СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТЯХ СВЯЗИ С НЕСТАБИЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2021 года по МПК H04L12/54 H04L12/70 

Изобретение относится к области телекоммуникаций, а именно к способам передачи данных в системах связи, и может быть использовано при разработке протоколов передачи данных, предназначенных для повышения вероятности передачи пользовательского трафика в условиях нестабильности характеристик элементов сетей связи.

Развитие цифровых и информационных технологий привело к формированию самой сложной системы на Земле – международной информационно-телекоммуникационной системы, ресурсами которой пользуется практически все мировое сообщество практически в любой сфере жизнедеятельности населения, государств, корпораций и т.д.

Информационно-телекоммуникационные системы относятся к классу больших систем этапы проектирования, внедрения, эксплуатации и эволюции которых невозможны без учета взаимосвязей и взаимовлияния их свойств (Советов Б.Я., Яковлев С.А. «Моделирование систем». – М.: Высшая школа, 2009, – 343 с.). Результатом проектирования систем связи, направленного на максимизацию коммерческой прибыли, стали ограниченные ресурсы их элементов (обоснованные положениями теории массового обслуживания), совокупность которых существенно меньше возможной суммарной нагрузки всех потребителей.

При перегрузках ресурсов сетей связи возникают различные сбои их элементов, критически влияющие на качество обслуживания корреспондентов (пользователей).

Поэтому необходима разработка новых способов передачи данных в информационно-телекоммуникационных системах, качество выполнения процессов в которых могло выполняться в условиях нестабильности характеристик элементов сетей связи.

Одним из перспективных направлений достижения этой цели является применение в способах передачи данных двух аспектов:

1. Оптимальное распределение сеансового потока данных по максимальному, в информационном направлении, количеству маршрутов в сети с нестабильными характеристиками элементов, при этом пересечение маршрутов в элементах сети должно быть ограничено допустимым количеством.

2. Использование в процессе передачи данных постоянной памяти телекоммуникационного оборудования и его вычислительных резервов для исключения повторной передачи и потери данных при различных технических отказах элементов системы связи, что позволит снизить нагрузку на пропускную способность линий связи, а также устранить перегрузку их ресурсов.

Термины и определения, используемые в заявке.

Сеть (система) связи – технологическая система, включающая в себя средства и линии связи и предназначенная для электросвязи (Федеральный закон от 7 июля 2003 г. N 126-ФЗ «О связи»).

Узел связи – совокупность технических средств связи, обеспечивающих маршрутизацию трафика (данных), оказание услуг связи и присоединение пользователей к сети общего пользования.

Узел коммутации (транзитный) – узел связи на котором осуществляется коммутация линий связи (каналов и трактов в ней) согласно маршрута информационного направления.

Линия связи – линии передачи, физические цепи и линейно-кабельные сооружения связи.

Простой канал связи – система технических средств и среда распространения сигналов в рамках одной системы каналообразования для передачи данных от отправителя к получателю.

Составной информационный канал – два и более последовательно соединенных простых канала связи, обеспечивающих передачу данных между корреспондентами информационного направления в виде физических сигналов, соответствующих типу линий связи.

Блок данных – битовая последовательность, передаваемая как единое целое между элементами информационно-телекоммуникационной системы. Для различных технологий – это пакет, контейнер и др.

Пропускная способность – предельная скорость передачи данных линии связи (информационного направления).

Память – среда для хранения данных в течение определённого времени. Имеет показатели объема, скорости чтения/записи и др.

Производительность оборудования – объем данных, обрабатываемый в единицу времени.

Информационное направление – совокупность технических средств связи, обеспечивающая перенос данных между корреспондентами (пользователями).

Сеанс – время непрерывного функционирования информационного направления.

Маршрутизация – процесс определения маршрута передачи данных в сетях связи.

Известны способы передачи данных, реализованные на основе технологи с коммутацией каналов, к которым относятся такие сетевые технологии как PDH и SDH [Б.С. Гольдштейн, Н.А. Соколов, Г.Г. Яновский. Сети связи: Учебник для ВУЗов. СПб.: БХВ-Петербург, 2014. – 400 с., ил. С. 53-68, 271-284]. При коммутации каналов в сети связи между корреспондентами образуется непрерывный составной информационный физический канал из последовательно соединенных промежуточных простых каналов связи. Процесс передачи данных включает три этапа:

1. Установление канала. Прежде, чем начнется передача данных, должен быть скоммутирован канал, соединяющий источник и получателя информации, при этом между узлами сети происходит обмен сигнализационной информацией, в результате узлы всего маршрута запоминают информацию о новом соединении.

