СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАКЕТОВ В ЦИФРОВОЙ СЕТИ СВЯЗИ С НЕОДНОРОДНОЙ ТОРОИДАЛЬНОЙ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ Российский патент 2018 года по МПК H04L12/701 

Изобретение относится к области связи и может быть использовано для построения цифровых сетей связи (ЦСС) с коммутацией пакетов, в системах коммутации для построения коммутационных полей АТС, сетей ЭВМ, микропроцессорных систем, суперкомпьютеров и т.п.

Известны способы распределения пакетов, реализованные в протоколах маршрутизации RIP и OSPF и использующие алгоритмы Беллмана-Форда и Дейкстры, соответственно [Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. - СПб.: Питер, 2016. - 992 с]. Данные способы предполагают определение маршрутов передачи исходя из результатов определения кратчайших путей, учитывающих количество транзитных участков (RIP) и состояние связей, из которых в первую очередь используется информация о пропускных способностях каналов связи. Недостатками данных протоколов является необходимость регулярного обмена маршрутной информацией между узлами, отсутствии учета при определении маршрутов требований по задержке передаче пакетов, что приводит к нерациональному использованию пропускных способностей каналов связи ЦСС.

Данный недостаток отсутствует в способах распределения пакетов в сетях с однородными топологическими структурами, в которых обмен служебной информацией отсутствует полностью.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ распределения пакетов в сетях с тороидальной топологической структурой ([Baransel, С. Routing in Multihop Packet Swithing networks: Gb/s Challenge / C. Baransel, W. Dobosiewicz, P. Grurzynski // IEEE Network. -1995. - May/June. - P. 38-61], основанный на одном из методов маршрутизации в регулярных топологиях - ортогональном или диагональном. При использовании ортогональной маршрутизации для обрабатываемого пакета определяется расстояние между текущим узлом и узлом-адресатом по одному (основному) измерению; сравнивается полученное значение с нулем, если оно не равно нулю, то осуществляется передача пакета через выходной порт данного измерения; в противном случае вычисляется расстояние между текущим узлом и узлом-адресатом по второму измерению; в случае, если полученное расстояние не равно нулю, то осуществляется передача пакета через порт второго измерения. При использовании диагональной маршрутизации обрабатываемый пакет сначала передается через узлы в одном направлении, пока не совпадут расстояния между текущим узлом и узлом-адресатом по первому и второму измерениям; затем пакет поочередно направляется через порты первого и второго измерений, с сохранением равенства расстояний между текущим узлом и узлом-адресатом по первому и второму измерениям, пока не будет принят узлом-адресатом. Существенным недостатком таких способов являются большие значения задержек при передаче разнородного трафика.

Техническим результатом изобретения является уменьшение времени задержки передачи пакетов в ЦСС с неоднородной тороидальной топологической структурой и повышение эффективности использования пропускных способностей каналов связи однородных ЦСС при обслуживании неоднородного трафика.

Указанный результат достигается тем, в известном способе распределения пакетов в узлах коммутации цифровой сети связи с неоднородной тороидальной топологической структурой, заключающемся в приеме текущим узлом коммутации из канала связи пакета, извлечении из заголовка пакета служебной информации, вычислении расстояния от текущего узла до узла-адресата и передачи пакета текущим узлом в канале связи подсети L, согласно изобретению проверяют в извлеченной служебной информации наличие требования обеспечения передачи пакета с минимальной задержкой, при наличии такого требования обрабатываемый пакет передают в подсети L, для которой расстояние между соседними узлами будет наибольшим из всех подсетей и не превышать вычисленное расстояние между текущим узлом и узлом-адресатом по каждому измерению.

Сущность изобретения заключается в том, что проверяют в извлеченной служебной информации наличие требования обеспечения передачи пакета с минимальной задержкой, при наличии такого требования обрабатываемый пакет передают в подсети L, для которой расстояние между соседними узлами будет наибольшим из всех подсетей и не превышать вычисленное расстояние между текущим узлом и узлом-адресатом по каждому измерению.

