RU2784656C1 - Способ совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области сетевых информационных технологий. Технический результат заключается в повышении производительности сети связи за счет учета влияния внутрисистемных помех во всей сети связи путем выполнения магистральным маршрутизатором (ММ) централизованной маршрутизации по сети связи, включая формирование им всех возможных вариантов маршрутов передачи данных и определение на нем оптимального набора маршрутов передачи данных во всей сети связи. Для этого предварительно маршрутизатор сети связи, через который проходят пакеты от всех узлов сети связи, выбирают ММ, выполняющим централизованную маршрутизацию по сети связи, далее формируют все возможные варианты маршрутов передачи данных в ММ, после чего в узлах сети связи осуществляют контроль качества каналов связи, входящих в эти узлы сети связи, далее результаты контроля качества каналов связи передают с узлов сети связи на ММ, далее по результатам контроля качества каналов связи с учетом взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в каждом многомерном маршруте передачи данных, корректируют скорости передачи информации каналов связи в ММ, далее по результатам коррекции скоростей передачи информации каналов связи определяют целевые функции маршрутов передачи данных в ММ, далее поступившие пакеты накапливают в ММ на интервале формирования вектора информации, далее определяют оптимальный набор маршрутов передачи данных по критерию минимизации времени доставки в ММ, после чего выполняют передачу накопленных пакетов по сети связи синхронно фреймами постоянной длительности согласно оптимальному набору маршрутов. 8 ил.

Description

Изобретение относится к области сетевых информационных технологий и может быть использовано для передачи данных в маршрутизируемых сетях связи с пакетной передачей сообщений и внутрисистемными помехами.

Известен способ многомерной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений, заключающийся в том, что по результатам контроля качества входящих в узлы связи каналов связи вычисляют целевые функции каналов связи, которые учитывают вероятность и время доведения сообщения, затем на основании целевых функций каналов связи формируют одномерные маршруты и многомерный маршрут передачи и вычисляют их целевые функции, при формировании одномерных маршрутов передачи выполняют оптимизацию целевой функции этих маршрутов передачи, при формировании многомерных маршрутов передачи выполняют оптимизацию целевой функции этого маршрута передачи, выбирая сначала одномерный маршрут передачи с наибольшим значением целевой функцией, затем одномерный маршрут передачи с меньшим, но следующим по величине значением целевой функции и так до тех пор, пока многомерный маршрут передачи не обеспечит передачу всех пакетов сообщения в заданное время и с заданной вероятностью доведения сообщения, при этом значения целевых функций входящих в узлы связи каналов связи передают на смежные узлы связи, которые далее передают значения целевой функции на другие смежные узлы связи, исключая узлы, от которых были получены значения целевой функции (Квашенников В.В. Способ многомерной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений. Патент РФ №2526755 Приор. 08.04.2013, опубл. 27.08.2014, Бюл. №24).

Недостаток этого способа заключается в снижении производительности сети связи из-за того, что формирование многомерных маршрутов проводится без учета взаимного влияния входящих в них каналов связи.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототип) является способ многомерной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений, заключающийся в том, что в узлах сети связи осуществляют контроль качества входящих в них каналов связи, результаты контроля качества каналов связи передают на другие узлы сети связи, формируют одномерные маршруты передачи данных, далее из одномерных маршрутов формируют все возможные варианты многомерных маршрутов передачи данных, по результатам контроля качества каналов связи корректируют скорости передачи информации в каналах связи с учетом взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в каждом многомерном маршруте, определяют целевые функций многомерных маршрутов передачи по результатам коррекции скоростей передачи информации в каналах связи, далее осуществляют оптимальный выбор многомерных маршрутов и кратности их использования по критерию минимизации времени доставки. (Винтенкова Ю.С., Козлов С.В., Спирина Е.А. Способ многомерной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений. Патент РФ №2608678 Приор. 17.11.2015, опубл. 23.01.2017, Бюл. №3).

Недостатком способа многомерной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений по прототипу является снижение производительности сети связи из-за того, что каждый узел сети связи осуществляет оптимальный выбор многомерных маршрутов и кратности их использования без учета информации о выборе многомерных маршрутов другими узлами сети связи, то есть без учета влияния внутрисистемных помех во всей сети связи.

