СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ В СИСТЕМАХ ОБМЕНА ДАННЫМИ Российский патент 1998 года по МПК H04L12/58 

Изобретение относится к электросвязи, а именно к технике передачи данных. Оно может быть использовано при создании новых сетей передачи даннхх и систем обмена данными.

Известны способы коммутации и распределения информационных потоков в сетях передачи данных (см., например, Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А. П. Сети коммутации пакетов. Под ред. В.С. Семенихина. М.: Радио и связь, 1986, с. 89-93; Мизин И.А., Уринсон Л.С., Храмешин Г.К. Передача информации в сетях с коммутацией сообщений. М.: Связь, 1977, с. 23-31, 40-44.; Кулешов А.П., Леонов В.Г., Романов О.Н. Управление передачей больших массивов в дейтаграммных сетях. - В кн.: Системы управления информационных сетей. М.: Наука, 1983, с. 29-43; Етрухин Н.Н., Осипов В.Г., Шварцман В.О. К выбору метода коммутации для сетей передачи данных. - Электросвязь, 1978, N 12, с. 1-9; Самойленко С. И. Метод адаптивной коммутации. - Вопросы кибернетики. Вып. ВК-57, 1979, с. 130-160; Kermani P., Kleinrock L. - IEEE, Trans., 1980, p. 29, N 12).

Однако при возможных изменениях физической структуры сети передачи данных или структуры информационного обмена в ней или при перемещениях абонентов, а также при одновременном воздействии перечисленных факторов известные способы имеют недостатки. В этих условиях снижаются производительность системы и готовность ее элементов, а требования к объему памяти возрастают. Система обмена данными включает сеть передачи данных и комплексы оконечных средств обмена данными. Сеть передачи данных содержит совокупность коммутационных центров, связанных каналами связи. Под производительностью понимается суммарная интенсивность своевременно обслуженной нагрузки (см., например, Мизин И. А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. Под ред. В. С. Семенихина. М.: Радио и связь, 1986, с. 267). Под готовностью элемента системы обмена данными понимается его способность немедленно приступить к обеспечению информационного обмена.

Перечисленные недостатки обусловлены неинвариантностью плана распределения информационных потоков к влиянию упомянутых факторов. Это связано с необходимостью каждый раз корректировать маршрутные таблицы в памяти КЦ при указанных изменениях. Во время коррекции интенсивность информационного обмена в сети передачи данных снижается на тех направлениях, где такая коррекция производится. А соответствующие элементы СОД оказываются не готовыми к информационному обмену. Сеть передачи данных перегружается служебными сообщениями. А требования к объемам памяти КЦ возрастают вследствие необходимости анализировать альтернативные маршруты.

Из известных способов коммутации в системах обмена данными наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ коммутации сообщений, описанный в книге: Мизин И.А., Уринсон Л.С., Храмешин Г. К. Передача информации в сетях с коммутацией сообщений. М.: Связь, 1977, с. 24-25, 32-34, 37-49, 107-108, 118-137, 284-317, заключающийся в передаче на каждый из N (N = 2, 3, 4, ..) коммутационных центров, образующих сеть передачи данных, абонентских сообщений, сформированных в устройствах сопряжения и обмена Q комплексов оконечных средств обмена данными (Q = 2, 3, ..), связанных каналами связи не менее, чем с одним из коммутационных центров, записи абонентских сообщений в соответствующие входные очереди коммутационных центров, выделении из каждого заголовка абонентского сообщения физического адреса комплекса оконечных средств обмена данными получателя, идентификации адреса, выработке управляющих сигналов, передаче абонентского сообщения в выходную очередь исходящего канала и затем по каналу связи на комплекс оконечных средств обмена данными получателя, выделении внутреннего адреса получателя из заголовка абонентского сообщения, идентификации внутреннего адреса получателя, выработке управляющих сигналов и выдаче абонентского сообщения получателю; абонентские сообщения считывают из выходной очереди коммутационного центра и передают по одному или одновременно по нескольким каналам связи от данного коммутационного центра к ближайшему, связанному с ним, промежуточному коммутационному центру в соответствии с физическими адресами комплексов оконечных средств обмена данными получателей.

Способ коммутации сообщений, выбранный в качестве прототипа, обеспечивает повышение производительности системы обмена данными (СОД) по сравнению с другими известными аналогами благодаря более эффективному использованию системных ресурсов. Так, при использовании этого способа в частном случае, например в виде коммутации пакетов (коммутация пакетов является дальнейшим развитием способа коммутации сообщений) в дейтаграммном режиме, каждое из сообщений ограниченной длины (пакетов) доводится до адресата по независимому от других пакетов маршруту, причем для каждого пакета определяется кратчайший путь передачи через сеть (см. Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. Под ред. В.С. Семенихина. М.: Радио и связь, 1986, с. 58. .67, 108; Вычислительные машины, системы и сети. Учебник А.П. Пятибратов, С.Н. Беляев, Г.М. Козырева и др. Под ред. проф. Пятибратова. М.: Финансы и статистика, 1991, с. 317-318).

