Способ, устройство и система для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи Российский патент 2020 года по МПК H04L12/24 

Предлагаемые технические решения объединены единым изобретательским замыслом и относятся к области телекоммуникационных сетей связи, в частности, к синтезу транспортной сети связи с коммутацией пакетов.

Для удобства описания способа, устройства и системы для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи введем ряд определений.

Логический канал – путь, по которому данные передаются от одного порта к другому (см. Якубайтис, Э.А. Информационные сети и системы: справочная книга / Э.А. Якубайтис. – Москва: финансы и статистика, 1996. – 118 с.).

Процедура согласования двумя конечными узлами сети некоторых параметров процесса обмена пакетами называется установлением логического соединения. Параметры, о которых договариваются два взаимодействующих узла, называются параметрами логического соединения (см. Олифер, В.Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для вузов / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – 5 издание – Санкт-Петергбург: Питер, 2017. – 90 с.).

Протокольный блок данных (ПБД) – блок данных, передаваемый между логическими объектами одного и того же уровня (см. ГОСТ 24402-88).

В данной работе под разбалансированной по приоритетам транспортной сетью связи будем понимать такую транспортную сеть связи у которой упорядоченные последовательности информационных направлений, полученные в результате ранжирования по интенсивностям протокольных блоков данных разных приоритетов не совпадают.

Функционирование современных транспортных сетей связи характеризуется наличием большого количества информационных направлений. В каждом информационном направлении передается трафик данных различного приоритета, при этом интенсивности поступления протокольных блоков данных разных приоритетов могут значительно отличаться. Кроме этого к каждому приоритету предъявляются индивидуальные требования по допустимой сетевой задержке протокольных блоков данных. Поэтому задача распределения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи является важной и влияет на функционирование всей транспортной сети связи в целом.

Известен способ, устройство и модуль для оптимизации удаленного управления устройствами домашней сети (патент RU 2482613 от 20.05.2003), раскрыт способ управления домашней сетью, которая соединена посредством шлюзового устройства домашней сети к внешней сети, причем упомянутая внешняя сеть содержит, по меньшей мере, один сервер автоконфигурирования (ACS), предназначенный и выполненный для обеспечения автоматического конфигурирования упомянутого устройства. При этом способ содержит контроль сеансов между, по меньшей мере, одним упомянутым устройством и по меньшей мере одним ACS в шлюзовом устройстве домашней сети, при этом упомянутое устройство представляет собой TR-069-совместимое устройство, и упомянутые сеансы являются сеансами TR-069, причем упомянутый контроль содержит интерпретацию и, если необходимо, декодирование сеансов TR-069, чтобы извлекать информацию о конфигурации для поддерживающих TR-069 устройств.

Известен способ, устройство и система совместной оптимизации (RU 2520354 от 10.06.2014 г.) Способ совместной оптимизации, заключающийся в том, что получают информацию о линии связи, информацию о сервере и пропускной способности, информацию о требованиях пользователя в подсети, получают параметр оптимальной маршрутизации и параметр выбора сервера подсети с соответствии с ранее полученной информацией о линии связи, информации о сервере и пропускной способности, информацией о требованиях пользователя, получают оптимальную входную пропускную способность каждого внешнего порта подсети, сравнивают оптимизированную входную пропускную способность виртуального сервера каждого внешнего порта, и если результаты сравнения между оптимизированной входной пропускной способностью и пропускной способностью виртуального сервера всех внешних портов меньше установленного значения ошибки, применяют параметр оптимальной маршрутизации и параметр выбора сервера в подсети. Устройство совместной оптимизации содержит модуль сбора параметров, выполненный с возможностью получения информации о линии связи, информации о сервере и пропускной способности и информации о требованиях пользователя в подсети, где информация о сервере и пропускной способности включает в себя информацию о пропускной способности виртуального сервера для каждого внешнего порта подсети и пропускная способность виртуального сервера является пропускной способностью виртуального сервера вне подсети, и где пропускная способность сервера вне подсети является таковой, которая требуется подсетью через внешний порт, модуль вычислений, выполненный с возможностью получения параметра оптимальной маршрутизации и параметра выбора сервера подсети в соответствии с информацией о линии связи, информацией о сервере и пропускной способности и информацией о требованиях пользователя, и получения оптимизированной входной пропускной способности каждого внешнего порта подсети в соответствии с параметром оптимальной маршрутизации и параметром выбора сервера и модуль вывода, выполненный с возможностью сравнения оптимизированной входной пропускной способности и пропускной способности виртуального сервера для каждого внешнего порта, и если результат сравнения оптимизированной входной пропускной способности и пропускной способности сервера для всех внешних портов меньше установленного значения ошибки, применение параметра оптимальной маршрутизации и параметра выбора сервера в подсети и вывод параметра оптимальной маршрутизации и параметра выбора сервера. Система совместной оптимизации содержит вычислительное устройство, выполненное с возможностью сбора информации о линии связи, информации о сервере и пропускной способности и информации о требованиях пользователя, получения параметра маршрутизации и параметра выбора сервера и получения оптимизированной входной пропускной способности и оптимизированной выходной пропускной способности каждого порта и механизм маршрутизации, выполненный с возможностью преобразования параметра маршрутизации и параметра выбора сервера, полученных вычислительным устройством для совместной оптимизации, в параметр маршрутизации и параметр выбора сервера, применяемых в локальной сети.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбранным в качестве прототипа является способ оптимизации транспортной сети связи (патент RU 2680764 от 06.03.2018 г.), заключающийся в том, что получают информацию от сети оператора связи, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей линий связи, информацию от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивность поступления протокольных блоков данных, требования к качеству обслуживания, информацию о сетевых элементах транспортной сети связи, находят связные структуры для транспортной сети связи по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующей связной структуры, вычисляют оптимальную логическую структуру транспортной сети связи, с использованием информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей линий связи, информации о сетевых элементах транспортной сети связи, информации о найденных связных структурах по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур, находят связные структуры на оптимальной логической структуре транспортной сети связи по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур, вычисляют оптимальное распределение пропускной способности логических каналов транспортной сети связи, с использованием информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных, требований к качеству обслуживания, заполняют таблицы коммутации, топологии и управления ресурсом транспортной сети связи, передают сетевым элементам транспортной сети связи таблицы коммутации, топологии и управления ресурсом

