Zbekiston respublikasi raqamli texnologiyalar vazirligi muhammad al-xorazmiy nomidagi

II bob. IoT TRAFIK MODELLARINI TAHLIL QILISH

2.1. IoT trafik modellarining tasniflanishi

Trafik modelini tavsiflashda, qoida tariqasida, ehtimollik nazariyasi va matematik statistika usullari, shuningdek, navbatlar nazariyasi qo‘llaniladi. Aloqa tarmog‘idagi trafik qo‘ng‘iroqlar, paketlar yoki umuman so‘rovlarni qabul qilishning tasodifiy jarayonidir. Shu sababli, trafikni bir xil tasodifiy jarayon modeli bo‘yicha tavsiflash maqsadga muvofiqdir. Tabiiyki, tavsif uchun qabul qilingan model, iloji boricha, tasvirlangan real jarayonga imkon qadar yaqin bo‘lishi kerak. Model va real jarayon o‘rtasidagi yaqinlik darajasini har doim ham baholash mumkin emas, chunki ba’zi hollarda real jarayonlar o‘lchash va kuzatish uchun oddiygina mavjud emas. Bunday hollarda, ma’lum bir model va uning parametrlarini tanlashda qabul qilingan mantiqiy va boshqa dalillarga tayanish kerak.

Trafik tasodifiy jarayon sifatida modellashtirish uchun uning asosiy, eng muhim xususiyatlarini belgilovchi parametrlar bilan tavsiflanadi. Buyurtmalar oqimi – bu ularni qabul qilish jarayoni, so‘rovlar esa qo‘ng‘iroqlar kelishi va ma’lumotlar paketlarini qabul qilish daqiqalari sifatida tushunilishi mumkin. Trafik modelining (modellashtirishning) asosiy vazifasi kiruvchi oqimni parametrlar to‘plamidan foydalangan holda tavsiflashdan iborat bo‘lib, ushbu tanlangan parametr qiymatlari ma’lum bir sifat darajasidagi trafikka xizmat ko‘rsatish uchun zarur bo‘lgan tarmoq resurslarining kerakli miqdorini baholash uchun ishlatilishi mumkin. Boshqacha qilib aytganda, trafik modeli tarmoqdagi aloqa liniyalarining kerakli o‘tkazish qobiliyatini tanlash yoki umumiy holda resurslar miqdorini baholash va tarmoq tomonidan trafikka xizmat ko‘rsatish sifatini baholash muammosini hal qilish uchun dastlabki ma’lumotlarni o‘z ichiga olishi kerak.
Buyurtmalar oqimlari tasodifiy yoki deterministik (muntazam) bo‘lishi mumkin. Tasodifiy oqim ma’lum vaqt oralig‘ida ma’lum miqdordagi buyurtmalarni qabul qilish ehtimoli yoki buyurtmalarni qabul qilish momentlari yoki buyurtmalar orasidagi vaqt oralig‘ini ifodalovchi tasodifiy sonlar ketma-ketligi bilan tavsiflanadi. Aksariyat hollarda aloqa tarmoqlarida aynan tasodifiy buyurtmalar oqimlari sodir bo‘ladi. Ammo shuni ta’kidlash kerakki, aynan IoT tarmoqlarida oqimlar muntazam bo‘lishi mumkin. Masalan, ko‘pincha deterministik sensorli so‘rov intervallaridan foydalanadigan monitoring va dispetcherlik tizimlarining trafigiga xizmat ko‘rsatishda, bu ma’lumotlar paketlarining muntazam oqimlarini shakllantirishga olib keladi.
Buyurtmalar oqimi odatda buyurtmalar orasidagi vaqt oraliqlarining taqsimot funksiyasi F(x) yoki vaqt oralig‘idagi so‘rovlar sonining taqsimlash funksiyasi bilan berilishi mumkin. Bu so‘rovlar oqimini belgilashning ekvivalent usullari. Biz trafikni a(t) vaqtida kelgan buyurtmalarning tasodifiy jarayoni sifatida ko‘rib chiqamiz. Xarakteristikalar sifatida ushbu tasodifiy jarayonni tavsiflovchi parametrlar ko‘pincha ishlatiladi.
Buyurtmalar oqimi bir xil bo‘lishi mumkin, bunda har bir buyurtma faqat bitta xususiyatga ega va har bir buyurtma ikki yoki undan ortiq xususiyatlarga ega bo‘lgan geterojen bo‘lishi mumkin. Aksariyat hollarda oqimlar bir xil emas.