2. Передача данных. При этом при передаче данных каждый из транзитных узлов использует информацию, сохраненную на этапе установления канала, для определения следующего узла, которому необходимо передать информацию, относящуюся к данному соединению.

3.  Разъединение. Как правило, происходит по инициативе одной из сторон. В ходе разъединения сигнализационная информация передается по всему маршруту – противоположная сторона извещается о прекращении связи, а транзитные узлы освобождают ресурсы, выделенные для данного соединения.

Недостатками данного способа являются: низкая эффективность использования пропускной способности линий связи, невозможность передачи данных в любой момент времени в отсутствии постоянно действующих составных каналов между корреспондентами, а также отсутствие возможности динамического управления маршрутизацией установленного сеансового соединения.

Известен способ передачи цифровых данных [патент РФ № 2541838, опубл. 20.02.2015], который заключается в том, что одновременно передают полезные данные множеству услуг с разными характеристиками, в режиме реального времени выстраивают и поддерживают в актуальном состоянии сеть связи с помощью центрального модема, используя основные и альтернативные маршруты связи, на которые переключаются без потери дополнительного времени на поиск маршрутов при изменении условий связи и замене устройств связи. Считывают из центрального модема список адресов подчиненных устройств связи, определяя список вновь появившихся и исключенных из сети связи устройств, для вновь появившихся устройств производят выбор подходящего протокола обмена. Подстраивают протоколы обмена для минимизации времени считывания с устройств полезных данных, группируя запросы и ответы в пакеты, имеющие длину, близкую к максимальному размеру буфера модемов сети связи, где типы запрашиваемых данных отмечаются флагами. Задают приоритет для каждого типа полезных данных, передают параметры, общие для всех устройств, путем передачи из концентратора широковещательных пакетов с последующим контролем успешности выполнения команды путем считывания подтверждения с каждого устройства и индивидуально корректируют параметры.

Недостатком данного способа является невозможность передачи данных между корреспондентами в любой момент времени в условиях нестабильности характеристик элементов сети и отсутствии постоянно действующих составных каналов.

Наиболее близким к предложенному способу является способ передачи данных, реализованный в технологии Ethernet (технология с коммутацией пакетов), процесс передачи данных которого описан в книге [Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. - СПб.: Питер, 2016. - 992 с.: ил., С. 76-103], заключающийся в том, что отправитель формирует сеансовый поток данных в информационном направлении в виде последовательности блоков данных, включающих служебную и информационную части, в служебную часть записывается информация о адресах отправителя и получателя, категория срочности (приоритетности), предельное время доставки, данные начала и конца блока, его номера в сеансовом потоке, данные для проверки правильности передачи, отправляют блоки данных, на каждом транзитном узле принимают и запоминают блоки данных в оперативной памяти и маршрутизируют их по заданному алгоритму сети, если канал связи свободен, то отправляют блоки данных на следующий транзитный узел, если канал связи занят, то блоки данных помещают в очередь до освобождения канала, при этом, если длина очереди превышает допустимую, то блоки данных стирают из оперативной памяти, а отправителю передают сообщение об ошибке передачи этих блоков, получатель принимает блоки данных и передает отправителю сообщение об их успешном приеме, после приема всех блоков данных завершают текущий сеанс информационного направления.

Недостатками способа-прототипа является то, что в нем не учитываются возникающие при перегрузках ресурсов в сетях связи различные сбои их элементов, а также невозможность передачи данных при отсутствии постоянно действующих составных каналов в маршрутах информационных направлений между корреспондентами.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение качества предоставляемых услуг связи и сбои передачи данных в условиях нестабильности характеристик сетевых элементов по различным причинам (превышение пропускной способности линий связи, технический сбой оборудования, превышение предела производительности оборудования на транзитном узле, сбой электропитания и др.), что может привести к нарушению информационного обмена между корреспондентами.

Техническая проблема решается за счет последовательного и обоснованного распределения сеансового потока данных по всем доступным и удовлетворяющим требованиям маршрутам информационного направления, а также хранения, в допустимый временной интервал, блоков данных на транзитных элементах сети связи, включенных в маршруты информационного направления при их сбоях, вплоть до восстановления готовности отказавшего оборудования.

