Основний зміст

У вступі обґрунтовано актуальність теми дослідження, його зв’язок з науковими програмами, темами, визначаються мета і завдання, об’єкт, предмет, охарактеризовано методи дослідження, використані в роботі, сформульовано наукову новизну і практичне значення роботи, наведено дані про апробацію та публікацію результатів дослідження, структуру і обсяг роботи.

У першому розділі проведено аналіз структур і завдань інформаційних мереж (ІМ). Розглядаються особливості задач, що розв’язуються. Визначаються особливості функціонування ІМ для задачі, що розв’язується.

На основі досліджених класів мереж проводиться аналіз існуючих моделей ІМ. Аналіз моделей ІМ мереж дозволив визначити задачі, які необхідно вирішувати в інформаційній мережі. В переважній більшості досліджень модель мережі розглядається за аналогією з телефонною мережею, тобто як система масового обслуговування; розповсюджені також підходи, в яких приймається, що розподіл потоку пакетів у мережі відрізняється від пуассонівського, а мережевий трафік характеризується самоподібністю. Однак, прийняті на теперішній час підходи не виправдовуються в моменти виникнення більших навантажень, і як наслідок, виникають більші затримки в доставці пакетів та суттєве зниження пропускної здатності ліній зв'язку. Отже, необхідні нові моделі мереж, що дозволяють проводити адекватне моделювання складних мережевих процесів.

На підставі Рекомендацій Сектора Стандартизації Електрозв'язку Міжнародного Союзу Електрозв'язку (Y.1541) сформовані критерії оцінки якості обслуговування. Аналіз задачі обслуговування запитів в інформаційній мережі дозволив перейти до розгляду необхідних елементів функціональної моделі мережі. До критеріїв ефективності обслуговування запитів в ІМ відносяться: кількість помилок в обслуговуванні запитів, загальна кількість випадків, коли сервіс був недоступний, обсяг обслуженого трафіку.

У другому розділі удосконалена модель інформаційної мережі на основі агентно-орієнтованого підходу, яка описує елементи з урахуванням реальних обмежень інформаційної мережі. Основними функціональними елементами є клієнти, сервіси, канали зв'язку. Взаємодія елементів здійснюється за допомогою обміну пакетів даних - трафіку. Запропонований метод оцінки корисності обслуговування запитів базується на використанні інформації про необхідні ресурси для виконання запиту і на порівнянні ймовірностей виникнення помилок обслуговування інших запитів в процесі обслуговування поточного запиту, при цьому забезпечується облік можливих втрат в результаті відмови в обслуговуванні поточного запиту, що дозволяє отримувати ефективні оцінки необхідних ресурсів для обслуговування запитів.

Метод оцінки корисності обслуговування запитів реалізується наступними етапами.

На першому етапі на підставі запиту визначається тип пакетів трафіку, який буде передавати відповідь на запит. На основі аналізу ознак клієнта проводиться ідентифікація клієнта; якщо ж при ідентифікації клієнта значення функції довіри нижче необхідного рівня, то виконується механізм визначення додаткових ознак клієнта. На другому етапі формуються оцінки ймовірністей подальших запитів, на їх підставі прогнозується обсяг трафіку та оцінюється коефіцієнт виконання запиту. На третьому етапі на основі інформації про стан системи та оцінок, отриманих на другому етапі, розраховується ймовірність настання ситуації відмови в обслуговуванні. У результаті отримуємо багатофакторну оцінку корисності обслуговування запиту. Оцінка доступності сервісу формується для кожного сервісу ІМ на підставі методики, запропонованої в Рекомендації Y.1540. Сервіс вважається доступним, якщо кількість помилок менше деякого порогу.

У результаті проведеного аналізу встановлено, що не усі сервіси вимагають автентифікації користувачів або не вимагають її до певного моменту, а інші сервіси вимагають додаткового підтвердження автентифікації. Для вирішення такої групи задач була розроблена покращена методика автентифікації на основі коефіцієнта довіри. Запропоновано механізм виявлення найбільш інформативних із невизначених ознак.

У третьому розділі розроблено метод визначення пріоритету обслуговування запитів в інформаційній мережі, що ґрунтується на оцінці корисності обслуговування запиту в ІМ. Існує можливість впливати на пріоритет запиту двома шляхами: 1) управляти чергою обслуговування і 2) задавати клас обслуговування пакетів трафіку, які доставляють запит і відповідь на запит. У дослідженні одержав подальшого розвитку метод підвищення доступності ресурсів ІМ, який на підставі оцінки доступності сервісу й передбачуваного навантаження на сервіс формує керуючі впливи, спрямовані на збереження працездатності сервісу. Якісно оцінка відмов (збоїв) формується з відмов, які виникають в ІМ внаслідок перевантажень чи роботи мережевих фільтрів, або ж збоїв на вузлах зв’язку внаслідок неможливості обробки запиту або відмови сервісу. Під час перевантаження виконання запитів сервісом закінчується помилкою.