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и выбранным в качестве прототипа является устройство для оптимизации транспортной сети связи (патент RU 2680764 от 06.03.2018 г.), которое содержит модуль сбора/вывода параметров, выполненный с возможностью получения информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовности линий связи, информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных, требований к качеству обслуживания, информации о сетевых элементах транспортной сети связи, передачи сетевым элементам таблиц коммутации, топологии и управления ресурсом, модуль нахождения связных структур, выполненный с возможностью нахождения связных структур транспортной сети связи по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующей связной структуры и по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур, модуль структурной оптимизации, выполненный с возможностью вычисления оптимальной логической структуры транспортной сети связи, с использованием информации от сети оператора связи, как минимум времени среднего времени задержки и коэффициентов готовностей линий связи, информации о сетевых элементах транспортной сети связи, информации о найденных связных структурах по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур, модуль параметрической оптимизации, выполненный с возможностью вычисления оптимального распределения пропускной способности логических каналов транспортной сети связи, с использованием информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных, требований к качеству обслуживания, модуль содержания, выполненный с возможностью заполнения таблиц коммутации, топологии и управления ресурсом транспортной сети связи и передачи данных таблиц в модуль сбора/вывода параметров.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе и выбранной в качестве прототипа является система для оптимизации транспортной сети связи (патент RU 2680764 от 06.03.2018 г.), которая содержит устройство для оптимизации транспортной сети связи, как минимум, три сетевых элемента, выполненные с возможностью заполнения таблиц коммутации, топологии и управления ресурсом транспортной сети связи, причем каждый сетевой элемент соединен с устройством для оптимизации транспортной сети связи каналом управления, сетевые элементы соединены друг с другом физическими и логическими каналами связи.

Технической проблемой данных аналогов и прототипа является большое число арифметических операций при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи транспортной сети связи. Еще одной технической проблемой является то, что аналоги и прототип не позволяют найти оптимальные значения пропускных способностей каналов связи в разбалансированной транспортной сети связи, при этом выполнив требования по допустимой сетевой задержки для протокольных блоков данных как 1-го, так и 2-го и так далее вплоть до -го приоритета.

Техническим результатом является уменьшение числа арифметических операций при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи за счет преобразования полученной информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид и обратно, в модуле преобразования данных, нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети с использованием математического аппарата матричного исчисления и обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа, в модуле управления сетевыми ресурсами разбалансированной транспортной сети.

Еще одним техническим результатом является то, что настоящее изобретение позволяет находить оптимальные значения пропускных способностей каналов связи в разбалансированной транспортной сети связи, при этом выполнив требования по допустимой сетевой задержки для протокольных блоков данных как 1-го, так и 2-го и так далее вплоть до -го приоритета за счет системы для оптимизации разбалансированной транспортной сети, которая содержит устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, как минимум пять сетевых элементов, выполненных с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи, причем каждый сетевой элемент соединен с устройством для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи каналом управления или логическим каналом управления, а сетевые элементы соединены друг с другом каналами связи.

Задачей изобретения является создание способа, устройства и системы для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, позволяющих уменьшить число арифметических операций при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети и найти оптимальные значения пропускных способностей каналов связи в разбалансированной транспортной сети, при этом выполнив требования по допустимой сетевой задержке для протокольных блоков данных как 1-го, так и 2-го и так далее вплоть до -го приоритета.

В заявленном способе эта задача решается тем, что в способе для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, заключающемся в том, что получают информацию от сети оператора связи, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, информацию от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информацию о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи. Определяют связные структуры для разбалансированной транспортной сети связи по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующей связной структуры. Вычисляют оптимальную логическую структуру разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, информации о найденных связных структурах по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур. Находят связные структуры на оптимальной логической структуре разбалансированной транспортной сети связи по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур. Формируют таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи в матричном виде, передают сетевым элементам разбалансированной транспортной сети связи таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом. Дополнительно преобразуют полученную информацию от сети оператора связи, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, информацию от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информацию о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид, а после того, как сформируют таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи преобразуют данные таблицы в скалярный вид. Находят оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, с использованием информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, с использованием математического аппарата матричного исчисления и обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа.

Согласно одному из частных вариантов реализации при нахождение оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети осуществляются, по крайней мере, следующие этапы:

1) на первом этапе определяют оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, учитывая допустимую сетевую задержку только для протокольных блоков данных 1-го приоритета, затем только для 2-го приоритета и так далее вплоть до -го приоритета.

