СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ ТРАФИКА В УЗЛЕ КОММУТАЦИИ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ СВЯЗИ Российский патент 2023 года по МПК H04L12/00 

Изобретение относится к области телекоммуникаций, а именно к системам управления трафиком в сетях связи с коммутацией пакетов (ТСКП) и предназначено для использования в транспортных сетях связи с коммутацией пакетов, в которых предусмотрено применение средств криптографической защиты информации и резервирование ресурсов [H04L12/5602].

Из уровня техники известен СПОСОБ УПРАВЛЕНИЕ ТРАФИКОМ В СЕТЯХ СВЯЗИ [IN730DE2012, опубл. 21.08.2015] включающий: определение ситуации воздействия на сеть на основе по меньшей мере одного параметра воздействия; извлечение профиля пропускной способности при определении ситуации воздействия на сеть; и выделение доступных сетевых ресурсов по меньшей мере одному абоненту поставщика услуг сети связи на основе профиля пропускной способности.

Также из уровня техники известно СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАФИКОМ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ, ИМЕЮЩЕЙ РАЗНОРОДНЫЕ КАНАЛЫ CDMA [RU2354062, опубл. 27.04.2009] включающей в себя множество терминалов, которые обмениваются данными с узлом посредством, по меньшей мере, канала произвольного доступа и ориентированного на резервирование канала, при этом способ содержит этапы, на которых определяют посредством терминала характеристики трафика; сравнивают с, по меньшей мере, одним критерием, по меньшей мере, одну из упомянутых характеристик трафика; если упомянутая, по меньшей мере, одна характеристика трафика удовлетворяет этому, по меньшей мере, одному критерию:

отправляют посредством терминала запрос на резервирование полосы пропускания, посредством узла обрабатывают этот запрос на резервирование полосы пропускания и предоставляют по нему разрешение, передают посредством узла разрешение по запросу на резервирование полосы пропускания терминалу и предписывают терминалу передавать данные по ориентированному на резервирование каналу; или если упомянутая, по меньшей мере, одна характеристика трафика не удовлетворяет упомянутому, по меньшей мере, одному критерию, предписывают терминалу передавать данные по каналу произвольного доступа.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ПЕРЕНАПРАВЛЕНИЯ ПАКЕТОВ В СЕТЕВОМ УСТРОЙСТВЕ [RU2675212, опубл. 17.12.2018] содержащий этапы, на которых: принимают пакет в сетевом устройстве; назначают пакет первому потоку обработки пакетов из множества потоков обработки пакетов, причем каждый из множества потоков обработки пакетов принадлежит одному из по меньшей мере пула каналов обработки пакетов, имеющих нормальное состояние, и пула каналов обработки пакетов, имеющих состояние переполнения; определяют состояние первого потока обработки пакетов, при этом состояние установлено на основе отслеживания длины очереди первого потока обработки пакетов, и при этом состояние определяют как одно из множества состояний, в том числе состояние переполнения и нормальное состояние, причем состояние указывает, к какому из пулов потоков обработки пакетов принадлежит первый поток обработки каналов; в ответ на определение того, что состояние первого потока обработки пакетов представляет собой нормальное состояние, осуществляют: присвоение пакета первому потоку обработки пакетов, обработку пакета в первом потоке обработки пакетов, и перенаправление пакета; а в ответ на определение того, что состояние первого потока обработки пакетов представляет собой состояние переполнения, осуществляют: присвоение пакета второму потоку обработки пакетов из пула потоков обработки пакетов, имеющих состояние переполнения, на основе схемы балансировки нагрузки, при этом пул потоков обработки пакетов, имеющих состояние переполнения, содержит первый поток обработки пакетов и подмножество потоков обработки пакетов из множества потоков обработки пакетов, а состояние каждого из потоков обработки пакетов из указанного пула представляет собой состояние переполнения, обработку пакета во втором потоке обработки пакетов, переупорядочивание пакетов в соответствии с заданным порядком, в случае, если пакеты выведены из потоков обработки пакетов, в порядке, отличающемся от порядка поступления, и перенаправление пакета в соответствии с заданным порядком, при этом указанный заданный порядок основан на положении пакета относительно положений других пакетов при их приеме сетевым устройством.

