RU2540807C2 - Способ и система для автоматического выбора среды передачи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу выбора среды передачи внутри инфраструктуры. Технический результат изобретения заключается в автоматическом выборе ресурсов связи и обеспечении совместимости с сетевыми архитектурами, основанными на протоколе связи IP. Способ выбора среды передачи в инфраструктуре связи содержит следующие этапы: применяют, по меньшей мере, одно правило маршрутизации (PBR1, PBR2, PBR3) таким образом, чтобы выбрать (310) среду для передачи через нее упомянутого пакета (308); если к упомянутому пакету не применимо ни одно правило маршрутизации (PBR1, PBR2, PBR3), выбирают (310) среду для передачи упомянутого пакета (308) при помощи таблицы маршрутизации (309) на основании значения стоимости упомянутой среды передачи; упомянутую таблицу (309) маршрутизации обновляют при помощи протокола маршрутизации (305, 306) и функции (307) вычисления стоимости маршрутизации каждой среды (301, 302, 303); применяют, по меньшей мере, одно правило (311) управления качеством обслуживания упомянутого пакета (308) посредством фильтрации (312). 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Настоящее изобретение касается способа выбора среды передачи внутри инфраструктуры, содержащей, по меньшей мере, одну проводную сеть, использующую протокол IP (“Internet Protocol”), и множество систем связи с различными характеристиками, в частности, что касается пропускной способности передачи и латентности. Изобретение касается также системы, в которой применяют этот способ.

Изобретение находит свое применение, например, в области морских перевозок, где потребности в связи многочисленны, учитывая число людей, которые могут находиться на судне. Кроме того, судно позволяет разместить самые разнообразные системы беспроводной связи, так как габаритные размеры на нем являются менее критичными, чем на наземных или на воздушных транспортных средствах.

При наличии нескольких систем беспроводной связи, таких как системы высокочастотной связи (ВЧ), сверхвысокочастотной связи (СВЧ), спутниковой связи или системы высокоскоростной связи по радиоканалам, такие как системы WIMAX (“Worldwide Interoperability for Microwave Access”), встает проблема выбора линии связи для доставки пакетов данных, предназначенных для передачи, в эту линию связи. Действительно, эти различные системы имеют свои собственные характеристики и потребности связи, в частности, что касается пропускной способности и качества обслуживания, и могут различаться в зависимости от пользователя или от типа передаваемых сообщений. Для данного приложения, например, приложения видеоконференции, аудиоконференции или электронной почты, потребности в пропускной способности и требования к латентности передачи не будут одинаковыми. Естественно, передача контентов видео требует более высокой пропускной способности, чем при обычной отправке текстовых сообщений. С другой стороны, диалоговое приложение потребует меньшей латентности, чем приложение передачи контентов аудио или видео.

По этим причинам необходимо разработать автоматический способ выбора среды, наиболее адаптированной к потребностям пользователя, который учитывает также незанятость каждой среды, которая может быть загружена приложением, полностью использующим весь ресурс пропускной способности, или может быть нарушена тяжелыми условиями распространения.

Одной из задач, которые решает изобретение, является обеспечение автоматического выбора типа среды передачи в зависимости от нужд связи. В контексте морских перевозок, как известно, применяют человеческое решение через радиооператора для осуществления принятия решения. На практике этот радиооператор конфигурирует матрицу подключений, которые в данный момент соединяют пользователя с наиболее оперативной средой передачи, которая наилучшим образом отвечает потребностям пользователя.

Основным недостатком этого решения является его низкая эффективность, так как оно не является автоматическим и требует постоянного обновления схем, которые соединяют терминалы с каждой системой беспроводной связи.

Существуют также другие решения автоматической маршрутизации передаваемых пакетов, но они не учитывают характеристики каждой системы связи и каждой среды передачи, чтобы обеспечивать наилучшую эффективность с точки зрения качества обслуживания для данного пользователя и для данного приложения.

В дальнейшем тексте описания термин «среда передачи» будет использован для обозначения физической связи между источником и адресатом пакета и, в частности, беспроводной связи. Термины «системы передачи» и «ресурсы связи» обозначают приемо/передающее оборудование, позволяющее передавать данные через среду связи.

Настоящее изобретение призвано предложить решение автоматического выбора ресурсов связи, наиболее соответствующего различным критериям, таким как тип приложения, тип пользователя, незанятость среды передачи, ее пропускная способность и ее латентность.