2) на втором этапе определяют множества значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, учитывая все возможные комбинации допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных только двух приоритетов, затем только для трех приоритетов и так до тех пор, пока не будут рассмотрены все комбинации допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных всех приоритетов.

3) на третьем этапе определяют множество альтернативных решений задачи параметрической оптимизации, для этого выбирают максимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, используя множества значений пропускных способностей, которые были определены на втором этапе.

4) на четвертом этапе из полученного на третьем этапе множества решений выбирают оптимальное решение, которое обеспечивает: выполнение требований по допустимым сетевым задержкам для протокольных блоков данных всех приоритетов и минимальные суммарные затраты, связанные с арендой каналов связи соответствующей пропускной способности.

Новая совокупность существенных признаков позволяет достичь указанного технического результата за счет преобразования полученной информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид, нахождения значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритетов, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритетов, с использованием математического аппарата матричного исчисления и обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа.

В заявленном устройстве эта задача решается тем, что устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, содержащее модуль сбора/вывода параметров, выполненный с возможностью получения информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовности каналов связи, информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, передачи сетевым элементам таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом. Модуль маршрутизации, выполненный с возможностью нахождения связных структур разбалансированной транспортной сети связи по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующей связной структуры и по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур. Модуль синтеза топологии, выполненный с возможностью вычисления оптимальной логической структуры разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, информации о найденных связных структурах по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующей связной структуры. Модуль данных, выполненный с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи и передачи данных таблиц в модуль сбора/вывода параметров. Модуль административного управления, выполненный с возможностью управления и конфигурирования устройства, вывода информации на монитор служебной информации. Дополнительно включены модуль матричных операций, предназначенный для реализации математического аппарата матричного исчисления, модуль управления сетевыми ресурсами, выполненный с возможностью нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, с использованием обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа, модуль преобразования данных, выполненный с возможностью преобразования полученной информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид, а также таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи из матричного вида в скалярный вид, при этом все модули в устройстве соединены посредством общей внутренней шины AXI4, которая выступает в качестве средства обмена информацией между модулями.

Благодаря новой совокупности существенных признаков достигается указанный технический результат за счет дополнительно введенных модуля матричных операций, модуля управления сетевыми ресурсами, модуля преобразования данных, что позволяет уменьшить число арифметических операций при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети и найти оптимальные значения пропускных способностей каналов связи в разбалансированной транспортной сети связи, при этом выполнив требования по допустимой сетевой задержки для протокольных блоков данных как 1-го, так и 2-го и так далее вплоть до -го приоритета.

В заявленной системе эта задача решается тем, что в системе для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, состоящей из устройства для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, как минимум пяти сетевых элементов, выполненных с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи, причем каждый сетевой элемент соединен с устройством для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи каналом управления или логическим каналом управления, сетевые элементы соединены друг с другом каналами связи.

Благодаря новой совокупности существенных признаков достигается указанный технический результат за счет использования системы для оптимизации разбалансированной транспортной сети, которая содержит устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети, как минимум пять сетевых элементов, выполненных с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи, причем каждый сетевой элемент соединен с устройством для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи каналом управления или логическим каналом управления, сетевые элементы соединены друг с другом каналами связи, что позволяет уменьшить число арифметических операций при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети и найти оптимальные значения пропускных способностей каналов связи в разбалансированной транспортной сети связи, при этом выполнив требования по допустимой сетевой задержки для протокольных блоков данных как 1-го, так и 2-го и так далее вплоть до -го приоритета.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленных способа, устройства и системы для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Для более понятной иллюстрации технических решений согласно вариантам осуществления настоящего изобретения ниже приведено краткое описание сопроводительных чертежей. Очевидно, что сопроводительные чертежи в нижеследующем описании относятся только к некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения и специалисты в данной области техники могут без труда получить другие чертежи на основе этих сопроводительных чертежей.

на фиг. 1 – способ оптимизации разбалансированной транспортной сети связи;

на фиг. 2 – устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи;

на фиг. 3 – система для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи;

на фиг. 4 – фрагмент разбалансированной транспортной сети связи;

на фиг. 5 – оптимальные логические структуры разбалансированной транспортной сети связи.

Ниже будут полностью и четко описаны технические решения для вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи. Должно быть, очевидно, что варианты осуществления, описанные ниже, являются только частью настоящего изобретения, а не всеми возможными вариантами осуществления настоящего изобретения. Все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники на основе вариантов осуществления настоящего изобретения и не использующие творческий подход, попадают под объем охраны настоящего изобретения.

Реализация заявленного способа заключается в следующем (фиг. 1).

101. Получают информацию от сети оператора связи, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, информацию от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивность поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и -го приоритетов, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и -го приоритетов, информацию о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи.

102. Преобразуют полученную информацию от сети оператора связи, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей линий связи, информацию от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивность поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информацию о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид, а после того, как сформируют таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи преобразуют данные таблицы в скалярный вид.

103. Определяют связные структуры для разбалансированной транспортной сети связи по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующей связной структуры.

104. Вычисляют оптимальную логическую структуру разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, информации о найденных связных структурах по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур.

В качестве примера поясним обобщенный алгоритм, реализующий вычисление оптимальной логической структуры методом ветвей и границ, который включает пять действий.

