|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Управление качеством сервиса в распределенных вычислительных системах и компьютерных сетях с программным управлениемНИР
Managing quality of service in distributed computer systems and software-defined computer networks
- Руководитель НИР: Смелянский Р.Л.
- Ответственный исполнитель: Бахмуров А.Г.
- Участники НИР: Антоненко В.А., Бабернов В.В., Балаханов В.А., Балашов В.В., Волканов Д.Ю., Герасёв А.В., Глонина А.Б., Жайлауова Ш., ИВАНОВ А.В., Косачева С.А., Костенко В.А., Пашков В.Н., Петров И.С., Пинаева Н.М., Рязанова Е.В., Скобцова Ю.А., Степанов Е.П., Чемерицкий Е.В., Чистолинов М.В., Шалимов А.В.
- Подразделение: Лаборатория вычислительных комплексов
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 7.4.16
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116021510095-3
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Программное и математическое обеспечение эффективного решения актуальных задач на современных вычислительных системах
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к передовым цифровым, интеллектуальным технологиям
- ПН России: Информационно-телекоммуникационные системы
- Направление технологического прорыва России: Стратегические информационные технологии
- Критическая технология России: Технологии доступа к широкополосным мультимедийным услугам
-
Рубрики ГРНТИ:
- 50.41.23 Программное обеспечение вычислительных сетей
- 50.51.17 Программное обеспечение процессов проектирования
- Классификатор OECD: Телекоммуникации
-
Ключевые слова:
планирование ресурсов, программно-конфигурируемые сети, качество обслуживания, виртуализация ресурсов
software-defined networks, modelling and simulation, virtualization, quality of service, resource planning -
Описание:
Исследования нацелены на создание моделей, методов и алгоритмов, прототипов средств, обеспечивающих требуемое качество сервиса в современных сетях с программным управлением. Основные направления исследований: 1. Критерии качества обслуживания. Выбор и обоснование критериев для различных областей применения программно управляемых сетей (в частности, сеть ЦОД, сеть предприятия, сеть бортовых каналов); методы проверки выполнения критериев качества; методы проверки совместимости критериев качества для различных фрагментов сети. 2. Конфигурирование и переконфигурирование программно управляемых сетей. Алгоритмы, методы и средства: •определения текущего состояния сети; •формирования виртуальных каналов и определения их маршрутов; •реконфигурации сети, в т.ч. при отказах оборудования. 3.Моделирование программно управляемых сетей. Теоретические модели функционирования сетей. Аналитические модели производительности. Методы автоматизации построения имитационных моделей сетей. 4. Управление сетями. Методы и средства описания требований к структуре сети и к качеству обслуживания. 5.Платформа управления сетями. Выбор и обоснование архитектуры платформы. Взаимодействие платформы и управляющих приложений. Отладка управляющих приложений. Методы обеспечения отказоустойчивости и высокой доступности платформы. 6.Средства коммутации. Архитектура программно управляемых коммутаторов. Прототипы коммутаторов. 7.Виртуализация и согласованное планирование различных видов ресурсов (вычислительных, сетевых, ресурсов хранения данных) для реализации требований к качеству сервиса, в т.ч. требований реального времени. Алгоритмы и методы согласованного отображения (привязки) виртуальных ресурсов на физические ресурсы. Платформа управления виртуальной информационной инфраструктурой. 8.Алгоритмы и методы планирования вычислительной нагрузки и потоков данных в распределенных вычислительных системах, основанных на сетях с программным управлением.