Основной технической проблемой аналогов и прототипа является высокая вероятность потери пакета в очередях буфера узла коммутации из-за того, что перераспределение трафика при буферизации производится без учета количественных значений прогнозируемых длин очередей и значений остаточных стохастических кривых поступления. Таким образом отсутствие механизма прогнозирования указанных параметров и отсутствие механизма перераспределения трафика в зависимости от числовых значений указанных параметров повышается вероятность потери пакета из-за недостатка информации при распределении трафика.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является снижение вероятности потери пакета в очередях буфера узла коммутации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ балансировки трафика в узле коммутации транспортной сети связи характеризующийся тем, что первоначально в режиме поступления трафика на узел коммутации без перегрузки вычисляют и записывают в память блока принятия решений значения интенсивностей трафика пользовательских соединений по приоритетам, значения минимальных остаточных стохастических кривых обслуживания по приоритетам и значения максимально допустимых длин очередей для трафика по приоритетам,

далее при обнаружении установления нового пользовательского соединения осуществляют обслуживание трафика на основном канале,

далее реализуют первый этап балансировки на котором для каждого приоритета вычисляют прогнозируемую длину очереди для трафика и сравнивают с максимально допустимой длиной очереди для трафика, если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи, следующим образом:

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой от 1 до 9%, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 80% трафика, на резервный канал распределяют 20% трафика;

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой от 10 до 29%, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 70% трафика, на резервный канал распределяют 30% трафика;

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой от 30 до 39%, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 60% трафика, на резервный канал распределяют 40% трафика;

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой на 40% и более, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 50% трафика, на резервный канал распределяют 50% трафика;

в случае если, прогнозируемая длина очереди для трафика не превышает максимально допустимую длину, реализуют второй этап балансировки, на котором для каждого приоритета вычисляют значение остаточной стохастической кривой поступления и сравнивают со значением минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания, если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи, следующим образом:

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 1 до 9 % относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 80% трафика, на резервный канал распределяют 20% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 10 до 29 % относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 70% трафика, на резервный канал распределяют 30% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 30 до 39 % относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 60% трафика, на резервный канал распределяют 40% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 40 % и более относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 50% трафика, на резервный канал распределяют 50% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления не превышает значение минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания, то обслуживание трафика осуществляют на основном канале.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показана структурная схема узла коммутации с системой балансировки трафика.

На фиг. 2 показана схема последовательности действий для реализации заявленного способа.

На фиг. 3 показан график зависимости отношения вероятностей потери пакетов разработанного способа и способа-прототипа от нагрузочных характеристик.

На фигурах обозначено:

1 – терминальное оборудование; 2 – приложение с функциями RSVP; 3 – средство криптографической защиты информации; 4 – узел коммутации; 5 – классификатор пакетов; 6 – блок мониторинга поступающей нагрузки; 7 – блок балансировки трафика; 8 – вычислительный блок; 9 – блок принятия решений; 10 – буферный блок осинового канала; 11 – буферный блок резервного канала;12 – первый планировщик передачи пакетов; 13 – второй планировщик передачи пакетов.