Однако способ коммутации сообщений, выбранный в качестве прототипа, характеризуется недостатками. При его применении в условиях изменений физической структуры сети передачи данных или структуры информационного обмена или при перемещениях абонентов, а также при одновременном влиянии всех перечисленных факторов снижаются производительность системы и готовность ее элементов к информационному обмену, а требования к объему памяти КЦ возрастают, что часто приводит к экономической нецелесообразности в построении таких КЦ. Эти недостатки обусловлены неинвариантностью плана распределения информационных потоков к указанным изменениям при использовании способа-прототипа. Так, при изменении числа КЦ или каналов связи в системе или при перемещении абонентских комплексов оконечных средств обмена данными требуется производить корректировку маршрутных таблиц в запоминающих устройствах всех КЦ. При известных способах управления сетью (например, централизованном, децентрализованном или комбинированном) выполнение этого требования приводит к перегрузке системы служебными сообщениями: об изменениях адресных признаков КЦ, командами дистанционного управления изменениями адресов КЦ, квитанциями на них и другими.

Аналогичную корректировку необходимо производить при изменении структуры информационного обмена в системе: возрастании интенсивности информационных потоков на одних направлениях и снижении на других. Для обеспечения равномерной загрузки системы с целью достижения более высокой эффективности использования ресурсов предусматривают несколько альтернативных маршрутов, назначают, так называемые, параллельные маршруты. Под параллельными маршрутами понимаются такие, в которых одно сообщение (пакет) передается одновременно и доводится независимо, а в пункте приема производится выбор лучшего из принятых сообщений. Однако это также не предотвращает перегрузки сети из-за вынужденного дублирования передаваемых сообщений и увеличения числа попыток передачи сообщений по перегруженным направлениям.

Автоматизация процессов корректировки маршрутных таблиц путем доработки известных устройств коммутации сообщений приводит к усложнению оборудования. Это связано с необходимостью автоматической реализации достаточно сложных функций соответствующей службы. Однако такая автоматизация также не обеспечивает существенного повышения производительности системы обмена данными и готовности ее элементов. Так, в целях предотвращения перегрузки системы применяют переключение на альтернативные варианты заранее записанных в памяти КЦ маршрутных таблиц. Это требует увеличения объема памяти КЦ. Отрицательными последствиями применения запоминающих устройств с большой емкостью памяти (при заданной скорости работы процессора ЭВМ КЦ) являются увеличение времени просмотра маршрутных таблиц при анализе заголовков абонентских сообщений и повышение стоимости оборудования. Увеличение времени просмотра маршрутных таблиц дополнительно влечет за собой снижение производительности системы.

Целью изобретения является разработка способа инвариантного распределения информационных потоков в системах обмена данными, обеспечивающего повышение производительности системы, готовности КЦ и снижение требований к объему памяти КЦ в условия возможных изменений физической структуры сети передачи данных или структуры информационного обмена или перемещений абонентов, а также при одновременном воздействии перечисленных факторов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе распределения информационных потоков в системах обмена данными, заключающемся в передаче на каждый из N (N = 2, 3, 4, ..) коммутационных центров, образующих сеть передачи данных, абонентских сообщений, сформированных в устройствах сопряжения и обмена Q комплексов оконечных средств обмена данными (Q = 2, 3, ..), связанных каналами связи не менее, чем с одним из коммутационных центров, записи абонентских сообщений в соответствующие входные очереди и затем в память коммутационных центров, выделении из каждого заголовка абонентского сообщения физического адреса комплекса оконечных средств обмена данными получателя, идентификации физического адреса комплекса оконечных средств обмена данными получателя, выработке управляющих сигналов, передаче абонентского сообщения в выходную очередь исходящего канала и затем по каналу связи на комплекс оконечных средств обмена данными получателя, выделении внутреннего адреса получателя из заголовка абонентского сообщения, идентификации внутреннего адреса получателя, выработке управляющих сигналов и выдаче абонентского сообщения получателю, дополнительно в состав каждого абонентского сообщения включают номер конечного маршрута доставки, после чего из каждой выходной очереди абонентских сообщений на каждом коммутационном центре формируют маршрутные сообщения в составе номера, маршрутные сообщения из каждой выходной очереди передают в соответствии с установленными номером маршрута и временным периодом последовательно, начиная с ближайшего до конечного коммутационных центров. На каждом коммутационном центре выделяют из маршрутных сообщений абонентские сообщения, переданные его абонентам. После чего повторно формируют маршрутные сообщения из каждой выходной очереди данного промежуточного коммутационного центра и вновь передают их на ближайшие коммутационные центры. Причем временной период передачи маршрутных сообщений по каждому маршруту задают в соответствии с неравенством:
T_мс ≤Kt_ас,
где
T_мс - временной период передачи маршрутных сообщений от данного коммутационного центра;
t_ас - средняя величина промежутка времени между поступлениями абонентских сообщений в соответствующую выходную очередь;
K - максимальное число абонентских сообщений, которое может быть передано одновременно в составе маршрутного сообщения; K = 1, 2, 3, ... .

Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет перераспределения функций между устройствами сопряжения и обмена комплексов оконечных средств обмена данными и коммутационными центрами обеспечивает повышение производительности системы, готовности коммутационных центров к информационному обмену и снижение требований к объему памяти коммутационных центров. Тем самым достигается цель изобретения: обеспечивается инвариантность плана распределения информационных потоков в сети передачи данных к изменениям ее физической структуры или структуры информационного обмена или перемещениям абонентов, а также при одновременном воздействии перечисленных факторов.