Способ может быть реализован в узлах коммутации с неоднородной тороидальной топологической структурой ЦСС. На фиг. 1 изображена трехуровневая неоднородная тороидальная структура ЦСС, состоящая из трех взаимосвязанных (вложенных) тороидальных однородных структур, образованных узлами коммутации (УК) различного типа. Тип УК зависит от состава используемой аппаратуры связи и пропускной способности образуемых ею каналов связи (КС). В свою очередь, тип УК определяется положением в структуре и степенью вершины (количеством линий связи инцидентных УК). На фиг. 2а представлена топологическая структура первой подсети, в которую входят все УК, связанные низкоскоростными КС, и она характеризуется расстоянием между соседними узлами Δ¹₁=Δ¹₂=1. На фиг. 2б представлена топологическая структура второй подсети, которая имеет ширину структуры, равную шести, образована УК, связанными КС большей пропускной способности, чем в первой подсети, и характеризуется расстоянием между соседними узлами Δ²₁=Δ²₂=2. На фиг. 2в представлена топологическая структура третьей подсети, которая имеет ширину структуры, равную трем, образована девятью УК, связанными КС с максимально возможными пропускными способностями, и характеризуется расстоянием между соседними узлами Δ³₁=Δ³₂=4.

Способ может быть реализован по следующему алгоритму.

Шаг 1. Принимают пакет для обработки и передачи.

Шаг 2. Из заголовка пакета извлекают служебную информацию.

Шаг 3. В случае если обеспечивать минимальную задержку не следует, то для передачи назначается подсеть L=1 и переходят к шагу 5.

Шаг 4. В случае, если необходимо обеспечить минимальную задержку, то определяют подсеть для передачи в следующей последовательности:

Шаг 4.1. Из заголовка пакета определяют адрес узла-адресата x_d по каждому измерению δ₁(x_d), δ₂(x_d).

Шаг 4.2. Рассчитывают расстояние между текущим узлом x_c и узлом-адресатом x_d:

где операция вычитания осуществляется по модулю К; К - значение ширины структуры топологии подсети L=1; δ₁(x_d), δ₂(x_d) - адрес узла назначения x_d по первому и второму измерениям; δ₁(x_c), δ₂(x_c) - адрес текущего узла x_с по первому и второму измерениям, d₁, d₂ - расстояние между адресом узла-назначения x_d и адресом текущего узла x_c по первому и второму измерениям.

Шаг 4.3. Определяют подсеть L, для которой расстояния между соседними узлами и будут наибольшими из всех подсетей, но не превышать вычисленное расстояние d₁ и d₂ между текущим узлом x_c и узлом-адресатом x_d по каждому измерению:

где N - множество подсетей, входящих в состав неоднородной тороидальной ЦСС. Данная операция может быть реализована путем сравнения расстояний между соседними узлами каждой подсети с вычисленным расстоянием по каждому измерению.

Шаг 5. Определение измерения для передачи в подсети L.

Шаг 6. Передача пакета в выбранной подсети L и по выбранному измерению.

Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, схема которого приведена на фиг. 3, где обозначены 1 - устройства приема, 2 - устройства передачи, 3 - блок извлечения служебной информации, 4 - коммутационное устройство (коммутационная матрица), 5 - блок анализа служебной информации, 6 - блок расчета расстояния до узла-адресата, 7 - блок определения подсети L, 8 - блок определения измерения передачи, 9 - блок управления.

Блок определения подсети 7 предназначен для определения подсети L, с использованием информации о расстоянии между текущим узлом и узлом-адресатом, ширины топологической структуры и наличием требования о необходимости обеспечения минимальной задержки для обслуживаемого пакета. Блок определения измерения передачи 8 предназначен для определения номера измерения, по которому будет передаваться пакет на основе используемого способа отклоняющей маршрутизации - диагональной или ортогональной. Блок управления 9 предназначен для формирования управляющих сигналов коммутации для коммутационного устройства, на основе номера подсети и номера измерения для передачи.

Устройство может быть реализовано на элементах, широко распространенных в области электронной и электротехники или в программной форме, на основе используемых в сетевых элементах процессорах.

