу IPv6, що у порівнянні з відомими способами дозволяє підвищити ефективність функціонування об'єднаної мережі.

2. Алгоритм реконфігурації віртуального з'єднання, що дозволяє скоротити часову складність переключення мобільних вузлів між агентами мережі.

3. Спосіб визначення оптимальної кількості й місця розташування домашніх агентів, що забезпечують мінімальний час реконфігурації віртуальних з'єднань при переміщенні мобільного вузла в межах підмережі.

Апробація роботи. Основні результати дисертаційної роботи обговорювалися на:

1. X науково-технічній конференції “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” (28-31 травня 2003 р., м. Хмельницький).

2. Четвертій міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні інформаційні й електронні технології" (19–23 травня 2003 р., м. Одеса).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в 6 наукових працях, серед яких 4 наукових статей в журналах, затверджених ВАК, і 2 публікації матеріалів конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків і додатку. Загальний обсяг роботи складає 125 сторінок друкованого тексту, 47 рисунків, 3 таблиці, і список використаної літератури з 73 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета й задачі досліджень, основні положення, що виносяться на захист.

В першому розділі визначені область і об'єкт дослідження, а також методи і засоби доставки повідомлень в об'єднаних мережах, у тому числі спосіб організації віртуальних з'єднань засобами протоколу IPv6, а також алгоритм його реалізації. Як об'єкт дослідження розглядається клас мереж на основі стеку протоколів TCP/IP, що поєднують між собою мобільні вузли (MN) та окремі мобільні локальні мережі. Основна умова мобільності полягає в тому, що переміщення MN за межі його домашньої підмережі повинне бути прозорим для транспортного протоколу та протоколів більш високих рівнів. Для цього у протоколі IPv6 передбачено використання так званих домашніх агентів (HA) –маршрутизаторів, які відстежують переміщення MN та виконують перенаправлення до нього дейтаграм.

При використанні мобільного протоколу IP виникає проблема неефективної маршрутизації, що називається проблемою 2Х. Проблема виникає, коли MN підключається до зовнішньої мережі, що знаходиться на великій відстані від його "домашньої" мережі, а кореспондентський вузол (CN) знаходиться поблизу MN. В цьому випадку кожна дейтаграма, яку посилає MN, переміщується по об’єднаній мережі до його HA, який потім пересилає дейтаграму у зворотному напрямку до CN. Однією з основних задач процесу передачі інформації в мобільних мережах є процедура керування мобільністю, що забезпечує відновлення маршрутної інформації в результаті переміщення MN. Керування мобільністю складається з двох компонентів: керування місцем розташування та переадресацією.

В залежності від розташування й напрямку переміщення MN можливі три варіанти реалізації процедури реєстрації й відновлення місця розташування. По-перше, коли MN перереєструється у своїй домашній області, по-друге, коли він реєструється в чужій області, і, по-третє, коли мобільний вузол (MN) реєструється в інший підмережі.

Можливі два випадки доставки виклику для схеми керування місцем розташування MN. Перший випадок – MN знаходиться в області домашнього HA. Другий випадок – MN знаходиться в області чужого HA.

T0 - час передачі повідомлення по магістральній мережі, з врахуванням того, що по магістральній мережі повідомлення проходить через (n-1), де n- число вершин шляху , де Ti - передача інформації на i-й ділянці шляху.

Час реєстрації MN у його HA дорівнює: TR1 = Th. Час реєстрації MN поза його HA дорівнює: TR2 = Th + Tv + 2Tg + 2T0.

Th - час запиту чи відновлення запису у своєму HA. Tv - час запиту чи відновлення запису у чужому HA. Tg - час маршрутизації повідомлення на шлюзі підмережі.

Час реєстрації MN при переході від однієї підмережі до іншої залежить від напрямку переходу. Час реєстрації при переході зі своєї підмережі до чужої чи навпаки дорівнює: TR3 = Th + Tv + 2Tg + 2T0.

