Teoria i inżynieria ruchu teleinformatycznego

Plan

Ruch teleinformatyczny (ruch telekomunikacyjny) –pojęcia podstawowe

Obsługa ruchu w sieciach komputerowych – modele obsługi

Modele ruchu teleinformatycznego

Zwielokrotnienie i hierarchie cyfrowe

Komutacja

Koncepcje dostarczania jakości usług w sieciach

Wymiarowanie sieci

Literatura

Teoria

Teoria (z gr. theoría - oglądanie, rozważanie) - system pojęć, definicji, aksjomatów i twierdzeń, ustalających relacje między tymi pojęciami i aksjomatami, tworzący spójny system pojęciowy, opisujący jakąś wybraną dziedzinę fizyczną lub abstrakcyjną.

W przypadku nauk przyrodniczych, nauk ścisłych i nauk humanistycznych teorie są tworzone w celu systematyzowania i racjonalizowania faktów, wyjaśniania powodów ich występowania, przewidywania przyszłych zdarzeń, oraz budowy nowych systemów/urządzeń/broni.

Teoria niemożliwa do potwierdzenia (w danym stopniu rozwoju nauki) faktami lub dowodem matematycznym to hipoteza.

Inżynieria

Inżynieria – działalność polegająca na projektowaniu, konstrukcji, modyfikacji i utrzymaniu efektywnych kosztowo rozwiązań dla praktycznych problemów, z wykorzystaniem wiedzy naukowej oraz technicznej. Działalność ta wymaga rozwiązywania problemów różnej natury oraz skali.

Inżynieria (ogólnie) zajmuje się też rozwojem technologii. Inżynieria (w szczególności) to używanie obiektów abstrakcyjnych dla tworzenia konstrukcji i produktów, przeznaczonych do wykonywania określonych funkcji lub rozwiązania określonego problemu.

Inżynier wykorzystuje wyobraźnię i doświadczenie, umiejętność oceny i rozumowanie, stosując świadomie własną wiedzę do projektowania, tworzenia, eksploatacji i usprawnienia użytecznych maszyn oraz procesów (np. inżynieria procesów produkcji, inżynieria środowiska, bioinżynieria).

Teleinformatyka? Teoria informacji – nauka o

gromadzeniu, przechowywaniu, przetwarzaniu, przekazywaniu, prezentacjiinformacji

Informatyka Teleinformatyka

Teoria Informacji - dyscyplina zajmująca się problematyką informacji oraz metodami przetwarzania informacji, np. w celu transmisji lub kompresji

Teleinformatyka?

Teoria informacji

Informatyka – metodologia (co?) i metodyki (jak?)

gromadzenia,

przechowywania,

przetwarzania,

przekazywania,

prezentacji

informacji

Teleinformatyka

Informatyka - dyscyplina nauki zaliczana do nauk ścisłych oraz techniki zajmująca się przetwarzaniem informacji, w tym również technologiami przetwarzania informacji oraz technologiami wytwarzania systemów przetwarzających informacje

Teleinformatyka? Teoria informacji

Informatyka

Teleinformatyka - metodologia (co?) i metodyki (jak?)

gromadzenia,

przechowywania,

przetwarzania,

przekazywania (w czasie i w przestrzeni),

prezentacji

informacji.

Teleinformatyka - pojęcie obejmujące szeroki zakres wszystkich technologii umożliwiających manipulowanie, przetwarzanie i przesyłanie informacji

Teleinformatyka?

Informatyka vs. teleinformatyka?

Telekomunikacja vs. teleinformatyka? systemy analogowe

systemy cyfrowe

Teleinformatyka: przewodowe i bezprzewodowe sieci komputerowe,

systemy multimedialne (wielousługowe).

Internet Rzeczy (Usług i Treści) (Internet of Things (Services and Media)),

Big Data

Systemy zorientowane na usługi (Service Oriented Systems),

...

Ruch teleinformatyczny

Strumienie jednostek danych generowane w ramach procesów komunikacyjnych obsługiwanych przez dane protokoły komunikacyjne.

Ruch teleinformatyczny jest determinowany rodzajem aplikacji obsługiwanych przez system transmisji danych (teleinformatyczny, telekomunikacyjny).

Różne klasy aplikacji to różne klasy ruchu teleinformatycznego.

Różne klasy ruchu teleinformatycznego: różne metodologie i metodyki sterowania ruchem,

różne kryteria jakości obsługi,

różne zadania sterowania ruchem (kryteria i ograniczenia).

Teoria ruchu teleinformatycznego

Teoria ruchu teleinformatycznego jest matematycznym opisem sieci i systemów teleinformatycznych w kategoriach probabilistycznych.

Celem teorii ruchu teleinformatycznego jest konstrukcja analitycznych modeli sieci i systemów teleinformatycznych, niezbędnych do prawidłowego ich projektowania oraz efektywnego zarządzania.