Преимуществом изобретения является возможность эксплуатации всех имеющихся ресурсов связи и их наилучшего распределения в зависимости от потребностей и приоритетов. Кроме того, изобретение обеспечивает совместимость с сетевыми архитектурами, основанными на протоколе связи IP (“Internet Protocol”).

Таким образом, объектом настоящего изобретения является способ автоматического выбора среды передачи в инфраструктуре связи, содержащей, по меньшей мере, одну локальную сеть, через которую сообщаются множество приложений, маршрутизатор и множество систем связи, позволяющих упомянутым приложениям сообщаться в упомянутых средах передачи посредством отправки пакетов данных, при этом упомянутый способ отличается тем, что содержит, по меньшей мере, следующие этапы:

- применяют, по меньшей мере, одно правило маршрутизации таким образом, чтобы выбрать среду для передачи через нее упомянутого пакета в зависимости от, по меньшей мере, одного из следующих критериев: тип приложения, длина или адрес источника упомянутого пакета,

- если к упомянутому пакету не применимо ни одно правило маршрутизации, выбирают среду для передачи через нее упомянутого пакета при помощи таблицы маршрутизации, содержащей для каждой системы связи, имеющейся внутри упомянутой инфраструктуры, значение стоимости соответствующей упомянутой среды передачи, при этом выбранной средой будет среда с наименьшей стоимостью маршрутизации,

- упомянутую таблицу маршрутизации обновляют при помощи протокола маршрутизации и функции вычисления стоимости маршрутизации каждой среды таким образом, чтобы упомянутая стоимость имела значение, обратно пропорциональное пропускной способности передачи в упомянутой среде, пропорциональное латентности передачи в упомянутой среде, при этом упомянутый протокол маршрутизации (305, 306) является протоколом статической маршрутизации (305) при пропускной способности передачи, имеющейся в упомянутой среде (301, 302, 303), меньшей порогового значения (304) данной пропускной способности D, и в противном случае - протоколом динамической маршрутизации (306),

- применяют, по меньшей мере, одно правило управления качеством обслуживания упомянутого пакета посредством фильтрации, функцией которой является удаление упомянутого пакета, если характеристики упомянутой среды не позволяют гарантировать нормальную работу приложения, связанного с упомянутым пакетом.

В варианте выполнения изобретения упомянутое пороговое значение пропускной способности D равно 64 килобит в секунду.

В варианте выполнения изобретения упомянутая локальная сеть является сетью IP и упомянутые пакеты данных соблюдают протокол IP.

В варианте выполнения изобретения упомянутый протокол динамической маршрутизации является протоколом OSPF.

В варианте выполнения изобретения упомянутые системы связи выбирают из следующих систем: система высокочастотной связи (ВЧ), системы сверхвысокочастотной связи (СВЧ), система спутниковой связи и/или система беспроводной связи WIMAX.

Объектом изобретения является также система передачи, содержащая, по меньшей мере, одну локальную сеть, через которую сообщаются множество приложений, маршрутизатор и множество систем связи, позволяющих упомянутым приложениям сообщаться в упомянутых средах передачи посредством отправки пакетов данных, при этом упомянутая система отличается тем, что упомянутый маршрутизатор содержит средства для осуществления этапов описанного выше способа выбора среды передачи.

Объектом изобретения является также применение описанного выше способа для инфраструктуры, установленной на борту судна.

Другие отличительные признаки будут более очевидны из нижеследующего подробного описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схема, иллюстрирующая пример архитектуры системы, в которой применяют способ выбора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - блок-схема этапов способа автоматического выбора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - схема, иллюстрирующая сценарий применения способа выбора в контексте морских перевозок.

На Фиг.1 представлен пример архитектуры системы, применяющей способ выбора среды передачи в соответствии с настоящим изобретением. Эта архитектура содержит, в частности, прикладной слой 100, который применяет различные коммуникационные приложения, например, приложение 101 видеоконференции, приложение 102 аудиоконференции, приложение 103 электронной почты, приложение 104, позволяющее входить в интернет-страницу через протокол http, или приложение 105 службы мгновенных сообщений. Прикладной слой 100 соединен с локальной сетью 110 типа IP (“Internet Protocol”), которая, в свою очередь, соединена с маршрутизатором 120. Маршрутизатор 120 содержит, по меньшей мере, один модуль 121 управления качеством обслуживания и модуль 122 типа PBR от английского “Policy-based Routing”, в функцию которого входит принятие решений по маршрутизации, основанных на критериях, внешних по отношению к самой сети. Наконец, маршрутизатор 120 содержит также модуль 123 выбора среды передачи в соответствии с настоящим изобретением, который позволяет направлять пакеты данных, передаваемые на уровне прикладного слоя 100, в один из имеющихся передатчиков, каждый из который применяет разный тип передачи. Возможными системами связи являются, например, система высокочастотной связи (ВЧ) 131, система сверхвысокочастотной связи (СВЧ) 132, система спутниковой связи 133 или система беспроводной связи типа WIMAX (“Worldwide Interoperability for Microwave Access”).