Техническая проблема заключается в необходимости повышения производительности сети связи за счет учета влияния внутрисистемных помех во всей сети связи путем выполнения магистральным маршрутизатором централизованной маршрутизации по сети связи, включая формирование им всех возможных вариантов маршрутов передачи данных и определение на нем оптимального набора маршрутов передачи данных во всей сети связи.

Технический результат предлагаемого способа совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений заключается в повышении производительности сети связи за счет учета влияния внутрисистемных помех во всей сети связи путем выполнения магистральным маршрутизатором централизованной маршрутизации по сети связи, включая формирование им всех возможных вариантов маршрутов передачи данных и определение на нем оптимального набора маршрутов передачи данных во всей сети связи.

Технический результат в предлагаемом способе совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений, заключающемся в том, что в узлах сети связи осуществляют контроль качества каналов связи, входящих в эти узлы сети связи, формируют все возможные варианты маршрутов передачи данных, по результатам контроля качества каналов связи с учетом взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в каждом многомерном маршруте передачи данных, корректируют скорости передачи информации каналов связи, по результатам коррекции скоростей передачи информации каналов связи определяют целевые функции маршрутов передачи данных, далее определяют оптимальный набор маршрутов передачи данных по критерию минимизации времени доставки достигается тем, что предварительно маршрутизатор сети связи, через который проходят пакеты от всех узлов сети связи, выбирают магистральным маршрутизатором, выполняющим централизованную маршрутизацию по сети связи, далее формирование всех возможных вариантов маршрутов передачи данных осуществляют в магистральном маршрутизаторе, после чего в узлах сети связи осуществляют контроль качества каналов связи, входящих в эти узлы сети связи, далее результаты контроля качества каналов связи передают с узлов сети связи на магистральный маршрутизатор, далее по результатам контроля качества каналов связи с учетом взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в каждом многомерном маршруте передачи данных, корректировку скоростей передачи информации каналов связи осуществляют в магистральном маршрутизаторе, далее по результатам коррекции скоростей передачи информации каналов связи определение целевых функций маршрутов передачи данных осуществляют в магистральном маршрутизаторе, далее поступившие пакеты накапливают в магистральном маршрутизаторе на интервале формирования вектора информации, далее определение оптимального набора маршрутов передачи данных по критерию минимизации времени доставки осуществляют в магистральном маршрутизаторе, после чего выполняют передачу накопленных пакетов по сети связи синхронно фреймами постоянной длительности согласно оптимальному набору маршрутов.

Предлагаемый способ совместной динамической маршрутизации заключается в том, что предварительно маршрутизатор сети связи, через который проходят пакеты от всех узлов сети связи, выбирают магистральным маршрутизатором, выполняющим централизованную маршрутизацию по сети связи, далее формируют все возможные варианты маршрутов передачи данных в магистральном маршрутизаторе, после чего в узлах сети связи осуществляют контроль качества каналов связи, входящих в эти узлы сети связи, далее результаты контроля качества каналов связи передают с узлов сети связи на магистральный маршрутизатор, далее по результатам контроля качества каналов связи с учетом взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в каждом многомерном маршруте передачи данных, корректируют скорости передачи информации каналов связи в магистральном маршрутизаторе, далее по результатам коррекции скоростей передачи информации каналов связи определяют целевые функции маршрутов передачи данных в магистральном маршрутизаторе, далее поступившие пакеты накапливают в магистральном маршрутизаторе на интервале формирования вектора информации, далее определяют оптимальный набор маршрутов передачи данных по критерию минимизации времени доставки в магистральном маршрутизаторе, после чего выполняют передачу накопленных пакетов по сети связи синхронно фреймами постоянной длительности согласно оптимальному набору маршрутов.

Устройством для реализации предлагаемого способа совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений является произвольная сеть связи с пакетной передачей сообщений (Таненбаум, Эндрю. Компьютерные сети / Э. Таненбаум; пер. с англ. - 4-е изд. - СПб.: Питер, 2003. - 992 с. С. 39-54). Для реализации предлагаемого способа совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений необходимо в вычислитель магистрального маршрутизатора загрузить программу, написанную согласно алгоритмам, приведенным на фиг. 1 - фиг. 8.

На фиг. 1 представлен алгоритм работы вычислителя магистрального маршрутизатора.

