Modeling nonlinear elements of critical computer network

Abstract

The subject of research discussed in the paper is indicators of a critical network performance. The research targetis a model of nonlinear elements of a critical network. The research objectiveis creation of a model for nonlinear elements of computer network (CN) telecommunications facilities of a critical system providing the desired parameters of QoS. The paper fulfills the following tasks: analysis of the main factors causing impaired service quality in CN; creation of a model for a small nonlinearity impact on forming free oscillations by generating a relevant motion equation; analysis of oscillator free motion presented in the form of the Duffing equation; working out a general integral of the Duffing equation as applied to a stiff system.The research methods used are: the foundations of the theory of computer systems and networks and the nonlinear differential equations theory. The results obtained are as follows: the main factors presumably causing impaired network services of forensic systems are analyzed; it was found that one of the main causes is the telecommunications component of CN, which possesses a number of critical parameters, including lack of stability and robustness of data signal frequency; numerical simulation of the findings was performed. Conclusions: a formula was devised to define the relationship between the free oscillation frequency and the oscillation systemenergy with reference to nonlinearity which takes into account the parameters of the oscillation system initial state at startup; nonlinearity of the oscillation system of a self-oscillator has a significant impact on accuracy and stability of its output oscillation frequencies; it was determined that for equivalent nonlinearity parameter values k>0.1 there is a considerable mismatch between the reference signal and the actual signal transmitted in the network, which can cause a large deterioration of QoS; further research should be aimed at development of hardware-software tools making it possible to reduce the impact of small nonlinearities of telecommunications equipment elements of critical networks on quality of performance.Предметом дослідження в статті є показники якості функціонування комп'ютерної мережі критичного застосування. Об'єкт досліджень - модель нелінійних елементів комп'ютерної мережі критичного застосування. Мета роботи - створення моделі нелінійних елементів телекомунікаційного обладнання комп'ютерної мережі (КС) системи критичного застосування для забезпечення необхідних параметрів QoS. У статті вирішуються такі завдання: аналіз основних факторів, що викликають зниження якості обслуговування в КС; створення моделі впливу малої нелінійності на формування вільних коливань, за допомогою складання відповідного рівняння руху; аналіз вільного руху осцилятора, що має вигляд рівняння Дюффінга; побудова загального інтеграла рівняння Дюффінга в разі жорсткої системи. Використовуються такі методи дослідження: основи теорії комп'ютерних систем і мереж та основи теорії нелінійних диференціальних рівнянь. Отримані наступні результати: проведено аналіз основних факторів, які можна вважати причиною зниження якості обслуговування комп'ютерних мереж системи судової експертизи; визначено, щооднією з основних причин є телекомунікаційна складова КС, яка має ряд критичних параметрів, в тому числі і недостатня стабільність і стійкість частоти сигналу передачі інформації; проведено чисельне моделювання отриман их результатів. Висновки: Отримана формула залежності частоти вільних коливань від енергії коливальної системи з урахуванням нелінійності, яка дозволяє врахувати параметри вихідного стану коливальної системи при її запуску; нелінійність коливальної системи автогенератора істотно впливає на точність і стабільність частот його вихідних коливань; визначено, що при значеннях еквівалентного параметра нелінійності k> 0,1 відбувається істотна неузгодженість між еталонним і реальним сигналом, які передаються в мережі, що може привести до значного зниження показників QoS, подальші дослідження необхідно направитина розробку програмно-апаратних засобів, що дозволяють знизити вплив малих нелінійностей елементів телекомунікаційного обладнання комп'ютерних мереж критичного застосування напоказники якості функціонування.