Zamonaviy tarmoqlar o‘nlab Gbit/s gacha va undan yuqori tezlikda har xil turdagi trafik uchun xizmatlarni taqdim etadi. Taqdim etilgan aloqa xizmatlaridan kelib chiqqan holda trafikning uchta asosiy turi mavjud:
1. Oqimli trafik (oqimli xizmatlar) – bu ma’lumotlar oqimini (paketlarni) uzatish bo‘lib, uning xarakteri xizmat ko‘rsatish xususiyatlari (ovoz, video uzatish) bilan belgilanadi;
2. Interaktiv trafik (interaktiv xizmatlar) – bu trafik har ikki yo‘nalishda ma’lumotlarni uzatishni o‘z ichiga oladi va tomonlardan biri foydalanuvchining reaktsiyasi hisoblanadi.
3. Fondagi trafik (fon xizmatlari) – aksariyat hollarda bunday trafik kechikishlar uchun muhim emas.
Oqimning eng muhim xarakteristikasi – buyurtmalarni qabul qilishning tasodifiy jarayonining xususiyatlari, oqimlar uchta asosiy xususiyat bilan tavsiflanadi:
Statsionarlik – ma’lum bir vaqt oralig‘ida ma’lum miqdordagi arizalarni qabul qilish ehtimolining vaqt o‘qi bo‘yicha ushbu davr pozitsiyasidan mustaqilligi.
Ordinarlik – nolga moyil bo‘lgan vaqt oralig‘i uchun ikki yoki undan ortiq arizalarni qabul qilish ehtimoli cheksiz kichik qiymatdir, vaqt oralig‘i qiymatidan kattaroq kichiklik darajasi.
Keyinli ta’sirlik – hozirgi vaqtda buyurtmalarni qabul qilish ehtimoli ularning o‘tmishdagi kelib chiqishi xususiyatiga bog‘liq emas.
Analitik oqim modellari
Buyurtmalarni qabul qilishning tasodifiy jarayoniga qarab, oqimlarning turli turlari quyidagilarga bo‘linadi:
Oddiy oqim – bu statsionarlik, ordinarlik va keyingi ta’sirlikning yo‘qligi xususiyatlariga ega bo‘lgan oqim.
Puasson oqimi – bu ordinarlik va keyingi ta’sirning yo‘qligi xususiyatlariga ega bo‘lgan oqim. Puasson oqimi uchun har doim vaqtga bog‘liq bo‘lgan chekli oqim parametri mavjud. Bu oqim statsionar emas.
Ordinar bo‘lmagan (guruhli) Puasson – statsionarlik va keyingi ta’sirning yo‘qligi xususiyatlariga ega bo‘lgan oqim.
Primitiv oqim – bu oddiy oqim bo‘lib, uning parametri erkin manbalar soniga proportsionaldir.
Takroriy buyurtmali oqim – Puasson oqimi va takroriy buyurtmali oqimni o‘z ichiga olishi mumkin.
Cheklangan keyinli ta’sirli oqim – buyurtmalar orasidagi vaqt oralig‘i mustaqil tasodifiy o‘zgaruvchilar ketma-ketligini ifodalovchi oddiy oqim
Palma oqimi – kechikish bilan statsionar oqimdir. Buyurtmalarning mavjud bo‘lmasligi ehtimoli aniqlanadi.
Erlang oqimi – Palma oqimining alohida holatidir (elakdan o‘tgan oqim). Agar biz har ikkinchi so‘rovni bekor qilsak, biz ikkinchi tartibli Erlang oqimini olamiz, agar har uchinchi – uchinchi tartibdagi va hokazo. Shunday qilib, birinchi tartibli Erlang oqimi eng oddiy oqimdir.
Eng oddiy, eng tez-tez ishlatiladigan va juda foydali model oddiy oqim modelidir. Uning asosiy xususiyati shundaki, ma’lum vaqt oralig‘ida kelgan buyurtmalar soni Puasson taqsimotiga bo‘ysunadigan tasodifiy o‘zgaruvchidir. Buyurtmalar orasidagi vaqt oralig‘i tasodifiy va eksponent taqsimotga amal qiladi.
Oddiy oqim modeli ko‘pincha ko‘p sonli mustaqil da’vogarlar tomonidan yaratilgan trafikni tasvirlash uchun ishlatiladi, masalan, kanallar kommutatsiyasi tarmoqlaridagi trafik. Paketli kommutatsiyalangan tarmoqlarda oqimlarning xossalarini har doim ham oddiy oqimning xossalari bilan tasvirlab bo‘lmaydi. Trafik tadqiqotlari shuni ko‘rsatdiki, bu oqimlar ko‘pincha fraktal jarayonlarning xususiyatlariga ega. Ularni tavsiflash uchun avtokorrelyatsiya (avtokovariatsiya) funksiyasi, fraktallik koeffitsienti, Hurst parametri kabi qo‘shimcha xarakteristikalar kiritiladi. Ushbu parametrlarning qiymatlariga qarab, oqimlar o‘z-o‘ziga o‘xshash yoki antipersistant deb tasniflanadi.