Технический результат заключается в повышении вероятности передачи данных на информационных направлениях при их передаче в сетях связи с нестабильными характеристиками элементов за счет распределения потока данных по всем, удовлетворяющим требованиям, маршрутам информационного направления и использования ресурсов постоянной памяти телекоммуникационного оборудования.

Технический результат достигается тем, что в известном способе передачи данных, заключающемся в том, что задают категории данных, варианты алгоритмов маршрутизации для различных категорий данных, требования к маршрутам для передачи различных категорий данных и допустимое время передачи для различных категорий данных, отправитель формирует сеансовый поток данных в информационном направлении, выбирают сеансовый алгоритм маршрутизации в соответствии с категорией передаваемых данных в формируемом потоке, передают блоки данных по маршрутам, на каждом транзитном узле принимают и запоминают блоки данных в оперативной памяти телекоммуникационного оборудования, получатель принимает блоки данных и передает отправителю сообщение об их успешном приеме, после приема всех блоков данных завершают текущий сеанс информационного направления, отличающийся тем, что дополнительно задают предельный коэффициент сходства маршрутов информационного направления, правила распределения блоков сеансового потока данных по маршрутам информационного направления, определяют все существующие маршруты в информационном направлении, строят вариационный ряд маршрутов по основному показателю их построения, проверяют степень различия маршрутов для информационного направления по критерию сходства со старшими маршрутами в вариационном ряду, для чего вычисляют коэффициенты сходства маршрутов со старшими, относительно них, членами вариационного ряда, сравнивают вычисленные коэффициенты сходства маршрутов с заданным предельным коэффициентом сходства маршрутов информационного направления, если любой из вычисленных коэффициентов сходства маршрута превышает требуемый, то данный маршрут исключают из множества возможных маршрутов для передачи сеансового потока данных информационного направления, а вариационный ряд корректируют, определяют размер блоков данных в соответствии с количеством маршрутов скорректированного вариационного ряда и минимально допустимым размером для реализуемых на сети технологий, распределяют по заданному правилу блоки сеансового потока данных по маршрутам скорректированного вариационного ряда, при передаче блоков данных проверяют готовность следующего транзитного узла сети в принятом для передачи блоков данных маршруте к передаче блоков данных, если следующий транзитный узел связи в принятом для передачи блоков данных маршруте готов к передаче блоков данных, то передают блоки данных на следующий по маршруту транзитный узел сети, если следующий транзитный узел связи в принятом для передачи блоков данных маршруте не готов к передаче блоков данных, то проверяют готовность следующего транзитного узла сети в любом другом имеющемся от текущего транзитного узла к получателю маршруте, если следующий транзитный узел связи в любом другом имеющемся от текущего транзитного узла к получателю маршруте готов к передаче блоков данных, то передают блоки данных на следующий по маршруту транзитный узел сети, если следующий транзитный узел связи в любом другом имеющемся от текущего транзитного узла к получателю маршруте не готов к передаче блоков данных, то помещают блоки данных в очередь до готовности следующего транзитного узла связи любого маршрута к передаче блоков данных, при этом контролируют состояние очереди с заданной периодичностью, если при ожидании передачи блоков данных длина очереди превышает допустимые значения, определяемые ресурсом оперативной памяти телекоммуникационного оборудования транзитного узла связи, то переносят блоки данных из оперативной памяти в постоянную память телекоммуникационного оборудования узла связи, стирают перенесенные блоки данных из оперативной памяти, хранят блоки данных в постоянной памяти до передачи на следующий по маршруту транзитный узел или до истечения допустимого времени передачи данных, при этом с заданной периодичностью, рассчитывают прогнозируемое время передачи блоков данных до получателя и сравнивают его с допустимым временем передачи, если прогнозируемое время передачи блоков данных до получателя превышает допустимое время передачи данных, то блоки данных стирают из постоянной памяти телекоммуникационного оборудования узла связи, а отправителю передают сообщение об ошибке передачи этих блоков, после завершения текущего сеанса на следующий сеанс заново, в соответствии с задаваемыми требованиями, выбирают сеансовый алгоритм маршрутизации.

Из уровня техники не выявлено решений, касающихся способов передачи данных в системах связи, характеризующихся заявленной совокупностью признаков, следовательно, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».

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

«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие способ.