В качестве устройств, реализующих заявленный способ, могут выступать функциональные элементы, которыми оснащен узел коммутации (УК) с отображаемым резервированием и криптографической обработкой трафика, поступающего от абонента (структурная схема показана на фиг.1). В соответствии с фиг.1 терминальное оборудование 1, приложения с функциями RSVP 2 и средства криптографической защиты информации 3 расположены последовательно. Выход средства криптографической защиты информации 3 соединен со входом узла коммутации 4, а именно со входом классификатора пакетов 5, который соединен с блоком мониторинга поступающей нагрузки 6, один из выходов которого соединен со входом вычислительного блока 8, выход которого соединен со входом блока принятия решений 9, выход которого соединен с одним их входов блока балансировки трафика 7. Также блок мониторинга поступающей нагрузки 6 соединен с блоком балансировки трафика 7. Один из выходов блока балансировки трафика 7 соединен с буферным блоком основанного канала 10. Один из выходов блока балансировки трафика 7 соединен с буферным блоком резервного канала 11. Буферный блок основного канала 10 соединен с первым планировщиком передачи пакетов 12. Буферный блок резервного канала 11 соединен со вторым планировщиком передачи пакетов 13.

Способ балансировки трафика в узле коммутации транспортной сети связи характеризующийся тем, что в начальный момент времени узел коммутации 4 осуществляет обслуживание трафика в устойчивом режиме; перегрузка в очередях согласно приоритету отсутствует. Трафик от терминального оборудования 1 (пользователя) через приложение RSVP 2 поступает на средство криптографической защиты информации 3, после чего передается на узел коммутации 4. Далее согласно установленным признакам трафик распределяется по приоритетам в классификаторе пакетов 5 и поступает на блок мониторинга поступающей нагрузки 6, где происходит измерение параметров поступающего трафика согласно его приоритету. Данные от блока мониторинга поступающей нагрузки 6 передаются в вычислительный блок 8, в котором формируются стохастическая кривая поступления, стохастическая кривая обслуживания, вычисляются максимальные значения длины очереди для имеющихся параметров поступающей нагрузки и остаточная стохастическая кривая обслуживания. Данные значения передаются на блок принятия решений 9, где в устойчивом режиме работы дополнительных команд на блок балансировки трафика 7 не поступает. Вновь установленное пользовательское соединение фиксируется блоком мониторинга поступающей нагрузки 6, измеренные параметры передаются на вычислительный блок 8, для определения новых стохастических кривых поступления, остаточной стохастической кривой обслуживания, максимальной прогнозируемой при данной нагрузке длины очереди. В блоке принятия решений 9 осуществляется сравнение со значениями параметров, при которых гарантируется качество обслуживания для данного класса трафика. В случае прогнозирования несоблюдения качества обслуживания при данной нагрузке выполняется балансировка трафика между основным и резервным каналами связи, трафик поступает на буферный блок основного канала 10 связи или буферный блок резервного канала 11 связи. После чего обслуживается первым планировщиком передачи пакетов 12 и вторым планировщиком передачи пакетов 13.

При этом балансировка трафика осуществляется следующим образом в два этапа:

- на первом этапе сравнивают прогнозируемую длину очереди и максимально допустимую длину очереди, при этом,

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой от 1 до 9% (и пропускная способность резервного канала равна не менее 20 % основного канала), выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 80% трафика, на резервный канал распределяют 20% трафика;

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой от 10 до 29% (и пропускная способность резервного канала равна не менее 30 % основного канала), выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 70% трафика, на резервный канал распределяют 30% трафика;

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой от 30 до 39% (и пропускная способность резервного канала равна не менее 40 % основного канала), выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 60% трафика, на резервный канал распределяют 40% трафика;

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой на 40% и более (и пропускная способность резервного канала равна не менее 50 % основного канала), выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 50% трафика, на резервный канал распределяют 50% трафика;

- на втором этапе, если прогнозируемая длина очереди для трафика не превышает максимально допустимую длину - сравнивают значения остаточной стохастической кривой поступления и минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания, при этом,

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 1 до 9 % относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета (и пропускная способность резервного канала равна не менее 20 % основного канала), выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 80% трафика, на резервный канал распределяют 20% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 10 до 29 % относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета (и пропускная способность резервного канала равна не менее 30 % основного канала), выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 70% трафика, на резервный канал распределяют 30% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 30 до 39 % относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета (и пропускная способность резервного канала равна не менее 40 % основного канала), выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 60% трафика, на резервный канал распределяют 40% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 40 % и более относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета (и пропускная способность резервного канала равна не менее 50 % основного канала), выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 50% трафика, на резервный канал распределяют 50% трафика;

Указанные этапы реализует блок принятия решений, 9 на входы которого подаются:

- длина очереди для трафика;

-  максимально допустимая длина очереди для трафика;

- значение остаточной стохастической кривой поступления;

- значение минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания.

