Исследование вероятностно-временных характеристик механизмов управления мультимедийной нагрузкой в сетях АТМ
Диссертация
Разработан комбинированный метод прогноза мультимедийного трафика, основанный на объединении рекуррентных НС и НАРСС. Доказано, что при определенных значениях параметра Херста (Н< 0.6) применение комбинированного алгоритма позволяет увеличить точность прогнозирования до 10% по сравнению с алгоритмом, основанным на применении обычной НСПР той же размерности. На основе анализа рекомендаций МСЭ-Т… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. УПРАВЛЕНИЕ ТРАФИКОМ В СЕТЯХ ATM
- 1. 1. Введение. Общие положения
- 1. 2. Услуги, качество обслуживания и управление ресурсами в сетях ATM
- 1. 2. 1. Виды услуг
- 1. 2. 2. Классы качества обслуживанш
- 1. 2. 3. Контракт по трафику
- 1. 2. 4. Управление ресурсами и трафиком
- 1. 3. Управление трафиком в оконечных устройствах
- Выводы
- ГЛАВА 2. УПРАВЛЕНИЕ ТРАФИКОМ ATM С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
- 2. 1. Введение и постановка задачи
- 2. 2. Модель механизма управления нагрузкой Leaky Bucket
- 2. 2. 1. Входной поток
- 2. 2. 2. Дисциплина обслуживания
- 2. 2. 3. Аналитическая модель
- 2. 2. 4. Имитационная модель
- 2. 2. 5. Анализ результатов моделирования
- 2. 3. Модель механизма управления нагрузкой с использованием прогнозирования
- 2. 4. Анализ алгоритмов прогнозирования, построенных на базе фильтра Калмана
- 2. 4. 1. Классический дискретный фильтр Калмана
- 2. 4. 2. Адаптивный дискретный фильтр Калмана
- 2. 4. 3. Выводы по семейству дискретных фильтров Калмана
- 2. 5. Анализ и сравнение результатов моделирования системы с прогнозированием поступающей нагрузки и Leaky Bucket
- Выводы
- ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕДСКАЗАТЕЛЕЙ, ПОСТРОЕННЫХ НА БАЗЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ В ЗАДАЧАХ УПРАВЛЕНИЯ ТРАФИКОМ
- 3. 1. Введение и постановка задачи
- 3. 2. Характеристики нейронных сетей
- 3. 2. 1. Общие сведения о нейронных сетях
- 3. 2. 2. Алгоритм обратного распространения
- 3. 2. 3. Замечания по принципам построения и функционирования нейронных сетей
- 3. 2. 4. Реализация нейронных сетей
- 3. 3. Анализ возможного применения нейронных сетей для управления трафиком в сетях ATM
- 3. 4. Анализ механизма управления нагрузкой с использованием нейросетевого предсказателя
- Выводы
- ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАФИКА ПОЛУЧЕННОГО НА РЕАЛЬНЫХ СЕТЯХ ATM
- 4. 1. Введение и постановка задачи
- 4. 2. Статистический анализ мультимедийного трафика
- 4. 2. 1. Вычисление функции автокорреляции
- 4. 2. 2. Вычисление параметра Херста
- 4. 2. 3. Статистический анализ экспериментальных данных «Новгород Дейтаком»
- 4. 2. 4. Статистический анализ экспериментальных данных Bellcore
- 4. 3. Метод предсказания, основанный на модели нелинейного авторегрессионного скользящего среднего
- 4. 3. 1. Обзор методов предсказания мультимедийного трафика
- 4. 3. 2. Модель нелинейного авторегрессионого скользящего среднего, реализованная с помощью рекуррентной нейронной сети
- 4. 4. Анализ результатов предсказания для мультимедийного трафика
- 4. 4. 1. Статистика «Новгород Дейтаком»
- 4. 4. 2. Статистика фирмы Bellcore
- 4. 5. Моделирование мультимедийного трафика на примере MPEG-1)
- Выводы
Список литературы
- «Теория телетрафика», перевод с нем. под ред. Башарина Г. П., Москва, Связь, 1971, 320 с. 2. «Теория электрической связи», под ред. Кловского Д. Д., Москва, Радио и связь, 1998, 433 с.
