Overview of the Course in “Wireless and Mobile Security”

This paper provides an overview of “Wireless and Mobile Security” course. The course offers practical study of security issues and features concerning wireless security. The program of the course effciently interleaves systematic theoretical knowledge and practical work. The theoretical part of the course includes basic information about the architecture of wireless networks, as well as available in this area to modern standards and protection mechanisms built into the equipment for wireless networks. It is also proposed an effective method for integrating a wireless network with the existing network infrastructure, taking into account all aspects of security. More than 50 percent of teaching time is devoted to practical work on the protection of wireless networks. During the course skills to work with software NetStumbler, Kismet, AirSnort, Aircrack, and other monitoring wireless and network tools will be acquired. Particular attention is paid to the use of the most common tools of audit wireless networks, both commercial, and open source. In conclusion, a comprehensive approach to wireless security will be offered for each wireless technology

Вдосконалення тензорної моделі адаптивної маршрутизації в інфокомунікаційній мережі із забезпеченням сприймаємої якості обслуговування за r-фактором

The object of research is the routing processes and ensuring the quality of experience in the infocommunication network. To conduct research an improvement of the adaptive routing tensor model in an infocommunication network with quality of experience by the R-factor is proposed. The basis was a floe-based routing model that took into account possible packet losses caused by congestion of network elements and was represented by the conditions for implementing a multipath routing strategy, conditions of the flow conservation and conditions for preventing overload of communication links. To obtain in an analytical form the conditions for ensuring the quality of experience in terms of the R-factor, a tensor description of the infocommunication network is carried out. This allowed obtaining of analytical expressions for calculating the average end-to-end delay and the probability of packet loss, which were used to formulate the QoE conditions in terms of the R-factor.In the framework of the proposed model, solving the technological problem of adaptive routing solutions are reduced to solving the optimization problem of nonlinear programming for calculating route variables. The introduced optimality criterion allowed it possible to ensure the adaptive nature of route decisions, when an increase in QoE requirements led to an increase in the amount of network resource used. To solve the problem, methods of mathematical programming were used, which are implemented in the MatLab package.A study on a fragment of the infocommunication network made it possible to evaluate the adequacy and effectiveness of the proposed model. Using the obtained research results, it was possible to ensure the fulfillment of the specified QoE requirements in terms of the R-factor for the services provided to end users. Using the proposed model is characterized by high efficiency on load balancing across multiple routes in the infocommunication network. This was evidenced by the fact that at a given value of the R-factor, with an increase in the intensity of traffic entering the infocommunication network, there was a gradual increase in the number of routes involved. In other words, the network resource was distributed evenly and efficiently by 7–10 % relative to known analogues, which, when solving the same problem, immediately use all possible routes.Объектом исследования являются процессы маршрутизации и обеспечение качества восприятия услуг в инфокоммуникационной сети, которые предоставляются конечным пользователям. Для проведения исследования в работе предложено усовершенствование тензорной модели адаптивной маршрутизации в инфокоммуникационной сети с обеспечением воспринимаемого качества обслуживания по R-фактору. За основу использовалась потоковая модель маршрутизации, которая учитывала возможные потери пакетов, вызванные перегрузкой элементов сети. Данная модель была представлена условиями реализации многопутевой стратегии маршрутизации, сохранения потока и предотвращения перегрузки каналов связи. Для получения в аналитическом виде условий обеспечения качества восприятия по показателю R-фактора осуществлено тензорное описание инфокоммуникационной сети. Это позволило получить аналитические выражения для расчета средней межконцевой задержки и вероятности потерь пакетов, которые были использованы для формирования QoE-условий по показателю R-фактора.В рамках предложенной модели решение технологической задачи адаптивной маршрутизации сведено к решению оптимизационной задачи нелинейного программирования по расчету маршрутных переменных. Введенный критерий оптимальности позволил обеспечить адаптивный характер маршрутных решений, когда повышение QoE-требований приводило к росту объемов использованного сетевого ресурса. Для решения поставленной задачи использовались методы математического программирования, которые реализованы в пакете MatLab.Проведенное исследование на фрагменте инфокоммуникационной сети позволило оценить адекватность и эффективность предложенного подхода. С помощью полученных результатов исследований удалось обеспечить выполнение заданных QoE-требований по показателю R-фактора к услугам, предоставляемым конечным пользователям. Использование предложенной модели характеризуется большей эффективностью по балансировке нагрузки по множеству маршрутов в инфокоммуникационной сети. Об этом свидетельствовало то, что при заданном значении R-фактора, с ростом интенсивности трафика, поступающего к инфокоммуникационной сети, осуществлялось постепенное увеличение количества задействованных маршрутов. Другими словами, сетевой ресурс распределялся равномерно и эффективно на 7–10 % относительно известных аналогов, которые при решении этой же задачи одновременно используют все возможные маршруты.Об'єктом дослідження є процеси маршрутизації та забезпечення якості сприйняття послуг, що надаються кінцевим користувачам, в інфокомунікаційній мережі. Для проведення дослідження в роботі запропоновано вдосконалення тензорної моделі адаптивної маршрутизації в інфокомунікаційній мережі із забезпеченням сприймаємої якості обслуговування за R-фактором. За основу було взято потокову модель маршрутизації, яка враховувала ймовірні втрати пакетів, викликані перевантаженням елементів мережі, та була представлена умовами реалізації багатошляхової стратегії маршрутизації, збереження потоку та запобігання перевантаження каналів зв'язку. Для отримання в аналітичному вигляді умов забезпечення якості сприйняття за показником R-фактору здійснено тензорний опис інфокомунікаційної мережі. Це дозволило отримати аналітичні вирази для розрахунку середньої міжкінцевої затримки та ймовірності втрат пакетів, які були використані для формування QoE-умов за показником R-фактору.В рамках запропонованої моделі рішення технологічної задачі адаптивної маршрутизації було зведено до розв’язання оптимізаційної задачі нелінійного програмування з розрахунку маршрутних змінних. Введений критерій оптимальності дозволив забезпечити адаптивний характер маршрутних рішень, коли підвищення QoE-вимог призводило до зростання об’ємів використаного мережного ресурсу. Для розв’язання поставленої задачі використовувались методи математичного програмування, які реалізовані в пакеті MatLab. Проведене дослідження на фрагменті інфокомунікаційної мережі дозволило оцінити адекватність і ефективність запропонованого підходу. За допомогою отриманих результатів досліджень вдалося забезпечити виконання заданих QoE-вимог за показником R-фактору до послуг, що надаються кінцевим користувачам. При цьому, використання запропонованої моделі характеризується більшою ефективністю щодо балансування навантаження за множиною маршрутів в інфокомунікаційній мережі. Про це свідчило те, що при заданому значенні R-фактору, з ростом інтенсивності трафіку, що надходить до інфокомунікаційної мережі, здійснювалось поступове збільшення кількості задіяних маршрутів. Тобто мережний ресурс розподілявся поступово та ефективніше на 7–10 % відносно відомих аналогів, які під час вирішення цієї ж задачі одразу використовують всі доступні маршрути