Заявленный способ поясняется следующими чертежами:

фиг. 1 - блок-схема способа передачи данных в сетях связи с нестабильными характеристиками элементов;

фиг. 2 - зависимость вероятности передачи данных от количества маршрутов в информационном направлении.

Заявленный способ реализован в виде блок-схемы, представленной на фиг. 1.

В блоке 1 задают:

– категории данных по различным признакам – вид передаваемых данных, предельное время доставки, приоритет передачи данных и др.

– допустимое время передачи для различных категорий данных;

– варианты алгоритмов маршрутизации для различных категорий данных. Вариант и критерии работы алгоритмов могут зависеть от категории передаваемых данных, времени их актуальности для корреспондентов, категории защиты передаваемой информации, требований к устойчивости информационного направления и т.д. Алгоритмы маршрутизации могут быть уникальными – разрабатываться заново под конкретную задачу, либо возможно использование известных алгоритмов и их модификаций [Основы сетевых технологий на базе коммутаторов и маршрутизаторов / Н.Н. Васин. Бином. Лаборатория знаний, 2017 –270 с.]. Например: Алгоритм Дейкстры (находит кратчайший путь от одной из вершин графа до всех остальных во взвешенном графе. Вес ребер должен быть положительным); Алгоритм Беллмана – Форда (находит кратчайшие пути от одной вершины графа до всех остальных во взвешенном графе. Вес ребер может быть отрицательным); Алгоритм поиска A* (находит маршрут с наименьшей стоимостью от одной вершины (начальной) к другой (целевой, конечной), используя алгоритм поиска по первому наилучшему совпадению на графе); Алгоритм Флойда – Уоршелла (находит кратчайшие пути между всеми вершинами взвешенного ориентированного графа); Алгоритм Джонсона (находит кратчайшие пути между всеми парами вершин взвешенного ориентированного графа); Алгоритм Ли (волновой алгоритм, находит путь между вершинами планарного графа, содержащий минимальное количество промежуточных вершин (ребер); Алгоритм Килдала;

– требования к маршрутам для передачи различных категорий данных, устанавливающие порядок применения критериев выбора алгоритма маршрутизации (по виду передаваемых данных, предельному времени доставки, приоритета передачи данных и др.) и определяющие условия выбора алгоритма маршрутизации на текущий сеанс в информационном направлении;

– предельный коэффициент сходства маршрутов информационного направления Kс_тр, позволяющий регулировать степень критичности элементов сети для текущего сеанса информационного направления;

– правила распределения блоков сеансового потока данных по маршрутам информационного направления. В зависимости от критериев выбора алгоритма маршрутизации (основного и дополнительных) возможны различные правила (законы) распределения блоков данных по маршрутам, например, Нормальный (Гауссовский) закон, Биномиальный закон и его предельный случай – закон Пуассона, Равномерный закон и др. Например, если ни один из дополнительных критериев выбора сеансового алгоритма маршрутизации не является решающим, то целесообразно распределять блоки данных по Нормальному закону распределения основного показателя построения маршрутов информационного направления. [Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962 – 564 с.].

Записывают исходные данные в память ЭВМ.

В блоке 2 отправитель формирует сеансовый поток данных в информационном направлении, характеристики которого (вид передаваемых данных, предельное время доставки, приоритет передачи данных и др.) определяют условия выбора алгоритма маршрутизации на текущий сеанс в информационном направлении. Маршрутизация, как правило, является многокритериальной задачей, поэтому условия выбора алгоритма должны ранжировать эти критерии – определять последовательность применения критериев выбора.

В блоке 3 выбирают сеансовый алгоритм маршрутизации в соответствии с категорией передаваемых данных в формируемом потоке из заданного в блоке 1 множества.

В блоке 4, на основе выбранного сеансового алгоритма маршрутизации, определяют все существующие маршруты в информационном направлении. Определение маршрутов может быть осуществлено при помощи ЭВМ по известным алгоритмам (Стародубцев П.Ю., Сухорукова Е.В., Закалкин П.В. Способ управления потоками данных распределенных информационных систем // Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности. 2015. № 3 (11). С. 73-78; Основы сетевых технологий на базе коммутаторов и маршрутизаторов / Н.Н. Васин. Бином. Лаборатория знаний, 2017 –270 с.; Патент 2690213 Российская Федерация, G06N 5/00 (2018.08); H04W 16/22 (2018.08). Способ моделирования оптимального варианта топологического размещения множества информационно взаимосвязанных абонентов на заданном фрагменте сети связи общего пользования/Вершенник А.А., Вершенник Е.В., Латушко Н.А., Стародубцев Ю.И., заявитель Латушко Н.А., Стародубцев Ю.И. – 2018118104; заявл. 16.05.2018; опубл. 31.05.2019. бюлл. № 16 – 17 с.).