Dwie podstawowe klasy zadań zarządzania dotyczą dwóch różnych, ogólnych koncepcji gospodarowania: maksymalizacja efektu przy zadanych zasobach lub minimalizacja zasobów przy zadanych efektach.

Podstawowe zasady teorii ruchu sformułował na początku XX wieku duński matematyk Erlang. Prace Erlanga zapoczątkowały teorię masowej obsługi (teoria kolejek).

Obecnie teoria ruchu teleinformatycznego jest częścią tzw. cybernetyki technicznej i wykorzystuje m.in. teorię prawdopodobieństwa, algebrę, teorię grafów, teorię procesów stochastycznych i teorię procesów Markowa.

Teoria ruchu teleinformatycznego- podstawowe pojęcia

Strumień zgłoszeń

Strumień zgłoszeń tworzą kolejno pojawiające się zgłoszenia w przypadkowych (lub nie) momentach czasu.

Strumienie zgłoszeń najczęściej opisywane są następującymi parametrami: λ(t) – intensywność zgłoszeń, tzn. średnia liczba zgłoszeń w jednostce czasu;

pk(t) – prawdopodobieństwo napływu k zgłoszeń w czasie t;

f(t) – rozkład czasu pomiędzy kolejnymi zgłoszeniami.

Ruch teleinformatyczny

Ruch teleinformatyczny ruch elastyczny:

wrażliwość na straty tolerowanie opóźnienia

ruch strumieniowy wrażliwość na opóźnienie tolerowanie strat

pojawiają się nowe klasy związane z nowymi zastosowaniami systemów teleinformatycznych

treści telemetria sterowanie w czasie rzeczywistym i inne

Sterowanie

Teoria sterowania - jedna z gałęzi matematyki i cybernetyki, zajmuje się analizą i modelowaniem matematycznym obiektów i procesów różnej natury, zarówno fizycznych (np. chemicznych, cieplnych, mechanicznych, hydraulicznych, pneumatycznych, elektrycznych, komunikacyjnych) jak i społecznych (np. ekonomia matematyczna), traktowanych jako układy dynamiczne ze sterowaniem.

Opracowany model pozwala na syntezę układu regulacji poprzez wprowadzenie regulatora sterującego danym obiektem lub procesem tak, by ten zachowywał się w pożądany sposób.

Sieci z komutacją łączy i wiadomości (pakietów)

Komutacja łączy:

zalety

wady

Komutacja wiadomości (pakietów)

zalety,

wady

Integracja komutacji łączy i wiadomości

Sieci z komutacją łączy i wiadomości (pakietów)

Komutacja łączy i wiadomości:

zalety i wady:

opóźnienie?

narzut?

efektywność wykorzystania zasobów?

zarządzanie?

jakość?

...

Koncepcje sieci

IPv4 (IPv6):

best effort

IntServ (Integrated Services)

DiffServ (Differentiated Services)

NXGN (Next Generation Network)

NWGN (New Generation Network)

CAN (Content/Context Aware Networks)

SDN (Software Defined Networks)

IoT (Internet of Things),

IoS (Internet of Services)

IoM (Internet od Media)

M2M (Machine to Machine)

...

Jakość usług w sieci

transportu

sieci

sterowania

łączem

fizyczna

router

zarządzanieprzepustowością

To

p-t

o-B

ott

om

Qu

ali

ty o

f S

ervi

ce

węzeł sieci lub podsieć

End-to-End Quality of Service

rezerwacja zasobów

klasyfikacjausług

klasyfikacja,identyfikacja i znakowanie ruchu

apli

kac

jeQ

oS

-go

tow

e

reze

rwac

ja,

kla

syfi

kac

jai

zarz

ądza

nie

aplikacji

prezentacji

sesji

węzeł sieci lub podsieć

router

router

zarządzanieprzepustowością

rezerwacja zasobów

transportu

sieci

sterowania

łączem

fizyczna

aplikacji

prezentacji

sesji

Strategie dostarczania jakości usług w sieciach

QoE (Quality of Experience) i QoS (Quality of Service)

Grade of Service (GoS) i Quality of Service (QoS)

Usługa w sieci (usługa sieciowa):

hierarchie usług

usługa (usługa typu koniec – koniec)

Strategie dostarczania jakości:

najwyższej staranności (best effort),

usług zintegrowanych (Integrated Services, IntServ)

usług zróżnicowanych (Differentiated Services, DiffServ)

Miary jakości usług (np.)

komponowalność elastyczność granularność heterogeniczność rozproszeniewielokrotność

użycia

zgodność z SOKU

planowalność

organizowalność

wykonalność

wariantowość

zastępowalność

złożoność

odkrywalność

heterogeniczność systemowa

heterogeniczność sprzętowa

powtarzalność

używalność

rozległość

komunikacyjność

wrażliwość

wykorzystanie ESB

nadmiarowość

stosowalność wiedzy

szerokość

głębokość

SOKU – Service Oriented Knowledge UtilitiesESB – Enterprise Service BUS

Standardy ...