На фиг. 1 представлена структура формата сообщения, вводимого абонентом с помощью устройства ввода-вывода данных (сигнала ввода);
на фиг. 2 показана структура формата абонентского сообщения (АС);
на фиг. 3 приведена структура таблицы соответствия, записанной в памяти комплексов оконечных средств обмена данными (КОСОД);
на фиг. 4 изображена структурно-логическая схема процессов выделения и идентификации заголовков сообщений;
на фиг. 5 представлена структура маршрутной таблицы, записанной в памяти КЦ;
на фиг. 6 представлена структура формата маршрутного сообщения (МС);
на фиг. 7 показан вариант структурной схемы СОД.

Реализация заявляемого способа объясняется следующим образом. При необходимости передачи информации i-й абонент вводит в СОД внутренний адрес j-го абонента-получателя (ВАП_j и информационную часть абонентского сообщения Т_i, где i=1,2,..L; j=1,2,..L и i ≠ j , L - общее число абонентов в СОД. По сигналу ввода, представляющему собой импульсную последовательность ASCII кода определенного формата (см. фиг. 1), на основании таблицы соответствия формируют абонентское сообщение (АС_i), формат которого показан на фиг. 2. Абонентское сообщение состоит из заголовка и информационной части. Заголовок АС_i содержит физический адрес КОСОД получателя (ФАКД_q, внутренний адрес получателя (ВАП_j) и, кроме того, в отличие от способа-прототипа, дополнительно включает номер конечного маршрута (НКМ_m) доставки данного сообщения. В дальнейшем индексы "p" будем рассматривать по отношению к КОСОД отправителя, а индексы "q" - к КОСОД получателя АС. В рассуждениях положим, что общее число КОСОД в сети равно Q. В составе информационной части Т_i могут быть записаны ФАКД_p (p = 1,2,3,..Q) и внутренний адрес отправителя ВАО_i. Структура таблицы соответствия приведена на фиг. 2. В каждой j-й строке таблицы соответствия устанавливают отношение между ВАП_j, ФАКД_q получателей и НКМ_m.

Для передачи АС_i по каналам связи его преобразуют в сигналы данных. Форма сигналов данных определяется используемым видом модуляции. Сигналы данных АС_i пересылают по каналам связи на ближайший КЦ_n (n = 1,2,..N, где N - число КЦ в СПД). На КЦ_n осуществляют прием и обратное преобразование сигналов данных в импульсную последовательность АС_i циклического кода. Абонентское сообщение АС_i записывают во входную очередь (см. фиг. 4), например, путем накапливания в регистре сдвига. При обслуживании первого в очереди АС_i его переписывают в буферную память КЦ, выделяют на определенных позициях заголовок и идентифицируют его, сравнивая ФАКД_q с физическими адресами КОСОД, записанными в маршрутной таблице. В маршрутной таблице (см. фиг. 5) каждого КЦ устанавливают два бинарных отношения: первое между номерами исходящих трактов передачи данных (НТ_r) и НМС_s МС, формируемых на данном КЦ, а второе - между номерами НМС_s всех МС, коммутируемых на данном КЦ, и номерами НМС_m всех МС, циркулирующих в сети (m = 1,2,3..M, M - число маршрутов передачи МС, M = 1,2,..).

При положительном результате сравнения (определении ФАКД_q в маршрутной таблице, совпадающего с адресом КОСОД, записанным в буферной памяти) считают, что КОСОД_q подключен к данному КЦ, и на основании маршрутной таблицы вырабатывают соответствующий сигнал управления, по которому пересылают АС_i в соответствующую выходную очередь исходящего тракта передачи данных с номером НТ_r=НТ_q, где r=1,..R, R - число трактов передачи данных, подключенных к данному КЦ, R = 1,2,.. . Число R трактов передачи данных (и соответственно очередей) включает qКЦ_n исходящих трактов с номерами НТ_q направлений передачи к КОСОД_q, подключенных непосредственно к данному КЦ, и S трактов с номерами НТ_s направлений передачи к другим КЦ в сети передачи данных: R = qКЦ_n + S, где S = 1,2,3,.. и qКЦ_n=1,2,3,.. . Обслуживание выходной очереди производится по сигналам управления от ЭВМ КЦ в соответствии с установленной дисциплиной (например, известным способом в соответствии с дисциплиной FIFO: первым пришел - первым обслуживается). При обслуживании первого АС_i, находящегося в выходной очереди, его снова преобразуют в сигналы данных. Сигналы данных от КЦ_n передают на КОСОД_q адресата, где так же, как и на КЦ_n производится прием, накопление, выделение заголовка АС_i и (в отличие от преобразований на КЦ_n) идентификация ВАП_j на основании таблицы соответствия. По результату идентификации ВАП_j принятое АС_i в виде импульсной последовательности циклического кода преобразуют в импульсы ASCII кода и выдают на УВВД абоненту. Устройство ввода-вывода данных обеспечивает преобразование формата ASCII - последовательности в вид, удобный для восприятия абонентом.