МЕТОД ИЕРАРХИЧЕСКОЙ МЕЖДОМЕННОЙ МАРШРУТИЗАЦИИ В ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМОЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ МЕЖКОНЦЕВОГО КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ

Предметом дослідження в статті є процеси міждоменної маршрутизації із забезпеченням міжкінцевої якості обслуговування. Мета роботи – розробити метод ієрархічної міждоменної маршрутизації із забезпеченням міжкінцевої якості обслуговування по показнику середньої міжкінцевої затримки пакетів в мультидоменній програмно-конфігурованій телекомунікаційній мережі. У статті вирішуються наступні завдання: розробка та дослідження методу ієрархічної міждоменної маршрутизації із забезпеченням міжкінцевої якості обслуговування. Використовуються такі методи: теорія графів, теорія тензорів, теорія ієрархічних багаторівневих систем, теорія масового обслуговування та методи математичного програмування. Отримано наступні результати: розроблено та досліджено метод ієрархічної міждоменної маршрутизації у програмно-конфігурованій телекомунікаційній мережі із забезпеченням міжкінцевої якості обслуговування, який дозволяє на підставі балансування навантаження в доменах телекомунікаційної мережі забезпечити заданий рівень QoS за показниками продуктивності та середньої міжкінцевої затримки пакетів. Висновки: В роботі запропоновано метод ієрархічної міждоменної маршрутизації у програмно-конфігурованій телекомунікаційній мережі із забезпеченням якості обслуговування за показниками пропускної здатності і середньої міжкінцевої затримки пакетів. Новизною метода є те, що виконання QoS-вимог щодо середньої міжкінцевої затримки пакетів здійснюється не на підставі попереднього нормування її значень за доменами, а шляхом введення та реалізації дворівневої координації маршрутних рішень відповідно до принципу цільової координації. В основу запропонованого методу покладено декомпозиційну потокову модель міждоменної маршрутизації, а для отримання в аналітичному вигляді умов забезпечення міжкінцевої якості обслуговування використано тензорний опис кожного з мережних доменів. Використання запропонованого методу ієрархічної міждоменної маршрутизації дозволяє без перерозподілу канального ресурсу, а лише на підставі балансування навантаження в доменах ТКМ забезпечити заданий рівень QoS за показниками продуктивності та середньої міжкінцевої затримки пакетів. Децентралізація обчислень маршрутів в кожному з доменів мережі на підставі використання локальної інформації про їх стан дозволяє підвищити масштабованість маршрутних рішень, а введення процедур координації дозволяє забезпечити погодженість у роботі SDN-контролерів доменів з точки зору забезпечення QoS. Дослідження запропонованого методу на ряді розрахункових прикладів підтвердила його збіжність до оптимальних рішень за кінцеву кількість ітерацій координаційної процедури.The subject of research in the article is the processes of inter-domain routing with ensuring the end-to-end quality of service. The aim of the work is to develop a method of hierarchical inter-domain routing with ensuring the end-to-end quality of service in terms of average end-to-end packet delay in a multi-domain software-defined telecommunications network. The following tasks are solved in the article: development and research the hierarchical inter-domain routing method with ensuring the end-to-end quality of service. The following methods are used: graph theory, tensor theory, theory of hierarchical multi-level systems, queuing theory, and mathematical programming methods. The following results were obtained: the method of hierarchical inter-domain routing in a software-defined telecommunications network with the provision of end-to-end quality of service has been developed and investigated, which allows, based on load balancing in the telecommunication network domains, to provide a specified level of QoS in terms of performance and average end-to-end packet delay. Conclusions: The paper proposes a method of hierarchical inter-domain routing in a software- defined telecommunications network with ensuring the quality of service in terms of bandwidth and average packet end-to-end delay. The novelty of the method is that the implementation of QoS requirements