Час реєстрації при переході між чужими HA дорівнює: TR4 = Th + 2Tv + 4Tg + 4T0.

У випадку макромобільності значення величин Th і Tv приймається рівним нулю. У цьому випадку: TR3 = 2(Tg + T0); TR4 = 4(Tg + T0). Таким чином, на макрорівні задача оптимізації зводиться до скорочення часу T0, тобто до скорочення шляху між MN і CN.

З врахуванням того, що Tg Ti , основним способом скорочення TR є зменшення значення n.

Загальний середній час відстеження MN дорівнює:

(1)

і

де PRi – імовірність події Ri.

Час пошуку – це, власне, час знаходження MN, що викликається. Існують три можливі ситуації: S1 – MN викликає інший MN; S2 - MN викликає SN; S3 - SN викликає MN.

Таким чином, середній час пошуку дорівнює:

(2)

,

де PSi – це імовірність події Si.

Як правило, для усіх випадків час пошуку однаковий і дорівнює

TS = Th + 2Tg + 2T0.

Результуючий середній час з врахуванням інтенсивності S викликів та інтенсивності R переходів MN між підмережами – дорівнює:

(3)

При інтенсивності S = 0 переміщення MN здійснюється в пасивному режимі, тобто без передачі інформації. У цьому випадку

.

У випадку віртуального каналу, при кожному переміщенні MN з однієї області в іншу здійснюється процедура виклику, тобто S =R. Формула (3) набуває вигляду: . (4)

При рівних значеннях PS = PSi = 0.25, значення:

. (5)

Враховуючи, що Tg Ti,, формула (5) набуває вигляду:

. (6)

Таким чином, зменшення пов'язане зі зменшенням R і n.

Середній час одного переміщення:

Визначаючи = S /R, одержуємо:

. (7)

У другому розділі розглянута задача реконфігурації активного віртуального з'єднання під час переміщення мобільного вузла на рівні макромобільності.

Визначимо імовірність переміщення MN між кластерами в залежності від швидкості переміщення MN та розміру кластера. MN, пересуваючись зі швидкістю V протягом інтервалу часу t, може вийти з кластера круглої форми знаходячись в області, обмеженої колами з радіусами r і (r-l), де l = Vt.

Розглянемо два випадки:

а) r l. У цьому випадку MN може з визначеною імовірністю переміститися тільки в суміжний кластер.

в) l r. У цьому випадку MN може з імовірністю Pk = 1-1((l 2r)+1) переміститися в один із суміжних кластерів.

Розглянемо перший випадок. При рівномірній щільності розподілу імовірності потрапляння MN у довільну точку кластера, імовірність виходу з кластера залежить від потрапляння MN у область кластера, обмежену радіусами r і (r - l) .

Площа даної області дорівнює:

Sa = (r 2 (r - l)2) (8)

або з врахуванням l = Vt, площа дорівнює:

Sa = (r 2 (r - Vt)2).

Імовірність потрапляння MN у площу області Sa визначається за формулою:

Pa = (r 2 (r - Vt)2)/ r 2 (9)

або

Pa = 1 (r - Vt)2)/ r 2 (10)

Рис.1 Рис.2

На рис. 1 представлена залежність імовірності потрапляння в область можливого виходу з підмережі для: y (i) r =40; y1(i) r =60; y2(i) r =80; y0(i) r =100. На рис. 2 представлена залежність імовірності потрапляння MN в область можливого виходу його з підмережі для: y (j) l =20; y4(j) l =15; y5(j) l =10; y6(j) l =5. Як видно з рис. 1 і рис. 2, зі зменшенням підмережі імовірність виходу з неї збільшується швидше зі збільшенням швидкості переміщення мобільного вузла. При великих діаметрах підмережі зміна швидкості переміщення мобільних вузлів позначається менше. З іншого боку, при збільшенні діаметра підмережі типу Ad Hoc, час доступу до домашнього агента збільшується.

