priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-4-285-296pribor-86Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, MANAGEMENT AND INFORMATION PROCESSINGМетод передачи данных в программно-конфигурируемых сетях с использованием планировщика и контроля доставкиMethod of data transmission in software-defined networks using a scheduler and rate controlНикишинК. И.NikishinK. I.

Кирилл Игоревич Никишин — канд. техн. наук; кафедра вычислительной техники; доцент

Пенза

Kirill I. Nikishin — PhD; Department of Computer Science; Аssociate professor

Penza

nkipnz@mail.ruПензенский государственный университетPenza State University202326112024664285296Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/86

Предложен метод передачи данных с использованием планировщика и функции контроля доставки в программно-конфигурируемых сетях, разработан алгоритм его работы. Рассмотрен возможный вариант аппаратной реализации коммутатора OpenFlow, выполняющего обработку и передачу разнородного трафика. Описаны особенности функционирования основных узлов коммутатора — планировщика расписания и валидатора времени доставки. На основе предложенного метода проведено моделирование программноконфигурируемых сетей с помощью аппарата сетей Петри. Исследованы вероятностно-временные характеристики модели, проведена верификация метода с использованием сетей Петри. Эффективность предложенного метода заключается в том, что загрузка коммутатора остается постоянной за счет более гибкой настройки расписания планировщика (вместо использования жестких тайм-аутов), а также возможности досрочной передачи стандартных данных.  

A method of data transmission using a scheduler and a delivery control function in software-defined networks is proposed, and an algorithm for its operation is developed. A possible variant of the hardware implementation of the OpenFlow switch, which performs the processing and transmission of heterogeneous traffic, is considered. The features of the functioning of the main nodes of the switch - the scheduler and the delivery time validator - are described. On the basis of the proposed method, modeling of software-defined networks using the apparatus of Petri nets is carried out. The probabilistic-temporal characteristics of the model are studied, and the method is verified using Petri nets. The effectiveness of the proposed method lies in the fact that the switch load remains constant due to more flexible scheduler settings (instead of using hard timeouts), as well as the possibility of early transmission of standard data. 

