КВАЗИСТАТИЧЕСКИЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ТРЕБОВАНИЙ В ИНФОКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК H04W72/00 

Изобретение относиться к области информационных технологий и может быть использовано в уровневых инфокоммуникационных системах.

Существует известный статически детерминированный способ [1] управления ресурсами передачи (потоками) в процессах автоматических запросов на повторную передачу, в котором заранее задан (ввиду уверенности пользователей систем связи в его безопасности) порядок выбора исходящих направлений из каждого узла мультисервисной сети. Это не приемлемо для уровневых инфокоммуникационных систем, так как не рассматривается возможность действий злоумышленника по несанкционированной корректировке плана управления. Сформированный таким способом план распределения потоков никак не зависит от ситуации в уровневой сети инфокоммуникационной системы: от выхода из строя узлов, ветвей, перегрузки направлений или других процессов. Поэтому он не может быть использован в задаче управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной сети.

В настоящее время в той или иной мере стандартизировано достаточно много протоколов маршрутизации исключительно для IP-сетей. Наиболее известным является протокол RIP (RFC 1058) (патент №US 200020003780 A1 от 4 февраля 2000 года). Несомненным преимуществом протокола RIP является его простота. Недостатком - увеличение трафика за счет периодической рассылки широковещательных сообщений, практическая незащищенность и недостаточная эффективность для уровневых сетей инфокоммуникационной системы специального назначения, ориентировка исключительно на IP-сети.

Протокол RIP использует алгоритм длины вектора. Направления потоков определяются по информации, имеющейся в таблицах маршрутизации всех соседних VPN-маршрутизаторов (маршрутизаторы регулярно обмениваются между собой таблицами маршрутизации). В больших сетях их загрузка широковещательным трафиком заметно влияет на пропускную способность. Из-за постоянных значений периода обмена протокол не всегда точно и быстро учитывает изменения сетевой топологии, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии IP-сети. В целом протокол RIP гарантирует, что таблицы маршрутизации за определенное время (время сходимости) станут правильными. Вместе с тем протокол RIP обладает существенными недостатками, которые практически исключают возможность его использования в инфокоммуникационных системах специального назначения даже в базовом уровне.

Протокол OSPF (патент №US 20030218981 А1 от 23 мая 2002 года) вычисляет маршруты в сетях IP, работая вместе с рядом других протоколов обмена маршрутной информацией. Протокол OSPF использует понятие «состояние» канала. VPN-маршрутизатор, работающий с этим протоколом, отправляет запросы всем соседним маршрутизаторам, находящимся в одном домене маршрутизации. Обобщив полученные сведения, этот маршрутизатор сообщает их всем соседям и строит ориентированный граф. После построения графа выбирается лучший маршрут. В целом протокол OSPF и многие другие (IGRP, EIGRP, EGP, BGP, IGMP, DVMRP, MOSPF, PIM) не в полной мере подходят для современных больших, динамически изменяющихся IP-сетей уровневых инфокоммуникационных систем, т.к. ориентированы на открытую сеть типа Интернет, предполагающую знание на каждом узле всей структуры сети. Это является существенным недостатком для уровневых сетей. Поэтому применение их в IP-сетях в составе уровневых инфокоммуникационных систем нецелесообразно. Требуется применение эффективных способов управления потоками требований, являющихся основой перспективных протоколов для защищенных инфокоммуникационных систем.

Разработанный квазистатический способ управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе позволяет получить технический результат в виде повышения быстродействия сети за счет передачи сообщения по кратчайшему пути, затратив в среднем на передачу требований меньшее время. Технический результат достигается за счет установки ограничителя на передачу данных, выполненного с возможностью задания ограниченного (определяемого устройством формирования потока) количества последовательных проб в каждом исходящем направлении. При неудачной попытке передать требование, сообщение, пакет, кадр или установить соединение по пути первого выбора устройство формирования потока в соответствии с квазистатическим способом управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе предпринимает рассчитываемое ограничителем количество попыток, прежде чем переходить к выбору следующего пути. Ограничитель устройства формирования потока рассчитывает требуемое количество попыток (число последовательных проб) в зависимости от количества каналов в виртуальных ветвях уровневых сетей, составляющих пути передачи, времени занятия виртуальных каналов передачей требований или сообщений обслуживания, массивом пакетов, кадров.

Затем устройство формирования потока, использующее квазистатический способ управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе, формирует план управления потоками требований по этапам (фиг. 1):

- формирует исходную статическую матрицу, отражающую статический план управления потоками требований;

- вычисляет локальные переменные относительной занятости исходящих направлений и определяет число последовательных проб;

- рассчитывает и анализирует загрузку узловых средств;

- формирует план управления с новыми правилами выбора.

Устройство формирования потоков требований на основе квазистатического способа управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе (фиг. 2) содержит:

- блок управления, формирующий информацию γ и Δt (где γ - весовой коэффициент, характеризующий различие между путем первого и второго (третьего) выбора и допустимой доли от среднего времени передачи сообщений по пути; Δt - интервал времени между двумя последовательными пробами передать пакет, кадр, сообщение или установить соединение в запоминающее устройство;

- анализаторы каналов по числу каналов, производящие анализ загрузки занятости ветвей, размера очередей или оценку времени задержки для каждого исходящего направления, времени передачи сообщения;

- запоминающее устройство для хранения управляющей информации;

- запоминающее устройство для хранения поступающих сообщений;

- блок обработки (процессор), обрабатывающий данные из запоминающего устройства о состоянии каналов, сравнивающий их со среднестатистическими для получения данных об отклонениях, вычисляющий число последовательных проб. Полученные данные выдаются в блок управления;

- блок распределения, направляющий требования (сообщения) по каналам в соответствии с планом распределения.

