9.5. Управління якістю обслуговування. Забезпечення якості обслуговування шляхом управління мережевими ресурсами.

1. Управление качество обслуживания

Необходимость во множественном доступе к разделяемым вычислительным ресурсам обусловила создание распределенных систем. Со стороны конечного пользователя, такая система явля­ется не чем иным, как совокупностью сетевых служб, обеспечивающих возможность передачи, получения, обработки и хранения информации или доступа к необходимым ему услугам. Естественно, что для выполнения данных функций распределенная система должна не только предоставлять пользователю необходимые услуги, но и обеспечивать их должное качество — «качество обслуживания» (Quality of Service, QoS).

Отношение QoS определяет взаимные обязательства между объектом и пользователем является способом выражения взаимосвязи требований и воз­можностей системы по обеспечению QoS

Требование (А) Возможности (А).

Управление QoS (QoS management) можно определить как совокупность действий, которые направлены на выполнение объектом требований по поддержанию необходимого уровня QoS, а так же процедур его контроля и администрирования. Управление QoS представляет собой любой вид деятельности, касающийся контроля, управления и администрирования QoS в рамках объекта и его компонентов. Для этого используются различные функции управления QoS (QMF, Quality Management Function), которые основаны на заложенных в объект требованиях к QoS и относятся к любой функции, предназначенной для удовлетворения требований пользователем к QoS. QMF определяется типом объектов, выполняемой функции, затрагиваемых характеристик, используемых механизмов, фаз управления и т. д., а самоуправление QoS включает следующие возможности:

• установку (организацию) QoS по его характеристикам;

• контроль наблюдаемых параметров QoS;

• сигнализацию QoS;

• поддержание необходимого уровня QoS;

• управление объектами QoS;

• запросы относительно некоторой информации или действия QoS;

• предупреждения на основе событий, относящихся к управлению QoS.

При реализации QMF необходимо рассматривать три основные фазы управления QoS:

• фазе прогнозирования, предназначенной для предсказания поведения объекта с тем, чтобы он мог правильно включать механизмы QoS, создавая, как правило, запросы, касающиеся текущей загруженности элементов объекта, предыдущего достигнутого уровня QoS и т. д.;

• фазе организации QoS, служащей для создания условий достижения определенных значений показателей качества, например, выражая требования на QoS, вступая в переговоры или возобновляя их, заключая соглашения по предоставляемому QoS и действиям, предпринимаемым в случае его снижения, и включая необходимые на рабочей фазе механизмы;

• рабочей фазе QoS, предназначенной для слежения за выполнением достигнутых на фазе установления соглашений и выполнения действий при невозможности таких соглашений.

Для соблюдения соглашения об уровне услуг в рамках систем управления (TMN, CORBA, NQMS и др.) в течение времени предоставления услуги осуществляется управление QoS, заключающееся в его поддержании на необходимом уровне и использующее такие механизмы, как:

• управление доступом к объекту;

• выделение ресурсов;

• регулирование работы объекта;

• опрос, предупреждение, фильтрация;

• синхронизацию, обеспечивающую:

• временное соответствие действий или событий;

• гарантию реализации других механизмов целостности и связности.

Первые два механизма служат для управления запросами на услугу и требуемыми для нее ресурсами, соответственно:

• ограничивая посредством механизмов управления доступом приема запросов на услугу, что необходимо для предупреждения перегрузки ресурсов или нарушения текущих временных рамок;

• осуществляя с помощью механизмов выделения ресурсов их перераспределение, например, в целях противодействия обнаруженной деградации QoS или для поддержки приоритетной активности объекта.

Выбор показателей QoS требует предварительного установления их связи с непосредственно контролируемыми или получаемыми на их основе посредством расчетов параметрами QoS. В связи с этим следует различать:

• единичный показатель QoS, который характеризует работу одного объекта или его компонента и получен путем расчета из соответствующих результатов контроля;

• обобщенный показатель QoS, который характеризует работу объекта в целом и/или услугу и формируется из единичных показателей QoS;

• интегральный показатель QoS, который характеризует объект с позиций предоставляемых услуг в части контракта QoS.

На основании полученных показателей, выражаемых набором характеристик QoS, определяются возможности объекта по обеспечению QoS, которые позволяют установить связь предлагаемого QoS с показателями полученного QoS.

Распределенная информационная система, в общем случае, может быть представлена пятью основными составляющими: предметной (enterprise), информационной (information), алгоритмической (algorithmic), конструкторской (engineering) и технологической (technology), каждая из которых характеризуется функциональностью, доступностью, совместимостью, управляемостью, защищенностью. Обобщенная модель исследования любой информационной системы может быть представлена в трехмерном виде (рис. 0) с поверхностями, отражающими область, цель и метод контроля применительно к тому или иному аспекту исследования, в данном случае — качеству обслуживания — QoS в электросвязи, и составляющими модели в виде секущих плоскостей соответствующих поверхностей.

Предметная область определяет предметный аспект контроля распределенной системы, фиксируя требования к качеству и, следовательно, определяя возможный круг параметров и показателей по которым может или должен производиться контроль для обеспечения QoS по заданным характеристикам. Данная область определяет также и возможности по обеспечению QoS.

Рис. 0 Модель исследования распределенной системы

Так как приведенные составляющие распределенных систем могут иметь взаимные связи и ряд наборов утверждений соответствия с возможностями его контроля, в рассматри­ваемом контексте предметная плоскость будет охватывать требования к QoS на всю систему, информационная, алгоритмическая и конструкторская — требования к QoS на составляющие системы, а технологическая — на возможности обеспечения требуемого QoS. Естественно, каждое из этих требований имеет свои особенности, которые с позиций контроля QoS вызывают необходимость рассмотрения фундаментальных вопросов исследования, как самой системы, так и взаимодействия систем.