программно-конфигурируемые сетиOpenFlowкоммутаторEthernetтрафикрежим реального временипланировщик расписанияконтроль доставки кадровсети Петриsoftware-defined networksOpenFlowswitchEthernettrafficreal-time modeschedulerframes delivery controlPetri netsReferencesОлифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 4-е изд. СПб: Питер, 2010. 943 с.Olifer V.G., Olifer N.A. Komp'yuternyye seti. Printsipy, tekhnologii, protokoly (Computer Networks. Principles, Technologies, Protocols), St. Petersburg, 2010, 943 р. (in Russ.)Karakus M., Durresi A. Quality of service (QoS) in software defined networking (SDN): A survey // Journal of Network and Computer Applications. 2017. Vol. 80. P. 200—218.Karakus M., Durresi A. Journal of Network and Computer Applications, 2017, vol. 80, pp. 200–218.Перепелкин Д. А., Бышов В. С. Балансировка потоков данных в программно-конфигурируемых сетях с обеспечением качества обслуживания сетевых сервисов // Радиотехника. 2016. № 11. C. 111—119.Perepelkin D.A., Byshov V.S. Radioengineering, 2016, no. 11, pp. 111–119. (in Russ.)Никишин К. И. Механизм управления трафиком реального времени в коммутаторе Ethernet // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2015. № 10. С. 32—37.Nikishin K.I. Vestnik komp'iuternykh i informatsionnykh tekhnologii (Herald of Computer and Information Technologies), 2015, no. 10, pp. 32–37. (in Russ.)Nikishin K., Konnov N. Schedule Time-Triggered Ethernet // 2020 International Conference on Engineering Management of Communication and Technology (EMCTECH). Vienna, Austria, 2020. P. 1—5. DOI: 10.1109/EMCTECH49634.2020.9261540.Nikishin K., Konnov N. 2020 International Conference on Engineering Management of Communication and Technology (EMCTECH), Vienna, Austria, 2020, pp. 1–5, DOI: 10.1109/EMCTECH49634.2020.9261540.Nikishin K., Konnov N., Pashchenko D. Modelling of systems using Time-Triggered Ethernet // Springer Information Technologies and Mathematical Modelling — Queueing Theory and Applications. 2017. Vol. 638. Ser. Communications in Computer and Information Science. P. 303—314.Nikishin K., Konnov N., Pashchenko D. Springer Information Technologies and Mathematical Modelling – Queueing Theory and Applications, 2017, vol. 638, ser. Communications in Computer and Information Science, рр. 303–314.McKeown N., Anderson T., Balakrishnan H. et al. Openflow: enabling innovation in campus networks // ACM SIGCOMM Computer Communication Review. 2008. Vol. 38, N 2. P. 69—74.McKeown N., Anderson T., Balakrishnan H. et al. ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 2008, no. 2(38), pp. 69–74.Shalimov A. et al. Advanced study of SDN/OpenFlow controllers // Proc. of the 9th Central & Eastern European Software Engineering Conf. in Russia. ACM, 2013.Shalimov A. et al. Proceedings of the 9th Central & Eastern European Software Engineering Conference in Russia, ACM, 2013.Kobayashi M., Seetharaman S., Parulkar G., Appenzeller G., Little J., Van Reijendam J., McKeown N. Maturing of OpenFlow and Software-Defined Networking Through Deployments // Computer Networks. 2014. Vol. 61. P. 151— 175.Kobayashi M., Seetharaman S., Parulkar G., Appenzeller G., Little J., Van Reijendam J., McKeown N. Computer Networks, 2014, vol. 61, pp. 151–175.Maniu R. and Dumitru L. A. Exploring the possibilities of a self⁃ regulating SDN controller // Scientific Bulletin „Mircea cel Batran“ Naval Academy. 2015. Vol. 18, N 1. P. 58—61.Maniu R. and Dumitru L.A. Scientific Bulletin „Mircea cel Batran“ Naval Academy, 2015, no. 1(18), pp. 58–61.Перепелкин Д. А. Концептуальный подход динамического формирования трафика программноконфигурируемых телекоммуникационных сетей с балансировкой нагрузки // Информационные технологии. 2015. T. 21, № 8. C. 602—610.Perepelkin D.A. Information Technologies (Informacionnye Tehnologii), 2015, no. 8(21), pp. 602–610. (in Russ.)Ren H., Li X., Geng J. A SDN⁃ based dynamic traffic scheduling algorithm // IEEE Intern. Conf. on Cyber⁃ Enabled Distributed Computing and Knowledge Discovery (CyberC). Chengdu, China, 2016. DOI: 10.1109/CyberC.2016.103.Ren H., Li X., Geng J. IEEE International Conference on Cyber⁃ Enabled Distributed Computing and Knowledge Discovery (CyberC), Chengdu, China, 2016, DOI: 10.1109/CyberC.2016.103.Механов В. Б., Кизилов Е. А. Моделирование цветными сетями Петри обслуживания очередей алгоритмом WRR // Тр. IX. Междунар. науч.