Ймовірність виходу NM з підмережі залежить від його розташування в області Sa та визначається виходячи з площі S0 зовнішнього сегменту, який утворений колами з радіусами R та r , центри яких розташовані між собою на відстані: z0= R-l. Половина довжини хорди зовнішнього сегменту дорівнює: .

Площа зовнішнього сегменту S0 дорівнює:

. (11)

Ймовірність виходу із підмережі MN, розташованого в області Sa на відстані d від внутрішнього кола дорівнює:

P(d) = S0/r2. (12)

На рис. 3. наведено відповідне значення P(d).

Рис.3 рис.4

З рис. 3 видно, що при переміщенні NM від внутрішньої до зовнішньої межі області Sa значення P(d) починає лінійно наближатися до величини, що трохи перевищує значення 0.5. У даному випадку P(d) 0.521. Поблизу внутрішньої межі значення P(d) змінюється повільніше та при d0 P(d)0.

При умові r R ймовірність виходу MN з області Sa залежить від співвідношення k = (Vt)2/R2 та ймовірності P(d) при r= R і дорівнює:

. (13)

На рис.4 наведена залежність P1(k) от k. При r= R величина P1(d) = 0.521.

В роботі формули (12) та (13) використовуються для вибору оптимального співвідношення між величинами r та R при визначенні кількості та розташування HA в об’єднаній комп’ютерній мережі.

В роботі запропоновано адаптивний алгоритм підтримки прозорого мережевого з’єднання, якій суміщає переваги алгоритму продовження шляху та алгоритму реконфігурації через найближчій до MN вузол комутації. З початку алгоритм використовує алгоритм продовження шляху для забезпечення безперервної передачі з наступною оптимізацією шляху.

Процедура реконфігурації віртуального з’єднання складається з наступного:

1. Після продовження маршруту FA виконує пошук найближчого комутатору, який розташований на віртуальному шляху до CN.

2. З метою пошуку найближчого комутатору FA передає найближчому комутатору керуючий пакет на встановлення нового віртуального підканалу.

3. Керуючий пакет послідовно передається в напрямку CN до найближчого комутатору, що має доступ до FA, що знаходяться на відстані R Vt від обраного FA. В цьому випадку ймовірність виходу MN з зони обслуговування обраного FA визначається виразом (12) і в гіршому випадку трохи перевищує величину 0.5. Це дозволяє скоротити число переключень FA і .

4. Комутатор визначає нове значення Тс та порівнює його з допустимим значенням Тдоп. При Тс Тдоп комутатор створює для даного MN FA, який перенаправляє потік даних від CN до MN. При Тс Тдоп комутатор передає керуючий пакет на встановлення нового віртуального підканалу в напрямку до CN.

В третьому розділі розглянуті питання мікромобільності, тобто підтримка мобільності на рівні локальних підмереж чи кластерів. В цьому випадку T0 =0; Tg=0; PR3 =0; PR4 =0. Вираз (3) з урахуванням TR1 = n Ti і TR2 =2n Ti

, (14)

де: nср – середня кількість переходів між MN і НА.

,

де: NH - кількість НА; NL – загальна кількість шляхів між MN і НА; ni,j - кількість переходів між i-м НА та j-м MN.

Таким чином, задача скорочення nср може бути зведена до задачі визначення мінімальної кількості і розташування НА при ni,j nдоп . У роботі запропонований і обґрунтований комбінаторний алгоритм формування множини НА.

У загальному випадку, при досить великому діапазоні зміни швидкості переміщення MN і змінній структурі локальної мережі необхідно динамічно змінювати розміщення НА. У рамках дисертаційної роботи це досягається за рахунок використання мобільних інтелектуальних агентів (MIA), що представляють собою примітиви, розповсюджувані між MN в мережі Ad Hoc, або фіксованими маршрутизаторами в мережах з інфраструктурою. За допомогою MIA у MN або маршрутизаторах активізується тимчасовий НА і формується база даних тимчасових адрес. MIA, на основі запропонованого в рамках дисертаційної роботи алгоритму комутації віртуальних шляхів, вибирає найоптимальніший маршрутизатор для розміщення бази даних тимчасових адрес. При цьому кожній тимчасовій адресі визначається час її дії, по завершенню якого ТНА продовжує цей час чи видаляє тимчасову адресу з бази даних. ТНА порівнює адресу вхідного пакета і, при співпадінні його з записом у базі даних тимчасових адрес, здійснює заміну домашньої адреси вхідного пакета на тимчасову адресу. При відсутності відповідного запису в базі даних тимчасових адрес пакет передається на домашню адресу в напрямку до НА. При відсутності записів у базі даних, ТНА переходить у пасивний стан і всі пакети направляються в напрямку до НА. Таким чином здійснюється автоматичне переключення віртуального з'єднання.