Д1. Формируется список комбинаций, который содержит только одну пустую комбинацию (состояние, когда ни одному элементу сети связи не приписан ни один ресурс). Для этой комбинации в неиспользованном ресурсе определяется самый надежный и самый ненадежный ресурс и производится расчет верхней и нижней границы значение коэффициента готовности транспортной сети связи.

Д2. Из списка комбинаций выбирается очередная комбинация, на основании которой формируются новые комбинации путем рассмотрения всех возможных вариантов назначения очередному элементу транспортной сети связи того или иного ресурса из списка ресурсов, но с учетом уже использованного ресурса.

Д3. Для каждой новой комбинации находится неиспользованный ресурс, в котором определяется самый надежный и самый ненадежный ресурс, и производится расчет верхней и нижней границы значение коэффициента готовности транспортной сети связи.

Д4. Если есть не рассмотренные комбинации в списке комбинаций, тогда возврат к Д2. Если все комбинации в списке рассмотрены, тогда в новом списке комбинаций определяется наибольшее значение нижней границы коэффициента готовности транспортной сети связи. После чего с этим значением сравниваются все значения верхних границ коэффициента готовности транспортной сети связи, при этом комбинации, у которых значение верхних границ меньше удаляются из нового списка комбинаций как не перспективные.

Расчет верхней и нижней границы значения коэффициента готовности транспортной сети связи производится по методике описанной в ГОСТ Р 55111-2008 г.

Для наглядности на фиг. 5 представлены оптимальные логические структуры, полученные с помощью кратчайших маршрутов (фиг. 5а), остовых деревьев (фиг. 5б), гамильтоновых цепей (фиг. 5в) и циклов (фиг. 5г).

105. Находят связные структуры на оптимальной логической структуре разбалансированной транспортной сети связи по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур.

106. Находят оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, с использованием информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, с использованием математического аппарата матричного исчисления и обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа.

Нахождение оптимального распределение пропускной способности каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, включает 4 этапа.

1 этап. Определяют оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, учитывая допустимую сетевую задержку только для протокольных блоков данных 1-го приоритета, затем только для 2-го приоритета и так далее вплоть до -го приоритета.

В качестве примера поясним 1 этап, реализующий вычисление оптимального значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, учитывая допустимую сетевую задержку только для протокольных блоков данных (ПБД) 1-го приоритета или только -го приоритета.

Д1. Рассчитывают начальные значения пропускных способностей каналов связи (КС), используя математический аппарат матричного исчисления

, (1)

где – вектор-столбец начальных значений пропускных способностей каналов связи; – вектор-столбец среднего размера ПБД для отдельных КС (бит);  – вектор-столбец стоимости аренды единицы пропускной способности для отдельных КС ();  – вектор-столбец задержки распространения ПБД для отдельных КС (с); – вектор-строка интенсивности ПБД -го приоритета, если , тогда это усредненная интенсивность ПБД по всем приоритетам (1/с);  – вектор-строка допустимых значений математического ожидания задержки ПБД -го приоритета, если это усредненное допустимое значение математического ожидания задержки по всем приоритетам (с); – матрица интенсивностей поступления ПБД -го приоритета в -й канал связи, если это усредненная интенсивность ПБД по всем приоритетам (1/с);

Д2. Рассчитывают вектор значений пропускных способностей каналов связи на очередном итерационном шаге при условии выполнения требований только для допустимой сетевой задержки ПБД 1-го приоритета, используя математический аппарат матричного исчисления

, (2)

где  – вектор-столбец пропускных способностей отдельных КС (бит/с). Рассчитывают вектор значений пропускных способностей каналов связи на очередном итерационном шаге при условии выполнения требований только для допустимой сетевой задержки ПБД -го приоритета, используя математический аппарат матричного исчисления

. (3)

Д3. Рассчитывают сумму модуля отклонения между пропускными способностями каналов связи, полученными на предыдущем и очередном итерационном шагах, используя математический аппарат матричного исчисления

, (4)

где функция возвращает число строк в матрице , функция возвращает единичную матрицу размером .

Д4. Проверяют условие , т.е. сумма модуля отклонения между пропускными способностями каналов связи, полученными на предыдущем и очередном итерационных шагах, больше чем 0,1 бит/с. Если условие не выполняется, то оптимальные значения пропускных способностей каналов связи найдены. Иначе повторяются Д2–Д3 до тех пор, пока не будет выполнено условие в Д4.

2 этап. Определяют множества значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, учитывая все возможные комбинации допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных только двух приоритетов, затем только для трех приоритетов и так до тех пор, пока не будут рассмотрены все комбинации допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных всех приоритетов.

В качестве примера поясним обобщенный алгоритм, реализующий 2 этап, который включает четыре действия.

Д1. Формируют вектор, элементами которого являются все возможные сочетания из активных ограничений.

Д2. Выбирают из сформированного вектора очередной вариант из активных ограничений.

Д3. Используя очередной вариант для активных ограничений и результаты решения, полученные на 1-ом этапе формируют множества значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, используя математический аппарат матричного исчисления

, (5)

где – очередной вариант активных ограничений; – множество значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, полученные на 1-ом этапе.

Д4. Проверяют условие, что были исследованы все варианты из активных ограничений. Если условие выполняется, то множество значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети найдено. Иначе повторяют действия Д1– Д3.

3 этап. Определяют множество альтернативных решений задачи параметрической оптимизации, для этого выбирают максимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, используя множества значений пропускных способностей, которые были определены на втором этапе.