O‘z-o‘ziga o‘xshash oqim – bu Hurst parametrining qiymati 0,5 dan 1 gacha bo‘lgan so‘rovlarning tasodifiy oqimi. O‘z-o‘ziga o‘xshashlik vaqt shkalasi o‘zgarganda o‘z xarakterini saqlab qolish uchun trafik xususiyati tushuniladi. Hurst parametrini baholashning bir necha usullari mavjud [1]. O‘z-o‘ziga o‘xshash oqimlar eng oddiy oqimga qaraganda buyurtmalarning kelib tushishi orasidagi vaqt oralig‘ining sezilarli darajada ko‘proq tarqalishi bilan tavsiflanadi. Bunda so‘rovlar orasidagi vaqt oralig‘ining taqsimlanishi eksponensial taqsimotdan farq qiladi [2].
Oqim modeli parametrlari uni olingan dastlabki ma’lumotlarga yaqinlashish yo‘li bilan tanlanadi, masalan, haqiqiy aloqa tarmog‘idagi o‘lchovlar. Ushbu yaqinlashtirish uchun, qoida tariqasida, maksimal ehtimollik usuli qo‘llaniladi.
Qabul qilingan trafik modelidan unga xizmat ko‘rsatish uchun tizim modelini tanlashda foydalanish mumkin. Asosiy vazifalar quyidagilardan iborat: ishlash sifatini baholash va resurslar miqdorini tanlash, buning uchun ishlatiladigan navbat tizimining modeli oqimni tavsiflash uchun tanlangan modelga mos kelishi kerak.
Yuqorida tavsiflangan trafikning oqim xususiyatlari bilan bir qatorda, model ba’zi bog‘liqliklarni ham o‘z ichiga olishi mumkin, masalan, vaqt bo‘yicha model parametrlarining qiymatlari. Bunday munosabat aloqa xizmatlarining kirib borishi sababli aloqa tarmoqlarida trafikni o‘lchashni tavsiflashi mumkin. Bular, qoida tariqasida, sekin jarayonlar bo‘lib, ularning vaqt shkalasi trafikning oqim xususiyatlarini tavsiflashda vaqt shkalasidan ancha katta (bir necha darajalar bo‘yicha). Bunday modellar odatda statistik ma’lumotlarni yig‘ish va turli prognozlash usullarini qo‘llash asosida quriladi. Ular aloqa texnologiyalarining evolyutsiyasi yoki kirib borishi kabi uzoq muddatlarni modellashtirishda foydalidir.
Umuman olganda, IoT trafik modeli ushbu trafikning xususiyatlarini yetarli darajada aniqlik bilan tavsiflashi kerak, ya’ni real vaziyatga imkon qadar yaqin bo‘lishi kerak. Umumiy holda, ushbu muammoni hal qilish uchun haqiqiy trafikni batafsil o‘rganish kerak, ammo bu alohida holatda modelni tanlash mantiqiy fikrlash asosida amalga oshirilishi mumkin. Trafik va monitoring tizimlarini misol sifatida ko‘rib chiqishda, bu muntazam oqim bo‘lsa, modelni qurish ancha soddalashtirilgan va buyurtmalar orasidagi interval kabi parametrlarni tanlashdan iborat bo‘lib, buyurtma sensorlarining chastotasi va bunday sensorlar soni bilan belgilanadi.
Buyumlar interneti trafik tahlili
IoT tarmog‘i Buyumlar Interneti kontseptsiyasiga ko‘ra Buyumlar Interneti sifatida belgilangan buyumlar va qurilmalar uchun global axborot-kommunikatsiya tizimiga kirishni amalga oshiradi. Bu ikkala mashinadan-mashinaga o‘zaro bog‘lanishlar, shuningdek, boshqa qurilmalar, sensorlar va aktuatorlar bilan ulanishlarni amalga oshiradi. Prognozlarga ko‘ra, bunday qurilmalar soni nihoyatda ko‘p bo‘ladi, natijada IoT trafikining aloqa tizimlariga ta’siri juda katta bo‘lishi mumkin. Buyumlar interneti kontseptsiyasi M2M (mashinadan-mashinaga) texnologiyalaridan keng foydalanishni nazarda tutadi. Mashinadan-mashinaga oʻzaro taʼsir qilish texnologiyasiga asoslangan tarmoqlar, oʻz navbatida, IoT konsepsiyasini amalga oshirishning texnologik asosi hisoblanadi. Mashinaning o‘zaro ta’siri texnologiyasi – bu simli va simsiz tizimlar va qurilmalarning foydalanuvchi aralashuvisiz bir-biri bilan o‘zaro ta’siri.