При снятии с обслуживания пользовательского соединения, выполняется фиксация новых параметров трафика и расчет максимальной прогнозируемой длины очереди и остаточной кривой поступления на основании данных параметров.

При установлении возможности обслуживания трафика с гарантированным качеством без использования резервного канала связи, производится перераспределение всех пользовательских соединений в основной канал, для минимизации времени задействования резервного.

В варианте реализации, вычислительный блок 8 выполнен на основе аппаратно-программного модуля [патент РФ на изобретение RU 2643 622 C1 от 25.05 2017 г.], который выполняет вычисление всех параметров, требуемых для принятия решения и передачу их на блок принятия решений 9.

В варианте реализации, блок принятия решения 9 выполнен на основе «вычислительного модуля логических операций» [патент РФ на изобретение RU 2716 026 C1 от 15.05 2019 г.], и выполняет сравнение поступающих от вычислительного блока 8 параметров с установленными в его памяти и генерирует управляющее воздействие.

На фиг. 2 показана последовательность действий для реализации заявленного способа.

На этапе 14 осуществляется запись в память блока принятия решений 9 данных, необходимых для принятия решения о соблюдении параметров качества обслуживания для трафика i-го приоритета:

1. - интенсивность трафика пользовательского соединения i-го приоритета, соответствующего j-й инфокоммуникационной услуге.

2. - минимальная остаточная стохастическая кривая обслуживания, достаточная для обеспечения качества обслуживания минимального по интенсивности пользовательского соединения i-го приоритета.

3. - максимальная длина очереди для трафика i-го приоритета при которой вероятность сброса пакета соответствует допустимой для данного класса обслуживания.

На этапе 15 в момент, когда узел коммутации 4 находится в устоявшемся режиме работы, осуществляется вычисление стохастических кривых поступления в момент времени для трафика каждого i-го приоритета. , где – аддитивный коэффициент формирования СКП,- мультипликативный коэффициент группирования потоков данных, - весовой коэффициент показывающий долю трафика i-го приоритета обслуживаемого в данный момент времени.

Формируется стохастическая кривая обслуживания , где - скорость обработки пакетов в заданном режиме работы узла коммутации 4, - весовой коэффициент показывающий долю процессорного времени, выделяемого для i-го приоритета в определенный момент времени. Вычисляется максимальная прогнозируемая длина очереди для полученных параметров функционирования узла коммутации 4 и остаточная стохастическая кривая обслуживания .

Далее на этапе 16 выполняется обнаружение установления нового пользовательского соединения и на этапе 17 на определяемом аналитическим выражением периоде вычисляется . На этапе 18 выполняется сравнение и . Если прогнозируемая длина очереди выше максимально допустимой, выполняется балансировка текущего трафика между основным и резервным каналом связи (в соответствии с алгоритмом первого этапа балансировки трафика) – переход к этапам 21 и 22, в противном случае осуществляется проверка второго условия.

На этапе 19 выполняется вычисление остаточной стохастической кривой обслуживания .

Затем на этапе 20 выполняется сравнение и . Если остаточная стохастическая кривая поступления меньше ее возможного минимального значения - принимается решение о балансировке вновь поступающего трафика между основным и резервным каналом связи (в соответствии с алгоритмом второго этапа балансировки трафика), иначе - переход к этапам 21 и 22.

В случае если оба условия оказались истинными, обслуживание трафика происходит в основном канале.