В роботі запропонована структура розподіленої бази адрес, що містять вказівники на MN. Якщо MN знаходиться в піддереві БД, то вказівник містить посилання на наступну БД на шляху до MN. Якщо база даних є останньою на шляху до MN, то вона містить запис з вказівником на НА, до якого належить MN. У випадку виклику MN, він може бути знайдений шляхом проходження по ієрархії бази даних аж до вузла, що його містить (рис. 5).

Рис.5.

В четвертому розділі розглянути організація маршрутизаторів, що підтримують засоби мобільності протоколу IPv6, а також додаткові засоби для підтримки віртуальних з'єднань.

Відомо, що маршрутизатор витрачає більше часу на обробку кожного пакета, між комутатор, оскільки він виконує більш складну обробку трафіку, включаючи інтелектуальні алгоритми фільтрації, вибір маршруту при наявності декількох можливих шляхів і т.п. Процес маршрутизації можна прискорити за рахунок виявлення стійких потоків у мережі та обробки за схемою маршрутизації тільки декількох перших пакетів потоку.

Потік – це послідовність пакетів, що мають деякі загальні властивості, щонайменше у них повинні співпадати адреси відправника й одержувача. Тільки тоді їх можна відправляти за тим самим маршрутом. Для забезпечення великої імовірності того, що послідовність відноситься до одного потоку, необхідний ще один параметр ідентифікації. У протоколі IPv6 таким параметром служить поле ідентифікатор потоку.

Застосовуючи технологію віртуальних каналів, кожний виділений потік необхідно поміщати в новий віртуальний канал. Тоді при проходженні першого пакета потоку маршрутизатор, на підставі таблиці маршрутизації, повинний створювати запис про канал, що сформувався. При одержанні інших дейтаграм даного потоку, маршрутизатор звертатиметься до таблиці комутації, що зменшить час обробки і пересилання пакета, бо комутація відбувається на канальному рівні.

У процесі реконфігурації, коли необхідно визначити новий шлях, кожний комутатор направлятиме пакет по старому шляху, а потім і по “загальному” для всіх покриваючих зон маршруту до так званого вузла розгалуження (рис. 6). У вузлі розгалуження на підставі таблиць маршрутизації обчислюється оптимальний шлях до нової покриваючої зони таким же способом, яким відбувався пошук загального шляху. Потім у таблицю комутації додається запис нового віртуального каналу, де відправником є стара базова станція. Таким чином, організувався маршрут до нового НА, яким передаватиметься буферизована в старій базовій станції інформація.

Рис. 6

Для того, щоб відправник потоку міг передавати інформацію безпосередньо новій покриваючої зоні без передачі службової інформації, необхідно оновити відповідний запис у таблиці віртуальних каналів. У цій таблиці маршрутизатор шукає в полі FL ідентифікатор того потоку, маршрут якого треба реконфігурувати і переписує значення вихідного номера порту і ідентифікатор віртуального каналу.

На рис.8 наведені залежності часу реконфігурації віртуальних з’єднань від положення мобільних агентів, отримані в результаті імітаційного моделювання. Як видно з рис. 9 при відносно великій кількості проміжних вузлів між CN та MN, що характерно для рівня макромобільності, запропонований спосіб ефективніше стандартного способу. В відносно невеликих мережах перевага запропонованого способу менша.