for the average end-to-end packet delay is carried out not on the basis of preliminary normalization of its values by domain, but through the introduction and implementation of two-level coordination of route solutions in accordance with the principle of target coordination. The proposed method is based on a decomposition flow-based model of inter-domain routing, and to obtain in an analytical form the conditions for ensuring the end-to-end quality of service, a tensor description of each of the network domains is used. Using the hierarchical inter-domain routing method allows to reassign the channel resource, but only on the basis of load balancing in the telecommunication network domains, to provide the specified level of QoS in terms of performance and average end-to-end packet delay. Decentralization of route computations in each of the network domains based on the use of local information about their state makes it possible to increase the scalability of route decisions, and the introduction of coordination procedures ensures consistency in the work of telecommunication domain controllers in terms of QoS. The investigation of the proposed method on a number of computational examples confirmed its convergence to optimal solutions with a finite number of iterations of the coordination procedure.Предметом исследования в статье являются процессы междоменной маршрутизации с обеспечением межконцевого качества обслуживания. Цель работы – разработать метод иерархической междоменной маршрутизации с обеспечением межконцевого качества обслуживания по показателю средней межконцевой задержки пакетов в мультидоменной программно-конфигурируемой телекоммуникационной сети. В статье решаются следующие задачи: разработка и исследование метода иерархической междоменной маршрутизации с обеспечением межконцевого качества обслуживания. Используются следующие методы: теория графов, теория тензоров, теория иерархических многоуровневых систем, теория массового обслуживания и методы математического программирования. Получены следующие результаты: разработан и исследован метод иерархической междоменной маршрутизации в программно-конфигурируемой телекоммуникационной сети с обеспечением межконцевого качества обслуживания, который позволяет на основании балансировки нагрузки в доменах телекоммуникационной сети обеспечить заданный уровень QoS по показателям производительности и средней межконцевой задержки пакетов. Выводы: В работе предложен метод иерархической междоменной маршрутизации в программно-конфигурируемой телекоммуникационной сети с обеспечением качества обслуживания по показателям пропускной способности и средней межконцевой задержки пакетов. Новизной метода является то, что выполнение QoS-требований по средней межконцевой задержке пакетов осуществляется не на основании предварительного нормирования ее значений по доменам, а путем введения и реализации двухуровневой координации маршрутных решений в соответствии с принципом целевой координации. В основу предложенного метода положена декомпозиционная потоковая модель междоменной маршрутизации, а для получения в аналитическом виде условий обеспечения межконцевого качества обслуживания использовано тензорное описание каждого из сетевых доменов. Использование метода иерархической междоменной маршрутизации позволяет без перераспределения канального ресурса, а лишь на основании балансировки нагрузки в доменах телекоммуникационной сети обеспечить заданный уровень QoS по показателям производительности и средней межконцевой задержки пакетов. Децентрализация вычислений маршрутов в каждом из доменов сети на основе использования локальной информации об их состоянии позволяет повысить масштабируемость маршрутных решений, а введение процедур координации позволяет обеспечить согласованность в работе SDN-контроллеров доменов с точки зрения обеспечения QoS. Исследование предложенного метода на ряде расчетных примеров подтвердило его сходимость к оптимальным решениям конечным количеством итераций координационного процедуры

МЕТОД ІЄРАРХІЧНОЇ МІЖДОМЕННОЇ МАРШРУТИЗАЦІЇ У ПРОГРАМНО-КОНФІГУРОВАНІЙ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІЙ МЕРЕЖІ ІЗ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯМ МІЖКІНЦЕВОЇ ЯКОСТІ ОБСЛУГОВУВАННЯ