Функциональность распределенной системы является наиболее важной характеристикой, так как определяет назначение и особенности предметной области. Функциональность объекта включает описание входной информации, результатов ее обработки, а также используемые для получения необходимого результата процессы и их характеристики.

Отдельную группу описания объекта составляет ряд аспектов, которые не учитываются его функциональностью. Эти аспекты включают использование и распределение ресурсов, определяя так называемую доступность объекта, характеризующую возможность установления требуемых характеристик связи в зависимости от ресурсов объекта с вероятностью суммарных потерь попыток установления связи, не превышающей предопределенного значения. Доступность объекта — это вероятность , того, что при запросе к объекту извне, он предоставит в определенный момент времени необходимое количество ресурсов.

Управляемость системы характеризует возможности прямого управления системой, ее мониторинга, а также изменения и даже создания новых функциональных характеристик. Чем выше управляемость системы, тем выше вероятность обеспечения наилучшего ее функционирования, что непосредственно связано с понятием качества.

Обеспечение качества обслуживания путем управления сетевыми ресурсами

Предполагается, что сеть включает множество узлов коммутации (N). Узлы коммутации i и j соединены линиями связи длиной с пропускной способностью. Эти данные отображаются в матрицах длини пропускных способностей. Известна матрица связности. Узлы характеризуются емкостью буферных запоминающих устройств, интенсивностью обслуживания поступающих заявок т-го типаи надежностью (коэффициент готовности)

На узел поступает входной поток заявок от источников, находящихся на этом узле и транзитивный поток. Интенсивность суммарного потока на узле равна. Этот поток распределяется по М маршрутам

Коэффициент для выполнения условия отсутствия перегрузки должны определяться как остаточная пропускная способность канала, которую можно выделить для передачи сообщения. Если транзитный поток занимаетпропускной способности канала, то будет справедливо выражение.

Поскольку возможно переполнение буферных запоминающих устройств часть сообщений на узле может быть потеряно ().

Тогда интенсивность выходящего потока типа «Т» узла i будет определяться выражением

При этом путем управления сетевыми ресурсами необходимо обеспечить, чтобы для каждого канала выполнялись требования по вероятностно-временным характеристикам (время доставки, вероятность доставки и т.д.).

Сетевые ресурсы разделяют на две основные группы: аппаратные и информационные. К аппаратным сетевым ресурсам стоит относить канальные (пропускные способности каналов передачи и линий доступа) и буферные ресурсы (буферное пространство и очереди на отдельных интерфейсах сетевых узлов) транспортной сети. К информационным ресурсам относятся трафик отдельных пользователей, маршрутные таблицы, базы данных о состоянии ТКС и т.д.

Для решения задач по управлению теми или иными сетевыми ресурсами разработан ряд механизмов и технологий (рис. 1). Все эти механизмы направлены на обеспечение заданных показателей качества обслуживания. К основным задачам по управлению сетевыми ресурсами можно отнести управление параметрами абонентского трафика (интенсивностью, размером пакетов), управление процессами распределения информационных потоков (маршрутизация), а также управление приоритетами, атрибутами, которое напрямую связано с распределением канальных и буферных ресурсов.

Средства управления сетевыми ресурсами можно разделить по месту и способу решения на две группы:

средства локального управления и средства общесистемного управления. К средствам локального управления зачастую относят механизмы ограничения потока, управления окном передачи (на практике эта задача решается путем использования в качестве протокола транспортного уровня протокола TCP), дисциплины приоритетного обслуживания очередей. Данные средства управления используются исключительно в рамках отдельных узлов транспортной сети, что способствует повышению их производительности. В противоположность локальным средствам управления используются общесистемные средства, которые направлены в первую очередь на повышение производительности и эффективности функционирования отдельных участков сети (подсетей) или сети в целом. К средствам общесистемного управления относят маршрутизацию, распределение и в том числе резервирование канальных и буферных ресурсов в интересах трафиков абонентов.

Как показывает практика, ни один из приведенных механизмов и алгоритмов не способен в полной мере обеспечить заданное качество обслуживания QoS. Эта проблема в первую очередь связанна с несогласованным решением задач по управлению и распределению, например, канальных и буферных ресурсов, что на практике зачастую приводит к нерациональному использованию тех или иных сетевых ресурсов.

К численным характеристикам сетевых ресурсов зачастую относят технологические параметры, такие как пропускная способность трактов передачи, максимальный объем буферного пространства на узлах сети, а также производительность сетевых устройств.

С точки зрения того, что современные компьютерные сети строятся как сети, предоставляющие широкий перечень услуг, требования, предъявляемые к показателям качества обслуживания QoS, также носят разнородный характер. Классифицировать основные услуги, предоставляемые мультисервисной сетью в рамках обеспечения QoS целесообразно по трем основным характеристикам

• услуги, чувствительные к величине предоставляемой пропускной способности канала связи;

• услуги, чувствительные к задержкам прохождения пакета;

• услуги, чувствительные к потерям пакетов.

Количественно степень чувствительности приложений зачастую оценивается по выбранным показателям качества обслуживания пользовательского трафика. К основным показателям QoS относят (рис2) показатели производительности (скоростные показатели), показатели временной прозрачности (временные показатели) и показатели семантической прозрачности (показатели надежности доставки пакетов).