Modeling the dynamics of the servers load by stochastic Petri nets with priorities (on the example of a video conferencing system)

Abstract

Использование современных форм обучения в высших учебных заведениях определяет повышенную нагрузку на серверы учреждений высшего образования. Особенно это актуально для реализованных на базе университетской информационной инфраструктуры систем видеоконференцсвязи. Для повышения надежности и устойчивости этих систем необходим анализ распределения нагрузки на систему в целом и отдельные ее компоненты в соответствии с имеющимся расписанием занятий. Основной задачей статьи является предсказание пиков нагрузки, которые определяются расписанием, но зависят и от ряда случайных факторов. В работе предлагается динамическая модель, имитирующая формирование нагрузки на серверы системы видеоконференцсвязи в зависимости от имеющегося расписания занятий с учетом случайных факторов. Решение задачи моделирования и прогнозирования поведения динамической системы основано на использовании стохастического аппарата сетей Петри с приоритетами. В качестве дополнительного механизма обеспечения адекватности модели определяются временные интервалы переходов сети Петри, внутри которых они могут быть активными, что позволяет привязать функционирование всей сети к реальным временным интервалам в расписании занятий. Критерием адекватности модели является соответствие распределения прогнозируемой нагрузки на сервера по результатам вычислительного эксперимента реальным данным, полученным в ходе эксплуатации системы видеоконференцсвязи. Modern forms of education in higher educational institutions determine the increased load on the servers of higher educational institutions. This is especially true for video conferencing systems implemented based on the University's information infrastructure. To improve the reliability and stability of these systems, it is necessary to analyze the load distribution on the system as a whole and its components following the existing schedule. The main task of the article is to predict the load peaks, which are determined by the graph, but also depend on several random factors. The article proposes a dynamic model that simulates the formation of the load on servers of the video conferencing system depending on the available schedule of classes, taking into account random factors. The solution to the problem of modeling and predicting the behavior of a dynamic system is based on the use of the stochastic apparatus of Petri nets with priorities. As an additional mechanism for ensuring the adequacy of the model, the time intervals of Petri net transitions are determined, within which they can be active. It allows linking the functioning of the entire network with real-time intervals in the class schedule. The adequacy of the proposed model is proved by the correspondence of the predicted load servers distribution based on the results of a computational experiment to real video conferencing system data.