The subject of research in the article is the processes of inter-domain routing with ensuring the end-to-end quality of service. The aim of the work is to develop a method of hierarchical inter-domain routing with ensuring the end-to-end quality of service in terms of average end-to-end packet delay in a multi-domain software-defined telecommunications network. The following tasks are solved in the article: development and research the hierarchical inter-domain routing method with ensuring the end-to-end quality of service. The following methods are used: graph theory, tensor theory, theory of hierarchical multi-level systems, queuing theory, and mathematical programming methods. The following results were obtained: the method of hierarchical inter-domain routing in a software-defined telecommunications network with the provision of end-to-end quality of service has been developed and investigated, which allows, based on load balancing in the telecommunication network domains, to provide a specified level of QoS in terms of performance and average end-to-end packet delay. Conclusions: The paper proposes a method of hierarchical inter-domain routing in a software- defined telecommunications network with ensuring the quality of service in terms of bandwidth and average packet end-to-end delay. The novelty of the method is that the implementation of QoS requirements for the average end-to-end packet delay is carried out not on the basis of preliminary normalization of its values by domain, but through the introduction and implementation of two-level coordination of route solutions in accordance with the principle of target coordination. The proposed method is based on a decomposition flow-based model of inter-domain routing, and to obtain in an analytical form the conditions for ensuring the end-to-end quality of service, a tensor description of each of the network domains is used. Using the hierarchical inter-domain routing method allows to reassign the channel resource, but only on the basis of load balancing in the telecommunication network domains, to provide the specified level of QoS in terms of performance and average end-to-end packet delay. Decentralization of route computations in each of the network domains based on the use of local information about their state makes it possible to increase the scalability of route decisions, and the introduction of coordination procedures ensures consistency in the work of telecommunication domain controllers in terms of QoS. The investigation of the proposed method on a number of computational examples confirmed its convergence to optimal solutions with a finite number of iterations of the coordination procedure.Предметом исследования в статье являются процессы междоменной маршрутизации с обеспечением межконцевого качества обслуживания. Цель работы – разработать метод иерархической междоменной маршрутизации с обеспечением межконцевого качества обслуживания по показателю средней межконцевой задержки пакетов в мультидоменной программно-конфигурируемой телекоммуникационной сети. В статье решаются следующие задачи: разработка и исследование метода иерархической междоменной маршрутизации с обеспечением межконцевого качества обслуживания. Используются следующие методы: теория графов, теория тензоров, теория иерархических многоуровневых систем, теория массового обслуживания и методы математического программирования. Получены следующие результаты: разработан и исследован метод иерархической междоменной маршрутизации в программно-конфигурируемой телекоммуникационной сети с обеспечением межконцевого качества обслуживания, который позволяет на основании балансировки нагрузки в доменах телекоммуникационной сети обеспечить заданный уровень QoS по показателям производительности и средней межконцевой задержки пакетов. Выводы: В работе предложен метод иерархической междоменной маршрутизации в программно-конфигурируемой телекоммуникационной сети с обеспечением качества обслуживания по показателям пропускной способности и средней межконцевой задержки пакетов. Новизной метода является то, что выполнение QoS-требований по средней межконцевой задержке пакетов осуществляется не на основании предварительного нормирования ее значений по доменам, а путем введения и реализации двухуровневой координации маршрутных решений в соответствии с принципом целевой координации. В основу предложенного метода положена декомпозиционная потоковая модель междоменной маршрутизации, а для получения в аналитическом виде условий обеспечения межконцевого качества обслуживания использовано тензорное описание каждого из сетевых доменов. Использование метода иерархической междоменной маршрутизации позволяет без перераспределения канального ресурса, а лишь на основании балансировки нагрузки в доменах телекоммуникационной сети обеспечить заданный уровень QoS по показателям производительности и средней межконцевой задержки пакетов. Децентрализация вычислений маршрутов в каждом из доменов сети на основе использования локальной информации об их состоянии позволяет повысить масштабируемость маршрутных решений, а введение процедур координации позволяет обеспечить согласованность в работе SDN-контроллеров доменов с точки зрения обеспечения QoS. Исследование предложенного метода на ряде расчетных примеров подтвердило его сходимость к оптимальным решениям конечным количеством итераций координационного процедуры.Предметом дослідження в статті є процеси міждоменної маршрутизації із забезпеченням міжкінцевої якості обслуговування. Мета роботи – розробити метод ієрархічної міждоменної маршрутизації із забезпеченням міжкінцевої якості обслуговування по показнику середньої міжкінцевої затримки пакетів в мультидоменній програмно-конфігурованій телекомунікаційній мережі. У статті вирішуються наступні завдання: розробка та дослідження методу ієрархічної міждоменної маршрутизації із забезпеченням міжкінцевої якості обслуговування. Використовуються такі методи: теорія графів, теорія тензорів, теорія ієрархічних багаторівневих систем, теорія масового обслуговування та методи математичного програмування. Отримано наступні результати: розроблено та досліджено метод ієрархічної міждоменної маршрутизації у програмно-конфігурованій телекомунікаційній мережі із забезпеченням міжкінцевої якості обслуговування, який дозволяє на підставі балансування навантаження в доменах телекомунікаційної мережі забезпечити заданий рівень QoS за показниками продуктивності та середньої міжкінцевої затримки пакетів. Висновки: В роботі запропоновано метод ієрархічної міждоменної маршрутизації у програмно-конфігурованій телекомунікаційній мережі із забезпеченням якості обслуговування за показниками пропускної здатності і середньої міжкінцевої затримки пакетів. Новизною метода є те, що виконання QoS-вимог щодо середньої міжкінцевої затримки пакетів здійснюється не на підставі попереднього нормування її значень за доменами, а шляхом введення та реалізації дворівневої координації маршрутних рішень відповідно до принципу цільової координації. В основу запропонованого методу покладено декомпозиційну потокову модель міждоменної маршрутизації, а для отримання в аналітичному вигляді умов забезпечення міжкінцевої якості обслуговування використано тензорний опис кожного з мережних доменів. Використання запропонованого методу ієрархічної міждоменної маршрутизації дозволяє без перерозподілу канального ресурсу, а лише на підставі балансування навантаження в доменах ТКМ забезпечити заданий рівень QoS за показниками продуктивності та середньої міжкінцевої затримки пакетів. Децентралізація обчислень маршрутів в кожному з доменів мережі на підставі використання локальної інформації про їх стан дозволяє підвищити масштабованість маршрутних рішень, а введення процедур координації дозволяє забезпечити погодженість у роботі SDN-контролерів доменів з точки зору забезпечення QoS. Дослідження запропонованого методу на ряді розрахункових прикладів підтвердила його збіжність до оптимальних рішень за кінцеву кількість ітерацій координаційної процедури

УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ МОДЕЛЬ БЫСТРОЙ ПЕРЕМАРШРУТИЗАЦИИ С РЕАЛИЗАЦИЕЙ СХЕМЫ ЗАЩИТЫ ПУТИ И ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ В ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫХ СЕТЯХ

Предметом дослідження в статті є процеси швидкої перемаршрутизації з реалізацією схеми захисту шляху та пропускної здатності. Мета роботи – вдосконалення моделі швидкої перемаршрутизації з реалізацією схеми захисту шляху та пропускної здатності, яка може бути використана для програмно-конфігурованих мереж. У статті вирішуються наступні завдання: вдосконалення та дослідження математичної моделі швидкої перемаршрутизації з реалізацією схеми захисту шляху та пропускної здатності. Використовуються такі методи: теорія графів, теорія масового обслуговування та методи математичного програмування. Отримано наступні результати: вдосконалено та досліджено математичну модель швидкої перемаршрутизації, яка завдяки введенню додаткових умов дозволяє реалізувати схему захисту шляху 1:n та пропускну здатність у програмно-конфігурованих мережах. Висновки: В рамках запропонованої моделі швидкої перемаршрутизації з реалізацією схеми захисту шляху та пропускної здатності було вирішено завдання розрахунку множини основних і резервних шляхів, що не перетинаються, яке зводилося до розв’язання оптимізаційної задачі цілочисельного лінійного програмування. Перевагою вдосконаленої моделі є можливість реалізації схем захисту 1:1, 1:2,…, 1:n без введення додаткової множини керуючих (маршрутних) змінних, що сприяє зменшенню розмірності оптимізаційної задачі, що розв’язується, та обчислювальної складності її практичної реалізації. Критерій оптимальності маршрутних рішень сприяє формуванню основних і резервних шляхів, що не перетинаються, з максимально високою пропускною здатністю. У цьому випадку шлях з найвищою пропускною здатністю буде відповідати основному шляху, тоді як решта шляхів будуть використовуватися як резервні в порядку зменшення їх пропускної здатності. Загальна кількість обчислених шляхів, що не перетинаються, залежить від обраної схеми надмірності.The subject matter of the article is the fast rerouting processes with the implementation of the protection scheme of the path and its bandwidth. The goal of the work is to improve the performance-based Fast ReRoute model with the protection scheme of the path and its bandwidth, which can be used for Software-Defined Networks. The following tasks are solved in the article: improvement and research of the Fast ReRoute model with the protection scheme of the path and its bandwidth. The following methods are used: graph theory, queuing theory, and mathematical programming methods. The following results were obtained: Fast ReRoute model was improved and investigated. That allows implementing the 1:n protection scheme of the path and its bandwidth in Software-Defined Networks. Conclusions: Within the framework of the proposed Fast ReRoute model with the schemes of the path protection and its bandwidth, the problem of calculating the set of primary and backup disjoint paths was solved. The proposed mathematical model, using the introduction of additional conditions, allowed us to reduce the solution of the technological problem of fast rerouting to the solution of the optimization problem of mixed integer linear programming. The advantage of the improved model is the possibility of implementing protection schemes 1:1, 1:2, ..., 1:n without introducing an additional set of control (routing) variables. This helps to reduce the dimension of the optimization problem to be solved and the computational complexity of its implementation. The optimality criterion of routing solutions contributes to the formation of primary and backup disjoint paths with the maximum bandwidth. In this case, the path with the highest bandwidth will correspond to the primary path, while the remaining paths will be used as a backup, in order to reduce their bandwidth. The total number of calculated disjoint paths depends on the selected redundancy scheme.Предметом исследования в статье являются процессы быстрой перемаршрутизации с реализацией схемы защиты пути и пропускной способности. Цель работы – усовершенствование модели быстрой перемаршрутизации с реализацией схемы защиты пути и пропускной способности, которая может быть использована для программно-конфигурируемых сетей. В статье решаются следующие задачи: усовершенствование и исследование математической модели быстрой перемаршрутизации с реализацией схемы защиты пути и пропускной способности. Используются следующие методы: теория графов, теория массового обслуживания и методы математического программирования. Получены следующие результаты: усовершенствована и исследована математическая модель быстрой перемаршрутизации, которая благодаря введению дополнительных условий позволяет реализовать схему защиты пути 1:n и пропускной способности в программно-конфигурируемых сетях. Выводы: В рамках предложенной модели быстрой перемаршрутизации с реализацией схемы защиты пути и пропускной способности была решена задача расчета множества основных и резервных непересекающихся путей, которая сводилась к решению оптимизационной задачи целочисленного линейного программирования. Преимуществом усовершенствованной модели является возможность реализации схем защиты 1:1, 1:2, ..., 1:n без введения дополнительного множества управляющих (маршрутных) переменных, что способствует уменьшению размерности решаемой оптимизационной задачи и вычислительной сложности ее практической реализации. Критерий оптимальности маршрутных решений способствует формированию основных и резервных непересекающихся путей с максимальной пропускной способностью. В этом случае путь с наивысшей пропускной способностью будет соответствовать основному пути, тогда как остальные пути будут использоваться как резервные, в порядке уменьшения их пропускной способности. Общее количество рассчитанных непересекающихся путей зависит от выбранной схемы резервирования