На фиг. 2 представлен алгоритм процедуры формирования всех возможных вариантов маршрутов передачи данных.

На фиг. 3 представлен алгоритм процедуры DFS_Step.

На фиг. 4 представлен алгоритм процедуры Form_Set.

На фиг. 5 представлен алгоритм процесса обработки результатов контроля качества каналов связи.

На фиг. 6 представлен алгоритм процесса накопления пакетов в буферной памяти.

На фиг. 7 представлен алгоритм процесса определения оптимального набора маршрутов и передачи данных.

На фиг. 8 представлен алгоритм процедуры определения оптимального набора маршрутов передачи данных с использованием рекуррентного метода.

Перед началом осуществления способа совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений в вычислитель магистрального маршрутизатора загружают программу, разработанную согласно алгоритмам, приведенным на фиг. 1 - фиг. 8.

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений.

Во многих существующих и перспективных сетях связи передачу сообщений осуществляют небольшими блоками или пакетами. Пакеты передают одновременно, каждый по своему маршруту передачи данных, что существенно сокращает время доставки сообщения.

Распределение пакетов по сети связи осуществляется специальными сетевыми устройствами: маршрутизаторами. Для реализации централизованной маршрутизации в способе совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений маршрутизатор сети связи, через который проходят пакеты от всех узлов сети связи, выбирают магистральным маршрутизатором.

Для осуществления передачи данных в магистральном маршрутизаторе формируют все возможные варианты маршрутов передачи данных, включающие одномерные и многомерные маршруты передачи данных.

Одномерным маршрутом передачи данных называют совокупность последовательно соединенных каналов связи в соединении точка-точка между магистральным маршрутизатором и узлом сети связи, являющимся получателем сообщений.

Исходными данными для формирования одномерных маршрутов передачи данных является топология сети связи, описанная графом сети. С точки зрения теории графов сеть связи представляется ненаправленным графом, в котором все узлы сети связи считаются узлами графа, а соединяющие их каналы связи - ребрами графа. Поиск всех возможных одномерных маршрутов передачи данных в сети связи является задачей нахождения всех простых цепей теории графов (Шевелев Ю. П. Дискретная математика. Ч. 5: Теория графов: Учебное пособие. - Томск: Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2016. - 592 с. С. 489-491).

Одним из вариантов решения задачи нахождения всех простых цепей является обход графа. Для обхода графа могут быть использованы методы неинформированного поиска: поиск в ширину (Breadth-First Search - BFS) и поиск в глубину (Depth-First Search - DFS) (Кормен, Т., Лейзерсон, Ч., Ривест, Р. Алгоритмы: построение и анализ. - М: МЦНМО, 2000. - 960 с. С.456-471).

Так как метод DFS при построении всех возможных одномерных маршрутов передачи данных имеет меньшую вычислительную сложность, то при реализации предлагаемого способа совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений для формирования одномерных маршрутов передачи данных будем использовать метод DFS.

Множество параллельно соединенных одномерных маршрутов передачи данных, по которым передают пакеты, называют многомерным маршрутом передачи данных. Количество одномерных маршрутов передачи данных, входящих в многомерный маршрут передачи данных, называется размерностью многомерного маршрута передачи данных.

Нахождение многомерных маршрутов передачи данных максимальной размерности может быть выполнено с помощью алгоритма Брона-Кербоша (Bron Coen, Kerbosch Joep. Algorithm 457: finding all cliques of an undirected graph // Communications of the ACM. - Volume 16. - Issue 9. - 1973. - pp. 575-577). Многомерные маршруты передачи данных меньшей размерности, согласно (Винтенкова Ю.С., Козлов С.В. Снижение вычислительной сложности конструирования допустимых многомерных маршрутов метода совместной динамической маршрутизации // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - 2019. - №2 (42). - С. 22-31), являются промежуточными результатами работы алгоритма Брона-Кербоша.

После формирования всех возможных вариантов маршрутов передачи данных в узлах сети связи осуществляют контроль качества каналов связи, входящих в эти узлы сети связи.