-
Abstract:
Main research directions are: 1. QoS criteria, choice of ones for various application areas of software-defined networks: data centers, enterprise networks, onboard data channels; methods to check the fullfillment of QoS criteria, methods to check the compatibility of QoS criteria for different network areas. 2. Configuration and reconfiguration of networks. Algotithms and tools for: - determining the current network state; - routing of virtual channels; - network reconfiguration, including hardware faults handling. 3. Modelling and simulation of sofware defined networks. Formal models of network operation. Analytical performance models. Automation of network simulation models construction. 4. Software-defined network management. Methods and tools for specification of requirements to the network structure and QoS. 5. The controller platform. Design of the platform's architecture. Platform API for control applications. Debugging of network control applications. Means of providing of fault-tolerance and high availability of network coltrol platform. 6. Switching. Architecture of software-defined network switches. Prototype of a switch. 7. Virtualization and joint scheduling of different kinds of resources (computing, network, storage) to satisfy QoS, including real-time restrictions. Algorithms and methods of coherent mapping of virtual resources onto physical ones. Platform for virtual infrastructure management. 8. Algorithms and methods of scheduing of computations and data streams in distributed computer systems, which use software-defined networks.
-
Планируемые результаты:
1. Формальные модели функционирования программно-управляемых сетей 2. Методы и средства моделирования и анализа функционирования программно-управляемых сетей 3. Методы и экспериментальные образцы средств управления сетями 4. Экспериментальные образцы средств коммутации 5. Экспериментальные образцы средств комплексной виртуализации ресурсов 6. Экспериментальные образцы средств планирования ресурсов и отображения виртуальных ресурсов на физические
-
Научный задел:
Результаты госбюджетной НИР 2011-2015 г., госконтракта с Минобрнауки РФ: методы и средства анализа и разработки управляющих систем реального времени, прототип сетевой операционной системы для управления программно-конфигурируемыми сетями
- Добавил в систему: Врагова Елена Юрьевна
Соисполнители НИР
| МГУ имени М.В. Ломоносова | Координатор |
Источник финансирования НИР
| госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Управление качеством сервиса в распределенных вычислительных системах и компьютерных сетях с программным управлением |
| Результаты этапа: Задачи этапа 1 НИР выполнены успешно. Получены следующие результаты: 1. Выделен перечень показателей качества сервиса для сетей передачи данных масштаба предприятия, дано обоснование применимости этих показателей, подготовлен обзор методов обеспечения качества сервиса. 2. Построена формальная модель сети из дистанционно управляемых коммутаторов, применимая для верификации политик коммутации пакетов. 3. Разработана математическая модель сети для расчёта оценок времени задержки прохождения пакетов по заданному маршруту. 4. Разработаны алгоритмы статико-динамического планирования вычислений в распределённых системах реального времени, обеспечивающие соблюдение требований к качеству обслуживания в части директивных сроков выполнения задач и передачи данных по сети. 5. Разработан подход к автоматизации построения имитационных моделей систем реального времени из моделей типовых модулей. Разработана архитектура программного средства построения моделей. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Управление качеством сервиса в распределенных вычислительных системах и компьютерных сетях с программным управлением |
| Результаты этапа: Целью данной НИР является исследование и разработка принципов построения и функционирования сетей с программным управлением, а также методов и средств обеспечения соблюдения соглашений о качестве обслуживания в таких сетях, в том числе для информационно-управляющих систем реального времени. На втором этапе НИР были получены следующие основные результаты: 1.Рекомендации по изменению архитектуры программного ПКС коммутатора для ускорения его работы. 2.Рекомендации по использованию ПКС контроллеров и ПКС коммутаторов в составе системы имитационного моделирования компьютерных сетей на основе принципа легковесной виртуализации. 3.Методы настройки многопоточной маршрутизации для сетей доставки контента, способные повысить качество соединений по сравнению с традиционной передачей данных, использующей единственный поток. 4.