Оцінка параметрів неоднорідного вхідного потоку у телекомунікаційних мережах

Програми електронної  пошти. Електронна пошта передається в Інтернеті за допомогою простого протоколу передачі пошти (SМТР), поштового протоколу відділення версії 3 (РОРЗ) і протоколу доступу до Інтернет-повідомлень (IMAP) для завантаження електронної пошти. Тоді як локальні системи доставки пошти, наприклад в локальних мережах (LAN), частенько грунтуються на SМТР, часто буває неможливим тривалий час утримувати клієнта електронної пошти в постійному зв'язку з Інтернетом. Тому широко використовуються протоколи РОРЗ і IMAP для завантаження електронної пошти із служби електронної пошти (рисунок 2.7). Ці протоколи використовуються для допуску до терміналу при отриманні листа, який зберігається на сервері (так званий принцип буферизації). ТСР використовується для передачі електронної пошти як протокол передачі "точка-точка".

Рисунок 2.7 - SMTP і POP3 для передачі електронної пошти

 

Модель трафіку електронної  пошти. Оскільки завантажуваний розмір електронної пошти на мобільний пристрій є критичним параметром для проектування трафіку стільникових мереж пакетної передачі, може застосовуватися модель трафіку, що визначає розмір електронної пошти. Пропонована модель електронної пошти описує навантаження, що виникає при передачі повідомлень користувача. Єдиним параметром є розмір електронної пошти, який охарактеризований двома логарифмічно-нормальними розподілами плюс додаткова фіксована добавка в 300 байт (таблиця 2.3). Базова добавка була прийнята з метою обліку постійних витрат. Максимальний розмір електронної пошти встановлений 100 кбайт.

Таблиця 2.3 – Параметри моделі трафіку електронної пошти

Параметр	Розподіл	Середнє значення	Дисперсія
Розмір електронної пошти  (менше 80%), байт	Логарифмічно-нормальне Перетворене нормальне	1700   10,0	5,5*106   2,13
Розмір електронної пошти  (більше 20%), байт	Логарифмічно-нормальне Перетворене нормальне	16000   9,5	71,3*109   12,8
Основна доля, байт	Постійне	300	0

На рисунку 2.8 представлені гістограми для менш ніж 80% невеликих електронних листів і для повного діапазону розмірів електронної пошти. Можна спостерігати два різні класи електронних листів. Розмір текстових електронних листів починається з 300 байт. Це встановлений розмір, необхідний для інформації заголовка. Межа між функціями розподілу цих двох класів електронних листів згідно [2] дорівнює 2 кбайт.

Рисунок 2.8 - Розмір електронної пошти : а — збільшений масштаб;    

б — повний діапазон

 

Програми передачі файлів. Протокол передачі файлів (FТР) був розроблений, щоб забезпечити безпечну і ефективну передачу файлів між двома комп'ютерами. Специфічні системні особливості, подібні до файлової структури комп'ютерних систем, залучених в передачу, були здолані цим стандартом. Термін "FТР" зазвичай вживається і для протоколу, і для застосовної програми передачі файлів. FТР — прикладний протокол, який використовує ТСР як транспортний рівень. Системи, що підтримують зв'язок по FТР, будують стосунки клієнт-сервер. Система називається FТР- клієнтом, коли робляться запити до іншої системи або FТР-серверу на передачу файлів. Вказаний файл тоді передається між клієнтом і сервером.

FTP використовує два зв'язки між  клієнтом і сервером, які називаються FTP-управлінням і FTP-даними (рисунок 2.9). FTP-управління застосовується для зв'язку і передачі команд, керованих інтерпретатором протоколу (РI). Приклади команд : dir — для перегляду директорії; put і get — для передачі файлів між клієнтом і сервером. Тільки одне з'єднання управління використовується впродовж FTP-сесії, тоді як для кожного переданого об'єкту використовується окреме з'єднання даних, кероване процесом передачі даних (DTP — Data Transfer Process). Об'єктом може бути файл або, наприклад, лістинг директорії.

Рисунок 2.9 - FTP-дані і зв'язок управління

 

Значення FTP зменшується при широкому поширенні НТТР-завантаження і приєднанні електронної пошти. Зокрема, у безпровідних мережах очікується зменшення використання FTP.

Модель трафіку FTP. Модель FTP є однонапрямленою передачею даних. Вона описує передачу файлу від FTP-сервера до FTP-клієнта. Дослідження грунтовані на великих вимірах WAN [2]. Більше 95% виміряних FTP-зв'язків виконали команду get. Оскільки низхідний канал є "вузьким місцем" в стільникових мережах, що підтримують Інтернет-програми, які є асиметричними за своєю природою, досить розглянути тільки передачу даних від сервера до клієнта. Трафік, що генерується з'єднаннями FTP-управління, не розглядається.

Параметрами, що описують сеанс FTP, являються  загальний об'єм даних за сеанс, розмір кожного переданого об'єкту і інтервал між передачами двома об'єктів.