При отрицательном результате сравнения ФАКД_q на КЦ_n, используя маршрутную таблицу, производят идентификацию НКМ_m, сравнивая содержимое АС_i с номерами НМС_s маршрутных сообщений, формируемых на данном КЦ_n. По результату идентификации НКМ_s заголовка АС_i пересылают в соответствии с маршрутной таблицей в выходную очередь с номером НТ_s и затем в составе маршрутных сообщений передают по сети передачи данных на КЦ адресата.

В отличие от способа-прототипа при использовании заявляемого способа распределения информационных потоков в сети передачи данных между КЦ по фиксированным маршрутам организуют передачу маршрутных сообщений (МС), каждое из которых имеет определенный формат, представляет собой импульсную последовательность, например циклического кода, и содержит (см. фиг. 6) маршрутный заголовок и k абонентских сообщений (k = 1,2,..K, где K - максимальное число АС, которое может быть передано в составе одного МС). Маршрутный заголовок включает номер маршрутного сообщения НМС_m (m = 1,2,..M, где M - число маршрутов, организованных в сети), соответствующий последовательности прохождения МС своего маршрута, начиная от начального КЦ до конечного на маршруте. Маршрутные сообщения формируют на КЦ в начале функционирования сети или центра.

Возможны два исхода сравнения НКМ_m с НМС_s. В первом случае, если в результате сравнения определено, что НКМ_m совпадает с одним из НМС_s, формируемых на данном КЦ_n, т.е. НКМ_m = НМС_s (где s = 1,2,..S, S - общее число номеров МС, формируемых на данном КЦ, S = 1,2,..), то АС_i будет доведено до адресата по одному маршруту в составе МС с номером НМС_s. Во втором случае, если HKM_m≠ HMC_s , АС_i будет передано путем ретрансляции его с одних промежуточных маршрутов на другие до тех пор, пока данное АС_i не будет передано в составе МС по конечному маршруту с номером НКМ_m до КЦ адресата.

В соответствии с первым бинарным отношением маршрутной таблицы при идентификации НКМ_m определяют ту выходную очередь (НТ_r=НТ_s), в которую затем переписывают АС_i. На основании второго бинарного отношения из каждой выходной очереди НТ_s последовательно в соответствии с установленными дисциплиной обслуживания (например FCFS), а при необходимости и приоритетом для АС_i выдают в канал связи в составе АС. Таким образом, при обоих исходах идентификации на основании маршрутной таблицы абонентское сообщение передают в соответствующую выходную очередь (НТ_s), где происходит периодическое обслуживание абонентских сообщений путем их последовательной передачи в составе маршрутных сообщений в канал связи.

Маршрутные сообщения формируют в выходной очереди маршрутных сообщений с номерами НТ_s. Каждое из них имеет определенный формат и формируется с помощью записи его составляющих на соответствующие позиции регистра сдвига, заполняя таким образом свободные позиции регистра, и затем путем последовательного считывания МС из регистра, модуляции и передачи в канал связи в начале маршрутного заголовка (НМС_s), а затем k АС, начиная от первого, находящегося в очереди, до K-го. Оставшиеся в очереди АС продвигаются поформатно вперед по мере ее освобождения и обслуживаются аналогичным образом при следующей передаче МС. Если число АС, ожидающих в выходной очереди, меньше числа свободных позиций МС, то МС передают в усеченном виде (k≤K), а при приеме свободные позиции учитывают, зная фиксированную длину МС. Передача МС по маршруту производится путем полного переприема на КЦ. На КЦ принимаемые сигналы данных преобразуют в импульсные последовательности МС, запоминают их в буферной памяти и расформировывают, исключая из состава МС абонентские сообщения, доведенные до адресата данного КЦ. Затем АС_i, следующие далее по маршруту с номерами НКМ_m=НМС_s, передают в старшие разряды соответствующей выходной очереди, устанавливая тем самым для них приоритет по отношению к АС, находящимся к этому моменту в очереди, поступившим от других абонентов сети (включая и данный КЦ). Вновь поступившие АС записывают в конец выходной очереди и при формировании очередного МС считывают на его освободившиеся позиции. Таким образом, одно МС может содержать несколько АС от различных отправителей. Для исключения переполнения выходных очередей временной период передачи МС устанавливают в соответствии с выражением:
T_мс≤Kt_ас,
где
T_мс - временной период передачи маршрутных сообщений от данного коммутационного центра;
t_ас - средняя величина промежутка времени между поступлениями абонентских сообщений в соответствующую выходную очередь;
K - максимальное число абонентских сообщений, которое может быть передано одновременно в составе маршрутного сообщения, K = 1,2,3,... .

На КЦ адресата полученное АС_i выделяют из состава МС, записывая его на определенные позиции (в соответствии с форматом) в регистре сдвига входной очереди, и идентифицируют ФАКД_q, указанный в его заголовке. После идентификации заголовка АС_i его передают в соответствующую выходную очередь с номером НТ_r=НТ_q и в последующем - абоненту-получателю.