Fast ReRoute Model with Realization of Path and Bandwidth Protection Scheme in SDN

The paper proposes a Fast ReRoute model with the realization of path and bandwidth protection scheme, which can be used in MPLS for SDN. The task of calculating the set of disjoint primary and backup paths during fast rerouting was reduced to solving the optimization problem of Integer Linear Programming. The advantage of the proposed solution is the possibility of implementing 1:1, 1:2, …, 1:n path protection schemes without the introduction of an additional set of control (routing) variables, which contributes to reducing the dimension of the optimization problem being solved and the computational complexity of its practical implementation. The criterion of optimality of routing solutions contributes to the formation of the primary and backup disjoint paths with the highest possible bandwidth. In this case, the path with the maximum bandwidth will correspond to the primary path, while the remaining paths will be used as backup ones in decreasing order of their bandwidth. The total number of calculated disjoint paths depends on the selected redundancy scheme. The study conducted showed the efficiency and adequacy of the proposed Fast ReRoute model when using various redundancy schemes

Enhancement of the Adaptive Routing Tensor Model in the Infocommunication Network with Providing Quality of Experience by the R-factor

The object of research is the routing processes and ensuring the quality of experience in the infocommunication network. To conduct research an improvement of the adaptive routing tensor model in an infocommunication network with quality of experience by the R-factor is proposed. The basis was a floe-based routing model that took into account possible packet losses caused by congestion of network elements and was represented by the conditions for implementing a multipath routing strategy, conditions of the flow conservation and conditions for preventing overload of communication links. To obtain in an analytical form the conditions for ensuring the quality of experience in terms of the R-factor, a tensor description of the infocommunication network is carried out. This allowed obtaining of analytical expressions for calculating the average end-to-end delay and the probability of packet loss, which were used to formulate the QoE conditions in terms of the R-factor.In the framework of the proposed model, solving the technological problem of adaptive routing solutions are reduced to solving the optimization problem of nonlinear programming for calculating route variables. The introduced optimality criterion allowed it possible to ensure the adaptive nature of route decisions, when an increase in QoE requirements led to an increase in the amount of network resource used. To solve the problem, methods of mathematical programming were used, which are implemented in the MatLab package.A study on a fragment of the infocommunication network made it possible to evaluate the adequacy and effectiveness of the proposed model. Using the obtained research results, it was possible to ensure the fulfillment of the specified QoE requirements in terms of the R-factor for the services provided to end users. Using the proposed model is characterized by high efficiency on load balancing across multiple routes in the infocommunication network. This was evidenced by the fact that at a given value of the R-factor, with an increase in the intensity of traffic entering the infocommunication network, there was a gradual increase in the number of routes involved. In other words, the network resource was distributed evenly and efficiently by 7–10 % relative to known analogues, which, when solving the same problem, immediately use all possible routes

Вдосконалений тензорний підхід до швидкої перемаршрутізаціі із захистом рівня якості обслуговування за кількома показниками