Boshqacha qilib aytganda, ushbu texnologiyaning o‘ziga xos xususiyati ma’lumotlarning turli qurilmalar o‘rtasida uzatilishidir. Texnologiya tarmoqlari minglab arzon narxlardagi, past ishlov berish quvvati, kam xotira va kam quvvatli sensorlardan iborat. Foydalanishning avtonomligi, o‘zini o‘zi tashkil etish, kam quvvat iste’moli va masofadan kirish imkoniyati M2M tarmoqlariga logistika, qishloq xo‘jaligi kabi sohalarda yetakchi o‘rinni egallash imkonini beradi; atrof-muhit monitoringi, ifloslanishni aniqlash, tabiiy ofatlarni nazorat qilish va monitoring qilishda muhim rol o‘ynaydi.
IoT trafigi simsiz tarmoqlar va ularning ishlashiga, shuningdek, xizmat ko‘rsatish sifatiga kuchli ta’sir ko‘rsatadi. Masalan, qisqa M2M seanslari suhbat yoki sessiya davomiyligini baholash usulidan foydalangan holda kanallar sifatini kuzatish imkoniyatini qiyinlashtiradi yoki istisno qiladi. Bunday boshqaruv tizimlaridan foydalanish trafikning maxsus xususiyatlariga ta’sir qilishi mumkin. Shuni ham hisobga olish kerakki, ba’zi qurilmalarning xatti-harakatlari bog‘liq bo‘lishi mumkin va bu, o‘z navbatida, ushbu qurilmalarning ommaviy faolligini keltirib chiqarishi mumkin, bu esa oxir-oqibat trafikning nazoratsiz o‘sishiga olib keladi.
Shunday qilib, bugungi kunda Buyumlar Interneti trafigini, shuningdek, uning tarmoq uskunalari ishlashiga, ko‘rsatilayotgan xizmatlar sifatiga ta’sirini to‘g‘ri baholay olish muhimdir. Yana bir muhim tafsilot – bu qurilmani baholash, ya’ni: qaysi qurilma barqaror ishlaydi va IoT trafigining tarmoq trafigining boshqa turlari bilan izchil o‘zaro ta’sirini ta’minlay oladi.
IoT trafigini xabarlar oqimi sifatida ko‘rish mumkin, xabarlar esa paketlar sifatida tushuniladi, chunki M2M aloqa tarmog‘i asosan paketli kommutatsiyalangan.
Ma’lumotlar almashinuvi tarmoq qurilmalari o‘rtasida amalga oshiriladi, ular tizimda sodir bo‘lgan hodisalarni mustaqil ravishda boshlay olmaydilar, shuning uchun axborot almashinuvini amalga oshirish usuliga qarab voqea variantlari uch guruhga bo‘linadi:
1. Tizimning ishlashi bilan bog‘liq hodisalar – qurilmani ishga tushirish, quvvatni o‘chirish yoki yoqish reaktsiyasi, qurilmani qayta ishga tushirish, boshqacha aytganda, texnik sabablar.
2. Tashqi omillarning o‘zgarishiga reaktsiya bilan bog‘liq hodisalar – birinchi navbatda IoT tarmoq qurilmalariga qaratilgan voqealar – sensorlar, qurilmalarning atrof-muhit o‘zgarishiga, qurilma parametrlarining o‘zgarishiga reaktsiyasi.
3. Muayyan vaqt oralig‘ining tugashi bilan bog‘liq hodisalar – taym-outlar, vaqt oralig‘i, ularning davomiyligi ba’zi bir qonunlarga muvofiq belgilanadi, ular ham doimiy, ham dinamik belgilanishi mumkin.
Buyumlar interneti trafigining turlari
Ro‘yxatga olingan voqealar guruhlariga asoslanib, IoT trafikining uch turini ajratish mumkin:
1. Bilvosita trafik – bu turdagi trafik faol qurilmalardan tashkil topgan tizim tomonidan ishlab chiqariladi. Bu tashqi (ehtimol tasodifiy) hodisaga reaktsiya. Bunday hodisa, masalan, sensorni ishga tushirish, sensor tomonidan boshqariladigan qiymatning ma’lum bir maqsad oralig‘iga kirishi bo‘lishi mumkin. Ushbu trafikning xususiyatlari tizim tomonidan boshqariladigan jarayonlarga – tashqi jarayonlar va hodisalarga bog‘liq.