При реализации способа совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений могут использоваться различные варианты контроля качества каналов связи и коррекции скоростей передачи информации каналов связи в зависимости от используемых в сети технологий передачи данных. В частности контроль качества каналов связи может осуществляться на базе оценки вероятности доставки пакета сообщения, оценки отношения сигнал/помеха и т.д. При этом коррекция скоростей передачи информации для достижения требуемого качества канала связи может заключаться в изменение видов и параметров используемых помехоустойчивых кодов, применяемых видов модуляции, изменении уровня мощности передающего узла и т.д.

Наиболее широко используемым в существующих сетях связи вариантом контроля качества каналов связи является оценка вероятности доставки пакета сообщения Р.

В этом случае при приеме пакета сообщения на узле сети связи, являющимся получателем пакета, вычисляют контрольную сумму пакета. В случае совпадения вычисленной контрольной суммы и принятой контрольной суммы пакета с вероятностью, достаточно близкой к 1, считают, что пакет принят правильно, и оценивают частоту правильного приема пакетов или вероятность доставки пакета сообщения Р, равную отношению числа правильно принятых пакетов m к общему числу переданных пакетов n:

Другим используемым в существующих сетях связи вариантом контроля качества каналов связи является оценка отношения сигнал/помеха.

Результаты контроля качества каналов связи передают с узлов сети связи на магистральный маршрутизатор. Для снижения объема служебной информации передачу сообщений об изменении качества канала связи выполняют только при достижении вероятности доставки пакетов или отношения сигнал/помеха пороговых значений (минимального и максимального).

По результатам контроля качества каналов связи с учетом, взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в каждом многомерном маршруте передачи данных, корректируют скорости передачи информации каналов связи в магистральном маршрутизаторе.

Скорость передачи информации канала связи зависит от ширины полосы пропускания канала связи и сигнально-помеховой обстановки в канале связи. Ширина полосы пропускания, как правило, является постоянной величиной, выбираемой при проектировании данного канала связи, в то время как сигнально-помеховая обстановка меняется в процессе работы канала связи в зависимости от влияния межсистемных и внутрисистемных помех. Поэтому при выборе скоростей передачи информации в каналах связи учитывается их взаимное влияние.

Если используется вариант оценки вероятности доставки пакета сообщения Р, то на магистральном маршрутизаторе проверяется условие:

Если условие выполняется, то считается, что скорость передачи информации выбрана правильно и коррекция скорости передачи информации в канале связи не проводится. Если Р_зад>Р, то принимается решение о необходимости снижения скорости передачи информации в канале связи. Если Р=1, то принимается решение о необходимости повышения скорости передачи информации в канале связи.

Если используется вариант оценки отношения сигнал/помеха, то в магистральном маршрутизаторе скорости передачи информации каналов связи с учетом взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в каждом многомерном маршруте передачи данных, могут быть определены согласно следующей работе (Петрова Е.А. Оценка гарантированной информационной скорости передачи в сетях широкополосного радиодоступа с учетом внутрисистемных помех // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2014. №10. URL: http://ire.cplire.ru/ire/oct14/7/text.html).

Далее по результатам коррекции скоростей передачи информации каналов связи определяют целевые функции маршрутов передачи данных в магистральном маршрутизаторе.

В способе совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений под целевой функцией маршрута передачи данных w_g понимают объемы данных

доставляемых до узлов сети связи, являющихся получателями сообщений, с номерами

, за длительность фрейма T^F.

Объемы данных, доставляемых до n^A-го узла сети связи, зависят от длительности фрейма T^F, а также скоростей передачи информации в каналах связи

и узловых задержек

n^R-x приемных узлов, входящих в маршрут передачи данных w_g:

где

- порядковый номер одномерного маршрута передачи данных в многомерном маршруте передачи данных с номером g;

- список реальных номеров одномерных маршрутов передачи данных для многомерного маршрута передачи данных с номером g и порядковым номером

;

- порядковый номер канала связи в одномерном маршруте передачи данных с номером g';

- список номеров приемных узлов n^R для одномерного маршрута передачи данных с номером g' и порядковым номером

.

Далее поступившие пакеты, объемом

накапливают в буферной памяти магистрального маршрутизатора на интервале формирования вектора информации Т¹, длительность которого выбирается в зависимости от скорости передачи информации по сети связи и стандарта связи.

Далее определяют оптимальный набор маршрутов по критерию минимизации времени доставки в магистральном маршрутизаторе.