Основні висновки і результати роботи

У дисертаційній роботі приведені теоретичне обґрунтування і нове вирішення наукової задачі, яка полягає в новому підході до організації керування мобільністю в об'єднаних мережах, що сприяє підвищенню ефективності керування мережевим трафіком засобами протоколу IPv6. Вирішення цієї проблеми досягається завдяки застосуванню теорії графів і теорії множин, що використовуються при вирішенні задачі реконфігурації віртуальних з'єднань. У практичному плані використання отриманих результатів дозволяє підвищити ефективність керування мобільною мережею за рахунок вибору оптимальної структури мережі й ефективного алгоритму побудови дерева доставки повідомлень.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному:

1. На основі аналізу існуючих способів і засобів керування мобільністю в комп'ютерних мережах, запропонований і обґрунтований спосіб керування мережевим з'єднанням, який в порівнянні з відомими способами дозволяє підвищити ефективність функціонування об'єднаної мережі за рахунок скорочення часу реконфігурації віртуального з'єднання при переміщенні мобільного вузла.

2. Запропоновано й обґрунтовано структуру розподіленої бази тимчасових адрес, яка за рахунок оптимального розміщення адресної інформації дозволяє скоротити час реєстрації й адресації мобільних вузлів

3. Запропоновано й обґрунтовано спосіб визначення оптимальної кількості й місця розташування домашніх агентів, що забезпечують мінімальний час реконфігурації віртуальних з'єднань при переміщенні мобільних вузлів.

4. Запропоновано і розроблено спосіб організації і алгоритм функціонування маршрутизаторів, що дозволяють оптимізувати процедуру маршрутизації мобільних віртуальних з’єднань.

5. З практичної точки зору, отримані в роботі результати, дозволяють істотно підвищити ефективність функціонування об'єднаних комп'ютерних мереж.

Основні результати відображені у наступних публікаціях:

1. Аль Рабабах Мохамед Абдель-Кадер Формирование устойчивого подграфа доставки информации в мобильных сетях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах, Міжнародний науково- технічний журнал. 2003. - № 2 . С. 226-229. - автором запропоновано засіб формування стійкового графа доставки інформації в мобільних мережах

2. Асад Махмуд Асад Аль Насер, Аль Рабабах Мохамед Абдель-Кадер, Cпособ формирования устойчивых виртуальных соединений в мобильных компьютерных сетях // Вісник національного технічного університету України “КПИ”, Інформатика, управління та обчислювальна техніка, 2002. - № 39 С. 126-131– автором запропоновано спосіб формування віртуальних з’єднань.

3. Ю.А. Кулаков, Аль - Офейшат Хусейн Ахмед Ал-Фади, Аль Рабабах Мохамед Абдель-Кадер. Способ повышения эффективности процедуры ремаршрутизации в мобильных сетях // Вісник національного технічного університету України “КПИ”, Інформатика, управління та обчислювальна техніка, 2004. - № 41 С.38-44– автором запропоновано алгоритм ремаршрутизації.

4. Клименко И.А., Хусейн Ахмад Ал-Фаді Аль-Офешат, Аль Рабабах Мохамед Абдель-Кадер. Способ и средства адаптивной маршрутизации в мобильных сетях // Проблеми Інформатизації та управління: збірник наукових праць: -2005. Вип. 12. – К.: НАУ. – С. 71-76. - автором запропоновано алгоритм маршрутизації в мобільних мережах Ad Hoc .

5. Луцкий М. Г., Аль Рабабах Мохамед Абдель-Кадер Использование виртуальных подсетей для маршрутизации информации в мобильных сетях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: збірник матеріалів конференції. (Випуск № 10 (2003), 28 -31 травня 2003р. м. Хмельницький).

6. Ю.А. Кулаков, Аль- Офейшат Хусейн Ахмед Ал-Фади, Аль Рабабах Мохамед Абдель-Кадер. Способ адаптивной маршрутизации в мобильных компьютерных сетях. Труды пятой международной научно-практической конференции "Современные информационные и электронные технологии" (17–21 мая 2004 г. г. Одесса. Украина). - автором запропоновано алгоритм формування маршрутної інформації.