В блоке 5 строят вариационный ряд маршрутов по основному показателю их построения (показатель, к которому относится основной критерий выбора сеансового алгоритма маршрутизации) [Вариационные ряды и их характеристики / И.Г. Венецкий. М.: Статистика, 1970 – 160 с.]. Для удобства дальнейшего использования данного вариационного ряда, при его сравнении с другим вариационным рядом элементов сети связи общего пользования, можно нормировать все его члены относительно старшего члена (максимального). Запоминают в памяти ЭВМ данные построенного вариационного ряда.

В блоке 6 проверяют степень различия маршрутов для информационного направления по критерию сходства со старшими маршрутами в вариационном ряду и корректируют вариационный ряд маршрутов информационного направления, для чего выполняют действия блоков 7-13.

В блоке 7 принимают i=2, т.е. проверку начинают со второго члена вариационного ряда вследствие отсутствия необходимости проверки маршрутов на самоподобие.

В блоке 8 вычисляют коэффициенты сходства i-го маршрута со старшими, относительно себя, членами вариационного ряда:

,

где – коэффициент сходства i-го маршрута с j-м старшим (например, – коэффициент сходства 5-го маршрута со 2-м), j=1,2…i-1; – совпавший элемент маршрута, – несовпавший элемент маршрута. Записывают вычисленные коэффициенты в память ЭВМ.

В блоке 9 сравнивают вычисленные коэффициенты сходства i-го маршрута с заданным предельным коэффициентом сходства маршрутов информационного направления Kс_тр.

Если ни один из не превышает Kс_тр, то переходят к блоку 13.

Если любой из вычисленных коэффициентов сходства i-го маршрута превышает Kс_тр (), то в блоке 10 его исключают из множества возможных маршрутов для передачи сеансового потока данных информационного направления, а в блоке 11 корректируют вариационный ряд с учетом исключения i-го маршрута.

Запоминают в памяти ЭВМ данные скорректированного вариационного ряда.

В блоке 12 проверяют, все ли маршруты (члены вариационного ряда) информационного направления проверены.

Если , то переходят к проверке следующего члена вариационного ряда, для этого в блоке 13 принимают i=i+1 и переходят к блоку 8.

Если все маршруты проверены, т.е. , то блоке 14 определяют размер блоков данных в соответствии с количеством I' маршрутов скорректированного вариационного ряда и минимально допустимым размером для реализуемых на сети технологий (для различных технологий – это пакет, контейнер и др.) [Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. - СПб.: Питер, 2016. - 992 с.: ил.].

В блоке 15 распределяют по заданному правилу блоки сеансового потока данных по маршрутам скорректированного вариационного ряда.

В блоке 16 передают блоки данных в соответствии с принятыми для них маршрутами. Передача осуществляется на узел связи (транзитный узел, пункт коммутации), к которому присоединен корреспондент.

В блоке 17 на каждом транзитном узле принимают блоки данных. Прием блоков данных осуществляется при помощи оборудования узла связи (например: системы DWDM [например – DWDM система «Волга» компании «Т8»; режим доступа: http://t8.ru/?page_id=3600, дата обращения 19.09.2020], маршрутизатора [например – маршрутизаторы серии NCS 5500 компании «Cisco»; режим доступа: https://www.cisco.com/c/en/us/products/routers/network-convergence-system-5500-series/index.html , дата обращения 19.09.2020], коммутатора [например – коммутатор ML-IPSW2516-4SFP-IND компании «Микролинк-Связь»; режим доступа: http://microlink.ru/ml-ipsw/ , дата обращения 19.09.2020]) принимают блоки данных.

В блоке 18 запоминают их в оперативной памяти телекоммуникационного оборудования.

В блоке 19 проверяют готовность следующего транзитного узла сети в принятом для передачи блоков данных маршруте к передаче блоков данных.

Если следующий транзитный узел связи в принятом для передачи блоков данных маршруте готов к передаче блоков данных (свободны необходимые ресурсы линии связи и т.д.), то в блоке 20 передают блоки данных на следующий по маршруту транзитный узел сети.