На Фиг.2 схематично представлена последовательность этапов применения способа в соответствии с настоящим изобретением. Объектом изобретения является, в частности, выбор типа среды передачи 131, 132, 133, 134 для каждого передаваемого пакета данных, например, пакета IP. Пакет IP 308, характеризующийся, в частности, типом переносимого им транспортного протокола, своей длиной, а также адресами источника и назначения содержащегося в нем сообщения, подвергают последовательным тестам на применимость правил маршрутизации и/или обработки PBR1, PBR2, PBR3. Эти правила основаны на известной методике маршрутизации “Policy-based Routing”. Эта методика позволяет определять маршруты для пакетов не только с учетом их назначения, что характерно для традиционной проблематики маршрутизации, но также на основе других критериев, таких как тип приложения, содержащегося в пакете 308, его длина или его адрес источника. При этом можно применять несколько правил PBR1, PBR2, PBR3, присваивая им приоритет в порядке возрастания. Если правило PBR1 применимо для пакета IP 308, то его передают в модуль 310 выбора среды передачи в соответствии с настоящим изобретением. В противном случае пакет IP 308 подвергают проверке на второе правило PBR2 и так далее вплоть до конца списка имеющихся правил.

Если к пакету IP 308 не применимо ни одно из правил PBR1, PBR2, PBR3, его направляют по назначению благодаря данным, содержащимся в таблице 309 маршрутизации, которая указывает затем модулю 310 выбора, какая система передачи выбрана для отправки пакета IP 308. После выбора среды передачи последний модуль 311 управления качеством обслуживания или QoS от английского “Quality of Service” позволяет обеспечить достаточное качество передачи для определенных типов приложений. Этот модуль осуществляет фильтрацию 312 принятого пакета IP 308, которая может завершиться его удалением 313, если среда, выбранная для передачи этого пакета, не обладает достаточными характеристиками для обеспечения передачи данных, содержащихся в этом пакете, с минимальным качеством. Например, приложение видеоконференции требует определенной минимальной пропускной способности передачи для обеспечения нормального функционирования связи. Для этого система передачи ВЧ, которая отличается низкой пропускной способностью передачи порядка нескольких килобит в секунду, является недостаточной для передачи контентов видео. Если модуль 311 управления качеством обслуживания не отфильтровал пакет IP 308, его передают затем 314 в среду, ранее выбранную модулем 310.

Таблицу 309 маршрутизации обновляют для каждого типа имеющейся среды передачи 301, 302, 303, чтобы конфигурировать протокол маршрутизации передаваемых пакетов в зависимости от характеристик каждой среды. Имеющиеся системы связи сгруппированы относительно друг друга с указанием весового коэффициента для каждого маршрута, содержащегося в таблице 309 маршрутизации. При этом учитывают пропускную способность передачи, которую сравнивают с пороговым значением D во время этапа тестирования 304. Характеристическим значением D является 64 килобит в секунду, так как ниже этой пропускной способности нежелательно применять протокол динамической маршрутизации, который требует значительного потока сигнализации в отличие от статической маршрутизации. Если имеющаяся пропускная способность строго меньше D, то для обновления таблицы маршрутизации применяют статическую маршрутизацию 305. В противном случае, используют протокол динамической маршрутизации 306, например, известный протокол OSPF (“Open Shortest Path First”). Этот протокол динамической маршрутизации 306 адаптируют в зависимости от среды передачи 301, 302, 303. В частности, используют зондирующие сообщения для обновления относительного весового коэффициента каждого пути и для обнаружения, например, пропадания среды передачи. Эти сообщения выполняют функцию зондирование данного маршрута с целью проверки его доступности. Их передают периодически с интервалом времени между двумя сообщениями, который зависит от доступной пропускной способности. Этот интервал зондирования адаптируют в зависимости от пропускной способности, поддерживаемой каждой средой связи, чтобы избегать слишком большой загруженности полосы пропускания сообщениями, передаваемыми через протоколы маршрутизации.