4 этап. Выбирают оптимальное решение из полученного на третьем этапе множества решений, которое обеспечивает: выполнение требований по допустимым сетевым задержкам для протокольных блоков данных всех приоритетов и минимальные суммарные затраты, связанные с арендой каналов связи соответствующей пропускной способности.

В качестве примера поясним 4 этап, который включает семь действий.

Д1. Выбирают из множества альтернативных решений задачи параметрической оптимизации, очередное решение, которое следует проверить на оптимальность.

Д2. Проверяют очередное решение на предмет отсутствия отрицательных значений сетевой задержки ПБД 1-го приоритета в каждом канале связи, затем проверяют ПБД 2-го приоритета и так далее вплоть до ПБД -го приоритета.

Д3. Проверяют очередное решение на предмет отсутствия отрицательных значений сетевой задержки ПБД 1-го приоритета в разбалансированной транспортной сети связи, затем проверяют ПБД 2-го приоритета и так далее вплоть до ПБД -го приоритета.

Д4. Проверяют очередное решение на предмет того, что сетевая задержка ПБД 1-го приоритета в разбалансированной транспортной сети связи удовлетворяет ограничению, введенному для ПБД 1-го приоритета, затем, что сетевая задержка для ПБД 2-го приоритета удовлетворяет ограничению, введенному для ПБД 2-го приоритета и так далее вплоть до ПБД -го приоритета.

Д5. Проверяют очередное решение на предмет того, что суммарные затраты, связанные с арендой каналов связи для анализируемой комбинации активных ограничений меньше чем суммарные затраты, связанные с арендой каналов связи для оптимальной комбинации активных ограничений.

Д6. Проверяют факт того, что для очередного решения задачи параметрической оптимизации одновременно выполняются условия Д2-Д5. Если все условия выполняются, тогда очередное решение становится оптимальным решением. Если хотя бы одно условие из Д2-Д5 не выполняется, тогда оптимальное решение остается без изменений.

Д7. Проверяют условие, что были исследованы все альтернативные решения задачи параметрической оптимизации. Если условие выполнено, то оптимальное решение найдено. Иначе повторяются действия Д1-Д6 до тех пор, пока не будет выполнено условие в Д7.

107. Формируют таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи в матричном виде.

Таблицы коммутации/маршрутизации разбалансированной транспортной сети связи формируют с использованием связных структур, найденных по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующей связной структуры. Таблицы топологии разбалансированной транспортной сети связи заполняют с использованием вычисленной оптимальной логической структуры разбалансированной транспортной сети связи. Таблицы управления ресурсом заполняют с использованием найденных оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи.

108. Преобразуют таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи из матричного вида в скалярный вид.

109. Передают сетевым элементам разбалансированной транспортной сети связи таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом.

Заявленный способ для оптимизации сети связи позволяет достичь указанного технического результата за счет преобразования полученной информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид, нахождения оптьимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и -го приоритетов, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и -го приоритетов, с использованием математического аппарата матричного исчисления и обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа.

Устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи (фиг. 2) состоит из модуля маршрутизации 201, модуля синтеза топологии 202, модуля управления сетевыми ресурсами 203, модуля преобразования данных 204, модуля данных 205, модуля матричных операций 206, модуля управления сетевыми ресурсами 207, модуля сбора/вывода параметров 208, при этом все модули в устройстве соединены посредством общей внутренней шины AXI4, которая выступает в качестве средства обмена информацией между модулями.

Модуль маршрутизации 201, выполненный с возможностью нахождения связных структур разбалансированной транспортной сети связи по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующей связной структуры и по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур.

Модуль синтеза топологии 202, выполненный с возможностью вычисления оптимальной логической структуры разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, информации о найденных связных структурах по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур.

Модуль управления сетевыми ресурсами 203, выполненный с возможностью нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, с использованием математического аппарата матричного исчисления и обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа.

Модуль преобразования данных 204, выполненный с возможностью преобразования полученной информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, информации от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид, а также таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи из матричного вида в скалярный.

Модуль данных 205, выполненный с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи в матричном виде и передачи данных таблиц в модуль сбора/вывода параметров.

Модуль матричных операций 206, предназначенный для реализации математического аппарата матричного исчисления.

Модуль административного управления 207, выполненный с возможностью управления и конфигурирования устройства, вывода информации на монитор служебной информации.

Модуль сбора/вывода параметров 208, выполненный с возможностью получения информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовности каналов связи, информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, передачи сетевым элементам таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи в скалярном виде.

Модули 201-208 могут быть реализованы по известной схеме, например, на платформе Programmble Flow controller NEC PF6800 (http://www.sdxcentral.com/products/nec-programmbleflow- controller).

Все модули в устройстве для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи соединены посредством общей внутренней шины AXI4, которая выступает в качестве средства обмена информацией между модулями.

Устройство работает следующим образом.