Об'єм даних за сеанс характеризує тривалість сеансу. Логарифмічно-нормальний розподіл був запропонований для  загального об'єму даних за сесію  і для розміру об'єктів. Задане число об'єктів включає як передачі файлів, так і лістинги директорій. Щоб описати інтервал між двома  передачами об'єкту, може використовуватися  модель, створена в [2]. Інтервали між  двома об'єктами повинні відповідати log10-нормальному розподілу. Усі параметри, середні і девіації функцій розподілу, а також перетворені середні величини і їх девіації представлені в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4 – Параметри моделі руху FTP

Параметр FTP	Розподіл	Середнє	Дисперсія
Загальна сума даних, байт	Логарифмічно-нормальне Перетворене нормальне	32542   15,0	9661   1,9*10-5
Кількість даних у файлі, байт	Логарифмічно-нормальне Перетворене нормальне	3000   11,55	1000   2,31*10-4
Інтервал між зв'язками, с	Логарифмічно-нормальне Перетворене нормальне	4   0,57	2,54   0,028

Програми на основі WAP. WAP-специфікації, вживані в сучасних мобільних терміналах, включаючи WAP 1.2.1, спрямовані на оптимізацію роботи в мережах 2G. Тому WAP 1.2.1 визначає чітку технологію, що включає представлення протоколів і їх вміст. WAP — це набір специфікацій, який визначає архітектуру структури, містить оптимізовані протоколи (наприклад, WDP, WTP, WSP), представлення вмісту на основі компактної розширюваної мови розмітки XML, безпровідної мова розмітки (WML), двійкова розширювана мова розмітки WAP (WBXML) і інші специфічні мобільні особливості, подібно до додатків безпровідної телефонії (WTA) [3, 4].

WAP-реліз 1.x. З метою оптимізованої роботи в 2G-сетях був допрацьований WAP, оскільки графічні послуги мережі, що розширюються, не могли бути доставлені і показані клієнтам, наприклад, на мобільних телефонах GSM, і IP не міг застосовуватися в деяких середовищах, наприклад WAP через послуги коротких повідомлень (SMS) або неструктурованих додаткових послуг даних (USSD). Із-за оптимізації і різних протоколів неможливо було запускати WAP- з'єднання "точка-точка" із звичайними Інтернет-сайтами. Замість цього повинен використовуватися шлюз WAP. Основна послуга, яку забезпечує шлюз WAP, — функція зміни протоколу між WAP - і Інтернет-стеками. На додаток до цієї стандартизованной функціональності багато постачальників шлюзів надають ряд додаткових послуг, які застосовні, наприклад, для персоніфікації.

Архітектура протоколу WAP (рисунок 2.10) включає наступні компоненти:

Рисунок 2.10 - Архітектура протоколу WAP

 

• безпровідне середовище додатків( WAE): з WAE забезпечується середовище для розвитку і виконання послуг, основний компонент WAE — мікробраузер, який надає відповідний зміст WML;
• безпровідний протокол сеансу (WSP): протокол рівня сеансу WSP сприяє методам, що оперують сеансовим контекстом; таким чином, здійснюється зв'язок між клієнтом і сервером;
• безпровідний протокол транзакцій q (WTP): протокол рівня транзакцій WTP забезпечує зв'язок без встановлення і зі встановленням логічного з'єднання: WTP класу 2 є зв'язком "клієнт-сервер" з підтвердженнями, який зазвичай використовується для більшої частини WAP-трафіку;
• захист безпровідного рівня передачі (WTLS): WTLS — додаткова функція, яка працює подібно до протоколу безпечних сокетів (SSL) або протоколу захисту транспортного рівня (TLS) Інтернету; WTLS забезпечує встановлення достовірності і секретність для використовуваного зв'язку;
• безпровідний протокол дейтаграммы(WDP): WDP транспортного рівня є рівнем адаптації між WAP і використовуваним переносником. У разі IP як мережевого рівня UDP використовується замість WDP.

При порівнянні з відомими протоколами Інтернету, такими як ТСР і НТТР, WAP-протоколи  відрізняються від них наступними аспектами:

• протоколи WDP або UDP забезпечують тільки доставку дейтаграмм без підтверджень. Для сервісів, які працюють без встановлення логічного з'єднання, ця технологія звільняє їх від службової інформації і затримок. Один з прикладів  — транзакція WTP класу 0;
• коректна доставка і повторні передачі забезпечуються окремим транспортним рівнем. Він виконує ці функції, тільки якщо вони запрошені послугами більш високих рівнів (WTP класу 1 або 2);
• WAP працює методом транзакцій. Кількість даних, які можуть бути передані однією транзакцією за умовчанням, рівне 1400 байтам. Це здійснюється при установці часу сеансу WSP. Якщо використовуються WTP-сегментація і повторне складання, кількість даних в транзакції обмежена договірним розміром SDU;
• WSP здійснює усі особливості НТТР 1.1 і збільшує їх двійковим кодом, прагнучи до більшої ефективності.