В прототипе определение оптимального набора маршрутов названо оптимальным выбором многомерных маршрутов и кратности их использования.

Для доставки накопленного объема данных

могут использоваться все возможные маршруты передачи данных, причем каждый из них может использоваться

фреймов длительности T^F. Обозначим

набор используемых маршрутов передачи данных.

В этом случае оптимальный набор маршрутов передачи данных

на основе критерия минимизации времени доставки данных, при условии доставки всего накопленного объема данных

является решением системы уравнений:

С точки зрения математики, нахождение оптимального набора маршрутов передачи данных относится к задачам целочисленного линейного программирования.

Решение задачи целочисленного линейного программирования осуществляется с помощью точных методов, например, метод ветвей и границ, алгоритм Гомори и др (Ху Т. Целочисленное программирование и потоки в сетях. - М.: Мир, 1974. - 520 с. С. 284-425), которые при большой размерности входных данных обладают высокой вычислительной сложностью (Винтенкова, Ю.С. Анализ эффективности методов определения оптимального набора маршрутов для сетей широкополосного радиодоступа // Нелинейный мир. - 2017. - Т.15. - №6. - С. 11-16).

Для снижения вычислительной сложности решения задачи целочисленного линейного программирования может быть снято ограничение на целочисленность

или применены рекуррентные методы, основанные на метаэвристических подходах (Винтенкова Ю.С, Козлов С.В., Спирина Е.А. Разработка алгоритма определения оптимального набора маршрутов метода совместной динамической маршрутизации в сетях широкополосного радиодоступа // XII Международная научно-техническая конференция «Технологии информационного общества», Москва, 14-15 марта 2018 г. Сборник трудов [электронная публикация]. 2018. - С.36-38. - Режим доступа: http://media-publisher.ru/wpcontent/uploads/2017/05/СБОРНИК-ТРУДОВ-ТИО_2018_ТОМ-1-S.pdf).

Так как рекуррентный метод определения оптимального набора маршрутов передачи данных имеет минимальную вычислительную сложность, то при реализации предлагаемого способа совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений будет использован этот метод.

Далее выполняют передачу накопленных пакетов по сети связи синхронно фреймами постоянной длительности T^F согласно оптимальному набору маршрутов. Для этого на магистральном маршрутизаторе используется маршрутизация от источника (strict source rooting). В этом случае при передаче данных от магистрального маршрутизатора до узлов сети связи, являющихся получателями пакетов, в пакете прописывают IP адреса всех узлов сети связи, через которые осуществляется доставка пакетов. Такой вариант доставки пакетов не требует заполнения, хранения и обновления таблиц маршрутизации на узлах сети связи.

Предварительно в вычислитель магистрального маршрутизатора загружают программу, реализующую приведенные алгоритмы.

Запуск алгоритма работы вычислителя магистрального маршрутизатора, приведенного на фиг. 1, проводится при вводе сети связи в эксплуатацию или при смене режимов работы сети связи, сопровождающейся изменением топологии сети связи.

Согласно алгоритму первоначально в магистральном маршрутизаторе выполняется процедура формирования всех возможных вариантов маршрутов передачи данных.

Далее, в магистральном маршрутизаторе выделяется буферная память для накопления поступающих на магистральный маршрутизатор пакетов и задается начальное значение вектора накопленного объема данных

, равное нулю.

После этого задается время окончания накопления пакетов t, равное длительности интервала формирования вектора информации Т¹.

Затем устанавливаются начальные значения флага окончания выполнения контроля качества каналов связи F^Q и флага определения оптимального набора маршрутов и передачи данных F^R, равные нулю.

После чего на магистральном маршрутизаторе осуществляется запуск трех параллельных процессов:

- обработки результатов контроля качества каналов связи;

- накопления пакетов в буферной памяти;

- определения оптимального набора маршрутов и передачи данных.

Формирование всех возможных вариантов маршрутов передачи данных осуществляется согласно алгоритму, приведенному на фиг 2.

Алгоритм начинается с ввода списка каналов связи сети L. Каждый канал связи L[i] характеризуется номером узла сети связи, с которого передаются пакеты L[i]S, и номером узла сети связи на который передаются пакеты L[i]T.

Далее выбирается магистральный маршрутизатора и определяется его адрес Adr(BR), а также задается массив узлов сети связи, являющихся получателями пакетов Dst.