У дослідженні проблема перерозподілу пріоритету обслуговування розглядається в двох аспектах: по-перше, управляти пріоритетом обслуговування можна на мережевому рівні шляхом призначення пріоритету обслуговування для пакетів трафіку; по-друге, управляти пріоритетом виконання задач (кількістю і змістом запитів) може агент. Сервіс надає інформацію про стан ресурсів для того, щоб агент визначив доцільність виконання тих або інших запитів.

При реалізації підходу вирішені задачі, пов'язані з ідентифікацією агента, наданням інформації про ресурси, реалізацією механізму підтвердження цілісності сесії, реалізацією роботи ізольованих додатків на стороні клієнта, а також розробкою механізму перерозподілу пріоритету. Досліджена модель процесу авторизації користувача на основі підходу з параметричним керуванням пріоритетами обслуговування сервером, розроблено метод покращення обслуговування web-додатку в ІМ.

Для роботи методу необхідно забезпечити можливість ізоляції web-додатку, для чого використано механізми розподілу пріоритетів сервера. Розроблено метод формування маркерів для захисту сесії web-додатку, який забезпечує захист даних автентифікації при передачі неконтрольованими каналами зв'язку. Пропонується використовувати номер етапу авторизації користувача, як ознаку для формування сервером пріоритету обслуговування агентів.

Запропоновано вдосконалену модель параметричного керування пріоритетами обслуговування. При цьому забезпечується можливість ідентифікації потоків одного агента і підвищення пріоритета обслуговування активної сторінки, а також зниження пріоритетів сторінок, які обслуговуються в фоновому режимі. Розроблений метод дозволяє покращити управління завантаженням web-додатка шляхом виділення пріоритету між власними процесами. Також покращується захист даних автентифікації агента, забезпечується формування множини маркерів для ідентифікації web-додатка протягом сесії.

У четвертому розділі досліджено моделі самоподібного трафіку в інформаційній мережі. В якості початкових характеристик вибирається розподіл завантаження в часі, задається коефіцієнт Херста. На основі методу Мандельброта використано N незалежних ON-OFF генераторів, у яких закон чергування включеного й виключеного стану розподілений за законом Парето.

Для проведення експериментальної частини були відібрані послідовності, що характеризують навантаження в інформаційній мережі. Визначено, що не будь-який трафік призводить до ситуації відмови в обслуговуванні. Для тестування розробленого методу був використаний реальний трафік. Використано потік запитів, причому пропускна здатність каналів зв'язку й продуктивність сервісу була зменшена, що призвело до виникнення відмов в обслуговуванні.

На основі розроблених методів реалізована інформаційна технологія підвищення ефективності обслуговування запитів в інформаційній мережі.

Інформаційна технологія складається із шести етапів. На етапі 1 сервіс одержує запит від клієнта, і інформація про запит направляється в модуль керування. Далі на етапі 2 модуль керування збирає інформацію про запит, використовуючи статистику про роботу інших сервісів, стани системи й мережі. Отримана інформація направляється в сервіс для оцінки корисності запиту. На етапі 3 реалізовано метод визначення пріоритету обслуговування запиту. Даний метод використовує інформацію з етапу 2 і використовується у двох напрямках. По-перше, трафік, що передає відповідь на отриманий запит, маркується для керування на мережевому рівні маршрутизаторами. По-друге, призначений пріоритет використовується при керуванні чергою обслуговування запитів сервісом. На етапі 4 сервіс вибирає керуючі впливи відповідно до призначених пріоритетів на етапі 3, а модуль керування використовує інформацію, отриману на етапі 2, оцінює ймовірність настання ситуації відмови в обслуговуванні.

Якщо виникає необхідність, то керування передається на етап 6, на якому запускається механізм забезпечення доступності ресурсу. На основі оцінок корисності запитів і обчисленого пріоритету приймається рішення про відмову в обслуговуванні певним запитам, забезпечуючи якісне обслуговування запитів, що залишилися. При ситуаціях, які знаходяться в межах норми, сервіс на етапі 5 виконує обслуговування запиту й відправляє відповідь клієнтові.

Розроблено та впроваджено модулі інформаційної технології, які змінюють пріоритети обслуговування, забезпечують доступність сервіса, управляючи чергою обслуговування та генерують сигнали для управління роботою маршрутизаторів і програмного забезпечення сервера.