Устройство реализации работает следующим образом. Устройство приема 1 из канала связи принимает пакет и передает его в блок извлечения служебной информации 3. В блоке извлечения служебной информации 3 из принятого пакета выделяют служебную часть и отправляют ее в блок анализа служебной информации 5. В блоке анализа служебной информации 5 выделяют информацию об адресе узла получателя δ₁(x_d), δ₂(x_d) и информацию о необходимости обеспечения минимальной задержки передачи пакета. Данная информация является типовой для широкого круга сетевых протоколов [Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. - СПб.: Питер, 2016. - 992 с]. Адрес узла-адресата δ₁(x_d), δ₂(x_d) передают на вход блока расчета расстояния до узла-адресата 6, а информацию о необходимости обеспечения минимальной задержки - на первый вход блока определения подсети 7. В блоке расчета расстояния до узла-адресата 6 рассчитывают расстояние от текущего узла до узла-адресата по обоим направлениям d₁, d₂ с помощью выражения (1) и передают ее на второй вход блока определения подсети 7, а также на вход блока определения номера измерения передачи 8. В блоке определения подсети 7 определяют значение подсети L, для которой расстояние между соседними узлами будет наибольшим из всех подсетей и не превышать вычисленное расстояние между текущим узлом и узлом-адресатом по каждому измерению. Процедура определения основана на последовательном сравнении расстояний между соседними узлами каждой подсети с вычисленным расстоянием по каждому измерению. Далее полученное значение L передают на первый вход блока 9. В блоке определения измерения для передачи 8 при использовании диагональной маршрутизации номер измерения для передачи k определяют, исходя из следующих выражений:

При ортогональной маршрутизации номер измерения для передачи k определяют исходя из:

Полученные значения номера измерения k передают на второй вход блока управления 9. В блоке управления 9 на основе полученных значений номера подсети L и номера измерения k формируют управляющие сигналы для коммутации выхода i-го блока извлечения служебной информации 3 и входа j-го устройства передачи, соответствующего рассчитанным значениям L и k.

Проведенные исследования информационного обмена в ЦСС с использованием имитационных моделей, в которых реализован предлагаемый способ, показали повышение пропускной способности ЦСС при передаче неоднородного трафика на 10-15% относительно алгоритмов самомаршрутизации в тороидальных ЦСС [Головченко Е.В. Алгоритм маршрутизации в цифровых сетях связи с тороидальной топологией. Телекоммуникации, №10, 2012 г., стр. 12-18].

Изобретение относится к области связи и может быть использовано для построения цифровых сетей связи (ЦСС) с коммутацией пакетов, в системах коммутации для построения коммутационных полей АТС, сетей ЭВМ, микропроцессорных систем, суперкомпьютеров. Техническим результатом является уменьшение времени задержки передачи пакетов в ЦСС с неоднородной тороидальной топологической структурой и повышение эффективности использования пропускных способностей каналов связи однородных ЦСС при обслуживании неоднородного трафика. Способ содержит этапы, на которых принимают текущим узлом коммутации из канала связи пакет, извлекают из заголовка пакета служебную информацию, проверяют в извлеченной служебной информации наличие требования обеспечения передачи пакета с минимальной задержкой, вычисляют расстояние от текущего узла до узла-адресата и передают пакет в подсети L, для которой расстояние между соседними узлами будет наибольшим из всех подсетей и не превышать вычисленное расстояние между текущим узлом и узлом-адресатом по каждому измерению. 3 ил.

Способ распределения пакетов в узлах коммутации цифровой сети связи с неоднородной тороидальной топологической структурой, заключающийся в приеме текущим узлом коммутации из канала связи пакета, извлечении из заголовка пакета служебной информации, вычислении расстояния от текущего узла до узла-адресата и передачи пакета текущим узлом в канале связи подсети L, отличающийся тем, что проверяют в извлеченной служебной информации наличие требования обеспечения передачи пакета с минимальной задержкой, при наличии такого требования обрабатываемый пакет передают в подсети L, для которой расстояние между соседними узлами будет наибольшим из всех подсетей и не превышать вычисленное расстояние между текущим узлом и узлом-адресатом по каждому измерению.