Примеры реализации заявленного способа.

Пример 1.

Для узла коммутации 4 который для передачи трафика использует основной (8 мбит/с) и резервный (6 мбит/с) каналы, обрабатывающего трафик трех приоритетов, минимальные пользовательские соединения в которых будут 0.384 мбит/с для первого приоритета, 0.064 мбит/с для второго приоритета, 0.056 мбит/с для третьего приоритета, в устойчивом режиме вычислили и записали в память блока принятия решений 9 информацию о интенсивности трафика пользовательских соединений по приоритетам, которая составила 2.5 мбит/с для первого приоритета с весовым коэффициентом 0.43, 2.9 мбит/с для второго приоритета с весовым коэффициентом 0.38, 1.5 мбит/с для третьего приоритета с весовым коэффициентом 0.19, о значении минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания которые составили 0.94 мбит/с для первого приоритета, 0.14 мбит/с для второго приоритета, 0.02 мбит/с для третьего приоритета; о максимальной длине очереди для трафика по приоритетам при которой вероятность сброса пакета соответствует допустимой для данного класса обслуживания которые составили 1200 бит для первого приоритета, 1164 бит для второго приоритета, 816 бит для третьего приоритета;

при обнаружении установления нового пользовательского соединения осуществили обслуживание трафика на основном канале, определяют приоритет и байтовую интенсивность, при установлении пользовательского соединения первого приоритета с байтовой интенсивностью 2.048 мбит/с далее вычислили прогнозируемую длину очереди для трафика за период времени, установленный для измерений, которая составила 1585 бит и сравнили с максимальной длиной очереди для трафика, прогнозируемая длина очереди для трафика оказалась выше максимально допустимой на 32 %, после чего выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи, на основной тракт пришлось 60 % трафика, на резервный тракт пришлось 40 % трафика.

Пример 2.

Для узла коммутации 4 который для передачи трафика использует основной (8 мбит/с) и резервный (7 мбит/с) каналы, обрабатывающего трафик трех приоритетов, минимальные пользовательские соединения в которых будут 0.384 мбит/с для первого приоритета, 0.064 мбит/с для второго приоритета, 0.056 мбит/с для третьего приоритета, в устойчивом режиме вычислили и записали в память блока принятия решений 9 информацию о интенсивности трафика пользовательских соединений по приоритетам, которая составила 2.5 мбит/с для первого приоритета с весовым коэффициентом 0.43, 2.9 мбит/с для второго приоритета с весовым коэффициентом 0.38, 1.5 мбит/с для третьего приоритета с весовым коэффициентом 0.19, о значении минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания которые составили 0.94 мбит/с для первого приоритета, 0.14 мбит/с для второго приоритета, 0.02 мбит/с для третьего приоритета; о максимальной длине очереди для трафика по приоритетам при которой вероятность сброса пакета соответствует допустимой для данного класса обслуживания которые составили 1200 бит для первого приоритета, 1164 бит для второго приоритета, 816 бит для третьего приоритета;

при обнаружении установления нового пользовательского соединения осуществили обслуживание трафика на основном канале, определяют приоритет и байтовую интенсивность, при установлении пользовательского соединения второго приоритета с байтовой интенсивностью 0.128 мбит/с далее вычислили прогнозируемую длину очереди для трафика за период времени, установленный для измерений, которая составила 519 бит и сравнили с максимальной длиной очереди для трафика, прогнозируемая длина очереди для трафика оказалась ниже максимально допустимой на 56 %,

после чего вычислили остаточную стохастическую кривую обслуживания поступающего трафика, принимающую значение 0.012 мбит/с для второго приоритета, остаточная стохастическая кривая поступления оказалась меньше минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на 87 %, при этом составляющую 1.5 % основного канала, выполнили балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи на основной тракт пришлось 80 % трафика, на резервный тракт пришлось 20 % трафика.