Agar tizim kamdan-kam ishlatilsa, masalan, kirishni boshqarish yoki signalni kuzatish uchun tizimning o‘zida hodisa tezligi va uskunaning ishdan chiqish darajasi yaqin bo‘lishi mumkin. Shuning uchun hodisani aniqlashning ishonchliligi pasayadi, bunday tizimlarda tizimning o‘zi va sensorlarning texnik holatini diqqat bilan kuzatib borish kerak. Ishonchlilikning pasayishiga yo‘l qo‘ymaslik uchun xizmat ma’lumotlarini uzatish kerak, bu ma’lumotlarning miqdori foydali ma’lumotlar miqdoridan sezilarli darajada oshib ketishi mumkin va trafik xususiyatlari texnik holatni kuzatish usullarining xususiyatlari bilan belgilanadi.
Sensorlarning holatini tekshirish uchun siz tizimdagi qurilmalarning davriy so‘rovidan foydalanishingiz mumkin, ovoz berish davri tizim mavjudligi omiliga bog‘liq.
Bunday tizimlardagi trafik sensorlar holatini kuzatuvchi qurilmalar soniga bog‘liq. Favqulodda vaziyat yuzaga kelganda, barcha sensor va jarayonni boshqarish moslamalari yuzaga kelgan vaziyat haqida ma’lumot yuborishni boshlaydi, bu esa tarmoqda juda ko‘p xabarlar paydo bo‘lishiga olib keladi. Bunday trafikning intensivligi boshqaruv qurilmalari soniga, xabarlar hajmiga va qurilmalarning ish faoliyatini tiklash ehtimoliga bog‘liq bo‘ladi.
Shunday qilib, tizimlar tomonidan ishlab chiqarilgan trafik, parametrlarga qarab, ham antipersistant oqim, ham oddiy oqim xususiyatlariga ega bo‘lishi mumkin. Ushbu turdagi trafik oqimining statistik xususiyatlari trafik manbalarining bog‘liqligi kabi xususiyat bilan belgilanadi, bu esa ma’lum hodisalar sodir bo‘lganda, qurilmalarning ommaviy faolligiga va natijada tasodifiy trafik cho‘qqilariga olib keladi.
2. Deterministik trafik, trafik faqat “passiv” qurilmalar joy olgan qurilma yoki tizim tomonidan ishlab chiqariladi. U so‘rovga javob sifatida ishlab chiqariladi. Ikkinchisini ba’zan tasodifiy yoki oldindan belgilangan (deterministik) hodisa sifatida ko‘rish mumkin. Masalan, monitoring va ma’lumotlarni yig‘ish tizimining trafigini keltirish mumkin. Bunday tizimlarda odatda Master-Slave (asosiy nazoratchi) tipidagi qurilish strukturasi ishlatiladi. Ushbu tuzilmadagi asosiy qurilma so‘rovni yaratadi va yuboradi va tobe qurilmalar yoki bitta qurilma (bu Internet bo‘lishi mumkin), asosiy qurilmaga (ehtimol boshqa qurilma) kerakli ma’lumotlarni yuboradi.
Amaliy misol sifatida keng qo‘llaniladigan SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) monitoring tizimidir. Ushbu tizim xuddi shu printsip asosida qurilgan. Ushbu tizimda oxirgi yoki oraliq tugunlar (sensorlar yoki kontrollerlar) maqsadli joyga o‘rnatiladigan passiv qurilmalar (tobe qurilmalar) hisoblanadi. Ular asosiy qurilma (yoki kontroller) talabiga binoan ma’lumotlarni uzatishni amalga oshiradilar. Shunday qilib, SCADA tizimida master rolini ma’lumotlarni yig‘ish serveri bajaradi. Shuni ta’kidlash kerakki, keng miqyosli monitoring tizimlarida tuzilma ierarxik bo‘lishi mumkin, bu shuningdek, yuqori darajadagi qurilmalarga nisbatan tobe bo‘lgan oraliq elementlar-nazoratchilarni va pastki darajadagi qurilmalarni o‘z ichiga oladi. Bunday tizimda so‘rovlar va ma’lumotlar zanjir (marshrut) bo‘ylab oxirgi tugundan, boshqaruvchi yoki bir nechta kontrollerlar orqali ma’lumotlarni yig‘ish serveriga uzatiladi.