Если следующий транзитный узел связи в принятом для передачи блоков данных маршруте не готов к передаче блоков данных (например, недостаточно ресурсов линии связи или сбой оборудования следующего узла), то в блоке 21 проверяют готовность следующего транзитного узла сети в любом другом имеющемся от текущего транзитного узла к получателю маршруту.

Если следующей транзитный узел связи в любом другом имеющемся от текущего транзитного узла к получателю маршруте готов (свободны необходимые ресурсы линии связи и т.д.), то в блоке 20 передают блоки данных на следующий по маршруту узел сети.

Если следующий транзитный узел связи в любом другом имеющемся от текущего транзитного узла к получателю маршруте не готов к передаче блоков данных (например, недостаточно ресурсов линии связи или сбой оборудования следующего узла), то в блоке 22 помещают блоки данных в очередь до готовности следующего транзитного узла связи любого маршрута к передаче блоков данных (например, освобождения канала связи).

При этом в блоке 23 контролируют состояние очереди с заданной периодичностью. Если состояние очереди допустимое (оперативная память не переполнена и допустимое количество блоков в очереди не превышено), то возвращаются к блоку 19.

Если при ожидании передачи блоков данных, длина очереди превышает допустимые значения, определяемые ресурсом оперативной памяти телекоммуникационного оборудования транзитного узла связи, то в блоке 24 переносят блоки данных из оперативной памяти в постоянную память телекоммуникационного оборудования узла связи, в порядке очередности их выбывания из очереди.

В блоке 25 стирают перенесенные блоки данных из оперативной памяти.

В блоке 26 хранят блоки данных в постоянной памяти, при этом в блоке 27 с заданной периодичностью рассчитывают прогнозируемое время передачи блоков данных до получателя и сравнивают его с допустимым временем его передачи τ_k.

Прогнозируемое время передачи блоков данных до получателя информационного направления представляет собой сумму среднего времени восстановления готовности следующего в маршруте элемента t_вg, времени нахождения блока данных в сети t_k н и необходимого времени его передачи t_k вп по заданному маршруту.

Периодичность контроля может задаваться на наихудший случай [патент РФ № 2623791 C1, G06F 19/00, G05B 23/00, опубл. 29.06.2017 г.], либо оптимизироваться в соответствии с интенсивностью изменения показателей состояния элементов системы [патент РФ № 2718152 C1, G06F 17/10, G05B 23/00, опубл. 30.03.2020 г.].

При этом должно выполняться условие:

, где

ττ_k – присваивается при формировании сеансового потока данных для каждого из k блоков данных в соответствии с категорией передаваемых данных (τ_r), где , K – количество блоков в потоке данных;

t_{k  н} – вычисляется путем вычитания из текущего времени метки времени отправки корреспондентом t_{k 0} k-го блока: ;

t_{k  вп} – необходимое время передачи блока данных от текущего узла до получателя измеряется заблаговременно для всех возможных составных каналов связи различных маршрутов каждого транзитного узла. При этом допускается, что все последующие элементы сети связи, по заданному маршруту, готовы к передаче блока данных. Исходные данные для формирования таких данных, например, возможно получить на физической сети на основе команды «ping_» (Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл. Компьютерные сети. 5-е изд.. – СПб.: Питер, 2017. - 960 с.: ил. – (Серия «Классика computer Science»), с. 392-420; М.В. Кульгин. Коммутация и маршрутизация IP/IPX-трафика. – М.: КомпьютерПресс, 1998. – 320 с, ил., с. 106-214);

– получают путем прогнозирования. Для выполнения требований к точности прогнозирования необходимо набрать статистические данные, объем которых позволит выполнить требования к прогнозированию на установленном промежутке времени (Рабочая книга по прогнозированию / Отв. ред. И.В. Бестужев-Лада. – М.: Мысль, 1982. – 426 с.). Для этого можно использовать статистические данные действующих сетей связи в режимах эксплуатации и пусконаладочных мероприятий. Учитывая то, что способ предполагает прогнозирование усредненных значений времени восстановления элементов сети, а также огромное количество постоянно-действующих сетей связи, фиксирующих состояние своих элементов, точность прогнозирования при доступе к соответствующему объему статистики, будет высокой.

