СПОСОБ МНОГОМЕРНОЙ ГИБРИДНОЙ КОММУТАЦИИ И АДАПТИВНОЙ МАРШРУТИЗАЦИИ ПАКЕТОВ СООБЩЕНИЙ
METHOD FOR MULTI-DIMENSIONAL HYBRID SWITCHING AND ADAPTIVE ROUTING OF MESSAGES

Изобретение относится к области информационно-вычислительных сетей, в частности к способам многомерной гибридной коммутации и адаптивной маршрутизации пакетов сообщений, и может быть использовано при проектировании цифровых сетей интегрального обслуживания.
Известен способ гибридной коммутации, в соответствии с которым коммутируют каналы в режиме синхронной цепи (коммутации каналов) и в режиме как синхронного, так и асинхронного пакета (коммутация пакетов). Данный способ основан на использовании режима разделения времени между абонентами, причем временной интервал доступа присваивается различным абонентам в режиме коммутации пакета, что ограничивает требуемую оперативную память вычислительных средств центров коммутации [1].
Однако данный известный способ не обеспечивает эффективного использования каналов связи, так как при подобном управлении возникают паузы между моментами отправки сообщения и моментами выдачи отправителем очередного сообщения.
n
n
n
Наиболее близким по технической сущности способом к предлагаемому изобретению является способ гибридной коммутации и адаптивной маршрутизации пакетов сообщений, заключающийся в том, что устанавливают соединения с приемом информации об адресе вызываемого сообщения и записывают сообщение в оперативную память, при этом измеряют длину сообщения L и сравнивают ее с пороговым значением L, если длина сообщения превышает пороговое значение L>L, то устанавливают физическое соединение и передачу осуществляют в режиме коммутации каналов, а при длине сообщения L≤L - сообщение разбивают на пакеты, переписывают в буферную память и передают в режиме коммутации пакетов по каналам с максимальной пропускной способностью в соответствии с маршрутной таблицей [2].
Указанный способ осуществляет передачу сообщения только по одному из нескольких возможных направлений, не учитывая возможности параллельной передачи. В фазе установления соединения просчитываются состояния только соседних маршрутизаторов, что приводит к риску потери сообщения. Таким образом, данный способ не обеспечивает максимального использования каналов связи, скорости передачи данных ограничиваются пропускной способностью каналов связи и не обеспечивается надежность доставки сообщения.
На практике сети передачи данных как телефонных, так и с помощью многих других систем и средств связи имеют тенденцию к расширению и увеличению каналов передачи данных. Структура компьютерных сетей все больше напоминает полносвязную. Появляется возможность использования параллельных или многомерных маршрутов для передачи данных [3].
Целью предлагаемого изобретения является увеличение скорости передачи данных и повышение надежности доставки сообщения путем многомерной гибридной коммутации и адаптивной маршрутизации.
n
n
n
n
Поставленная цель достигается тем, что, кроме известных и общих операций, которые характеризуются тем, что устанавливают соединения с приемом информации об адресе вызываемого сообщения и записывают сообщение в оперативную память, при этом измеряют длину сообщения L и сравнивают ее с пороговым значением L, если длина сообщения превышает пороговое значение L>L, то устанавливают физическое соединение и передачу осуществляют в режиме коммутации каналов, а при длине сообщения L≤L - сообщение разбивают на пакеты, переписывают в буферную память и передают в режиме коммутации пакетов по каналам с максимальной пропускной способностью в соответствии с маршрутной таблицей, предлагается способ многомерной гибридной коммутации и адаптивной маршрутизации пакетов сообщений, заключающийся в том, что в фазе установления соединения анализируют по обобщенному критерию, включающему скорость передачи данных, максимальное число использованных каналов связи и надежность доставки сообщения, существующие физические соединения путем сравнения их с другими удаленными (N-мерными) маршрутизаторами, через которые может быть доставлено сообщение, и передают его с учетом результатов сравнительного анализа по нескольким параллельным маршрутам в виде пакетов, объемы которых пропорциональны скоростям передачи выбранных каналов, с указанием адресов промежуточных маршрутизаторов, при этом по каждому направлению передачи производят выбор режима коммутации в соответствии с длиной сообщения L и порогового значения L, что обеспечивает увеличение скорости передачи данных и повышение надежности доставки сообщения путем многомерной гибридной коммутации и адаптивной маршрутизации.
На фиг.1 и 2 показаны схемы топологий сетей примеров технической реализации предлагаемого способа.
Сеть с топологией, показанной на фиг.1, состоит из одинаковых узлов 1, 2 и каналов связи k1, k2, k3 с пропускной способностью 100 Мбит/с каждого канала. Для передачи сообщения между узлами 1 и 2 существует три параллельных маршрута: 1-k1-2, 1-k2-2 и 1-k3-2. В известных способах маршрутизации для передачи сообщения был бы выбран один маршрут и скорость передачи сообщения была бы равна V=100 Мбит/с. В предлагаемом способе в фазе установления соединения принимают информацию об адресе назначения сообщения и сообщение записывают в оперативную память. Через определенные промежутки времени происходит анализ существующих физических соединений путем сравнения их характеристик и потенциальных возможностей с характеристиками и потенциальными возможностями удаленных (N-мерных) маршрутизаторов. Результаты сравнительного анализа записываются в многомерные таблицы маршрутизации. Исходя из адреса назначения сообщения, вычисляются пути, через которые оно может быть доставлено. На основе данных о состоянии путей доставки сообщения принимается решение об отправке его по нескольким маршрутам одновременно. Информация, необходимая для принятия решения о направлениях передачи, представляет собой заранее загруженные многомерные таблицы маршрутизации и пропускная способность каналов связи.