Background. The paper proposes a solution to such an urgent problem today, as to ensure the fault tolerance of infocommunication networks with the support of the required level of quality of service. The proposed solution is based on theimplementation of an advanced tensor approach to fast reroute with the protection of the level of quality of service under multiple parameters.Objective. The aim of the article is to improve the flow-based fast rerouting model in the infocommunication network, which is based on updated conditions for ensuring quality of service in terms of bandwidth, average end-to-end delay, and probability of packet loss. It was possible to obtain updated conditions for ensuring the quality of service through the use of a tensor approach to modeling infocommunication networks.Methods. As research methods, graph theory, tensor theory, queuing systems were used. For mathematical modeling and experimental studies, the MatLab simulation package was used.Results. As a result of the study, under the conditions of implementing fast rerouting, it was possible to provide the required level of quality of service in the infocommunication network. At the same time, with an increase in QoS requirements, thanks to an improved tensor approach, the updated conditions for ensuring the quality of service while implementing fast  rerouting were adequate, which, as a result, contributed to a more efficient use of the available network resource.Conclusions. Implementation of an improved tensor approach to solving the problem of fast rerouting will ensure the fault tolerance of the infocommunication network with the protection of the level of quality of service in terms of bandwidth, average end-to-end delay, and the probability of packet loss.Проблематика: В работе предложено решение такой актуальной на сегодняшний день проблемы, как обеспечение отказоустойчивости инфокоммуникационных сетей с поддержкой требуемого уровня качества обслуживания. Предложенное решение основано на реализации усовершенствованного тензорного подхода к быстрой перемаршрутизации с защитой уровня качества обслуживания по нескольким показателям.Цель. Целью статьи является усовершенствованние потоковой модели быстрой перемаршрутизации в инфокоммуникационной сети, которая основывается на обновленных условиях обеспечения качества обслуживания по показателям пропускной способности, средней межконцевой задержки и вероятности потерь пакетов. Обновленные условия обеспечения качества обслуживания удалось получить благодаря использованию тензорного подхода к моделированию инфокоммуникационных сетей.Методы. В качестве методов исследования использовались теория графов, теория тензоров, системы массового обслуживания. Для проведения математического моделирования и экспериментальных исследований использовался пакет имитационного моделирования MatLab.Результаты. В результате проведенного исследования в условиях реализации быстрой перемаршрутизации удалось обеспечить заданный уровень качества обслуживания в инфокоммуникационной сети. При этом, сповышением QoS-требований, благодаря усовершенствованному тензорному подходу, обновленные условия обеспечения качества обслуживания при реализации быстрой перемаршрутизации были адекватными, что, какрезультат, способствовало более эффективному использованию доступного сетевого ресурса.Выводы. Реализация и внедрение усовершенствованного тензорного подхода при решении задачи быстрой перемаршрутизации позволит обеспечить отказоустойчивость инфокоммуникационной сети с защитой уровня качества обслуживания по таким показателям, как пропускная способность, средняя межконцевая задержка и вероятность потерь пакетов.Проблематика: В роботі запропоновано вирішення такої актуальної на сьогоднішній день проблеми, як забезпечення відмовостійкості інфокомунікаційних мереж з підтримкою необхідного рівня якості обслуговування. Запропоноване рішення засноване на реалізації вдосконаленого тензорного підходу до швидкої перемаршрутізаціі іззахистом рівня якості обслуговування за кількома показниками.Мета. Метою статті є вдосконалення потокової моделі швидкої перемаршрутізації в інфокомунікаційній мережі, яка ґрунтується на оновлених умовах забезпечення якості обслуговування за показниками пропускної здатності, середньої міжкінцевої затримки та ймовірності втрат пакетів. Оновлені умови забезпечення якості обслуговування вдалося отримати завдяки використанню тензорного підходу до моделювання інфокомунікаційних мереж.Методи. В якості методів дослідження використовувалися теорія графів, теорія тензорів, системи масового обслуговування. Для проведення математичного моделювання та експериментальних досліджень використовувався пакет імітаційного моделювання MatLab.Результати. В результаті проведеного дослідження в умовах реалізації швидкої перемаршрутізаціі вдалося забезпечити заданий рівень якості обслуговування в інфокомунікаційнії мережі. При цьому, з підвищенням QoS-вимог, завдяки вдосконаленому тензорному підходу, оновлені умови забезпечення якості обслуговування при реалізації швидкої перемаршрутізаціі були адекватними, що, як результат, сприяло більш ефективному використанню доступного мережного ресурсу.Висновки. Реалізація та впровадження вдосконаленого тензорного підходу при вирішенні задачі швидкої перемаршрутізаціі дозволить забезпечити відмовостійкість інфокомунікаційної мережі з захистом рівня якостіобслуговування за такими показниками, як пропускна здатність, середня міжкінцева затримка та ймовірність втрат пакетів