ISO/IEC 9126:2001

Software engineering — Product quality

ISO/IEC 25000:2005

Software Engineering -- Software product Quality Requirements and Evaluation (SQuaRE)

ISO/IEC 20000-1:2011:

Information Technology - Service Management - Part 1: Service management system requirements

Information Technology - Service Management - Part 2: Code of practice.

Polska, zharmonizowana wersja:

PN-ISO/IEC 20000-1: 2007 - Technika informatyczna - Zarządzanie usługami - Część 1: Specyfikacja

PN-ISO/IEC 20000-2: 2007 - Technika informatyczna - Zarządzanie usługami - Część 2: Reguły postępowania.

...

Norma ISO/IEC 27001

ISO/IEC 27001 (PN-ISO/IEC 27001:2007) stosuje znany model „Planuj – Wykonuj – Sprawdzaj – Działaj” (PDCA),

W normie ISO/IEC 27001 wyróżniono jedenaście obszarów, mających wpływ na bezpieczeństwo informacji w organizacji: Polityka bezpieczeństwa;

Organizacja bezpieczeństwa informacji;

Zarządzanie aktywami;

Bezpieczeństwo zasobów ludzkich;

Bezpieczeństwo fizyczne i środowiskowe;

Zarządzanie systemami i sieciami;

Kontrola dostępu;

Zarządzanie ciągłością działania;

Pozyskiwanie, rozwój i utrzymanie systemów informatycznych;

Zarządzanie incydentami związanymi z bezpieczeństwem informacji;

Zgodność z wymaganiami prawnymi i własnymi standardami.

Różnicowanie usług

Klasyfika-tor MF

Regulowanie

Regulowanie

Regulowanie

Do portu wyjściowego

Pojedyncze strumienie ruchu

Pakiety przychodzące na porcie wejściowym

Strumienie z przyznanym odpowiednim DSCP

Odrzucanie pakietów niezgodnych

Klasyfika-tor BA

Szeregowanie pakietów

Wejściowy strumień pakietów

Strumienie zagregowane Wyjściowy

strumień pakietów

Odrzucanie pakietów

Modele obsługi ruchu

Twierdzenie Little’a średnia liczba zgłoszeń w systemie

średnie opóźnienie wnoszone przez system

Modele kolejkowe (M/M/././.) model z odrzuceniami

model z opóźnieniami

Twierdzenia: Burka, Jacksona, Kleinrocka, ...

Modele M/G/././.

Przykłady użycia

Modele ruchu

Zapis modelu ruchu

zapis strumienia zdarzeń

charakterystyki probabilistyczne

Strumień odnowy

proces Poissona

strumienie wielofazowe

strumień odnowy

Strumienie markowowskie

proces Markowa

modyfikacje procesu Markowa

Modele regresyjne

Modele przepływowe

Samopodobne strumienie zdarzeń

Wymiarowanie sieci

Przyjmowanie zgłoszeń

Kontrola dostępu

Wygładzanie (kształtowanie) ruchu

Szeregowanie zgłoszeń

Komutacja

Pola komutacyjne

blokowalność

Komutatory

przełączniki

routery

Zwielokrotnienie i hierarchie cyfrowe

Zwielokrotnienie: w dziedzinie częstotliwości

w dziedzinie czasu

kodowe

długości fali

Hierarchie cyfrowe PDH

SDH

Koncepcje dostarczania jakości usług

Najwyższej staranności (best effort)

Usług Zintegrowanych (Integrated Services)

Usług Zróżnicowanych (Differentiated Services)

Literatura1. Z. Papir, „Ruch telekomunikacyjny i przeciążenia w sieciach pakietowych”, WKiŁ, Warszawa 2002

2. J. Woźniak, K. Nowicki, „Sieci LAN, MAN i WAN – protokoły komunikacyjne”, Wydawnictwo FPT, Kraków 1998

3. K. Nowicki, J. Woźniak, „Przewodowe i bezprzewodowe sieci LAN’, Oficyna PW, Warszawa 2003.

4. M. Stasiak, M. Głąbowski, P. Zwierzykowski, „Modelowanie i wymiarowanie ruchomych sieci bezprzewodowych”, WK, Warszawa, 2009

4. A. Kasprzak, „Rozległe sieci komputerowe z komutacją pakietów”, Oficyna PWr, Wrocław 1997.

5. A. Grzech, „Sterowanie ruchem w sieciach teleinformatycznych”, Oficyna PWr, Wrocław 2002,

6. S. Haykin, „Systemy telekomunikacyjne”, WKiŁ, Warszawa 1999.

7. A. Jajszczyk, Wstęp do telekomutacji., WNT, Warszawa, 2000.

8. V.B. Iversen, Teletraffic engineering handbook., ITU-D SG 2/16 & ITC, 2005.

...