- Афифи А., Эйзен С. «Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ», Москва, Мир, 1982, 488 с.
- Балакришнан А.В. «Теория фильтрации Калмана», М., Мир, 1988, 168 с.
- Башарин Г. П., Бочаров П. П., Коган Я. А. «Анализ очередей в вычислительных сетях», Москва, Наука, 1989, 336 с.
- Бестужев-Лада И.В., Саркисян С. А., Мельникова Е. Н. (ред.) «Рабочая книга по прогнозированию», М., Мысль, 1982, 430 с.
- Боровиков В.П., Ивченко Г. И. «Прогнозирование в системе Statistica в среде Windows», М., Финансы и Статистика, 1999, 384 с.
- Гнеденко Б.В., Коваленко И. Н. «Введение в теорию массового обслуживания», Москва, Наука, 1987, 336 с.
- Горбань А.Н. «Обучение нейронных сетей», Москва, СП Параграф, 1990.
- Ю.Грешилов А. А., Стакун В. А., Стакун А. А. «Математические методы построения прогнозов», М., Радио и Связь, 1997, 109 с.
- П.Дымарский Я. С. «Специальное математическое обеспечение процессов контроля качества управления. Возможные методы прогнозирования параметров управляемых процессов».
- Дымарский Я.С. «Оценка качества обслуживания вызовов при проведении сертификационных испытаний АТС: модели и методики».
- Елисеева И.И., Юзбашев М. М. «Общая теория статистики», М., Финансы и статистика, 1996, 368 с.
- Ермаков С.М., Михайлов Г. А. «Курс статистического моделирования», М., Наука, 1976, 320 с.
- Каллианпур Г. «Стохастическая теория фильтрации», М., Наука, 1987, 318 с.
- Карелов И. «Технология и реализации нейроподобных сетей», Компьютер Пресс, декабрь 1997, с. 180−187.
- Кендалл М.Дж., Стьюарт А. «Многомерный статистический анализ и временные ряды», Москва, Наука, 1976, в двух томах.
- Клейнрок Л. «Теория массового обслуживания», Москва, Машиностроение, 1979.
- Корн Г., Корн Т. «Справочник по математике», Москва, Наука, 1977, 832 с.
- Курицын С.А. «Методы адаптивной обработки сигналов передачи данных», М., Радио и Связь, 1988, 144 с.
- Кучерявый Е.А. «Комбинированные системы коммутации для фиксированных и подвижных сетей связи», 51 НТК ГУТ им.проф. М.А.Бонч-Бруевича, 26−30 января, 1998, тезисы докладов, с.36−37.
- Кучерявый Е.А., Яновский Г. Г. «Сравнительный анализ документов Форума ATM и МСЭ-Т по механизмам управления трафиком», тезисы 52 НТК ГУТ, Январь 25−29,1999, с. 10.
- Кучерявый Е.А., Яновский Г. Г. «Прогноз мультимедийного трафика ATM с использованием рекуррентных нейронных сетей», тезисы конференции «Информационные сети и системы», Москва, октябрь 26−27, 1999.
- Кучерявый Е.А., Яновский Г. Г. «Имитационное моделирование видеотрафика ATM, с использованием нейронных сетей», тезисы конференции «Информационные сети и системы», Москва, октябрь 26−27, 1999.
- Липцер Р.Ш., Ширяев А. Н. «Статистика случайных процессов», М., Наука, 1974, 696 с.
- Масалович А.И. «От нейрона к нейрокомпьютеру», журнал д-ра Добба, 1/1992, с. 20−24.
- Нейман В.И. «Самоподобные процессы и их применение в теории телетрафика», Труды Международной Академии Связи, № 1(9), 1999, с. 11−15.
- Парамонов А.И. «Имитационное моделирование систем и сетей связи», ЛОНИИС, 1998.
- Суховицкий A. J1. «Исследование вероятностно-временных характеристик механизмов адаптации в сетях ATM», диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, С. Петербург, 1999.
- Сэйдж Э., Меле Дж. «Теория оценивания и ее применение в связи и управлении», М., Связь, 1976, 496 с.
- Четыркин Е.М. «Статистические методы прогнозирования», М., Статистика, 1975, 184 с.