Har qanday holatda, bunday tizimning trafik xususiyatlari asosiy blok (server) tomonidan so‘rovlarni uzatish momentlari orasidagi vaqt oralig‘ini tanlash algoritmi bilan belgilanadi. Trafik xususiyatlari ushbu vaqt oraliqlarini shakllantirish usuli bilan aniqlanadi. Bugungi kunda ko‘pgina amaliy dasturlarda bu intervallar qat’iy va deterministik qiymatlarga ega. Umuman olganda, ular jadvalga, tasodifiy qiymat yaratishga yoki belgilangan qiymatlarga muvofiq aniqlanishi mumkin.
Ushbu turdagi deterministik trafik avtomatik tizim tomonidan vaqtning doimiy nuqtalarida yaratilgan trafikni ham o‘z ichiga olishi mumkin. Masalan, dasturiy ta’minotni yangilash va oldindan belgilangan jadvalda yuzaga keladigan boshqa variantlar paytida hosil bo‘lgan trafik bo‘lishi mumkin.
Agar ma’lumotlar so‘rovi oraliqlari doimiy (deterministik) bo‘lsa, server va oxirgi tugunlar o‘rtasidagi trafik asosiy qurilmadan so‘rovlarning deterministik oqimi va oxirgi tugundan (to‘g‘ri qurilma) javoblardir. Bunday trafikdagi vaqt parametrlari ma’lum bir takrorlanish davri T ga ega.
Agar monitoring tarmog‘ida bir nechta ma’lumotlarni yig‘ish tizimlari mavjud bo‘lsa, ularning soni n ga teng bo‘lsin, so‘rovlar momentlari va teskari xabarlarni uzatish o‘rtasidagi doimiy vaqt almashinuvi bilan umumiy (agregatsiyalangan) trafik oqimi ham deterministik oqim bo‘ladi. Uning davri barcha so‘rov davrlarining eng kichik umumiy ko‘paytmasiga teng bo‘ladi:

Shuni ta’kidlash kerakki, turli xil tizimlarning sinxronizatsiyasi yo‘qligi sababli vaqt o‘zgarishi tasodifiy jarayon shaklida bo‘lishi mumkin, keyin umumiy trafik ham tasodifiy jarayonga o‘xshaydi, uning xususiyatlari individual oqimlarning xususiyatlari va parametrlariga bog‘liq bo‘ladi.
3. Xizmat trafigi, shuningdek, bilvosita trafik IoT tarmog‘ining faol tugunlari joylashgan elementlari tomonidan ishlab chiqariladi. Ushbu trafik tizimning normal ishlashini buzadigan tasodifiy tashqi hodisaga javoban sodir bo‘ladi. Bu, masalan, qurilma yoki dasturiy ta’minotning xatosi yoki noto‘g‘ri ishlashi natijasida hosil bo‘lgan trafik. Ushbu turdagi trafik apparat yoki dasturiy ta’minotdagi nosozliklar natijasida kuzatilishi mumkin. Uning maqsadi tizimning normal ishlashini tiklashdir. Masalan, qurilma parametrlarini qayta ishga tushirish, tarmoqni qayta konfiguratsiya qilish, parametrlarni sozlash va boshqalar. Odatda, tizimda xizmat trafigining paydo bo‘lishi signalizatsiya (nazorat) trafigini yaratish bilan ham birga keladi. Tizimda yuzaga keladigan turli muammolarni o‘z vaqtida diagnostika qilish va hal qilish uchun xizmat trafigi ham zarur.
IoT tarmog‘ida umumiy (agregatsiyalangan) trafik
Tarmoqdagi trafikni yig‘ish agregatsiyaga jalb qilingan ma’lumotlarni uzatish kanallarining sig‘imini umumlashtirish va xatolarga chidamlilik muammosini hal qiladi. Qoidaga ko‘ra, zamonaviy tarmoqlarda ko‘pchilik trafik oqimlari birlashtirilgan. Ular ularni tashkil etuvchi ko‘plab oqimlardan iborat. Bular turli qurilmalardan (foydalanuvchilardan), turli xizmatlarning oqimlari va boshqalar. Ma’lumotlar tarmoqlarida tarmoq tugunlarida ko‘p sonli uzatish navbatlari (buferlar) mavjud bo‘lib, ular bir-biriga ta’sir qiladi, ya’ni bir navbatdan chiqib ketgan oqim bir yoki bir nechta boshqa navbatlarga kiradi. Analitik nuqtai nazardan, bu oqim yo‘nalishi bo‘yicha joylashgan navbatlardagi kelish jarayonlarining xarakterini murakkablashtiradi. Asosiy qiyinchilik shundan iboratki, paketlar tarmoqqa kirish nuqtasi bo‘yicha birinchi navbatdan tashqarida uzatilganda, paketlarning kelishi momentlari orasidagi intervallar paketlarning uzunligiga, aniqrog‘i ularning uzatilish vaqti bilan kuchli (korrelyatsion) bog‘liq bo‘ladi. Haqiqiy tarmoqlarda paketlar uzunligi va yetib kelish vaqtlari orasidagi intervallar o‘zaro bog‘langan bo‘lsa, raqamli modellashtirish shuni ko‘rsatadiki, og‘ir yuklamalar ostida paketlarni yetkazib berishning o‘rtacha kechikishi tavsiflangan o‘zaro bog‘liqlik bo‘lmagan ideal holatdan kamroq bo‘ladi. Biroq, yuklamalar kichik bo‘lsa, buning aksi bo‘ladi.