АНОТАЦІЇ

Мохаммад А.А. Аль- Рабабах “Метод і засоби під одержаних одержаних тримки мобільності в об'єднаних комп’ютерних мережах”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.13 – Обчислювальні машини, системи та мережі. – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут, Київ 2005.

На основі аналізу існуючих способів і засобів керування мобільністю в комп'ютерних мережах, запропонований і обґрунтований спосіб керування мережевим з'єднанням на базі протоколу IPv6, який в порівнянні з відомими способами дозволяє підвищити ефективність функціонування об'єднаної мережі за рахунок скорочення часу реконфігурації віртуального з'єднання при переміщенні мобільного вузла.

Запропоновано й обґрунтовано спосіб керування місцем розташування, який за рахунок використання мобільних домашніх агентів дозволяє скоротити затримку передачі інформації в мережі.

Запропоновано й обґрунтовано спосіб організації віртуального з'єднання, що дозволяє скоротити часову складність його реконфігурації за рахунок розширення можливостей комутаторів макрорівня.

Запропоновано й обґрунтовано спосіб визначення оптимальної кількості домашніх агентів і засобів їхньої взаємодії, що забезпечують безрозривну реконфігурацію віртуальних з'єднань при переміщенні MN у межах локальної мобільної мережі.

З практичної точки зору, отримані в роботі результати, дозволяють істотно підвищити ефективність функціонування об'єднаних комп'ютерних мереж.

Ключеві слова: об'єднана мережа, мобільний вузол, керування мобільністю, домашній агент, віртуальне з'єднання, мобільний IPv6.

Мохаммад А.А. Аль- Рабабах “Метод и средства поддержки мобильности в компьютерных сетях”. - Рукопис. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.13 – вычислительные машины, системы и сети. Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев 2005 г.

В диссертационной работе приведено теоретическое обоснование и новое решение научной задачи, которая заключается в новом подходе к управлению мобильностью в объединенных компьютерных сетях, способствующем повышению эффективности управления сетевым трафиком. Решение этой проблемы достигается благодаря применению теории графов и теории множеств, которые используются при решении задачи реконфигурации виртуальных соединений. В практическом плане использование полученных результатов позволяет повысить эффективность управления мобильной сетью за счет выбора оптимальной структуры сети и эффективного алгоритма построения дерева доставки сообщений.

В первой главе определена область и объект исследования, а также методы и средства доставки сообщений в объединенных сетях, в том числе способ организации виртуальных соединений средствами протокола IPv6. В качестве объекта исследования рассматривается класс объединенных сетей сетей на основе стека протоколов TCP/IP в состав которых входят как отдельные мобильные узлы (MN), так и мобильные локальные сети. На основе анализа литературных источников определены основные требования к мобильности и способы их реализации.

Во второй главе рассмотрена задача реконфигурации активного виртуального соединения во время перемещения мобильного узла на уровне макромобильности. Проведен анализ зависимости вероятности перемещения MN между подсетями в зависимость от скорости перемещения MN и размера подсети. MN передвигаясь со скоростью V в течение интервала времени t может выйти из подсети находясь на расстоянии l < r от ее границы, где r представляет собой максимальное расстояние на которое может переместиться MN за время t. В частности при круглой формы подсети рассматриваемая область Sa ограничена окружностями с радиусами R и (R-r), где R- радиус подсети. При R l, MN может с определенной вероятностью переместиться в смежную подсеть только находясь в области Sa. Вероятность попадания MN в площадь области Sa равна Pa = 1 (R - Vt)2)/ R 2 . Вероятность выхода из подсети MN, расположенного в области Sa на расстоянии d от внутренней окружности равна: P(d) = S0/r2, где:

, .

При r R вероятность P1(k) выхода MN из области Sa зависит от соотношения k = (Vt)2/R2 и вероятности P(d) при r= R и равна:

.

