Resilience Modeling in Distributed Systems Based on the Generalized Erdős – Rényi Model and the Gilbert – Elliott Model

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The aim of this study is to develop and validate a model for assessing the resilience of distributed systems that considers both the structural characteristics of the network and the dynamic behavior of connections. The proposed model combines graph analysis (based on the Erdős – Rényi model) and statistical modeling (Gilbert – Elliott model), integrating connectivity probabilities and successful connection metrics to evaluate network resilience. The primary objective was to create an approach capable of accurately describing real-world network processes and identifying potential points of degradation. The model was tested using a local Kubernetes cluster, where a test CRUD service was deployed under load for 24 hours. Collected metrics, including packet loss, latency, and throughput, were compared to the model’s predictions. The results showed minimal deviations between theoretical predictions and empirical data, confirming the model’s adequacy. The study concludes that the proposed approach can not only accurately describe current network processes but also serve as a foundation for decision-making regarding scaling and replication. The model’s flexibility ensures its relevance in scenarios involving changes in network topology or connection quality, making it applicable for analyzing modern distributed systems.

Sobre autores

Danil Sukhoplyuev

MIREA – Russian Technological University

Autor responsável pela correspondência
Email: sukhoplyuev.d.i@edu.mirea.ru
Código SPIN: 3931-0217

Postgraduate Student

Rússia, Moscow

Alexey Nazarov

Computer Science and Control Federal Research Center of Russian Academy of Sciences

Email: a.nazarov06@bk.ru
ORCID ID: 0000-0002-0497-0296
Código SPIN: 6032-5302
Scopus Author ID: 7201780424

Dr. Sci. (Eng.), Professor

Rússia, Moscow

Bibliografia

  1. Evstratov V.V. Container orchestration using Kubernetes. Young Scientist. 2020. No. 51 (341). Pp. 11–13. (In Rus.). EDN: DEALJL.
  2. Gu L., Xu H., Li Z. et al. Container session level traffic prediction from network interface usage. IEEE Transactions on Sustainable Computing. 2023. Vol. 8. No. 3. Pp. 400–411. doi: 10.1109/tsusc.2023.3252595. EDN: OYVTND.
  3. Kovalev M.G. Tracing network packets in the Linux Kernel using eBPF. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS. 2020. Vol. 32. No. 3. Pp. 71–78. doi: 10.15514/ISPRAS-2020-32(3)-6. EDN: AKNDPV.
  4. Ibryam B. Evolution of cloud computing: From raw infrastructure to serverless applications. Internet from the Inside. 2023. No. 19. Pp. 9–13. (In Rus.) EDN: VQDCGX.
  5. Fokin A.B. Method for calculating connectivity probabilities (availability coefficients) in a telecommunications network supporting fault tolerance mechanisms. Information Systems and Technologies. 2023. No. 4 (138). Pp. 83–91. (In Rus.). EDN: CWQJBV.
  6. Hablinger G., Hohlfeld O. The Gilbert – Elliott model for packet loss in real time services on the Internet. In: 14th GI/ITG Conference on Measuring, Modelling and Evaluation of Computer and Communication Systems, MMB 2008 (Dortmund, 2008). Dortmund, 2008. P. 5755057. EDN: SSWAZB.
  7. Gostev I.M., Golosov P.E. Efficiency analysis of a cloud computing system serving a flow of tasks with deadline constraints under multiple server failures. Software Engineering. 2023. Vol. 14. No. 6. Pp. 278–284. (In Rus.). doi: 10.17587/prin.14.278-284. EDN: EGXWYI.
  8. Ivutin A.N., Novikov A.S., Pestin M.S., Voloshko A.G. Decentralized protocol for organizing sustainable interaction of subscribers in networks with high topology dynamics. Informatics and Automation. 2024. Vol. 23. No. 3. Pp. 727–765. (In Rus.). doi: 10.15622/ia.23.3.4. EDN: JSQFAC.
  9. Oblakova T.V., Kasupovich E. Numerical study of persistent time series based on the ARFIMA model. Mathematical Modeling and Numerical Methods. 2022. No. 4 (36). Pp. 114–125. (In Rus.). doi: 10.18698/2309-3684-2022-4-114125. EDN: MTJIKO.
  10. Pattanayak R.M.P., Sangameswar M.V., Vodnala D., Das H. Fuzzy time series forecasting approach using LSTM model. Computacion y Sistemas. 2022. Vol. 26. No. 1. doi: 10.13053/cys-26-1-4192. EDN: JNBLPQ.
  11. Zayats O.I., Korenevskaya M.M., Ilyashenko A.S., Mulyukha V.A. Mass service system with absolute priority, probabilistic push-out mechanism, and repeat requests. Informatics and Automation. 2024. Vol. 23. No. 2. Pp. 325–351. (In Rus.). doi: 10.15622/ia.23.2.1. EDN: KXQKLM.
  12. Rumyantsev A.S., Dolgaleva D.S., Golovin A.S. Study of stationary characteristics of multiserver models with redundancy. Software Systems: Theory and Applications. 2023. Vol. 14. No. 1 (56). Pp. 55–94. (In Rus.). doi: 10.25209/2079-3316-2023-14-1-55-94. EDN: CMFWJG.
  13. Melnikov B.F., Terentyeva Yu.Yu. Practical applications of the Floyd – Warshall algorithm and its modifications. Informatization and Communication. 2023. No. 5. Pp. 7–14. (In Rus.). doi: 10.34219/2078-8320-2023-14-5-7-14. EDN: YPIUSI.
  14. Asratyan R.E. Deterministic model of packet request processing in a multithreaded server. Software Engineering. 2023. Vol. 14. No. 4. Pp. 155–164. (In Rus.). doi: 10.17587/prin.14.155-164. EDN: ZCWJCH.
  15. Allakin V.V., Budko N.P., Vasiliev N.V. General approach to building prospective monitoring systems for distributed information and telecommunication networks. Management, Communication, and Security Systems. 2021. No. 4. Pp. 125–227. (In Rus.). doi: 10.24412/2410-9916-2021-4-125-227. EDN: JPFJRO.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
2. Fig. 1. Formal network architecture

Baixar (83KB)


Link à descrição da licença: https://www.urvak.ru/contacts/

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».