Требуемое количество попыток (число последовательных проб) определяется в устройстве формирования потока требований (фиг. 2) в следующей последовательности:

- анализатор канала получает информацию о занятости канала (занят/не занят), времени занятия канала передачей пакета, размера очереди;

- записывает данную информацию в запоминающее устройство хранения;

- записывает информацию γ и Δt в запоминающее устройство хранения;

- блок обработки (процессор) получает из запоминающего устройства значения , γ и Δt, где - среднее время занятия канала (виртуального соединения) передачей сообщения;

- блок обработки (процессор) вычисляет число последовательных проб , где m - число каналов.

- в блок распределения через блок управления передается число последовательных проб, соответствующее числу попыток передать сообщение в каждом исходящем направлении, прежде чем переходить к выбору следующего пути согласно матрице маршрутов.

Квазистатический способ управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе производит изменение логики работы маршрутизатора с целью передачи сообщения по кратчайшему пути (пути первого выбора), затратив в среднем на передачу требований меньшее время.

После записи в запоминающее устройство хранения информации о занятости канала (занят/не занят), времени занятия канала передачей пакета, размера очереди в соответствии с квазистатическим способом управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе в блоке обработки (процессоре):

- сравниваются данные из анализатора канала о локальном состоянии сети со средними значениями, получаемыми в обычном состоянии сети и при значительном отклонении от средних значений;

- эти данные выдаются в блок управления;

- вносятся изменения в план распределения потоков требований (матрицу маршрутов, матрицу весов ветвей, матрицу связности);

- производится перезапись таблиц маршрутизатора.

Техническим результатом работы квазистатического способа управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе является повышение быстродействия сети за счет передачи сообщения по кратчайшему пути, затратив в среднем на передачу требований меньшее время.

Для усовершенствования способа путем придания ему некоторых адаптивных свойств используется локальная информация аналогично способу дельта-маршрутизации в сетях передачи данных. На каждом узле уровневой сети уровневых инфокоммуникационных систем периодически производится анализ загрузки средств (занятости виртуальных ветвей, размера очередей) или текущая оценка времени задержки для каждого исходящего направления. Выбор пути производится по матрице маршрутов M_M={m_ijk}, но с учетом приведенных параметров локальной узловой информации, имеющейся на каждом узле уровневой сети уровневой инфокоммуникационной системы. В реальных ситуациях часто пути в матрице маршрутов имеют одинаковую длину. В этих случаях способ выбирает тот путь, который на первом участке (исходящем направлении) менее загружен, характеризуется меньшей очередью или меньшей задержкой. Если пути первого, второго и т.д. выбора различны по длине, то процедура выбора усложняется введением ограничений. Так, способ посылает требование, сообщение, пакет, кадр в исходящее направление второго (третьего) выбора, если исходящее направление первого (второго) выбора загружено на определенную величину (очередь достигла предельного значения, ожидаемые задержки превысят допустимые).

Для оценки разработанного квазистатического способа управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе был поставлен эксперимент по анализу его эффективности по обслуживанию потоков требований. Результаты сравнительной оценки разработанного и существующего способов управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе представлены на фиг. 3. Полученные результаты подтверждают, что качество обслуживания требований, поступающих в сложную инфокоммуникационную систему при применении квазистатического способа управления, заметно (в 1,2…1,5 раза) выше при том же самом объеме поступающих в систему требований на обслуживание.

Список источников

1. Хартсен Якобус. Способ и устройство управления ресурсами передачи (потоками) в процессах автоматических запросов на повторную передачу. Патент RU 24826111 С2 от 09.07.2008 г.

Изобретение относится к технологиям сетевой связи. Технический результат заключается в повышении быстродействия сети за счет передачи сообщения по кратчайшему пути. В способе обрабатывают данные о состоянии каналов, сравнивают их со среднестатистическими, формируют весовой коэффициент, характеризующий различие между путем первого и последующего выбора, вычисляют число последовательных проб, используя адаптированный вариант дельта-маршрутизации в сетях передачи данных по локальной информации, позволяющий определить требуемое число последовательных проб в каждом исходящем направлении, зависящее от количества каналов в виртуальных ветвях уровневых сетей, времени занятия виртуальных каналов передачей требований или сообщений обслуживания, и позволяет достичь технического результата в виде отсутствия попыток передачи информации по путям, уже не существующим или перегруженным в инфокоммуникационной системе специального назначения. 3 ил.

Квазистатический способ управления потоками требований в уровневой инфокоммуникационной системе, задающий определяемое устройством формирования потока количество проб передачи информации в отношении каждого узла сети в исходящем направлении, отличающийся тем, что устройством формирования потока используется адаптированный способ дельта-маршрутизации в сетях передачи данных по локальной информации, позволяющий повысить быстродействие сети.