9.3.1. Оценку текущих значений контролируемых параметров качества услуг или качества обслуживания осуществляют, как правило, путем измерений. Для определения каждого из параметров QoS разрабатывают соответствующие методики проведения измерений. В обычных условиях, используют, чаще всего, методики оценивания параметров, основанные на:

♦ прямых измерениях значений параметров с использованием тестового трафика. Пример: измерение времени передачи IP-пакетов от отправителя этих пакетов к их получателю и в обратном направлении (Round-Trip Time, RTT) для /P-пакетов заданного размера, передаваемых определённым маршрутом в обусловленный период времени;

♦ оценке значения параметра путем обработки результатов измерений других параметров, связанных с оцениваемым параметром известной функциональной зависимостью. При мер: определение задержки в передаче пакетов заданного размера на всём пути от отправителя к получателю путём измерений задержек передачи пакетов на каждом из участков маршрута передачи;

♦ статистической оценке значения параметра в обусловленный момент времени при условии, когда известен статистический закон распределения значений этого параметра и набор его значений, полученных в другие промежутки времени. Пример: оценивание значения пропускной способности канала в данный момент времени, если известны значения пропускной способности в предыдущие промежутки времени, предыдущие и текущие значения задержек передачи пакетов, а также модель потока пакетов.

9.3.2. Для того, чтобы результаты оценочных работ являлись корректными, необходимо выполнять ряд требований, связанных с ограничениями, налагаемыми используемыми методиками оценки параметров и процессом измерений. В частности, оценивание параметров должно осуществляться в соответствии с научно обоснованными и всесторонне апробированными методиками. Измерения, выполняемые при идентичных условиях проведения измерений, должны давать одинаковые результаты, т.е. должна обеспечиваться воспроизводимость результатов измерений. Также должен выдерживаться принцип непрерывности, состоящий в следующем: для незначительных изменений условий проведения измерений должны наблюдаться незначительные отклонения в результатах измерений.

9.3.3. Методики оценивания показателей QoS должны обеспечивать возможность оценивания (на количественном уровне) погрешностей измерений. Необходимо проводить анализ таких погрешностей для того, чтобы иметь возможность формулирования требований к инструментальным средствам и условиям проведения измерений, соблюдение которых, в свою очередь, позволит снизить погрешности до допустимых границ.

9.3.4. Практика показывает, что многие методики определения параметров качества услуг основываются на измерениях времени. Поэтому важно учитывать недостоверности и погрешности в работе устройств, связанных с измерениями времени.

В частности, в американском нормативном документе RFC 1305 определены характеристики таймеров, которые могут быть использованы при оценивании качества их функционирования. Согласно данному документу, например, погрешность таймера (offset) в некоторый момент времени определяется как разность между зарегистрированным временем и, так называемым, «действительным» (true) временем. Т.е., если зарегистрированное время в соответствии с показанием инструментального таймера равняется Г, а «действительное» время равняется Т₍, то погрешность таймера будет определяться как Т - Т. Точность (accuracy) таймера в данный момент времени определяется тем, на сколько абсолютное значение его погрешности будет отличным от нуля.

Расфазирование (skew) таймера (первая производная абсолютной погрешности) - это разность между частотами задающих генераторов исследуемого и эталонного таймеров. Величина расфазирования может изменяться во времени. Т.е., в общем случае вторая производная от погрешности показаний таймера по отношению к «действительному» времени не равняется нулю. Этот процесс, согласно RFC 1305, имеет название дрейфа (drift) таймера.

Разрешающая способность таймера (resolution) - это наименьшая единица времени, на которую могут изменяться показания таймера. От разрешающей способности зависит нижняя граница неопределенности показаний таймера. Следует иметь в виду, что один и тот же таймер может, с одной стороны, иметь высокую разрешающую способность и, вместе с тем, низкую точность.