Система обмена данными (см. фиг. 7) строится на основе сети передачи данных и совокупности КОСОД, подключенных к КЦ. Пусть сеть передачи данных содержит N (N = 4) коммутационных центров КЦ_n (n = 1,2,..,N), соединенных между собой каналами связи. К каждому из КЦ_n подключены по qКЦ_n = 2 КОСОД_q.

Каждый КОСОД (см. фиг. 7) состоит из комплекса средств тракта передачи данных (КСТПД), ЭВМ, коммутационного оборудования, оконечного оборудования данных (ООД) и вспомогательных устройств (управления, измерений, электропитания). Комплекс средств тракта передачи данных включает устройства защиты от ошибок (предназначенных для кодирования АС помехоустойчивым кодом) и устройства преобразования сигналов (для модуляции и передачи их по предоставляемым каналам связи). Оконечное оборудование данных состоит из устройства сопряжения и обмена (УСО) и нескольких, например двух, подключенных к нему устройств ввода-вывода данных (УВВД) абонентов, например персональных ЭВМ.

Коммутационный центр содержит ЭВМ и комплекс средств передачи данных (КСПД). Комплекс средств передачи данных включает КСТПД), коммутационное оборудование и вспомогательные устройства (управления, измерений, электропитания).

Введенные i-м абонентом - отправителем внутренний адрес получателя (ВАП_j) и информационную часть Т_i абонентского сообщения с помощью УВВД_i (известным способом, см. , например, Паппас К., Марри У. Микропроцессор 80386, Справочник. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1993, с. 20) преобразуют в последовательность импульсов ASCII кода и пересылают в устройство сопряжения и обмена (в составе КОСОД_p отправителя).

Ограничений на содержание информационной части Т_i не накладывается, однако формат АС ограничен максимальным числом разрядов (например, 484 разряда для записи знаков в коде ASCII для заголовка вместе с информационной частью). При необходимости передачи АС большего формата его разбивают на части и передают в составе нескольких АС установленного формата.

Формирование АС_i осуществляется по сигналу ввода (см. фиг. 1) с использованием таблицы соответствия (см. фиг. 2), записанной предварительно в память КОСОД_p отправителя. Формирование заключается, например, путем накопления АС_i определенного формата в соответствующих позициях регистра сдвига. Формат АС определяется тем, что каждая составная часть сообщения записывается на соответствующую позицию регистра. При этом длины ВАП_j, ФАКД_p фиксированы, а длина Т_i не должна превышать установленное число импульсов в соответствующем коде. Формирование АС и МС аналогичным образом производится в существующей аппаратуре.

Для пересылки импульсных последовательностей внутри элементов СОД используется один из известных способов адресования, например прямая адресация, а для хранения могут применяться известные способы хранения данных в ЭВМ (см. Папас К., Марри У. Микропроцессор 80386. Справочник. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1993, с. 11, 31).

В УСО принимаемую последовательность импульсов накапливают, например, путем записи в регистр сдвига, декодируют, определяют на основании таблицы соответствия (см. фиг. 3) физический адрес КОСОД_q получателя и соответствующий ему номер конечного маршрута НКМ_m. Затем АС_i в КСТПД кодируют, преобразуя его в импульсную последовательность циклического кода, модулируют, преобразуя АС_i в сигналы данных, и передают по каналу связи на ближайший КЦ_n. На КЦ_n с помощью КСПД осуществляют обратное преобразование сигналов данных в импульсную последовательность АС_i. Прием АС_i осуществляют в порядке поступления импульсов, побитно, путем последовательного накапливания во входной очереди (например, в регистре сдвига). Обслуживание очереди производится в соответствии с дисциплиной FCFS (первым пришел - первым обслуживается, см. А.А. Мячев, Е.С. Алексеев. Интерфейсы и сети ЭВМ. Англо-русский толковый словарь. М.: Радио и связь, 1994). Затем принимаемое АС_i (см. фиг. 4) переписывают в буферную память КЦ и идентифицируют его ФАКД_q. Для идентификации ФАКД_q используется предварительно записанная в памяти КЦ маршрутная таблица. Идентификация производится, например, способом побитного сравнения данных, записанных в маршрутной таблице, и импульсов АС_i, записанных на соответствующих позициях в буферной памяти КЦ, и выявления несовпадений.

Если анализируемый ФАКД_q совпадает с одним из физических адресов КОСОД, подключенных к данному КЦ (этот случай обозначен на фиг. 4 символом "1"), то АС_i переписывают в соответствующую выходную очередь НТ_q. Затем АС_i модулируют, вновь преобразуют его в сигналы данных и передают на КОСОД_q получателя. В КОСОД_q принимаемые сигналы преобразуют в импульсную последовательность АС_i, расформировывают его в соответствии с ВАП_j выдают на УВВД_j получателя. При отсутствии ВАП_j в составе АС_j абонентское сообщение выдается на собственное устройство ввода-вывода данных КОСОД_q. Расформирование АС_i осуществляется путем передачи на УВВД_j получателя по адресу ВАП_j, указанному в таблице соответствия КОСОД получателя, только информационной части Т_i полученного АС_i. При получении нового АС в адрес данного УВВД старое стирается из регистра.