После этого формируется пустой массив маршрутов передачи данных W.

Далее задается массив временного маршрута передачи данных TW, нулевым элементом которого является адрес магистрального маршрутизатора, и его длина k, равная нулю.

Затем вызывается процедура рекурсивного формирования одномерных маршрутов передачи данных DFS_Step(k,L,TW,W).

Далее в переменную к записывается количество сформированных одномерных маршрутов передачи данных в массиве W, а в переменную n - количество каналов связи в списке L.

Затем формируется массив разрешенных для использования каналов связи Е, длинной n, всем элементам которого присваивается значение единицы (использование канала разрешено).

После этого для каждого из одномерных маршрутов передачи данных с номером i запускается процедура рекурсивного формирования многомерных маршрутов передачи данных Form_Set(i,k,Е,W[t],W).

Полученный массив маршрутов передачи данных W, содержащий все возможные варианты маршрутов передачи данных, выводится для дальнейшего использования в алгоритме работы вычислителя магистрального маршрутизатора.

Процедура DFS_Step(k,L,TW,W) работает согласно алгоритму, приведенному на фиг. 3.

Первоначально увеличивается длина k временного маршрута передачи данных TW.

Затем для каждого канала связи L[i],

в списке L проверяется является ли последний узел временного маршрута передачи данных TW[k-1] узлом сети связи L[i]S, с которого передаются пакеты по каналу связи L[i].

Если условие выполняется, то во временный маршрут передачи данных TW добавляется узел сети связи L[i].T, на который передаются пакеты по каналу связи L[i] и проверяется, входит ли добавленный узел сети связи в массив узлов сети связи, являющихся получателями пакетов Dst.

Если добавленный узел сети связи входит в массив Dst, то сформированный временный маршрут передачи данных TW добавляется в массив маршрутов передачи данных W и происходит переход к проверке следующего канала связи в списке L. В противном случае осуществляется рекурсивный вызов процедуры DFS_Step(k,L,TW,W).

После проверки всех каналов связи в списке L процедура DFS_Step завершает свою работу и возвращается в точку вызова.

Процедура Form_Set(i,k,Е,TW,W) работает согласно алгоритму, приведенному на фиг. 4.

При вызове процедуры Form_Set в массиве временного маршрута передачи данных TW уже содержится добавленный одномерный маршрут передачи данных W[i].

Поэтому, первоначально, в процедуре Form_Set переменной AW присваивается значение добавленного одномерного маршрута передачи данных W[i].

Далее элементам массива разрешенных для использования каналов связи Е, соответствующим каналам связи, используемым в маршруте передачи данных AW, присваивается значение нуля (использование канала запрещено).

Затем проверяются можно ли добавить к временному маршруту передачи данных TW одномерные маршруты передачи данных с номерами от (i+1) до k. Для этого переменной AW присваивается значение одномерного маршрута передачи данных W[i]. Если выбранный одномерный маршрут передачи данных AW содержит хотя бы один уже используемый во временном маршруте передачи данных TW канал связи E[aw[j]]=0, то такой маршрут передачи данных не добавляется. В противном случае в массив маршрутов передачи данных W добавляется маршрут передачи данных, являющийся объединением одномерного маршрута передачи данных AW и временного маршрута передачи данных TW, и если добавляемый маршрут передачи данных не является последним одномерным маршрутом передачи данных, то осуществляется рекурсивный вызов процедуры Form_Set(i,k,E,TW+AW,W).

После проверки всех одномерных маршрутов передачи данных процедура Form_Set завершает свою работу и возвращается в точку вызова.

Процесс обработки результатов контроля качества каналов связи выполняется согласно алгоритму, приведенному на фиг. 5.

Первоначально процесс обработки результатов контроля качества каналов связи проверяет состояние флага определения оптимального набора маршрутов и передачи данных F^R и флага окончания выполнения контроля качества каналов связи F^Q. Если оба флага равны нулю, то выполняется обработка результатов контроля качества каналов связи. В противном случае при наличии питания процесс ожидает изменение флагов F^R и F^Q.

Обработка результатов контроля качества каналов связи начинается с ввода поступивших от узлов сети связи результатов контроля качества каналов связи Q.