Некоторые методики измерений времени основаны на сравнении показаний двух таймеров. В качестве примера может служить методика измерения задержки в передаче протокольных блоков данных на пути их продвижения от отправителя до получателя (oneway delay). В этом случае значение величины задержки получают путем сравнения показаний таймера, расположенного на одном из концов пути передачи, с показаниями таймера, расположенного на другом конце этого пути. При этом, на точность измерений влияют, главным образом, не абсолютные значения погрешности, расфазиро-вания или дрейфа таймеров, а относительные значения этих показателей. Относительная погрешность таймера А в некоторый момент времени определяется как разность между показаниями таймера А и показаниями таймера В. Т.е., если зарегистрированное время в соответствии с показанием таймера А равняется Т, а время по таймеру В равняется Г, то относительная погрешность таймера А будет определяться как Г_д- Т. Величину относительного расфазирования или величину дрейфа таймеров определяют аналогичным образом.

Если какой-либо таймер является точным относительно показаний другого таймера (т.е., если относительная погрешность таймера равняется нулю), то такой таймер считается синхронизированным (synchronized). При этом, следует иметь в виду, что таймеры могут быть синхронизированными и, вместе с тем, иметь низкую точность. Во время измерений многих параметров качества услуг или качества обслуживания свойство синхронности используемых таймеров имеет большее влияние на точность измерений, чем их абсолютные погрешности. Это же касается и свойства расфазирования таймеров: пока абсолютное значение расфазирования не является слишком большим, отсутствие относительного расфазирования двух таймеров является более весомым фактором.

Многие методики определения параметров QoS учитывают вышеизложенное и, поэтому, содержат требования к качеству устройств измерения времени.

9.3.5. Характеристики аппаратных средств и программного обеспечения (ПО) узлов телекоммуникационной сети, задействованных в процессах измерений параметров обслуживания, также могут влиять на результаты измерений. Особенно это касается случаев, когда фиксация моментов наступления сетевых событий осуществляется средствами прикладного ПО узлов сети, а не средствами операционных систем. Поэтому при измерениях величин задержек пакетов в каналах связи, транспортируемых между узлами сети, целесообразно рассмотреть возможность использования в качестве измерительного оборудования вместо штатных средств узлов сети специализированных инструментальных средств, например, анализатора протоколов.

9.3.6. Часто значения оценок параметров QoS зависят от типа и размеров протокольных блоков данных (PDU), рассматриваемых в процессе измерений. Например, уровень связности транспортного канала, образованного между двумя узлами сети, может быть разным для IP-пакетов неодинаковой длины или для IP-пакетов, которые в своём поле данных переносят PDU различных протоколов более высоких уровней (TCP, UDP), или для IP-пакетов с неверными контрольными суммами в заголовках или разными значениями 771 и т.п. В случае применения между узлами сети межсетевых экранов или использования протокола RSVP учет типа PDU является особенно важным, поскольку такой учёт непосредственно влияет на корректность функционирования сетевого оборудования. Поэтому, определяя какой либо параметр QoS или указывая его конкретное значение, всегда нужно отмечать, PDU какого типа использовались в процессе измерений.

9.3.7. Параметры качества услуг (или качества обслуживания) с точки зрения используемого способа их оценивания могут быть разделены на три группы:

1) параметры, для оценивания которых необходимо выполнить однократное измерение. Например, для определения скорости потока в канале, образованном между отправителем протокольных блоков данных и их получателем, обычно требуется выполнить однократную процедуру фиксации количества PDU, на[блюдаемых в измерительной точке на протяжении выбранной единицы времени наблюдения;

2) параметры, для определения которых необходимо выполнить многократные измерения. Например, для определения задержки в передаче /Р-пакетов может возникнуть необходимость в осуществлении последовательности измерений, выполняемых, например, на протяжении одного часа со средним временным интервалом между каждыми соседними актами измерений, который, в свою очередь, может составлять 1 мс;

3) параметры, для определения которых необходимо выполнить статистическую обработку результатов последовательности измерений. Например, среднюю задержку в передаче пакетов определяют путем статистической обработки результатов указанной выше последовательности измерений.