На модуль сбора/вывода параметров 208 поступает информация от сети оператора связи, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, информация от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивность поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информация о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи. Вся поступившая информация передается в модуль преобразования данных 204, в котором преобразуется из скалярного вида в матричный вид. Информация от сети оператора связи, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, а также информация о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи поступает в модуль маршрутизации 201. В данном модуле находят связные структуры разбалансированной транспортной сети связи такие, как кратчайшие маршруты, остовые деревья, гамильтоновы цепи и циклы по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур. Найденные связные структуры разбалансированной транспортной сети связи передаются в модуль синтеза топологии 202. В модуль синтеза топологии 202 также поступает информация с модуля преобразования данных 204, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи. В модуле синтеза топологии 202 вычисляют оптимальную логическую структуру разбалансированной транспортной сети связи. Оптимальная логическая структура разбалансированной транспортной сети связи передается в модуль маршрутизации 201 для нахождения связных структур по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур. Данные связные структуры, найденные по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур, передаются в модуль данных 205 для заполнения таблиц коммутации/маршрутизации разбалансированной транспортной сети связи. Оптимальная логическая структура разбалансированной транспортной сети связи передается в модуль данных 205 для заполнения таблиц топологии разбалансированной транспортной сети связи, а также в модуль управления сетевыми ресурсами 203. В модуль управления сетевыми ресурсами 203 поступает информация от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета. На основе всех входящих данных в модуле управления сетевыми ресурсами 203, используя обобщенный метод неопределенных множителей Лагранжа, находят оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, при этом все матричные исчисления реализуются в модуле матричных операций 206. Далее оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи передают в модуль данных 205 для заполнения таблиц управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи. Из модуля данных 205 заполненные таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом поступают в модуль преобразования данных 204, где эти таблицы преобразуют из матричного вида в скалярный вид и передают в модуль сбора/вывода параметров 208.

Благодаря новой совокупности существенных признаков достигается указанный технический результат за счет дополнительно введенных модуля матричных операций, модуля управления сетевыми ресурсами, модуля преобразования данных, что позволяет уменьшить число арифметических операций при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети и найти оптимальные значения пропускных способностей каналов связи в разбалансированной транспортной сети связи, при этом выполнив требования по допустимой сетевой задержки для протокольных блоков данных как 1-го, так и 2-го и так далее вплоть до -го приоритета.

Система для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи (фиг. 3) содержит устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, как минимум пять сетевых элементов, выполненных с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи, причем каждый сетевой элемент соединен с устройством для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи каналом управления или логическим каналом управления, сетевые элементы соединены друг с другом каналами связи.

Устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи выполнено по п. 2 формулы данного изобретения.

В качестве сетевых элементов могут быть использованы коммутаторы либо маршрутизаторы, которые поддерживают открытые протоколы OpenFlow или SSH.

Любой сетевой элемент может быть реализован по известной схеме, например, как описано в патенте RU № 2584471 от 20.05.2016 г. или в виде коммутатора Programmble Flow PF5340-48XP-6Q (см. www.nstor.ru/ru/news/lenta/nec_pf5340_48xp_6q_32qp.html).

Устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети взаимодействует с сетевыми элементами с использованием, например, открытых протоколов OpenFlow или SSH.

Интерактивный процесс функционирования системы для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи описан ниже.

Сетевые элементы разбалансированной транспортной сети связи передают информацию о включённых/выключенных физических портах в устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи.

В устройстве для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи:

1. Модуль сбора/вывода параметров получает информацию от сети оператора связи, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, информацию от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информацию от всех сетевых элементов разбалансированной транспортной сети связи о включённых/выключенных физических портах.

2. Модуль преобразования данных преобразует полученную информацию от сети оператора связи, как минимум среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, информацию от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных и интенсивность поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информацию о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид.

3. Модуль маршрутизации находит связные структуры разбалансированной транспортной сети связи такие, как кратчайшие маршруты, остовые деревья, гамильтоновы цепи и циклы по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур, найденные связные структуры передают в модуль синтеза топологии.

4. Модуль синтеза топологии вычисляет оптимальную логическую структуру разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, информации о найденных связных структурах по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур. Оптимальная логическая структура разбалансированной транспортной сети связи передается в модуль маршрутизации, в модуль управления сетевыми ресурсами разбалансированной транспортной сети связи и в модуль данных (в данном модуле заполняют таблицы топологии разбалансированной транспортной сети связи).

5. Модуль маршрутизации находит связные структуры разбалансированной транспортной сети связи такие, как кратчайшие маршруты, остовые деревья, гамильтоновы цепи и циклы по критерию максимума коэффициента готовностей для соответствующих связных структур. Найденные связные структуры передаются в модуль данных для заполнения таблиц коммутации/маршрутизации разбалансированной транспортной сети связи и в модуль управления сетевыми ресурсами разбалансированной транспортной сети связи.

6. В модуль управления сетевыми ресурсами разбалансированной транспортной сети связи поступает информация от сети доступа, как минимум средний размер протокольных блоков данных, интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информация о связных структурах, найденных по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур, информация об оптимальной логической структуре разбалансированной транспортной сети связи. На основе полученных данных в модуле управления сетевыми ресурсами разбалансированной транспортной сети связи, используя обобщенный метод неопределенных множителей Лагранжа, находят оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, при этом все матричные исчисления реализуются в модуле матричных исчислений. Далее передают оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи в модуль данных для заполнения таблиц управления ресурсом.

7. Модуль данных принимает информацию о связных структурах, найденных по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур, и заполняет таблицы коммутации. Принимает информацию об оптимальной логической структуре разбалансированной транспортной сети связи и заполняет таблицы топологии. Принимает информацию об оптимальных значениях пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи и заполняет таблицы управления ресурсом. Все таблицы заполняются в матричном виде и передаются в модуль преобразования данных.