- Шнепс М.А. «Системы распределения информации. Методы расчета», Москва, Связь, 1979, 344 с.
- Яновский Г. Г. «Методы и модели управления сетевыми ресурсами в цифровых сетях интегрального обслуживания», диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, С.-Петербург, 1994.
- Akimaru Н., Finley M.R., Yamori К. «A Practical Dimensioning Method for ATM Systems», IEEE Transactions on Communications, vol.47, No.2, February 1999, pp.311−315.
- Akimaru H, Kawashima К. «Teletraffic. Theory and Applications», Springer-Verlag, 1993, 226 p.
- ATM Forum Technical Committee, Traffic Management Specification, Version 4.0, af-tm-0056.000, April 1996.
- ATM Forum, Traffic Management Technical WG, Specifications for approval, October 1999.
- Beran J., Sherman R., Taqqu M.S., Willinger W. «Long-Range dependence in Variable-Bit-Rate video traffic», IEEE Transactions on Communications, vol.43 (2/¾): 1566−1579, 1995.
- Box G.E., JenkinsG.M. «Time Series Analysis: Forecasting and Control», San Francisco, CA: Holden-Day, 1976.
- Bruneel H., Kim B.G. «Discrete-time Models for Communication Systems Including ATM», Kluwer, 1993.
- Chang P.-R., Hu J.-T. «Optimal Nonlinear Adaptive Prediction and Modeling of MPEG Video in ATM Networks Using Pipelined Recurrent Neural Network», IEEE J-SAC, vol.15, No.6, August 1997, pp.1087−1100.
- Chemouil P., Gamier B. «An adaptive short-term forecasting procedure using Kalman filter», ITCH, 1985.
- Choi, Choi «Discrete-time analysis of LB scheme with threshold-based token generation intervals», IEEE Proc. Commun., 1996, 143, #2.
- Cochrane P., Heatley D.J.T. «Modeling future telecommunications systems», Chapman & Hall, 1996, 365p.
- Coelho, Tohme «A Generic smoothing algorithm for real-time variable bit rate video traffic», CN & ISDN Systems, vol. 29, #17−18, Feb. 1998, 2053−2066.
- Connor J.T., Martin R.D., Atlas L.E. «Recurrent neural networks and robust time series prediction», IEEE Trans. Neural Networks, vol.5, March 1994, pp.240−254.
- Didelet E. «Circuit-switched traffic forecasting using neural networks», proceedings of 15th International Teletraffic Congress ITC'15, Washington, DC, USA, pp. 111−121,22−27 June, 1997.
- Didelet E., Dubuisson В., Stern D. «A Neural Technique Approach to Network Traffic Management», ITC 14, pp.1321−1330.
- Drossu R., Lakshman T.V., Obradovic Z., Raghavendra C. «Single and Multiple Frame Video Traffic Prediction Using Neural Networks», in Raghavan S.V. and Jain
- B.N. (editors) «Computer Networks, Architecture and Applications», Chapman & Hall, chapter 9, pp. 146−158, 1995.
- Dzong Z. «ATM Network Resource Management», McGraw-Hill, 1997, 316 p.
- Dzong Z., Montanuy O., Mason L.G. «Adaptive traffic admission in ATM networks optimal estimation framework», ITCH, pp. 1065−1076.
- Filipiak J. «Real-Time Network Management», ELSEVIER, 1991, 446 p.
- Filipiak J., Chemouil P. «Modeling and Prediction of Traffic Fluctuations in Telephone Networks», IEEE Transactions on Communications, vol. com-35, n.9 September, 1987, pp. 931−941.
- Fonesca, Silvester «Modelling the output process of an ATM multiplexer with correlated priorities», CN & ISDN Systems, vol. 29, #17−18, Feb. 1998, 2153−2164.
- Frater M.R., Arnold, Tan «A new statistical model for traffic generated by VBR coders for television on the Broadband ISDN», IEEE Trans, on Circuits & Systems for Video Techmology, 4(6):521−526, December 1994.
- Gerla M., Kleinrok L. «Flow Control: A Comparative Survey», IEEE Transactions on Communications, vol.28 (4), 1980, pp.553−574.