Основной целью выполнения многократных измерений, нередко состоящих из больших серий таких измерений, во время оценивания параметров QoS является стремление, в той или иной мере, учесть влияние на объективность результатов оценивания возможных изменений, которым могут подвергаться измеряемые величины в зависимости от расположения узла в сети, от дня недели, часа суток и т.п. Определение необходимого количества актов измерений, включаемых в серию, является важной задачей, поскольку, наряду с постоянно действующими флюктуациями, измеренные величины могут также испытывать кратковременные изменения, связанные с характером пульсаций трафика в сетях с коммутацией пакетов.

93.8. Общепринятым способом оценивания текущих значений параметров QoS является проведение их периодических измерений через фиксированные интервалы времени. Преимуществом такого способа оценивания является его простота. Вместе с тем, если период изменений величины какого-либо параметра QoS будет равняться периоду проведения измерений или кратный ему, то использование фиксированных интервалов времени между актами измерений может стать причиной погрешностей в результатах измерений. Причинами погрешностей могут быть и некоторые другие факторы, природа которых отображена в нижеследующем примере.

В качестве примера рассмотрим распространенный способ измерения величины задержки передачи IP-пакетов от отправителя пакетов к их получателю и в обратном направлении (Round-Trip Time, RTT). Как видно из рисунка 9.5, процесс измерений RTT состоит в посылке К тестовых пакетов (составляющих одну группу тестовых пакетов) с интервалом 7’единиц времени между каждым пакетом. Изза возможных перегрузок элементов сети или из-за непредвиденных изменений маршрута транспортировки /Р-пакетов на пути между отправителем и получателем оценочные значения величины ИТТ, получаемые на одной группе тестовых пакетов, могут иметь существенный разброс. Поэтому процедура оценивания выполняется, как правило, не на одной группе пакетов, а на заранее определенном множестве групп пакетов, и с условием, что группы тестовых пакетов присылаются с периодом, равным Т единиц времени.

-н

- IIJ. II-LLI 1.-L-J-> К тестовых пакетов t

Т

\<->1

Рисунок 9.5 - Иллюстрация структуры тестового потока пакетов при измерениях величины RTT

С целью уменьшения времени обработки тестовых IP-пакетов в элементах сети и сокращения времени их передачи через каналы связи размер этих пакетов должен быть как можно меньшим. Поэтому в качестве тестовых пакетов целесообразно выбирать протокольные блоки данных с форматом протокола ICMP.

Если интервал между тестовыми пакетами выбрать слишком малым, то они будут присылаться в сеть слишком быстро, что может вызвать их буферизацию в портах сетевого оборудования. В этом случае измеренное значение величины RTT будет отличаться от истинного значения на величину, равную промежутку времени нахождения тестовых пакетов в очередях. Во избежание возникновения эффекта буферизации необходимо знать и учитывать при выборе величины межпакетного интервала минимальное значение времени I, при котором пакеты не влияют друг на друга.

Длительность промежутка времени L = К\ передачи группы тестовых пакетов должна быть такой, чтобы вероятностью изменения маршрута пакетов между отправителем и получателем во время передачи этой группы тестовых пакетов можно было бы пренебречь.

Для наиболее полного определения характера изменений во времени значений величины RTT интервал Г посылки групп тестовых пакетов должен быть достаточно малым (как минимум, в два раза меньше периода изменения величины RTT). С другой стороны, с целью уменьшения погрешностей измерения RTT из-за возможного влияния тестового трафика на текущую загруженность сетевых ресурсов, значение интервала Т целесообразно увеличивать. Поэтому оптимальное значение Т определяют эмпирическим путем с учетом конкретных целей и условий проведения измерений.

93.9. Как уже отмечалось, способу проведения периодических измерений значений параметров QoS через фиксированные интервалы времени присущ ряд недостатков. Более рациональным подходом к определению параметров качества обслуживания является выполнение измерений через случайные интервалы времени Т, которые распределены в соответствии с законом распределения G(t). В частности, момент посылки каждой следующей группы тестовых пакетов может подчиняться экспоненциальному закону распределения (распределению Пуассона) с коэффициентом X, т.е.