Далее для каждого маршрута передачи данных

из всех возможных вариантов маршрутов передачи данных определяется количество одномерных маршрутов передачи данных в нем

.

Для каждого из этих одномерных маршрутов передачи данных

определяется его реальный номер g' и количество каналов связи

в этом одномерном маршруте передачи данных.

Для каждого канала связи с номером

определяется номер его приемного узла n^R и проверяется поступили ли от этого премного узла результаты контроля качества. Если результаты контроля качества с приемного узла n^R поступили, то выполняется процедура, в которой осуществляется коррекция скоростей передачи информации в каналах связи с учетом взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в многомерном маршруте передачи данных g, а также по результатам коррекции скоростей передачи информации определение целевых функций

В противном случае скорости передачи информации и целевые функции не меняются.

После окончания обработки результатов контроля качества для всех каналов связи во всех возможных вариантах маршрутов передачи данных, флаг F^Q устанавливается в единицу.

При наличии питания процесс обработки результатов контроля качества каналов связи возвращается к проверке флагов F^R и F^Q.

Процесс накопления пакетов в буферной памяти выполняется согласно алгоритму, приведенному на фиг. 6.

Первоначально в алгоритме осуществляется ввод пакета данных с портов маршрутизатора и проводится декодирование заголовка пакета в процедуре декодирования пакета данных.

Если время поступления пакета t^P превышает время окончания накопления пакетов t, то время окончания накопления пакетов t увеличивается на длительность интервала формирования вектора информации Т¹, осуществляется вывод вектора накопленного объема данных

и флаг определения оптимального набора маршрутов и передачи данных F^R устанавливается равным единице.

Далее не зависимо от времени поступления пакета t^P проверяется, соответствует ли IP адрес пакета одному из IP адресов узлов сети связи

, являющихся получателями пакета. Если такой узел сети связи с номером n^A найден, то введенный пакет данных добавляется в буфер и его длина L^P добавляется к объему данных

, которые необходимо доставить до узла сети связи с номером n^A. Если IP адрес пакета не соответствует ни одному из IP адресов узлов сети связи

, являющихся получателями пакета, то добавление пакета в буфер не происходит и объемы, накопленных данных

не изменяются.

При наличии питания процесс накопления пакетов в буферной памяти возвращается к вводу следующего пакета данных.

Процесс определения оптимального набора маршрутов и передачи данных выполняется согласно алгоритму, приведенному на фиг. 7.

Первоначально в алгоритме этого процесса осуществляется проверка флага определения оптимального набора маршрутов и передачи данных F^R.

Если F^R равняется нулю, то алгоритм переходит к проверке наличия питания.

В противном случае флаг окончания выполнения контроля качества каналов связи F^Q устанавливается равным нулю.

Далее запускается процедура определения оптимального набора маршрутов передачи данных и осуществляется передача данных по ним.

После окончания передачи данных, отправленные пакеты удаляются из буфера и флаг определения оптимального набора маршрутов и передачи данных F^R устанавливается равным нулю.

При наличии питания процесс определения оптимального набора маршрутов и передачи данных возвращается к проверке флага F^R.

Процедура определения оптимального набора маршрутов передачи данных с использованием рекуррентного метода выполняется согласно алгоритму, приведенному на фиг. 8.

Первоначально в процедуре осуществляется ввод массива маршрутов передачи данных W и вектора накопленного объема данных

.

Далее задается время передачи данных t^W на текущем интервале накопления информации T^I, равное длительности фрейма T^F и задается начальное значение набора оптимальных маршрутов передачи данных

, равное нулю.

После этого среди всех маршрутов передачи данных, входящих в массив W, определяется максимальное значение Мах критерия B_g и соответствующий ему номер маршрута g*. Значение критерия B_g согласно (Винтенкова Ю.С., Козлов С.В., Спирина Е.А. Разработка алгоритма определения оптимального набора маршрутов метода совместной динамической маршрутизации в сетях широкополосного радиодоступа // XII Международная научно-техническая конференция «Технологии информационного общества», Москва, 14-15 марта 2018 г. Сборник трудов [электронная публикация]. 2018. - С 36-38. - Режим доступа: http://media-publisher.ru/wpcontent/uploads/2017/05/СБОРНИК-ТРУДОВ-ТИО_2018ТОМ-1-S.pdf), вычисляется по следующей формуле:

Для вычисления B_g согласно выражению (4) в алгоритме сначала задается значение переменной В, равное нулю. Затем для каждого узла сети связи, являющегося получателем пакетов, проводится сравнение накопленного объема данных

и объема данных

, доставляемых до него по маршруту g. Если

, то к переменой В прибавляется произведение этих величин. В противном случае к В прибавляется квадрат

После определения номера маршрута передачи данных g*, имеющего максимальное значение критерия B_g, время передачи данных t^W увеличивается на длительность фрейма T^F и элемент оптимального набора маршрутов передачи данных с номером g* увеличивается на единицу.