Agar ixtiyoriy o‘lchamdagi bloklar ustidan yig‘ish paytida undan olingan yig‘ilgan oqimlarning avtokorrelyatsiya funktsiyalari va dastlabki oqimning avtokorrelyatsiya funktsiyasi teng bo‘lsa, oqim o‘z-o‘ziga o‘xshashdir. Boshqacha qilib aytganda, oqim ixtiyoriy o‘lchamdagi bloklar bo‘yicha o‘rtacha hisoblanganda korrelyatsiya koeffitsienti o‘zgarmaydi.
Misol uchun, bir nechta trafik manbalarini o‘zgaruvchan A va B davrlari bilan birlashtirish o‘z-o‘ziga o‘xshashlik xususiyatiga ega bo‘lgan jamlangan trafikni hosil qiladi. Agregatlangan ma’lumotlarni uzatish trafigi so‘ralgan faylni ma’lum bir A davrida uzatuvchi manbalarning superpozitsiyasi sifatida ko‘rib chiqilishi mumkin va B davri uzatishlar orasidagi vaqt oralig‘iga to‘g‘ri keladi.
Bunday trafikning xarakteristikalari bo‘linish, birlashtirish, navbatga qo‘yish, boshqaruvchi va shakllantirish kabi tarmoq operatsiyalariga chidamli. O‘z-o‘ziga o‘xshashlik bir jinsli va geterogen, ya’ni mustaqil trafik manbalari qo‘shilganda saqlanadi va bu xususiyat keng sharoitlarda amalga oshiriladi: o‘tkazish qobiliyati va bufer sig‘imi o‘zgarganda ham, boshqa trafik bilan aralashganda ham.
Buyumlar Interneti tarmoqlarida oqimlarning yig‘ilishi oxirgi qurilmalar tomonidan ishlab chiqarilgan trafik oqimlariga nisbatan sodir bo‘ladi. IoT tarmog‘ining tuzilishiga qarab, trafikni yig‘ish uning turli darajalarida sodir bo‘lishi mumkin. Masalan, ma’lumotlar yig‘ish tarmoqlari uchun xos bo‘lgan yulduz tipidagi tuzilmada trafikni yig‘ish shlyuz darajasida sodir bo‘ladi (agar bir nechta shlyuzlar mavjud bo‘lsa). Daraxt tuzilmasi tarmoqlarida oqimlarning yig‘ilishi tarmoqning tranzit tugunlari darajasida ham sodir bo‘ladi, bu ko‘p hollarda Internetning o‘zi bo‘lishi mumkin. IoT tarmog‘ini tashkil qilish uchun simsiz texnologiyalardan foydalanishda yuzaga keladigan xususiyatlarni ham ta’kidlash kerak. Ular jamlangan trafik oqimining xususiyatlariga aslida ushbu yig‘ilgan oqimning bir qismi bo‘lmagan, ammo shunga qaramay, uning xizmatiga ta’sir qiladigan oqimlar ta’sirida bo‘lishi mumkinligidan iborat. Buning sababi bir vaqtning o‘zida uchinchi tomon oqimiga xizmat ko‘rsatish bilan band bo‘lishi mumkin bo‘lgan umumiy tarqatish vositasidan foydalanishdir. Bu ta’sir tahlilni murakkablashtiradi, lekin uni IoT tarmog‘i modelida yig‘ilgan oqim navbati tizimining xususiyatlarini tanlashda hisobga olish mumkin.