МОДЕЛЬ ШВИДКОЇ QОS-ПЕРЕМАРШРУТИЗАЦІЇ ТРАФІКУ ДАНИХ В ІНФОКОМУНІКАЦІЙНИХ МЕРЕЖАХ

The subject of research in the article is the processes of fast rerouting with the protection of the Quality of Service level in infocommunication networks. The aim of the work is the development of a mathematical model of Fast ReRouting with the protection of the Quality of Service level by the bandwidth and probability of packet loss for data traffic. The following tasks are solved in the article: development and research of a fast rerouting flow-based model with the protection of the Quality of Service level of data traffic in the infocommunication network. The following methods are used: the graph theory, the teletraffic theory, the queuing theory, and mathematical programming methods. The following results were obtained: the fast rerouting flow-based model was developed and investigated, which, due to the introduced protection conditions on indicators of bandwidth and packet loss probability, allows providing the Quality of Service along both the primary and backup multipath. Conclusions: Within the framework of the proposed flow-based model, the fast rerouting technological task was formulated as an optimization problem with the constraints of the conditions of implementation of the multipath routing strategy, conditions of flow conservation, and conditions of protection of the link, node, and level of Quality of Service in terms of bandwidth and packet loss probability. The application of this solution contributes to the optimal use of the available network resource while providing the specified level of Quality of Service in terms of bandwidth and probability of packet loss along both the primary and backup routes in the case of a failure of the infocommunication network elements. The proposed flow-based model can be used as the basis of the algorithmic software of existing routers and/or controllers of Software-Defined Networks, which are responsible for the calculation of the primary and backup paths in the fast rerouting of data traffic sensitive to such Quality of Service indicators as bandwidth and packet loss probability.Предметом исследования в статье являются процессы быстрой перемаршрутизации с защитой уровня качества обслуживания в инфокоммуникационных сетях. Цель работы – разработка математической модели быстрой перемаршрутизации с защитой уровня обслуживания по показателям пропускной способности и вероятности потерь пакетов для трафика данных. В статье решаются следующие задачи: разработка и исследование потоковой модели быстрой перемаршрутизации с защитой уровня качества обслуживания трафика данных в инфокоммуникационных сетях. Используются следующие методы: теория графов, теория телетрафика, теория массового обслуживания и методы математического программирования. Получены следующие результаты: разработана и исследована потоковая модель быстрой перемаршрутизации, которая благодаря введенным условиям защиты по показателям пропускной способности и вероятности потерь пакетов позволяет обеспечить уровень качества обслуживания вдоль как основного, так и резервного мультипутей. Выводы: В рамках предложенной потоковой модели технологическая задача быстрой перемаршрутизации была сформулирована как оптимизационная с ограничениями, в качестве которых выступали условия реализации многопутевой стратегии маршрутизации, условия сохранения потока, условия защиты канала, узла и уровня качества обслуживания по показателям пропускной способности и вероятности потерь пакетов. Применение полученного решения способствует оптимальному использованию доступного сетевого ресурса при обеспечении заданного уровня качества обслуживания по показателям пропускной способности и вероятности потерь пакетов вдоль как основных, так и резервных маршрутов при отказах элементов инфокоммуникационной сети. Предложенная потоковая модель может использоваться как основа алгоритмически-программного обеспечения существующих маршрутизаторов и/или контроллеров программно-конфигурируемых сетей, которые отвечают за расчет основных и резервных путей при быстрой перемаршрутизации трафика данных, чувствительного к таким показателям качества обслуживания как пропускная способность и вероятность потерь пакетов.Предметом дослідження в статті є процеси швидкої перемаршрутизації із захистом рівня якості обслуговування в інфокомунікаційних мережах. Мета роботи – розробка математичної моделі швидкої перемаршрутизації із захистом рівня обслуговування за показниками пропускної здатності та ймовірності втрат пакетів для трафіку даних. В статті вирішуються наступні завдання: розробка та дослідження потокової моделі швидкої перемаршрутизації із захистом рівня якості обслуговування трафіку даних в інфокомунікаційній мережі. Використовуються такі методи: теорія графів, теорія телетрафіка, теорія масового обслуговування та методи математичного програмування. Отримано наступні результати: розроблено та досліджено потокову модель швидкої перемаршрутизації, яка завдяки введеним умовам захисту за показниками пропускної здатності та ймовірності втрат пакетів дозволяє забезпечити рівень якості обслуговування вздовж як основного, так і резервного мультишляхів. Висновки: В рамках запропонованої потокової моделі технологічна задача швидкої перемаршрутизації була сформульована як оптимізаційна з обмеженнями, якими виступали умови реалізації багатошляхової стратегії маршрутизації, умови збереження потоку, умови захисту каналу, вузла та рівня якості обслуговування за показниками пропускної здатності та ймовірності втрат пакетів. Застосування отриманого рішення сприяє оптимальному використанню доступного мережного ресурсу при забезпеченні заданого рівня якості обслуговування за показниками пропускної здатності та ймовірності втрат пакетів вздовж як основних, так і резервних маршрутів при відмовах елементів інфокомунікаційної мережі. Запропонована потокова модель може використовуватися як основа алгоритмічно-програмного забезпечення існуючих маршрутизаторів та/або контролерів програмно-конфігурованих мереж, які відповідають за розрахунок основних і резервних шляхів при швидкій перемаршрутизації трафіку даних, чутливого до таких показників якості обслуговування як пропускна здатність та ймовірність втрат пакетів