-техн. конф. „Новые информационные технологии и системы“. Ч. 1. Пенза: Изд-во ПГУ, 2010. С. 67—73.Mekhanov V.B., Kizilov E.A. Novyye informatsionnyye tekhnologii i sistemy (New Information Technologies and Systems), Proceedings of the IX International Scientific and Technical Conference, Part 1, Penza, 2010, рр. 67–73. (in Russ.)Kizilov E., Konnov N., Nikishin K., Pashchenko D., Trokoz D. Scheduling queues in the Ethernet switch, considering the waiting time of frames // MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 44. P. 01011-p.1—01011-p. 5.Kizilov E., Konnov N., Nikishin K., Pashchenko D., Trokoz D. MATEC Web of Conferences, 2016, vol. 44, рр. 01011p.1–01011-p. 5.Кизилов Е. А., Коннов Н. Н., Механов В. Б., Никишин К. И. Учет времени поступления кадров для управления очередями в коммутаторе // Телематика-2014: тр. XХI Всерос. науч.-метод. конф. СПб: СПбГУ ИТМО, 2014. С. 134—136.Kizilov E.A., Konnov N.N., Mekhanov V.B., Nikishin K.I. Telematika-2014 (Telematics-2014), Proceedings of the XXI All-Russian Scientific and Methodological Conference, St. Petersburg, 2014, рр. 134–136. (in Russ.)Никишин К. И., Коннов Н. Н., Гурин Е. И. Усовершенствованный механизм передачи трафика жесткого реального времени в сети Ethernet // Изв. вузов. Поволжский регион. Технические науки. 2018. № 4. С. 28—38.Nikishin K.I., Konnov N.N., Gurin E.I. University proceedings. Volga region. Technical sciences, 2018, no. 4, pp. 28–38. (in Russ.)Jensen K., Kristensen L. M. Coloured Petri Nets. Modelling and Validation of Concurrent Systems. Berlin: Springer, 2009. 384 р.Jensen K., Kristensen L.M. Coloured Petri Nets. Modelling and Validation of Concurrent Systems, Berlin, Springer, 2009, 384 р.Никишин К. И., Коннов Н. Н. Генератор трафика Ethernet на основе цветных сетей Петри // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2016. № 1(17). C. 299—307.Nikishin K.I., Konnov N.N. Models, Systems, Networks in Economics, Technology, Nature and Society, 2016, no. 1(17), pp. 299–307. (in Russ.)Никишин К. И. Моделирование и верификация топологий программно-конфигурируемых сетей // Вестн. Рязанского государственного радиотехнического университета. 2022. № 80. С. 67—74. DOI: 10.21667/19954565-2022-80-67-74.Nikishin K.I. Vestnik of Ryazan State Radioengineering University, 2022, no. 80, pp. 67–74, DOI: 10.21667/19954565-2022-80-67-74. (in Russ.)Никишин К. И. Моделирование контроллера и верификация процесса передачи данных в программноконфигурируемых сетях // Вестн. Рязанского государственного радиотехнического университета. 2022. № 80. С. 75—83. DOI: 10.21667/1995-4565-2022-80-75-83.Nikishin K.I. Vestnik of Ryazan State Radioengineering University, 2022, no. 80, pp. 75–83, DOI: 10.21667/19954565-2022-80-75-83. (in Russ.)Никишин К. И. Моделирование процесса передачи трафика в программно-конфигурируемых сетях // Вестн. Рязанского государственного радиотехнического университета. 2022. № 81. С. 32—41. DOI: 10.21667/19954565-2022-81-32-41.Nikishin K.I. Vestnik of Ryazan State Radioengineering University, 2022, no. 81, pp. 32–41, DOI: 10.21667/19954565-2022-81-32-41. (in Russ.)Никишин К. И. Исследование и моделирование таблицы потоков коммутатора Openflow в программноконфигурируемых сетях // Вестн. Рязанского государственного радиотехнического университета. 2022. № 81. С. 42—50. DOI: 10.21667/1995-4565-2022-81-42-50.Nikishin K.I. Vestnik of Ryazan State Radioengineering University, 2022, no. 81, pp. 42–50, DOI: 10.21667/19954565-2022-81-42-50. (in Russ.)Никишин К. И. Моделирование процесса передачи трафика реального времени с использованием планировщика и функцией контроля доставки в программно-конфигурируемых сетях // Изв. СПбГЭТУ „ЛЭТИ“. 2023. Т. 16, № 1. С. 53—65. DOI: 10.32603/2071-8985-2023-16-1-53-65.Nikishin K.I. Saint Petersburg Electrotechnical University Journal, 2023, no. 1(16), рр. 53–65, DOI: 10.32603/20718985-2023-16-1-53-65. (in Russ.)Никишин К. И. Моделирование метода ранней диагностики потерь трафика реального времени в программно-конфигурируемых сетях на основе аппарата сетей Петри // Вестн. Поволжского государственного технологического университета. Сер. „Радиотехнические и инфокоммуникационные системы“. 2022. № 2(54). С. 47—60. DOI: 10.25686/2306-2819.2022.2.4.Nikishin K.I. Vestnik of Volga State University of Technology. Ser.: Radio Engineering and Infocommunication Systems, 2022, no. 2(54), pp. 47–60, DOI: 10.25686/2306-2819.2022.2.4. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.