Registration Number
0826U000817, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
24-04-2026
popup.evolution
o
Title
Traffic flow optimization in software-defined telecommunication networks via the minimum-transit method on an ST-planar free-oriented graph.
Author
Olha Yavorska,
popup.head Victor I. Tikhonov
popup.head Andrii O. SEMENOV
popup.opponent Mariia A. Skulysh
popup.opponent Maryna Yevdokymenko
popup.review Mykola Vasylkivskyj
popup.review Dmytro Mykhalevskyi
popup.rada
Vinnytsia national technical university
Description
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі підвищення продуктивності програмно-конфігурованих телекомунікаційних мереж на основі сучасних моделей оптимізації та розподілу цифрових потоків. Основна увага приділена розробленню методу, який ефективно використовує властивість сучасних каналів зв'язку до динамічного перерозподілу пропускної здатності у прямому та зворотному напрямках.
В дисертаційній роботі представлені результати наукових досліджень і практичних розробок, спрямованих на удосконалення відомих методів оптимізації транспортних потоків. Це уможливило підвищити продуктивність програмно-конфігурованої телекомунікаційної мережі за рахунок розроблення методу мінімального транзиту на ST-планарному вільно-орієнтованому графі та програмної реалізації алгоритмів для розв’язання прямої та зворотної задач оптимізації.
У роботі виконано аналіз існуючих моделей задачі максимального потоку (MaxFlow), встановлено їх обмеження щодо застосування в мережах із динамічною реконфігурацією каналів, зокрема в архітектурі SDN. Обґрунтовано доцільність використання ST-планарного вільно-орієнтованого графа як адекватної математичної моделі сучасних телекомунікаційних мереж.
Запропоновано удосконалену модель телекомунікаційної мережі на основі нормалізованого вільно-орієнтованого графа (FOG), у якому ребра мають фіксовану сумарну пропускну здатність із можливістю її довільного розподілу між напрямками. Сформульовано пряму задачу оптимізації потоків для визначення навантаження ребер за заданим розподілом потоків та розроблено відповідний алгоритм її розв’язання.
Сформульовано зворотну задачу оптимізації, яка передбачає визначення максимального потоку та його розподілу по незалежних маршрутах. Для її розв’язання розроблено модифікований ітераційний алгоритм (MIA) з використанням пакетної обробки маршрутів і процедури Max Selection. Алгоритм реалізовано мовою Python та адаптовано до роботи в SDN-середовищі Mininet із контролером Ryu.
Проведено комп’ютерне моделювання та експериментальні дослідження, що підтвердили ефективність запропонованого підходу. Показано переваги методу над класичними алгоритмами (Shortest Path, ECMP, Adaptive Routing) за рахунок більш ефективного використання пропускної здатності каналів і уникнення перевантажень. Експериментальна верифікація в умовах інтенсивного трафіку підтвердила стабільність і продуктивність алгоритму.
Основні результати роботи полягають у наступному:
1. Удосконалено модель програмно-конфігурованої телекомунікаційної мережі SDN шляхом введення адаптивної метрики графу мережі, яка відрізняється від відомих моделей тим, що кожне ребро має фіксовану загальну пропускну здатність, яка може бути довільно розподілена для потоків у прямому та зворотному напрямках. За рахунок цього забезпечується максимальне можливе використання ресурсів мережі SDN та збільшується її продуктивність.
2. Удосконалено спосіб розв’язання задачі про максимальний потік мережі SDN шляхом пакетного обчислення розподілу потоків по незалежних маршрутах між полюсами вільно-орієнтованого графу, відмінний від відомих тим, що на кожній ітерації оновлюється залишкова вага лише тих ребр, які увійшли до складу попередньо знайдених маршрутів. Це дозволяє контролеру SDN аналізувати поточний стан завантаження каналів і спрямувати обчислювальні ресурси виключно на модифікацію активних маршрутів.
3. Удосконалено спосіб вибору маршрутів для розподілу потоків в мережі SDN шляхом аналізу маршрутів однакової довжини зі спільними ребрами, відмінний від відомих способів тим, що першочергово обирається маршрут з максимально можливим потоком, за рахунок чого зменшується кількість ітерацій алгоритму та збільшується його швидкодія.
Результати роботи впроваджено в експериментальну SDN-мережу Акціонерного товариства «Укртелеком» (м. Одеса) та навчальний процес Державного університету інтелектуальних технологій і зв’язку.
Ключові слова: програмно-конфігурована мережа (SDN), телекомунікаційна мережа, безпровідний канал, задача максимального потоку (MaxFlow), оптимізація, транспортні потоки, пропускна здатність, комп’ютерне моделювання, метод мінімального транзиту, модифікований ітераційний алгоритм (MIA), ST-планарний вільно-орієнтований граф, трафік, якість обслуговування (QoS), маршрутизація, конфігурація мережі.
Registration Date
2026-04-03
popup.nrat_date
2026-04-03 / 2026-07-01