8. Модуль преобразования данных преобразует полученные таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсами разбалансированной транспортной сети связи из матричного вида в скалярный вид и далее передает таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсами в модуль сбора/вывода параметров.

9. Модуль сбора/вывода параметров передает таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом сетевым элементам разбалансированной транспортной сети связи.

Сетевые элементы разбалансированной транспортной сети связи принимают таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом. На основании данных таблиц сетевые элементы заполняют свои таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом. На основе заполненных таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом осуществляют управление физическими портами.

Благодаря новой совокупности существенных признаков достигается указанный технический результат за счет использования системы для оптимизации разбалансированной транспортной сети, которая содержит устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети, как минимум пять сетевых элементов, выполненных с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи, причем каждый сетевой элемент соединен с устройством для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи каналом управления или логическим каналом управления, сетевые элементы соединены друг с другом каналами связи, что позволяет уменьшить число арифметических операций при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети и найти оптимальные значения пропускных способностей каналов связи в разбалансированной транспортной сети связи, при этом выполнив требования по допустимой сетевой задержки для протокольных блоков данных как 1-го, так и 2-го и так далее вплоть до -го приоритета.

Правомерность теоретических предпосылок проверялась на фрагменте разбалансированной транспортной сети связи (фиг. 4) с помощью сетевого симулятора OMNet++ при следующих исходных данных:

- число сетевых узлов ;

- число информационных направлений равно 8, причем в каждом информационном направлении передаются протокольные блоки данных 1-го, 2-го и 3-го приоритетов;

- интенсивности поступления протокольных блоков данных в разные информационные направления представлены в таблицах 1–2;

- значение допустимой сетевой задержки для протокольных блоков данных 1-го приоритета равно 0,13 (с), для протокольных блоков данных 2-го приоритета равно 0,2 (с), для протокольных блоков данных 3-го приоритета равно 0,3 (с).

- средний размер протокольных блоков данных бит.

Таблица 1 – Интенсивности поступления протокольных блоков данных в информационные направления (начало)

Характеристика , , , , , ПБД/с 23 5 17 8 , ПБД/с 12 30 28 21 , ПБД/с 17 28 9 12 , ПБД/с 52 63 54 41

Таблица 2 – Интенсивности поступления протокольных блоков данных в информационные направления (окончание)

Характеристика , , , , , ПБД/с 4 23 26 17 , ПБД/с 19 11 16 2 , ПБД/с 17 28 9 26 , ПБД/с 40 62 51 45

Таблица 3 – Результаты, полученные с использованием способа оптимизации разбалансированной транспортной сети связи

Анализ результатов этапа параметрической оптимизации (таблица 3) показывает, что комбинация характеризуется тем, что выполняются все условия по допустимой сетевой задержке для протокольных блоков данных всех приоритетов, при этом затраты на аренду каналов связи соответствующей пропускной способности являются минимальными. Стоит отметить, что следующие комбинации из активных ограничений ,, соответствуют результатам, которые получаются на этапе параметрической оптимизации в прототипе системы. Как видно, в прототип системы не позволяет найти оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети при этом выполнив требования по допустимой сетевой задержке для протокольных блоков данных всех приоритетов.

Для доказательства технического результата, связанного с уменьшением числа арифметических операций при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети рассмотрим аналитические выражения, с помощью которых решается задача параметрической оптимизации в заявленном изобретении и в прототипе.

В способе прототипе для нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи с учетом допустимой сетевой задержки для протокольных блоков данных -го приоритета используется математический аппарат скалярных исчислений

(6)

где – средний размер ПБД для ЛК или КС с номером , – средний размер ПБД для ЛК или КС с номером , – стоимость аренды в расчете на единицу пропускной способности ЛК или КС с номером , – стоимость аренды в расчете на единицу пропускной способности ЛК или КС с номером , – допустимое значение математического ожидания задержки ПБД -го приоритета для транспортной сети связи, – это сумма интенсивностей потоков ПБД -го приоритета для транспортной сети связи, – интенсивность потока ПБД -го приоритета для ЛК или КС с номером , – интенсивность потока ПБД -го приоритета для ЛК или КС с номером , – задержка распространения ПБД для ЛК или КС с номером , – число сетевых элементов (СЭ) для транспортной сети связи; – общее число СЭ, ЛК или КС для транспортной сети связи.

Количество арифметических операций необходимых для нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи определяется следующим выражением , где z – число каналов связи, k – количество приоритетов. То есть количество арифметических операций необходимых для нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи транспортной сети связи, представленной на фиг. 4, равно 768.

В изобретении для нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи с учетом допустимой сетевой задержки для протокольных блоков данных -го приоритета используется математический аппарат матричных исчислений выражение (3).

Количество арифметических операций необходимое для нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи определяется следующим выражением . То есть количество арифметических операций необходимых для нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи транспортной сети связи, представленной на фиг. 4, равно 61. Таким образом, в прототипе требуется более чем в 12 раз больше арифметических операций на этапе нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, чем в заявленном изобретении.