- Graf M. «VBR video over ATM: Reducing network resource requirement through endsystem traffic shaping», proceedings of IEEE INFOCOM'97, Kobe, Japan, April 7−11, 1997, pp.48−57.
- Grasse, Frater, Arnold «Origins of Long-Range dependence in VBR video traffic», ITC'15, 1379−1388.
- Grunenfelder R. «Characterization of video codecs as autoregressive moving average processes, and related queuing system performance», IEEE JSAC, vol.9, April 1991, pp.284−293.
- Harimatsu A. «Training techniques for neural network applications in ATM», IEEE Comm. Magazine, vol.33, pp.58−67, Oct. 1995.
- Heyman D.P., Tabatabi A., Lakshman T.V. «Statistical analysis and simulation study of video teleconference traffic in ATM networks», IEEE Trans, on Circuits & Systems for Video Technology, vol. 2, no. 1, pp.49−59, 1992.
- Higginbottom G.N. «Performance Evaluation of Communication Networks», Artech House, 1998, 368 p.
- IEEE Communications Magazine, vol. 33, No. 10, October 1995.
- IEEE Transactions on Neural Networks (Special Issue on Dynamic Recurrent Networks), vol.5, March 1994.
- ITU-T, Series I Recommendations «Integrated Services Digital Network», October 1996.
- ITU-T, Study Group 13 «General Network Aspects», Delayed Contributions, 1997−2000 Study Period.
- Kalman R.E., Bucy R. «New Results in Linear Filtering and Prediction Theory», Trans. ASME J. Basic Eng., vol.83D, March 1961, pp.95−108.
- Kashper A. «ATM Traffic Management: Feasibility of Congestion Control», St.-Petersburg Regional International Teletraffic Seminar, LONIIS, June 1−7, 1998, pp. 187−197.
- Keuhn P.J. «Evolution of New Services and Networking Technologies. Future Challanges for Traffic Management and Engineering», St.-Petersburg Regional International Teletraffic Seminar, LONIIS, June 1−7, 1998.
- Koucheryavy Y., Yanovsky G. «ATM multimedia traffic prediction using Neural Networks», proceedings of the 5th European Open School EUNICE'99, September 1−3, Barcelona, Spain, pp.83−89.
- Koucheryavy Y., Nourmiev M.: «Wireless ATM: The Road Ahead», International Informatization Forum V ISINAS'98, St.-Petersburg, September 7−12, 1998, proceedings, pp. 490−502.
- Koucheryavy Y., Yanovsky G.G. «Mechanisms of Partial Limitation for Input Flow Control», International Conference «Distributed Computer Communication Networks, Theory and Applications», Tel-Aviv, Israel, November 4−8, 1997, pp.255−260.
- Kulkarni L.A. «Modeling of the Microdynamics of Correlated Traffic», ITC'15, 975−986.
- LeGall D. «MPEG: a video compression standard for multimedia applications», Commun. ACM, vol.34, pp.46−58, April 1991.
- Li L., Haykin S. «A cascaded recurrent neural networks for real-time nonlinear adaptive filtering», proceedings IEEE International Conference on Neural Networks, San Francisco, CA, 1993, pp.857−862.
- Li L., Haykin S. «Nonlinear adaptive prediction of nonstationary signals», IEEE Trans. Signal Processing, vol.43, Feb. 1995, pp.526−535.
- Liu Y.-C., Douligeris C. «Feedback Congestion Controller for ATM Networks Using a Neural Network Traffic Predictor», proceedings of SOUTHCON'95, Ft. Landerdale, FL, March 1995, pp. 398−402.
- Marquez L., Hill Т., O’Connor M., Remus W. «Neural Network Model for Forecast: A Review», Proceedings of the Twenty-Fifth Hawaii International Conference on System Scinces, vol.4, pp. 494−498, January 1992, Kauai, HI, USA.
- Mehaoua A., Boutaba R. «Performance analysis of cell discarding techniques for best effort video communications over ATM networks», CN & ISDN Systems, #29, 1998, pp.2021−2037.
- Mellaney, Orozco-Barbosa «Experimental Study of MPEG-2 Video Traffic Over a Metroploian ATM Network Supporting Multimedia Traffic», ITC'15, 1389−1398.
- Moreland J. «A robust sequential projection algorithm for traffic load forecasting», BSTJ, Jan, 1982.