Далее флаг F^S, соответствующий случаю, когда маршруты передачи данных для всего накопленного объема данных

сформированы, устанавливается в единицу.

После этого для каждого узла сети связи, являющегося получателем пакетов, накопленный объем данных уменьшается на объем данных доставляемых до этого узла сети связи по маршруту передачи данных с номером g* и сравнивается с нулем. Если результат операции больше нуля, то есть до этого узла сети связи доставлены не все данные, то флаг F^S устанавливается в ноль. В противном случае считается, что до узла сети связи доставлены все данные, и накопленный объем данных приравнивается нулю.

После анализа всех узлов сети связи, являющихся получателями пакетов, значение флага F^S сравнивается с нулем и время передачи данных t^W сравнивается с длительностью интервала накопления вектора информации T^I. Если флаг F^S=0 и t^W≤T^I, то алгоритм возвращается к поиску и добавлению следующего маршрута к оптимальному набору маршрутов передачи данных

. В противном случае считается, что оптимальный набор маршрутов передачи данных.

сформирован, и осуществляется его вывод.

На этом работа процедуры определения оптимального набора маршрутов передачи данных с использованием рекуррентного метода завершается.

Приведенные алгоритмы могут быть реализованы на стандартных программных и программно-аппаратных маршрутизаторах, базирующихся на операционной системе Linux или IOS (для маршрутизаторов фирмы CISCO).

Технический результат в предлагаемом способе совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений, заключающийся в повышении производительности сети связи, достигается за счет учета влияния внутрисистемных помех во всей сети связи путем выполнения магистральным маршрутизатором централизованной маршрутизации по сети связи, включая формирование им всех возможных вариантов маршрутов передачи данных и определение на нем оптимального набора маршрутов передачи данных во всей сети связи.

Claims (1)

1. Способ совместной динамической маршрутизации в сети связи с пакетной передачей сообщений, заключающийся в том, что в узлах сети связи осуществляют контроль качества каналов связи, входящих в эти узлы сети связи, формируют все возможные варианты маршрутов передачи данных, по результатам контроля качества каналов связи с учетом взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в каждом многомерном маршруте передачи данных, корректируют скорости передачи информации каналов связи, по результатам коррекции скоростей передачи информации каналов связи определяют целевые функции маршрутов передачи данных, далее определяют оптимальный набор маршрутов передачи данных по критерию минимизации времени доставки, отличающийся тем, что предварительно маршрутизатор сети связи, через который проходят пакеты от всех узлов сети связи, выбирают магистральным маршрутизатором, выполняющим централизованную маршрутизацию по сети связи, далее формирование всех возможных вариантов маршрутов передачи данных осуществляют в магистральном маршрутизаторе, после чего в узлах сети связи осуществляют контроль качества каналов связи, входящих в эти узлы сети связи, далее результаты контроля качества каналов связи передают с узлов сети связи на магистральный маршрутизатор, далее по результатам контроля качества каналов связи с учетом взаимного влияния всех каналов связи, задействованных в каждом многомерном маршруте передачи данных, корректировку скоростей передачи информации каналов связи осуществляют в магистральном маршрутизаторе, далее по результатам коррекции скоростей передачи информации каналов связи определение целевых функций маршрутов передачи данных осуществляют в магистральном маршрутизаторе, далее поступившие пакеты накапливают в магистральном маршрутизаторе на интервале формирования вектора информации, далее определение оптимального набора маршрутов передачи данных по критерию минимизации времени доставки осуществляют в магистральном маршрутизаторе, после чего выполняют передачу накопленных пакетов по сети связи синхронно фреймами постоянной длительности согласно оптимальному набору маршрутов.

Images