Если же ФАКД_q не принадлежит ко множеству КОСОД, подключенных к данному КЦ (данный случай обозначен на фиг. 4 символом "2"), то на основании маршрутной таблицы определяют НТ_s и, соответственно, НМС_s, в составе которого АС_i может быть передано на другой КЦ по оптимальному маршруту. Определение НТ_s (и соответственно НМС_s) выполняется, например, способом поразрядного сравнения с содержимым маршрутной таблицы. Затем АС_i переписывают в соответствующую выходную очередь НТ_s. Выбор маршрутов в сети осуществляют одним из известных способов.

Приоритет при передаче АС устанавливают условно с помощью ЭВМ КЦ, например, путем определения порядка записи АС в выходную очередь. Так, если МС уже сформировано, то АС с более высоким приоритетом, поступившее после этого, будет передаваться первым в составе следующего МС из данной выходной очереди.

Если КЦ, к которому непосредственно по каналам связи подключен КОСОД_q получателя, входит в состав хотя бы одного из маршрутов, формируемых на данном КЦ (т.е. если НМС_s=НКМ_m), то АС_i доводится до получателя в составе одного МС. Если же КЦ адресата не входит в состав маршрутов, формируемых на данном КЦ, то АС_i передается путем перезаписи из одного МС в другое до тех пор, пока не будет передано в составе из МС по конечному маршруту - на требуемый КЦ и затем передано на соответствующий КОСОД для выдачи получателю. При этом порядок расформирования МС, записи АС_i в соответствующую выходную очередь КЦ и пересылки его из этой очереди в состав другого МС устанавливается в соответствии с маршрутной таблицей и аналогичен рассмотренному. Запись (коррекцию) маршрутных таблиц в память КЦ производят только на вновь развертываемых в сети центрах и ближайших к ним КЦ, к которым они подключены непосредственно. После получения квитанции на переданное МС входящее в его состав k АС аннулируются из соответствующей выходной очереди.

Например, в предложенном варианте физической структуры системы обмена данными (см. фиг. 7) АС₁ (КОСОД₁, КЦ₁) передаваемое в адрес абонента УВВД₂ (КОСОД₂, КЦ₁) может быть передано адресату по каналам связи на КЦ₁. При этом на КЦ₁ производятся прием, демодуляция, декодирование и идентификация заголовка (ФАКД₂). При положительном результате идентификации на основании маршрутной таблицы АС₁ вновь преобразовано в обратном порядке в сигналы данных и передано на КОСОД₂, где на основании таблицы соответствия по ВАП₂это АС₁ будет выдано на УВВД₂ получателя.

Если же требуется передать АС₁ абоненту УВВД₂ КОСОД₄, то в результате идентификации заголовка сообщения на КЦ₁ оно будет передано в выходную очередь НТ₂, откуда затем в составе МС с номером НМС₂ будет доведено до КЦ₂. На КЦ₂ произойдет расформирование полученного МС и на основании положительного результата сравнения ФАКД₄ с физическими адресами КОСОД, записанных в таблице маршрутов КЦ₂, принятое АС₁ будет передано получателю.

Если же требуется передать АС₁ абонентам КЦ₄, т.е. по маршруту, который не организован непосредственно от КЦ₁, то АС₁ будет на основании маршрутной таблицы переслано в выходную очередь НТ₂, откуда затем передано в составе МС₂ на промежуточный КЦ₂. На КЦ₂ будет произведено расформирование МС₂ и в соответствии с таблицей маршрутов, записанной в памяти КЦ₂, АС₁ будет передано на КЦ₄ в составе МС₄ и затем получателю.

Предлагаемый способ распределения информационных потоков в СОД обеспечивает повышение производительности системы, готовности ее элементов и не требует увеличения объемов памяти КЦ при изменении физической структуры сети или структуры информационного обмена или при перемещениях абонентов, а также при одновременном воздействии перечисленных факторов. Положительный эффект достигается за счет инвариантности плана распределения информационных потоков в СОД к указанным изменениям.

Так, при развертывании новых КЦ нет необходимости в коррекции маршрутных таблиц в памяти всех КЦ сети, как при использовании способа-прототипа. Достаточно ограничиться коррекцией маршрутных таблиц в памяти тех КЦ, к которым привязывается новый КЦ. Иначе говоря, в памяти этих КЦ требуется установить соответствие между номером выходной очереди НТ_s (исходящего тракта) и номером маршрута, включающего новый КЦ (НМС_s). Этот маршрут может назначаться при формировании абонентских сообщений как промежуточным (иметь номер НМС_s), так и конечным (с номером НКМ_m). Маршрутные сообщения передаются по сети до ближайшего к новому КЦ по ранее установленным маршрутам, а из выходных очередей КЦ, ближайших к новому КЦ, - с учетом произведенных изменений в их маршрутных таблицах. Например, при развертывании нового КЦ₅ (см. фиг. 7) производится коррекция не на всех КЦ в сети, а только на КЦ₂ и КЦ₄. При этом суммарная интенсивность своевременно передаваемой нагрузки в сети с учетом времени коррекции маршрутных таблиц на КЦ₄ и КЦ₅ уменьшится.