Если условие блока 27 не выполнено (прогнозируемое время передачи блоков данных до получателя информационного направления превышает допустимое время передачи данных), то в блоке 28 стирают блоки данных из постоянной памяти, в блоке 29 передают отправителю сообщение об ошибке передачи данных блоков и переходят к блоку 2, где отправитель принимает решение о повторной передаче недоставленных блоков данных.

Если условие блока 27 выполнено, то в блоке 30 проверяют готовность следующего узла сети в любом, имеющемся от текущего транзитного узла к получателю, маршруту.

Если следующей узел связи в маршруте готов (свободны необходимые ресурсы линии связи), то в блоке 20 передают блоки данных на следующий по маршруту узел сети.

Если следующей узел связи в любом, имеющемся от текущего транзитного узла к получателю, маршруте не готов (недостаточно ресурсов линии связи или сбой оборудования следующего узла), то переходят к блоку 26.

В блоке 31 получатель принимает блоки данных и в блоке 32 передают отправителю сообщение об успешном приеме блоков данных.

В блоке 33 с заданной периодичностью проверяют степень завершенности сеанса. Если текущий сеанс информационного направления не завершен (не все блоки данных приняты), то продолжают передачу и прием блоков данных.

Если все блоки данных приняты, то в блоке 34 завершают текущий сеанс информационного направления. На следующий сеанс заново, в соответствии с задаваемыми условиями, выбирают сеансовый алгоритм маршрутизации.

Оценка эффективности способа проведена по двум направлениям:

1. Оценка применения распределенной передачи блоков сеансового потока данных информационного направления.

В качестве причины нестабильности элементов сети связи примем внешние дестабилизирующие факторы, тогда среднюю вероятность сохранения работоспособности элементов сети примем в соответствии с ГОСТ Р 53111-2008 [Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки// ГОСТ Р 53111-2008. М.: Стандартинформ, 2009]. В зависимости от ущерба, причиняемого воздействиями ВДФ может принимать значения:

, при ущербе ВДФ 10%,

, при ущербе ВДФ 30%.

Вероятность передачи данных при функционировании одного маршрута (в том числе динамического, как в способе-прототипе) вычисляется по формуле:

,

где – вероятность работоспособности маршрута передачи данных информационного направления, – среднее количество элементов сети в маршруте.

При , – .

При , – .

Вероятность передачи данных при функционировании M маршрутов, участвующих в распределенной передаче блоков сеансового потока данных информационного направления, при равномерном распределении блоков данных, вычисляется по формуле:

,

где – вероятность работоспособности маршрута передачи данных информационного направления.

Зависимость вероятности передачи данных от количества M маршрутов в информационном направлении для и при приведена на фиг. 2. Начальные точки обеих кривых соответствуют вероятности передачи данных при функционировании одного маршрута в информационном направлении.

2. Оценка эффективности реализации потенциала постоянной памяти телекоммуникационного оборудования узлов связи в процессе передачи блоков сеансового потока данных информационного направления.

Перенос блоков данных в постоянную память телекоммуникационного оборудования при превышении очереди в оперативной памяти обеспечивает их сохранение для последующей передачи в случаях отказов, повлекших отсутствие маршрутов от текущего транзитного узла к корреспонденту-получателю.

Если в процессе передачи, при сбоях вызвавших перенос блоков данных в постоянную память, выполняется условие , то вероятность передачи данных стремится к единице →1. При этом оказываемая информационным направлением нагрузка λ' на пропускную способность сети связи приблизительно соответствует нагрузке λ, генерируемой в информационном направлении .

Если в процессе передачи, при сбоях, вызвавших перенос блоков данных в постоянную память, условие не выполняется, то вероятность передачи данных в данном способе стремится к зависимости приведенной на фиг. 2. При этом оказываемая информационным направлением нагрузка λ' на пропускную способность сети связи обратно пропорциональна вероятность передачи данных по отношению к нагрузке λ, генерируемой в информационном направлении, что обусловлено необходимостью повторного запроса блоков данных передача которых произошла с ошибкой .

Таким образом, за счет распределения потока данных по всем, удовлетворяющим требованиям, маршрутам информационного направления повышается вероятность передачи данных в сетях связи с нестабильными характеристиками элементов, а за счет использования в процессе передачи данных памяти оборудования транзитных узлов повышается вероятность передача данных при отсутствии в любой момент времени сквозного составного канала маршрутах информационного направления корреспондирующих абонентов с устранением перегрузки пропускной способности линий связи путем сглаживания пиков нагрузки. Технический результат достигнут.