Заявленный технический результат - снижение вероятности потери пакета в очередях буфера узла коммутации, достигается за счет того, что в соответствии с описанием заявленного способа реализуется балансировка трафика. При этом балансировка трафика реализуется в два этапа (по прогнозируемой длине очереди и по значениям остаточной стохастической кривой), что позволяет гарантированно идентифицировать случай, когда необходима балансировка трафика и как следствие снизить вероятность потери пакета в очереди. Также заявленный технический результат достигается благодаря наличию (программно-аппаратно реализованных) блока принятия решений 9 и вычислительного блока 8, благодаря которым балансировка трафика (при реализации каждого из этапов) осуществляется в зависимости от конкретных значений рассчитанных величин управляющих параметров.

В частности, указанные при реализации первого этапа процентные соотношения величины того, на сколько прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой (1-9%; 10-29%; 30-39%; >40%) и соответствующие указанным величинам распределения трафика между основным и резервным каналами (80%/20%; 70%/30%; 60%/40%; 50%/50%) - выбраны исходя из результатов проведенного имитационного и натурного моделирования. Увеличение количества интервалов балансировки трафика приведет к тому, что существенное количество времени будет потрачено на переходные процессы, что приведет к увеличению вероятности потери пакетов. Уменьшение количества интервалов балансировки трафика приведет к тому, что балансировка не сможет быть реализована при критическом нарастании очереди, что также приведет к увеличению вероятности потери пакетов. Изменение границ указанных интервалов приведет к неоптимальной балансировке трафика, что также приведет к повышению вероятности потери пакета в очередях буфера узла коммутации 4.

В частности, указанные при реализации второго этапа процентные соотношения величины того, на сколько значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета (1-9%; 10-29%; 30-39%; >40%) и соответствующие распределения трафика между основным и резервным каналами (80%/20%; 70%/30%; 60%/40%; 50%/50%) - выбраны исходя из результатов проведенного имитационного и натурного моделирования. Увеличение количества интервалов балансировки трафика приведет к тому, что существенное количество времени будет потрачено на переходные процессы, что приведет к увеличению вероятности потери пакетов. Уменьшение количества интервалов балансировки трафика приведет к тому, что балансировка не сможет быть реализована при критическом нарастании очереди, что также приведет к увеличению вероятности потери пакетов. Изменение границ указанных интервалов приведет к неоптимальной балансировке трафика, что также приведет к повышению вероятности потери пакета в очередях буфера узла коммутации 4.

Пример достижения технического результата.

Возможность достижения заявленного технического результата проверена путем проведения вычислений характеристик функционирования узла коммутации 4 при использовании предлагаемого способа и без его использования.

1. Количество пакетов, принятых УК после идентификации состояния перегрузки.

2. Количество потерянных пакетов с момента идентификации состояния перегрузки.

Стандартной формулой для вычисления размера буфера УК является

,

где B – размер буфера, C – пропускная способность канала, RTT – время отправки пакета и получения подтверждения о его получении, N – количество пользовательских соединений в групповом потоке (криптотуннеле).

При переполнении буфера УК и получении идентификатора перегрузки, перемашрутизация трафика занимает до 50 мс – без значительного ухудшения качества обслуживания, однако за это время для голосового трафика буфет потеряно около 2000 бит информации, для видеотрафика около 25000 бит информации (для стандартных пользовательских соединений G.711, H.261, H.263, H.264).