G(t) = l-e-^At(9.1)

Нормативным документом RFC 2330 (США) рекомендовано использование именно распределения Пуассона для проведения измерений, которые связаны с определением показателей качества обслуживания или качества услуг в сетях IP. Однако в некоторых случаях использование такого распределения не является оправданным. Так, промежуток времени между соседними измерениями в случае использования закона Пуассона теоретически не ограничен. Однако может быть полезным ограничить максимальное время между из

мерениями некоторой величиной с1Т. В этом случае нужно использовать равномерный закон распределения, а именно

Кроме того, в эксплуатационной практике нашел применение способ оценивания показателей QoS, согласно которому необходимые измерения параметров обслуживания проводятся с фиксированной вероятностью р. Например, во время измерений с применением анализатора протоколов выполняется регистрация всех PDU, проходящих через каналы связи, но в трассу выполняемых протоколов записывается информация о происходящих событиях лишь в том . случае, когда некоторое случайное число с равномерным законом распределения на интервале от 0 до 1 является большим, чем р. Такой способ измерений имеет все преимущества способа измерений с использованием закона Пуассона.

Поскольку способ организации последовательности измерений с использованием закона Пуассона является рекомендованным и наиболее распространенным на практике, рассмотрим разные варианты реализации такого способа оценивания параметров качества обслуживания.

Прежде всего, необходимо определить коэффициент 1 (например, если средний интервал между единичными измерениями равняется Т = 30 с, то I = 1 /30). Потом следует сгенерировать набор экспоненциально распределенных (псевдо) случайных чисел Е_{, Е₂,…, Е . Первое измерение проводится через интервал времени Е_{, второе - через интервал Е^+Еу и т.д. Большинство компьютерных систем оснащено штатными средствами генерации (псевдо) случайных чисел Г/ U₂, …, U , равномерно распределенных на интервале от 0 до 1. Случайные числа Е. получают по формуле

где log (ГУ.) натуральный логарифм ГУ.

Существуют, как минимум, три способа выполнения последовательности измерений с использованием закона Пуассона.

Первый способ является простейшим в реализации. Он состоит в следующем:

1) Сгенерировать случайное число Е₁и ждать на протяжении с.

2) Выполнить процедуру измерения.

3) Сгенерировать случайное число Е_ии ждать на протяжении Е_ис.

4) Выполнить процедуру измерения.

5) Сгенерировать случайное число Е₃и ждать на протяжении Е₃с.

6) Выполнить процедуру измеренияпроцедура измерения длится некоторое время М. Поэтому измерения происходят не в моменты времени E_vЕ+Е_г..,а в интервалы Е_уЕ_{+М_л+Е₂„. Если время М мало в сравнении с 1/1, то погрешность, которая связана с данным способом, является также относительно малой. В другом случае методической погрешностью пренебрегать нельзя.

Во втором способе выполнения последовательности измерений время М учитывается. Этот способ состоит в следующем:

1) Сгенерировать случайное число Е_{и ждать на протяжении Е, с.

2) Выполнить процедуру измерения и определить ее продолжительность M_v

3) Сгенерировать случайное число Е₂и ждать на протяжении Е₂-М₁с.

4) Выполнить процедуру измерения…

Но этот способ также имеет недостаток - его реализация возможна лишь при условии, что E._+ii М.. В противном случае, возникает необходимость в одновременном выполнении несколько измерений.

Третий способ состоит в следующем:

1) Сгенерировать случайные числа E_vЕ,_)у…, £’_п…

2) Определить моменты выполнения измерений Т., Т_Т…, Т, где T_j=E_i

3) Выполнить необходимые измерения.

В случае возможности одновременного выполнения нескольких процедур в процессе измерения третий способ оценивания свободен от недостатков, которые присущи первым двум способам. Если выполнение i-ой процедуры измерения существенно влияет на результаты других процедур, то третий способ не имеет преимуществ: он может оказаться даже худшим в сравнении с двумя другими способами.

На практике, если М<< 1/1, то возможно использование любого из способов выполнения последовательности измерений с использованием закона Пуассона. Если М. < 1/1, желательно использовать второй способ. В случае возможности одновременного выполнения нескольких процедур используют третий способ выполнения измерений.

⇐Характерные последствия проявления определяющих событий | Сети передачи пакетных данных | Методы измерений параметров функциональности услуг⇒