- Neves J., de Almeida L., Leitao M. «B-ISDN Connection Admission Control Routing Strategy with Traffic Prediction by Neural Networks», proceedings of ICC'95.
- Nomura N., Fujii Т., Ohta N. «Basic characteristics of variable rate video coding in ATM environment», IEEE JSAC, vol.7, June 1989, pp. 752−760.
- Norros I. «A storage model with self-similar input», Queueing Systems, 1994, v. 16, pp.387−396.91.0rs T. «Optimization and Dimensioning of ATM Traffic Control Functions», Ph.D. Report, University of Surrey, UK, 85 p.
- Pack C.D., Whitaker B.A. «Kalman filter for network forecasting», Bell System Tech. Journal vol.61, 1982.
- Pitts J.M., Schormans J.A. «Introduction to ATM Design and Performance», John Wiley & Sons, 1996, 190p.
- Pooch U., Wall J.A. «Discrete Even Simulation. A Practical Approach», CRC Press, Florida, 1993,412 р.
- Ramamurthy, Srngupta «A predictive congestion control policy for broadband integrated wide area networks», Computer Networks and ISDN Systems, 1996, 28, #6, 811−834.
- Roberts J., Mocci U., Virtamo J. «Broadband Network Teletraffic. Final Report of Action COST 242», Springer, 1996, 586p.
- Rose O., Ritter M. «MPEG-Video Sources in ATM-Systems A new approach for the dimensioning of policing functions», IFIP 3rd International Conference on Local and Metropolian Communication Systems, Kyoto, December 1994, pp.99−117.
- Rozanski G., Bromirski M., Lobeyko W. «Technique for TCP over ATM traffic prediction in the Presence of Traffic Policing», St.-Petersburg Regional International Teletraffic Seminar, LONIIS, June 1−7, 1998, pp. 171−177.
- Rozic N., Vojnovic «Source Modeling of MPEG Video», proceedings of IEEE Globecom, 1996, pp. 1429−1433.
- Sen P. «Models for packet switching of VBR video sources», IEEE JSAC, vol.7, June 1989, pp. 865−869.
- Skelly P., Dixit S., Schwartz M. «A Histogram-Based Model for Video Traffic Behavior in an ATM Network with an Application to Congestion Control», private communications.
- Skelly P., Schwartz M. «A Histogram-Based Model for Video Traffic Behavior in an ATM Multiplexer», private communications.
- Ursini E.L., Girolami A. «Yearly and Monthly Data Forecasting Using Kalman Filter», ITC 12, pp.270−276.
- Warfield R., Chan S., Konheim A., Guillaume A. «Real-Time Traffic Estimation in ATM Networks», ITC 14.
- Williams R.T., Zipster D.E. «A learning algorithm for continually running fully recurrent neural networks», Neural Computation, vol.1, 1989, pp. 270−280.
- Wu J.L.C., Chen Y.W., Jiang K.C. «Two models for variable bit rate MPEG sources», IEICE Trans. Commun., vol. E78-b, May 1995, pp.717−745.
- Yegenoglu F., Jabbari B. «Performance evaluation of MMPP queues for aggregate ATM traffic models», IEEE InfoCom, 1993, pp.1314−1319.
- Youself, Schormans «Performance, Interarrival and Correlation Analysis of Four-State MMPP Model in ATM-based B-ISDN», IEEE Proc. Commun. IEEE Proc. I., 1996,143, #6, 363−368.
- Yuhas В., Ansari N. (eds), Neural Networks in Telecommunications, Kluwer Academic Publishers, 1994.
- Zheng В., Atiquzzaman M. «Traffic Management of Multimedia over ATM Networks», IEEE Communications Magazine, vol. 37, No. l, pp.33−38, January 1999.
- Engelbrecht A.P., Cloete I. «Building Intelligence into Telecommunications Network Management and Control», Regional International Teletraffic Seminar, 4−8 September 1995, South Africa, pp.271−281.
- Koucheryavy Y., Yanovsky G. «A new approach for simulating of video traffic sources», proceedings of the 4th IEEE Malaysia International Conference on Communications (MICC'99), November 17−19, 1999, Melaka (Malaysia).