Анализ результатов процедуры параметрической оптимизации показывает что, за счет преобразования полученной информации от сети оператора связи, как минимум среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации от сети доступа, как минимум среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид и обратно (в модуле преобразования данных), нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети с использованием математического аппарата матричного исчисления и обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа, в модуле управления сетевыми ресурсами разбалансированной транспортной сети, достигается уменьшение числа арифметических операций более чем в 12 раз при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети. Также анализ результатов параметрической оптимизации показывает, что за счет использования системы для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, которая содержит устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, как минимум пять сетевых элементов, выполненных с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи, причем каждый сетевой элемент соединен с устройством для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи каналом управления или логическим каналом управления, сетевые элементы соединены друг с другом каналами связи достигается указанный технический результат.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в уменьшении числа арифметических операций при нахождении оптимальных значений пропускных способностей каналов связи. Устройство содержит: модуль сбора/вывода параметров, выполненный с возможностью получения информации от сети оператора связи, как минимум, среднего времени задержки и коэффициентов готовности каналов связи, информации от сети доступа, как минимум, среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, передачи сетевым элементам таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом, модуль маршрутизации, выполненный с возможностью нахождения связных структур разбалансированной транспортной сети связи, модуль синтеза топологии. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 5 ил.

1. Устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, содержащее модуль сбора/вывода параметров, выполненный с возможностью получения информации от сети оператора связи, как минимум, среднего времени задержки и коэффициентов готовности каналов связи, информации от сети доступа, как минимум, среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, передачи сетевым элементам таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом, модуль маршрутизации, выполненный с возможностью нахождения связных структур разбалансированной транспортной сети связи по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующей связной структуры и по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур, модуль синтеза топологии, выполненный с возможностью вычисления оптимальной логической структуры разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети оператора связи, как минимум, среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, информации о найденных связных структурах по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур, модуль данных, выполненный с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи и передачи данных таблиц в модуль сбора/вывода параметров, модуль административного управления, выполненный с возможностью управления и конфигурирования устройства, вывода информации на монитор служебной информации, отличающийся тем, что дополнительно включены модуль матричных операций, предназначенный для реализации математического аппарата матричного исчисления, модуль управления сетевыми ресурсами, выполненный с возможностью нахождения оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети доступа, как минимум, среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, с использованием обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа, модуль преобразования данных, выполненный с возможностью преобразования полученной информации от сети оператора связи, как минимум, среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации от сети доступа, как минимум, среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид, а также таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи из матричного вида в скалярный вид, при этом все модули в устройстве соединены посредством общей внутренней шины AXI4, которая выступает в качестве средства обмена информацией между модулями.

2. Способ оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, осуществляемый устройством по п. 1, заключающийся в том, что получают информацию от сети оператора связи, как минимум, среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, информацию от сети доступа, как минимум, средний размер протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информацию о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, определяют связные структуры для разбалансированной транспортной сети связи по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующей связной структуры, вычисляют оптимальную логическую структуру разбалансированной транспортной сети связи, с использованием информации от сети оператора связи, как минимум, среднего времени задержки и коэффициентов готовностей каналов связи, информации о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи, информации о найденных связных структурах по критерию минимума среднего времени задержки для соответствующих связных структур, находят связные структуры на оптимальной логической структуре разбалансированной транспортной сети связи по критерию максимума коэффициента готовности для соответствующих связных структур, формируют таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи в матричном виде, передают сетевым элементам разбалансированной транспортной сети связи таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом, отличающийся тем, что преобразуют полученную информацию от сети оператора связи, как минимум, среднее время задержки и коэффициенты готовностей каналов связи, информацию от сети доступа, как минимум, средний размер протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимые сетевые задержки для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, информацию о сетевых элементах разбалансированной транспортной сети связи из скалярного вида в матричный вид, а после того как сформируют таблицы коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом, преобразуют данные таблицы в скалярный вид, находят оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, с использованием информации от сети доступа, как минимум, среднего размера протокольных блоков данных и интенсивности поступления протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных 1-го, 2-го и так далее вплоть до -го приоритета, с использованием математического аппарата матричного исчисления и обобщенного метода неопределенных множителей Лагранжа.

3. Способ по п. 2, по которому при нахождение оптимальных значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети осуществляются, по крайней мере, следующие этапы:

на первом этапе определяют оптимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, учитывая допустимую сетевую задержку только для протокольных блоков данных 1-го приоритета, затем только для 2-го приоритета и так далее вплоть до -го приоритета;

на втором этапе определяют множества значений пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети, учитывая все возможные комбинации допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных только двух приоритетов, затем только для трех приоритетов и так до тех пор, пока не будут рассмотрены все комбинации допустимых сетевых задержек для протокольных блоков данных всех приоритетов;

на третьем этапе определяют множество альтернативных решений задачи параметрической оптимизации, для этого выбирают максимальные значения пропускных способностей каналов связи разбалансированной транспортной сети связи, используя множества значений пропускных способностей, которые были определены на втором этапе;

на четвертом этапе из полученного на третьем этапе множества решений выбирают оптимальное решение, которое обеспечивает: выполнение требований по допустимым сетевым задержкам для протокольных блоков данных всех приоритетов и минимальные суммарные затраты, связанные с арендой каналов связи соответствующей пропускной способности.

4. Система для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи, содержит, как минимум пять сетевых элементов, выполненных с возможностью заполнения таблиц коммутации/маршрутизации, топологии и управления ресурсом разбалансированной транспортной сети связи, причем каждый сетевой элемент соединен с устройством для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи каналом управления или логическим каналом управления, сетевые элементы соединены друг с другом каналами связи, причем устройство для оптимизации разбалансированной транспортной сети связи выполнено по п. 1.