Протокол 306 динамической маршрутизации конфигурируют при помощи функции 307 вычисления стоимости маршрутизации среды передачи. Эта функция вычисляет весовой коэффициент, связанный с каждой средой, в зависимости от различных критериев, в частности, от ее имеющейся пропускной способности, латентности передачи и стоимости, если доступ к среде требует абонирования. Вычисление 307 стоимости маршрутизации осуществляют также для статической маршрутизации, выбирая для этого случая наиболее высокую стоимость. После этого таблицу 309 маршрутизации обновляют для каждой среды передачи 301, 302, 303 в соответствии с данными, исходящими от двух используемых протоколов маршрутизации 305, 306. Для каждого маршрута, связывающего источник с назначением внутри рассматриваемой сети, эта таблица 309 содержит метрику, позволяющую классифицировать различные возможные маршруты в зависимости от их ранее определенной стоимости.

На Фиг.3 показан пример применения способа в соответствии с настоящим изобретением в контексте морских перевозок. Этот пример ни в коем случае не является ограничительным и предназначен только для иллюстрации использования изобретения при помощи конкретных сценариев применения.

Три судна В1, В2, В3 сообщаются между собой при помощи нескольких средств беспроводной связи. Каждое из трех судов В1, В2, В3 оборудовано высокочастотной связью (ВЧ) 201а, 201b, 201с и сверхвысокочастотной связью (СВЧ) 202a, 202b, 202c. Два из этих трех судов, а именно В1 и В2 оборудованы также системами спутниковой связи 203, через которые они тоже могут сообщаться друг с другом. Каждое из судов имеет на своем борту двух пользователей, имеющих доступ к ресурсам связи. Первый пользователь является оператором ОР1, ОР2, ОР3, а второй пользователь, который является более приоритетным, чем первый, является, например, капитаном судна СР1, СР2, СР3.

Способ выбора в соответствии с настоящим изобретением применяют на каждом судне с учетом двух правил PBR в порядке возрастания приоритета. Первое правило PBR1 предусматривает отправку всех пакетов с приложением мгновенных сообщений по линии связи ВЧ. Второе правило PBR2 предусматривает отправку всех пакетов, поступающих от адреса источника, присвоенного капитану судна, в линию спутниковой связи, так как она характеризуется лучшим временем реакции.

Функция 307 вычисления стоимости маршрутизации в соответствии с настоящим изобретением классифицирует три типа имеющихся систем связи в зависимости от нескольких критериев. Самую низкую стоимость среды присваивают связи СВЧ 202а, 202b, 202с, так как она обеспечивает высокую пропускную способность передачи, а также бесплатный доступ. Промежуточную стоимость среды присваивают спутниковой связи 203, так как она при более высокой пропускной способности все же имеет платный доступ, то есть финансовый критерий, который тоже можно учитывать при вычислении стоимости маршрутизации. Наконец, высокую стоимость среды присваивают связи ВЧ 201а, 201b, 201с, так как она обеспечивает самую низкую пропускную способность.

Наконец, применяют правило качества обслуживания QoS1 для конфигурации модуля 311 управления качеством обслуживания. Это правило предусматривает блокировку связи ВЧ, которая имеет слишком низкую пропускную способность, для передачи контентов видео, таких как видеоконференции.

Можно предусмотреть несколько сценариев применения. В первом сценарии оператор ОР1, находящийся на судне В1, сообщается с оператором ОР3, находящемся на судне В3, через приложение системы мгновенных сообщений. Соединение возможно через связь ВЧ 201а или через связь СВЧ 202а. Заявленный способ применяют через осуществление этапов, описанных со ссылками на Фиг.2. Правило PBR1 можно применять для передаваемых пакетов, которые отправляют в систему связи ВЧ судна В1, даже если правила маршрутизации указывают на меньшую стоимость для связи СВЧ. В этой связи правило PBR1 является приоритетным. В этом случае не применяют ни одного правила управления качеством обслуживания, то есть пакеты направляют по их назначению через связь ВЧ 201а.

Во втором сценарии оператор ОР1 просматривает интернет-страницу на сервере, находящемся в составе оборудования, используемого оператором ОР2, находящемся на борту судна В2. Все три линии связи 201с, 202с, 203 доступны и обеспечивают возможность соединения, поэтому сеанс начинается с использования связи СВЧ 202с, которая имеет наименьшую стоимость по таблице маршрутизации 309. Капитан СР1 высказал намерение посетить тот же сервер, находящийся на В2, поэтому способ в соответствии с настоящим изобретением выделяет ему спутниковый ресурс 203 посредством применения правила PBR2.