n
В приведенном примере (фиг.1) выбранных маршрутов три 1=3 и скорость передачи данных по всем маршрутам одинакова, следовательно, сообщение разбивается на три равных по объему пакета n=1=3 и каждый пакет передается по своему маршруту. При этом по каждому маршруту передачи пакета производят выбор оптимального режима коммутации в соответствии с длиной сообщения L и порогового значения L и осуществляют передачу сообщения в соответствующем режиме либо коммутации каналов, либо коммутации пакетов. Следовательно, пакеты передаются по параллельным маршрутам одновременно и независимо друг от друга с оптимальным выбором режима коммутации для каждого канала связи, что повышает эффективность использования каналов связи и надежность доставки сообщения. При таком способе передачи данных скорость доставки сообщения V в общем случае равна сумме скоростей доставки пакетов по параллельным маршрутам
1
2
3
Скорость доставки каждого пакета равна v=100 Мбит/с, следовательно, скорость передачи сообщения равна V=v+v+v=100 Мбит/с + 100 Мбит/с + 100 Мбит/с = 300 Мбит/с. Каждый параллельный маршрут может состоять из нескольких последовательных маршрутов.
На фиг.2 показана более сложная схема осуществления предлагаемого способа с учетом последовательных маршрутов разной пропускной способности.
n
1
Имеется сеть с топологией, показанной на фиг.2, состоящей из одинаковых узлов 3, 4, 5, 6, 7 и каналов связи k11, k12, k20, k31, k32, k33 с различной пропускной способностью. Для передачи сообщения между узлами 3 и 7 существует три параллельных маршрута: 3-k11-2-k12-7, 3-k20-7 и 3-k31-3-k32-4-k33-7. В известных способах маршрутизации для передачи сообщения был бы выбран один маршрут, очевидно, что это маршрут - 3-k20-7, так как он содержит меньше узлов коммутации и его пропускная способность наивысшая. Скорость передачи сообщения была бы равна V=70 Мбит/с. В предлагаемом способе сообщение разбивается на три пакета n=3, так как выбранных маршрутов три 1=3. Каждый пакет передается по своему маршруту, причем объем каждого пакета w пропорционален скорости доставки пакета выбранного параллельного маршрута v
Сумма всех объемов пакетов равна объему сообщения
где n=1.
Скорость передачи сообщения по последовательным маршрутам (каналам связи) равна минимальной скорости передачи пакета
1
2
3
Первый маршрут состоит из двух последовательных каналов передачи данных, следовательно, скорость доставки пакета первого маршрута равна минимальной скорости доставки пакета (4) из каналов связи этого маршрута. Так как 50<60=>v1=50 Мбит/с. Соответственно v2=70 Мбит/с, v3=40 Мбит/с. Таким образом, скорость передачи сообщения равна V=v+v+v=50 Мбит/с + 70 Мбит/с + 40 Мбит/с = 160 Мбит/с.
В приведенных примерах с параллельными и последовательными каналами связи одинаковой и различной пропускной способностью, используя предлагаемый способ, скорость передачи сообщения была увеличена, что отображено в таблице 1.
Предлагаемый способ можно использовать в корпоративных, промышленных, военных и иных сетях передачи данных, имеющих параллельные или дублирующие каналы связи. Для увеличения пропускной способности существующих каналов связи можно прокладывать дополнительные проводные каналы связи, используя предлагаемый способ. Так, в случае корпоративной сети с незначительным территориальным рассредоточением для увеличения скоростей передачи данных гораздо дешевле обойдется прокладка дополнительных каналов связи с использованием кабеля типа «витая пара», нежели прокладка оптоволоконного кабеля. Сравнительные характеристики передающих сред приведены в таблице 2.
Промышленная осуществимость предлагаемого изобретения обосновывается тем, что в нем используются операции и приемы коммутации многомерных сетей, известные в аналоге и прототипе, по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе разработана модель многомерной гибридной коммутации и адаптивной маршрутизации в 2009 году.
Положительный эффект от использования изобретения состоит в том, что повышается не менее чем 20…30% скорость передачи данных по сравнению с известным способом (прототипом) маршрутизации за счет сравнительного анализа существующих физических соединений с другими удаленными (N-мерными) маршрутизаторами, через которые может быть доставлено сообщение, и последующей передачей сообщения в виде пакетов по нескольким параллельным маршрутам одновременно, с указанием адресов промежуточных маршрутизаторов.
Источники информации
1. Патент ЕР №0403911, H04L 12/64, 1991 г.(аналог).
2. Патент RU №2305374, H04L 12/64, 2005 г. (прототип).
3. Орехов С.Е., Ваганов И.Н. Концептуальная модель пакетной сети радиосвязи метрового диапазона с многомерными маршрутами передачи сообщений/ Известия института инженерной физики. - Серпухов: ИИФ, 2009. - №1(11). - С.57-61.
Таблица 1
№ примера
Скорости передачи сообщения, Мбит/с
Известный способ маршрутизации
Предлагаемый способ маршрутизации
1
100
300
2
70
160
Таблица 2
Показатели
Среда передачи данных
Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом
Кабель «Витая пара» V категории
Оптоволоконный кабель
Сравнительная цена погонного метра, руб.
8…9
5
≈2500
Сравнительная оценка стоимости монтажного оборудования
дешевое
дешевое
очень дорогое
Скорость передачи, Мбит/с
10
100
до 10000
Расстояние передачи одного участка, км
1,5
1,5
50