2.2. IoT trafigining Gauss modeli
Telekommunikatsiya tarmoqlarida trafikni modellashtirish turli maqsadlarda ishlatilgan va hozir ham qo‘llaniladi. Misol uchun, taklif qilinayotgan trafikni to‘liq tushunib, adekvat o‘tkazish qobiliyatini ta’minlashni amalga oshirish mumkin (ya’ni, o‘tkazish qobiliyatining yetarli ko‘rsatkichlarini iqtisodiy jihatdan foydali tarzda, shu bilan birga ma’lum bir ishlash mezoniga qarab belgilash) [3].
Tarmoq trafigini modellashtirish telekommunikatsiyaning dastlabki kunlaridanoq uzoq yo‘lni bosib o‘tdi. IP dunyosida trafik oqimlarini tavsiflash uchun turli statistik modellar taklif qilingan. Eng oddiy model paketlarning Puasson kelishini nazarda tutadi, lekin bunday modelning nomaqbul xususiyati borki, u real izlarda kuzatilgan paketlar kelishi o‘rtasidagi (ijobiy) korrelyatsiyalarni o‘z ichiga olmaydi. Shu sababli, ON/OFF manbalari (superpozitsiyasi) bo‘lgan model jozibador alternativ hisoblanadi: ON va OFF vaqtlari uchun mos taqsimotlarni tanlash orqali turli xil korrelyatsiya tuzilmalarini modellashtirish mumkin. Oxirgi modelning varianti M/G/∞ kiritish modeli deb ataladi, unda oqimlar (paketlar guruhlari, ba’zi umumiy taqsimotlar) Puasson jarayoniga muvofiq keladi va doimiy tezlikda trafik hosil qiladi [4].
So‘nggi paytlarda e’tibor Gauss trafik modellari va ko‘p fraktal tahlillarga biroz qaratildi. Ushbu turdagi modellarning keyingi rivojlanishi 1990-yillarning boshlarida o‘tkazilgan bir qator o‘lchov tadqiqotlari, masalan, mashhur Bellcore o‘lchovlari tomonidan qo‘zg‘atildi [5]. Ushbu tadqiqotlar Ethernet trafikda o‘ta murakkablik va o‘z-o‘ziga o‘xshashlikni aniqladi. Shubhasiz, ulanish qatlamidagi bunday hodisalar protokollar stekidagi yuqori qatlamlarga nisbatan trafik xususiyatlariga tegishli bo‘lishi mumkin. Masalan, Paxson va Floyd global TCP trafigini o‘z-o‘ziga o‘xshash jarayon orqali modellashtirish mumkinligini ko‘rsatdi [6].
Uzoq muddatli qaramlikka ega oddiy model – bu o‘z-o‘ziga o‘xshash jarayon bo‘lib, sekin (giperbolik) parchalanadigan avtokorrelyatsiya funktsiyasi bilan tavsiflanadi. Koʻplab kerakli xususiyatlarga ega boʻlgan (masalan, uzoq masofaga bogʻliqlik) stoxastik model o‘z-oʻziga oʻxshash Gauss jarayonidir: fraksional Broun harakati (fBm) [7-8]. So‘nggi yillarda fBm modeli (va boshqa Gauss modellari) IP-trafik uchun mos yozuvlar modeli sifatida keng qo‘llanildi.
Gauss trafik modellari uchun yuqoridagi empirik tarzda olingan motivlardan tashqari, markaziy chegara teoremasining (CLT – Central Limit Theorem) argumenti ham mavjud: bu teorema bo‘yicha ko‘p sonli “kichik” mustaqil (yoki zaif bog‘liqlik), statistik jihatdan ko‘proq yoki kamroq bir xil, tasodifiy o‘zgaruvchilar (foydalanuvchilar) taxminan normal (ya’ni, Gauss) taqsimotga ega. Shunday qilib, ko‘plab individual aloqalardan iborat yig‘ilgan trafik oqimi Gauss stoxastik jarayoni bilan modellashtirilishi mumkinligini kutish mumkin. Biroq, CLT argumentatsiyasi hech qanday vaqt shkalasiga taalluqli emas: (minimal o‘lchamli) paketlarni uzatish vaqt shkalasida trafik oqimi har doim ON/OFF (yoki havola tezligida uzatish mavjud yoki jim) – bu Gauss emasligi aniq. Shunday qilib, foydalanuvchilar sonidan tashqari (“vertikal agregatsiya” deb ataladi), ham o‘z vaqtida yetarli darajada yig‘ish (“gorizontal agregatsiya”) bo‘lishi kerak. Har ikki yo‘nalishda ham trafik Gauss bo‘lishi uchun qandaydir agregatsiya zarurati mavjud [9].