При применении разработанного способа балансировки трафика, прогнозирование перегрузки происходит заблаговременно. Алгоритм прогнозирования длины очереди содержит простые операции умножения и вычитания, что показывает его полиномиальную сложность. Среднее время на выполнение такого алгоритма при требуемом объеме входных данных составляет не более 10 мс. При превышении допустимой для данного УК интенсивности трафика на 1 мбит/с, количество поступившего трафика после идентификации перегрузки будет равно 10 кбит, что не успеет привести к переполнению буфера УК – следовательно, к отсутствию потерь пакетов. В случае, если буфер до начала перегрузки был близок к переполнению, и потеря пакетов произойдет, вероятность потерь будет зависеть от значения времени принятия решения и скорости перемаршрутизации трафика. При превышении скорости на 1 мбит/с, переполнение очереди буфера займет 23 мс, при этом рассматриваемый способ определит это состояние за 10 мс. Это означает что время с момента идентификации перегрузки до окончаний перераспределения трафика определяется как 60 мс и 73 мс соответственно, что означает снижение вероятности сброса пакета на 21 %.

Разработанный способ балансировки трафика не актуально применять при масштабных перегрузках, когда время переполнения буфера УК будет меньше времени прогнозирования загрузки длины очереди.

Изобретение относится к системам управления трафиком в сетях связи с коммутацией пакетов для транспортных сетей связи, где предусмотрена криптографическая защита информации и резервирование ресурсов. Технический результат - снижение вероятности потери пакета в очередях буфера узла коммутации. Для этого балансировка трафика в узле коммутации транспортной сети связи характеризуется тем, что первоначально в режиме поступления трафика на узел коммутации без перегрузки вычисляют и записывают в память блока принятия решений значения интенсивностей трафика пользовательских соединений по приоритетам, значения минимальных остаточных стохастических кривых обслуживания по приоритетам и значения максимально допустимых длин очередей для трафика по приоритетам. При обнаружении установления нового пользовательского соединения осуществляют обслуживание трафика на основном канале и реализуют этапы балансировки, на которых для каждого приоритета вычисляют прогнозируемую длину очереди для трафика и сравнивают с максимально допустимой длиной очереди для трафика, и выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в зависимости от того, выше или ниже максимально допустимой прогнозируемая длина очереди для трафика. 3 ил.

Способ балансировки трафика в узле коммутации транспортной сети связи, характеризующийся тем, что первоначально в режиме поступления трафика на узел коммутации без перегрузки вычисляют и записывают в память блока принятия решений значения интенсивностей трафика пользовательских соединений по приоритетам, значения минимальных остаточных стохастических кривых обслуживания по приоритетам и значения максимально допустимых длин очередей для трафика по приоритетам,

далее при обнаружении установления нового пользовательского соединения осуществляют обслуживание трафика на основном канале,

далее реализуют первый этап балансировки, на котором для каждого приоритета вычисляют прогнозируемую длину очереди для трафика и сравнивают с максимально допустимой длиной очереди для трафика, если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи следующим образом:

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой от 1 до 9%, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 80% трафика, на резервный канал распределяют 20% трафика;

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой от 10 до 29%, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 70% трафика, на резервный канал распределяют 30% трафика;

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой от 30 до 39%, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 60% трафика, на резервный канал распределяют 40% трафика;

если прогнозируемая длина очереди для трафика выше максимально допустимой на 40% и более, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 50% трафика, на резервный канал распределяют 50% трафика;

в случае если прогнозируемая длина очереди для трафика не превышает максимально допустимую длину, реализуют второй этап балансировки, на котором для каждого приоритета вычисляют значение остаточной стохастической кривой поступления и сравнивают со значением минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания, если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи следующим образом:

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 1 до 9% относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 80% трафика, на резервный канал распределяют 20% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 10 до 29% относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 70% трафика, на резервный канал распределяют 30% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 30 до 39% относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 60% трафика, на резервный канал распределяют 40% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления меньше значения минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания на значения от 40% и более относительно пропускной способности очереди рассматриваемого приоритета, выполняют балансировку текущего трафика между основным и резервным каналом связи в следующем соотношении: на основной канал распределяют 50% трафика, на резервный канал распределяют 50% трафика;

если значение остаточной стохастической кривой поступления не превышает значение минимальной остаточной стохастической кривой обслуживания, то обслуживание трафика осуществляют на основном канале.