В третьем сценарии оба судна В1 и В2 удаляются друг от друга, поэтому возможность соединения СВЧ не гарантирована. В этом случае способ в соответствии с настоящим изобретением переводит связь между оператором ОР1 и оператором ОР2, установленную во время второго сценария, на спутниковую связь согласно установленным правилам маршрутизации. Связь между капитаном СР1 и оператором ОР2 остается без изменения.

В четвертом сценарии на судне В2 возникает неисправность спутникового оборудования, поэтому соответствующая связь 203 не доступна. Кроме того, суда В1 и В2 по-прежнему удалены друг от друга и не могут установить связь по СВЧ. В этом случае правила маршрутизации предусматривают использование только одной оставшейся линии связи, то есть связи ВЧ 201а.

В пятом сценарии капитан СР1 намерен общаться со своим коллегой СР3 в режиме видеоконференции. Единственной доступной линией связи между двумя судами В1 и В3 является связь ВЧ 201а, но она не совместима с передачей видеоданных. Модуль 311 управления качеством обслуживания удаляет передаваемые пакеты, чтобы запретить передачу этого потока согласно правилу качества обслуживания QoS1.

Claims (7)

1. Способ автоматического выбора среды передачи в инфраструктуре связи, содержащей, по меньшей мере, одну локальную сеть (110), через которую сообщаются множество приложений (100), маршрутизатор (120) и множество систем (131, 132, 133, 134) связи, позволяющих упомянутым приложениям (100) сообщаться в упомянутых средах передачи посредством отправки пакетов (308) данных, при этом упомянутый способ отличается тем, что содержит, по меньшей мере, следующие этапы:
- применяют, по меньшей мере, одно правило маршрутизации (PBR1, PBR2, PBR3) таким образом, чтобы выбрать (310) среду для передачи через нее упомянутого пакета (308) в зависимости от по меньшей мере одного из следующих критериев: тип приложения (101, 102, 103, 104, 105), длина или адрес источника упомянутого пакета (308),
- если к упомянутому пакету (308) не применимо ни одно правило маршрутизации (PBR1, PBR2, PBR3), выбирают (310) среду для передачи через нее упомянутого пакета (308) при помощи таблицы (309) маршрутизации, содержащей для каждой системы (131, 132, 133, 134) связи, имеющейся внутри упомянутой инфраструктуры, значение стоимости соответствующей упомянутой среды передачи, при этом выбранной средой является среда с наименьшей стоимостью маршрутизации,
- упомянутую таблицу (309) маршрутизации обновляют при помощи протокола (305, 306) маршрутизации и функции (307) вычисления стоимости маршрутизации каждой среды (301, 302, 303) таким образом, чтобы упомянутая стоимость имела значение, обратно пропорциональное пропускной способности передачи, имеющейся в упомянутой среде, пропорциональное латентности передачи в упомянутой среде, при этом упомянутый протокол (305, 306) маршрутизации является протоколом статической маршрутизации (305) для пропускной способности передачи, имеющейся в упомянутой среде (301, 302, 303), меньшей заданного порогового значения (304) пропускной способности D, и в противном случае - протоколом динамической маршрутизации (306),
- применяют, по меньшей мере, одно правило (311) управления качеством обслуживания упомянутого пакета (308) посредством фильтрации (312), функцией которой является удаление (313) упомянутого пакета (308), если характеристики упомянутой среды (301, 302, 303) не позволяют гарантировать нормальную работу приложения (101, 102, 103, 104, 105), связанного с упомянутым пакетом (308).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое пороговое значение (304) пропускной способности D равно 64 килобит в секунду.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутая локальная сеть (110) является сетью IP и упомянутые пакеты (308) данных соблюдают протокол IP.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый протокол (306) динамической маршрутизации является протоколом OSPF.

5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что упомянутые системы (131, 132, 133, 134) связи выбирают из следующих систем: система высокочастотной связи (ВЧ) (131), система сверхвысокочастотной связи (СВЧ) (132), система спутниковой связи (133) и/или система беспроводной связи WIMAX (134).

6. Система передачи, содержащая, по меньшей мере, одну локальную сеть (110), через которую сообщаются множество приложений (100), маршрутизатор (120) и множество систем (131, 132, 133, 134) связи, позволяющих упомянутым приложениям (100) сообщаться в упомянутых средах передачи посредством отправки пакетов (308) данных, при этом упомянутая система отличается тем, что упомянутый маршрутизатор (120) содержит средства для осуществления этапов способа выбора среды передачи по одному из пп.1-5.

7. Применение способа по одному из пп.1-5 для инфраструктуры, установленной на борту судна.

Images