Предложен адаптивный алгоритм поддержки прозрачного транспортного соединения, который совмещает преимущества алгоритма продления пути и алгоритма реконфигурации через ближайший к MN узел коммутации. Первоначально алгоритм использует алгоритм продления пути, для обеспечения безразрывной передачи, с последующей оптимизацией пути. Выбор месторасположения НА осуществляется с учетом величин P(d) и P1(k).

В третьей главе рассмотрены вопросы быстрого безразрывного переключения при минимальном объеме необходимой управляющей информации. Задача оптимизации переключения виртуального пути сведена к задаче определения количества и расположения HA. В работе предложен и обоснован алгоритм формирования множества HA для мобильной сети Ad Hoc, обеспечивающий эффективный способ управление мобильностью на микроуровне. В общем случае при достаточно большом диапазоне изменения скорости перемещения домашних агентов и переменной структуре локальной сети необходимо динамически изменять размещение HA. В рамках диссертационной работы это достигается за счет использования мобильных интеллектуальных агентов (MIA), представляющих собой примитивы, распространяемые между маршрутизаторами. С помощью MIA в коммутаторах активизируется временный НА и формируется база данных временных адресов. MIA на основе предложенного в рамках диссертационной работы алгоритма коммутации виртуальных путей выбирает наиболее оптимальный маршрутизатор для размещения базы данных временных адресов. При этом каждому временному адресу определяется время его действия, по истечению которого временный НА продлевает это время или удаляет временный адрес из базы данных. Временный НА сравнивает адрес входящего пакета и, при совпадении его с записью в базе данных временных адресов, осуществляет замену домашнего адреса входящего пакета на временный адрес. При отсутствии соответствующей записи в базе данных временных адресов пакет передается по домашнему адресу в направлении к НА. При отсутствие записей в базе данных временный НА переходит в пассивное состояние и все пакеты направляются по направлению к НА.

В четвертой главе рассмотрена структура и организация маршрутизаторов, поддерживающих средства мобильности протокола IPv6. Для организации работы виртуальных каналов необходимо в маршрутизатор добавлена таблица коммутации каналов. В процессе реконфигурации, когда необходимо определить новый путь, каждый коммутатор будет направлять пакет по старому пути, а затем и по “общему” для всех покрывающих зон маршруту до временного НА в котором на основании таблиц маршрутизации вычисляется оптимальный путь к новому месторасположению MN. Затем в таблицу коммутации добавляется запись нового виртуального канала. Предложенный в работе способ размещения мобильных агентов позволяет за счет максимального приближения их к MN существенно сократить время реконфигурации виртуального соединения.

Ключевые слова: объединенная сеть, мобильный узел, управление мобильностью, домашний агент, виртуальное соединение, мобильный IPv6.

Моhаммаd А.А. Аl- Rаbаbаh “Method and means mobility supporting in computer networks. - Manuscript

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. On a specialty 05.13.13 – computers, computing system and networks. National Technical University of Ukraine “The Kiev Polytechnic Institute”, Kiev 2005.

In this dissertation, the theoretical proof and the new solution of a scientific mobility handling problem in the incorporated computer networks are resulted. It allows increasing mobile network handling efficiency by selecting optimum structure of a network and effective construction algorithm of a messages delivery tree.

Based on the existing method analyses, the new network connection handling method based on IPv6 protocol is offered and proved, which allows increasing incorporated network operating efficiency compared to existing methods by decreasing virtual connection reconfiguration time when mobile node moves away from.

The location control method, which allows reducing delays while transferring data through the network by using mobile domestic agents, is offered and proved.

Virtual connection creation method is offered and proved, which allows reducing its reconfiguration time complexity due to macro-level switches capability extensions.

The method of definition optimal domestic agents’ amount and means of their interconnection are offered and proved, that provide seamless virtual connection reconfiguring while mobile node is moving within incorporated network.

Keywords: incorporated network, mobile node, handling mobility, domestic agent, virtual connection, mobile IPv6.