Пусть, например, интенсивность нагрузки на направлениях связи между каждой парой КЦ составляет λ_ij = 1 сообщ./с. (т.е. сообщения передаются с интервалом в t_с = 1 с). Производительность системы обмена данными, содержащей 4 КЦ, связанных между собой пятью каналами связи, может быть вычислена следующим образом:

где
i, j = 1,2,..N,
N = 4 - число КЦ в данной сети передачи данных;
i, j - номера КЦ, связанных непосредственно друг с другом каналами связи.

При этом интенсивность обмена между КОСОД и КЦ полагаем неизменной, значительно меньшей по сравнению с интенсивностью обмена между КЦ.

При использовании способа-прототипа для подключения нового КЦ₅ к сети потребуется произвести коррекцию маршрутных таблиц на всех КЦ в сети. На проведение коррекции вручную требуется t_к = 60-120 с. Следовательно, производительность СОД будет равна:

т. е. производительность уменьшилась в 5/0,082 ≈ 61 раз. Готовность каждого КЦ будет также снижена на время t_к коррекции маршрутных таблиц. Иначе говоря, все центры сети будут не готовы к информационному обмену в течение 60 с с момента подключения нового КЦ.

При применении нового способа коррекция маршрутных таблиц производится только на КЦ₂ и КЦ₄. Поэтому производительность СОД будет равна

Таким образом, выигрыш в производительности при использовании нового способа в данном случае составляет 1,066/0,082 = 13 раз. Причем положительный эффект от внедрения предлагаемого способа возрастает при увеличении сложности физической структуры сети передачи данных или времени, требуемого на проведение коррекции маршрутных таблиц, или при уменьшении числа КЦ привязки новых центров, а также при одновременном влиянии всех перечисленных факторов.

При сокращении сети (выходе из строя КЦ) изменений маршрутных таблиц в памяти КЦ производить не требуется. В этих случаях достаточно разослать по сети служебное сообщение о произошедшем сокращении для исключения передачи АС в адрес абонентов выключенного КЦ.

Инвариантность плана распределения информационных потоков при изменении структуры информационного обмена достигается за счет соответствующего изменения темпа генерирования МС на каждом маршруте в соответствии с выражением T_мс ≤Kt_ас. Кроме того, для предотвращения изменений маршрутных таблиц в ней предусматривают резервные маршруты, записывая их отдельной строкой в таблице, например, следующей после основного. При увеличении t_ас в одной из выходных очередей тем самым обеспечивается возможность без просмотра всей маршрутной таблицы и перебора альтернативных вариантов маршрутов передавать АС по резервным маршрутам. Следовательно, в таких случаях не требуется увеличивать объем памяти КЦ или увеличивать производительность процессора. Наличие резервных маршрутов не снижает функциональных возможностей предлагаемого способа.

При перемещении каждого абонента по сети и подключении его к КЦ, принадлежащему множеству маршрутов (НКМ_m), записанных в памяти УСО этого абонента, коррекции маршрутных таблиц в КЦ не требуется. Корректируются только таблицы соответствия в УСО переместившегося абонента. Для подключения новых абонентов на КЦ предусматриваются свободные порты (шлюзы). Поэтому при подключении абонентов к КЦ, не принадлежащим множеству маршрутов, записанных в памяти абонентских УСО, изменение маршрутной таблицы того КЦ, к которому подключился переместившийся или новый абонент, не производится. Новый абонент рассылает по сети служебное сообщение о месте своего подключения. Тем самым обеспечивается повышение готовности КЦ.

Внедрение предлагаемого способа дополнительно обеспечивает снижение требуемого объема работ по технической эксплуатации КЦ. Коммутаторы сообщений КЦ требуют не постоянного, а периодического обслуживания за счет уменьшения числа корректировок маршрутных таблиц.

Система обмена данными при использовании предлагаемого способа строится в соответствии в известными способами маршрутизации, управления нагрузкой и адресования в СОД (см. соответственно, например, Советов Б.Я., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. Л.: Машиностроение, Лен. отд-е, 1990, с. 218-251, 252-266 и Ларионов А.М., Майоров С.А., Новиков Г.И. Вычислительные комплексы, системы, сети. Учебник для Вузов Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отд-е, 1987, с. 143-145). Наиболее подробно вопросы управления нагрузкой изложены в книгах (см., например, Мизин И.А., Кулешов А.П., Богатырев В. А. Современное состояние проблемы управления потоками в сетях пакетной коммутации (датаграммный режим). М.: ВИНИТИ, 1981, с. 52; Гинзбург Б. М. Оптимальная маршрутизация в сетях пакетной коммутации с децентрализованным управлением. - В кн.: Тезисы докладов III Всесоюзного симпозиума по проблемам управления на сетях и узлах связи. М.: 1978, с. 63-67). Принципы построения сетей передачи данных изложены в книге: Ларионов А.М., Майоров С. А., Новиков Г.И. Вычислительные комплексы, системы, сети. Учебник для ВУЗов. Л. : Энергоатомиздат, Ленинградское отд-е, 1987, с. 156-164. Структура передаваемых в СОД АС описана там же, с. 167-168.