Изобретение относится к области передачи данных в системах связи. Техническим результатом является повышение вероятности передачи данных на информационных направлениях при их передаче в сетях связи с нестабильными характеристиками элементов. Технический результат достигается за счет последовательного и обоснованного распределения сеансового потока данных по всем доступным и удовлетворяющим требованиям маршрутам информационного направления, а также хранения, в допустимый временной интервал, блоков данных на транзитных элементах сети связи, включенных в маршруты информационного направления при их сбоях, вплоть до восстановления готовности отказавшего оборудования. 2 ил.

Способ передачи данных в сетях связи с нестабильными характеристиками элементов, заключающийся в том, что задают категории данных, варианты алгоритмов маршрутизации для различных категорий данных, требования к маршрутам для передачи различных категорий данных и допустимое время передачи для различных категорий данных, отправитель формирует сеансовый поток данных в информационном направлении, выбирают сеансовый алгоритм маршрутизации в соответствии с категорией передаваемых данных в формируемом потоке, передают блоки данных в соответствии с принятыми для них маршрутами, на каждом транзитном узле принимают и запоминают блоки данных в оперативной памяти телекоммуникационного оборудования, получатель принимает блоки данных и передает отправителю сообщение об их успешном приеме, после приема всех блоков данных завершают текущий сеанс информационного направления, отличающийся тем, что дополнительно задают предельный коэффициент сходства маршрутов информационного направления, правила распределения блоков сеансового потока данных по маршрутам информационного направления, определяют все существующие маршруты в информационном направлении, строят вариационный ряд маршрутов по основному показателю их построения, проверяют степень различия маршрутов для информационного направления по критерию сходства со старшими маршрутами в вариационном ряду, для чего вычисляют коэффициенты сходства маршрутов со старшими, относительно них, членами вариационного ряда, сравнивают вычисленные коэффициенты сходства маршрутов с заданным предельным коэффициентом сходства маршрутов информационного направления, если любой из вычисленных коэффициентов сходства маршрута превышает требуемый, то данный маршрут исключают из множества возможных маршрутов для передачи сеансового потока данных информационного направления, а вариационный ряд корректируют, определяют размер блоков данных в соответствии с количеством маршрутов скорректированного вариационного ряда и минимально допустимым размером для реализуемых на сети технологий, распределяют по заданному правилу блоки сеансового потока данных по маршрутам скорректированного вариационного ряда, при передаче блоков данных проверяют готовность следующего транзитного узла сети в принятом для передачи блоков данных маршруте к передаче блоков данных, если следующий транзитный узел связи в принятом для передачи блоков данных маршруте готов к передаче блоков данных, то передают блоки данных на следующий по маршруту транзитный узел сети, если следующий транзитный узел связи в принятом для передачи блоков данных маршруте не готов к передаче блоков данных, то проверяют готовность следующего транзитного узла сети в любом другом имеющемся от текущего транзитного узла к получателю маршруте, если следующий транзитный узел связи в любом другом имеющемся от текущего транзитного узла к получателю маршруте готов к передаче блоков данных, то передают блоки данных на следующий по маршруту транзитный узел сети, если следующий транзитный узел связи в любом другом имеющемся от текущего транзитного узла к получателю маршруте не готов к передаче блоков данных, то помещают блоки данных в очередь до готовности следующего транзитного узла связи любого маршрута к передаче блоков данных, при этом контролируют состояние очереди с заданной периодичностью, если при ожидании передачи блоков данных длина очереди превышает допустимые значения, определяемые ресурсом оперативной памяти телекоммуникационного оборудования транзитного узла связи, то переносят блоки данных из оперативной памяти в постоянную память телекоммуникационного оборудования узла связи, стирают перенесенные блоки данных из оперативной памяти, хранят блоки данных в постоянной памяти до передачи на следующий по маршруту транзитный узел или до истечения допустимого времени передачи данных, при этом с заданной периодичностью рассчитывают прогнозируемое время передачи блоков данных до получателя и сравнивают его с допустимым временем передачи, если прогнозируемое время передачи блоков данных до получателя превышает допустимое время передачи данных, то блоки данных стирают из постоянной памяти телекоммуникационного оборудования узла связи, а отправителю передают сообщение об ошибке передачи этих блоков, после завершения текущего сеанса на следующий сеанс заново, в соответствии с задаваемыми требованиями, выбирают сеансовый алгоритм маршрутизации.