WAP-реліз 2.0. У специфікації WAP 2.0 [6,7] деякі існуючі WАР-протоколи були доповнені новими можливостями. WАР 2.0 конверсируется з широко використовуваними протоколами Інтернету, такими як ТСР і НТТР.

Включення безпровідних профілів ТСР (WР-ТСР) в WАР-архітектуру версії 2.0 мотивувалося впровадженням безпровідних мереж  з більш високими швидкостями  передачі даних (наприклад, GPRS, EGPRS і UMTS). Перевага ТСР його здатність передавати великі об'єми даних, наскрізна безпека (використання протоколу захисту  транспортного рівня (ТLS)) і конвергенція з протоколами IETF. WР-ТСР оптимізований для безпровідних систем зв'язку, але може використовуватися із стандартними реалізаціями ТСР (рисунок 2.11).

Рисунок 2.11 - Безпровідна профільована ТСР: а — з WAP-модулем;

б — без WAP-модуля

 

Крім того, WAP 2.0 не вимагає WAP-проксі, оскільки зв'язок між клієнтом і  сервером може проводитися з використанням  НТТР 1.1. Проте впровадження WAP-проксі може оптимізувати процес з'єднання  і відкриває можливості для додаткових послуг, таких як місце розташування, секретність і інші, на основі існуючих. Також WAP-проксі потрібний для забезпечення функціональності оперативної доставки інформації (Push).

Реалізації безпровідного профілю  ТСР (WP-ТСР) можуть також використовуватися  для наскрізних з'єднань без проміжних  вузлів. Таким чином, WP-ТСР повинен  підтримувати обидва режими роботи: розгалужену  і наскрізну ТСР. Вибір режиму ТСР залежить від таких чинників, як поточні можливості, точки доступу додатка або мережі. Вимоги для реалізації WP-ТСР описуються детально в [8].

Послуги обміну мультимедійними  повідомленнями. Такі послуги обміну мультимедійними повідомленнями (MMS — Multimedia Messaging Service) призначені для обміну між абонентами, зображеннями, фотографіями в комбінації з промовою або текстом. Це має на увазі як посилку, так і отримання подібних повідомлень облаштуваннями клієнта: традиційна електронна пошта, доступна в Інтернеті, і безпровідні системи обміну повідомленнями, наприклад системи типу пейджерів або SMS. Ці послуги є прикладом використання "завантаження і пересилки" [5].

MMS-повідомлення повідомляють MS(Mobile Station) про отримане повідомлення, яке складається тільки із  заголовків MMS. Мета повідомлення  полягає в тому, щоб дозволити  клієнтові безпосередньо вибирати  мультимедійне повідомлення з  позиції, вказаної в повідомленні. Клієнт витягає повідомлення, посилаючи  WSP/НТТР-запит на сервер MMS, URL отриманого  повідомлення, що містить. Відповідь  на запит містить заголовки  і вміст повідомлення, що поступило.

MMS-представлення зроблене шляхом  розставляння, розмітки, впорядкування  і синхронізації мультимедійних  об'єктів на екрані терміналу  і інших облаштуваннях, наприклад,  динаміка. За допомогою MMS-представлення  посилач мультимедійного повідомлення  має можливість організувати  зміст мультимедіа у виразному  порядку і вказати, як об'єкти  мультимедіа представлені в приймальному  терміналі.

Є різні альтернативи для мови представлень. Найбільш поширені мова розмітки для  безпровідного зв'язку (WML — Wireless Markup Language) і синхронізована мова інтеграції мультимедіа (SMIL — Synchronised Multimedia Integration Language) [9]. Тоді як WML - представлeние для обміну мультимедійними повідомленнями пропонує ті ж можливості впорядкування і позиціонування для додатків перегляду, SMIL забезпечує додаткові можливості, такі як, наприклад, синхронізація об'єктів мультимедіа, а також анімація. SMIL — проста мова на основі ХМL, яка складається з набору модулів, що визначають семантику і синтаксис для деяких областей функціональних можливостей. Приклади цих модулів — модуль розміщення, модуль часу і синхронізації і модуль анімації.

Інформація про мову представлення MMS передасться в тому ж повідомленні, яке несе об'єкт мультимедіа. Таким  чином, повідомлення мультимедіа компактний пакет об'єктів мультимедіа і  додаткова інформація представлення.

Оскільки декілька компонентів MMS відповідають різним застосуванням, подібно  до електронної пошти або перегляду WWW, існуючі моделі трафіку можуть застосовуватися для моделі MMS-трафіку. Типові розміри перших мультимедіа  повідомлень — 20 кбайт, а максимальний розмір із-за обмежень пам'яті, як очікується, дорівнюватиме 100 кбайт.