Архитектурные решения и алгоритмы для системы моделирования компьютерных сетей на основе легковесной виртуализации. 5.Функциональные требования к распределённой облачной платформе на основе технологий ПКС и NFV и её архитектура. 6.Алгоритмы отображения запросов на физические ресурсы ЦОД. 7.Постановка задачи конфигурирования сетей передачи данных (СПД) в информационно-управляющих системах реального времени. 8.Алгоритм и инструментальные средства конфигурирования СПД ИУС РВ. 9.Подходы к корректировке распределения вычислительной нагрузки при невозможности построения корректного расписания вычислений. 10.Подходы к инкрементному расширению распределения вычислительной нагрузки при модернизации ИУС РВ. 11.Аналитический обзор методов обеспечения отказоустойчивости (МОО) вычислительных систем с указанием перспективных МОО для применения в системах с архитектурой интегрированной модульной авионики (ИМА) с поддержкой виртуализации ресурсов. | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Управление качеством сервиса в распределенных вычислительных системах и компьютерных сетях с программным управлением |
| Результаты этапа: 3.1. Архитектура распределённой платформы виртуализации сетевых функций и способы междоменного взаимодействия в ней. 3.2. Алгоритм распределения вычислительной нагрузки по модулям и процессорным ядрам в распределенных вычислительных системах реального времени (ВСРВ) с архитектурой ИМА. 3.3. Постновка задачи планирования вычислений для систем реального времени с архитектурой интегрированной модульной авионики (ИМА) и алгоритмы ее решения, основанные на нахождении максимального потока в транспортной сети. 3.4. Исследование методов применения многопоточной передачи пакетов для балансировки (и ускорения передачи) трафика в программно-конфигурируемой компьютерной сети. 3.5. Архитектура средств формирования высокоскоростного (до 1 Гбит/с) видеотрафика с выдачей в сеть. Экспериментальная реализация средств. 3.6. Результаты исследования и доработка средств автоматической генерации правил для ПКС коммутатора на основе высокоуровневого описания политики коммутации Maple и Freenetic. 3.7. Обзор публикаций в предметной области «организация облачной инфраструктуры на неоднородной сети микро-ЦОД». | ||
| 4 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Управление качеством сервиса в распределенных вычислительных системах и компьютерных сетях с программным управлением |
| Результаты этапа: Основные полученные результаты: - проведён анализ сетевых сервисов, необходимых оператору связи; - построен набор наиболее важных (и ресурсоёмких) сценариев обработки пакетов в сетевом процессоре; - сформулированы требования к суммарной пропускной способности сетевого процессора; - построена имитационная модель конвейера обработки пакетов сетевого процессора; - проведено экспериментальное исследование построенной модели; оно показало, что с использованием вычислительных ядер общего назначения требуемая пропускная способность не может быть достигнута, т.е. требуется разработка вычислительных ядер, специализированных для обработки пакетов; - разработаны алгоритмы решения задач, необходимых для распределения вычислительной нагрузки по модулям и планирования передачи данных для систем реального времени на основе сетей передачи данных с централизованным управлением; - проведено экспериментальное исследование построенных алгоритмов; оно показало возможность их применения для встречающихся на практике систем. | ||
| 5 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Управление качеством сервиса в распределенных вычислительных системах и компьютерных сетях с программным управлением |
| Результаты этапа: В ходе работы был создан алгоритм отображения запросов на виртуальную инфраструктуру ЦОД (т.е., набора виртуальных машин с заданными требованиями по производительности) на физические сервера ЦОД. Алгоритм поддерживает миграцию ранее распределённых виртуальных машин в целях снижения фрагментации физических ресурсов ЦОД.Проект архитектуры системы сбора телеметрии демонстрирует возможность применения разработанных в ходе НИР программных средств для поcтроения системы сбора медицинской телеметрии с открытым исходным кодом.Созданный прототип средства отладки управляющих приложений для контроллера программно-конфигурируемой сети позволяет обнаруживать ситуации, когда приложения пытаются установить на коммутатор противоречащие друг другу правила. В такой ситуации выводится сообщение об ошибке с указанием соответствующей точки в тексте приложений. Указанная возможность упрощает отладку приложений для ПКС контроллера и способствует применению технологии ПКС в облачной инфраструктуре. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".