Техническая реализация заявляемого способа возможна на существующей технической базе за счет изменения порядка функционирования УСО абонентских КОСОД и ЭВМ КЦ. Средства КОСОД, применяемые каналы связи, аппаратура передачи данных и УСО охарактеризованы там же, с. 109-112, 112-114, 115-118 и 119 соответственно. Абонентские УВВД могут быть выполнены в соответствии с их описанием (см. там же, с. 121). Принципы построения программного обеспечения КОСОД приведены там же, с. 123. Структура СОД представлена там же, с. 125-128. Архитектура и физическая структура КЦ описаны в книге: Арипов М.Н., Захаров Г. П. , Малиновский С.Т. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи дискретных сообщений. Учебное пособие для ВУЗов. М.: Радио и связь, 1980, с. 157-161, а также в книге: Советов Б.Я., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. Л.: Машиностроение, Лен. отд-е, 1990, с. 301, 308. Там же приведена характеристика существующих сетей передачи данных с коммутацией пакетов. Принцип реализации дисциплины обслуживания FCFS (First Come First Serted - первым пришел - первым обслуживается), реализуемой на КЦ в существующих СОД, описан в книге: Башарин Г.П., Бочаров П.П. , Коган Ч. А. Анализ очередей в вычислительных сетях. Теория и методы расчета. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит. 1989, с. 33-34, а также Ларионов А. М., Майоров С.А., Новиков Г.И. Вычислительные комплексы, системы, сети. Учебник для ВУЗов. Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отд-е, 1987, с. 21. ЭВМ КЦ и КОСОД могут быть реализованы на базе процессора 80386 в соответствии с рекомендациями, изложенными в книге: Папас К., Марри У. Микропроцессор 80386. Справочник. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1993, с. 11-15, 22-31. Оконечное оборудование данных может быть реализовано в соответствии с рекомендациями МККТТ Х.25 (см., например, Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А. П. Сети коммутации пакетов. Под ред. В.С. Семенихина. М.: Радио и связь, 1986, с. 163-266). Ввод-вывод данных организуется с использованием одного из известных способов (см. , например, Вычислительные машины, системы и сети. Учебник. А. П. Пятибратов, С.Н. Беляев, Г.М. Козырева и др. Под ред. проф. Пятибратова. М.: Финансы и статистика, 1991, с. 254).

Изобретение относится к электросвязи, а именно к технике передачи данных. Оно может быть использовано при создании новых сетей передачи данных и систем обмена данными (СОД). Целью изобретения является разработка способа инвариантного распределения информационных потоков в СОД, обеспечивающего повышение производительности СОД, готовности коммутационных центров (КЦ) и снижение требований к объему памяти КЦ в условиях возможных изменений физической структуры сети передачи данных или структуры информационного обмена или при перемещениях абонентов, а также при одновременном воздействии перечисленных факторов. Способ заключается в формировании на комплексах оконечных средств обмена данными (КОСОД) отправителей абонентских сообщений (АС), содержащих номер конечного маршрута доставки и физический адрес КОСОД получателя, передаче АС на ближайший КЦ и записи АС в память КЦ, выделении из АС физического адреса КОСОД получателя, его идентификации, передаче АС в соответствующую выходную очередь и затем по каналам связи на КОСОД получателя. На КЦ из каждой выходной очереди направлений связи к другим КЦ формируют маршрутные сообщения (МС) в составе номера маршрутного сообщения и совокупности АС передают в соответствии с установленным номером МС, начиная от ближайшего до конечного КЦ на маршруте. На каждом КЦ из МС выделяют те АС, которые переданы абонентам данного КЦ, после чего повторно формируют МС и передают их далее по маршруту. Перечисленные действия обеспечивают инвариантность плана распределения информационных потоков в СОД. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

Способ распределения информационных потоков в системах обмена, заключающийся в передаче на каждый из N (N = 2, 3, 4, ...) коммутационных центров, образующих сеть передачи данных, абонентских сообщений, сформированных в устройствах сопряжения и обмена Q комплексов оконечных средств обмена данными (Q = 2, 3, 4, ...), связанных каналами связи не менее чем с одним из коммутационных центров, записи абонентских сообщений в соответствующие входные очереди и затем в память коммутационных центров, выделении из каждого заголовка абонентского сообщения физического адреса комплекса оконечных средств обмена данными получателя, идентификации физического адреса комплекса оконечных средств обмена данными получателя, выработке управляющих сигналов, передаче абонентского сообщения в выходную очередь исходящего канала и затем по каналу связи на комплекс оконечных средств обмена данными получателя, выделении внутреннего адреса получателя из заголовка абонентского сообщения, идентификации внутреннего адреса получателя, выработке управляющих сигналов и выдаче абонентского сообщения получателю, отличающийся тем, что дополнительно в состав каждого абонентского сообщения включают номер конечного маршрута доставки, после чего из каждой выходной очереди абонентских сообщений на каждом коммутационном центре формируют маршрутные сообщения в составе номера маршрута и совокупности абонентских сообщений, затем маршрутные сообщения из каждой выходной очереди передают в соответствии с установленным номером маршрута и временным периодом последовательно, начиная с ближайшего до конечного коммутационных центров, на каждом коммутационном центре выделяют абонентские сообщения, переданные его абонентам, после чего повторно формируют маршрутные сообщения из каждой выходной очереди данного промежуточного коммутационного центра и вновь передают их на ближайшие коммутационные центры.