СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ
METHOD OF DATA TRANSMISSION IN MULTISERVICE COMMUNICATION NETWORKS

Область техники
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для обеспечения качества обслуживания в мультисервисной сети связи.
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) - совокупный показатель эксплуатационных характеристик услуги (сервиса), определяющий степень удовлетворенности пользователя услугой [рекомендация МСЭ-Т Е.800, С. 3], [Степанов С.Н. Основы телетрафика мультисервисных сетей. - М: Эко-Трендз, 2010, - 392 с., С. 40-43].
Предоставление современных телекоммуникационных услуг в корпоративной среде осуществляется с помощью мультисервисных сетей связи.
Мультисервисная сеть - сеть, построенная в соответствии с концепцией NGN (next/new generation networks) для обслуживания трафика различных коммуникационных приложений (речь, видео, данные) [Степанов С.Н. Основы телетрафика мультисервисных сетей. - М: Эко-Трендз, 2010, - 392 с., С. 8-12].
NGN - мультисервисные сети связи, ядром которых являются опорные IP-сети, поддерживающие полную или частичную интеграцию услуг передачи речи, данных и мультимедиа [Технология NGN. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Мультисервисная_сеть_ связи]
Оценку обеспечения QoS целесообразно производить, вычисляя вероятность обеспечения QoS:
где: PIA - процент работоспособности (доступности) IP-сервиса.
AV
Процент работоспособности IP-сервиса (Percent IP-service Availability, PIA) - процент от общего запланированного времени IP-обслуживания (процент интервалов T), которое(ые) классифицируют как работоспособное(ые) с использованием функции работоспособности IP-сервиса [рекомендация МСЭ-Т Y.1540, С. 27]:
AV
AV
где: N - количество интервалов времени, когда IP-сервис работоспособен; - общее количество интервалов времени, в которые проводились измерения работоспособности IP-сервиса; T - минимальная продолжительность интервала времени, в течении которого должна оцениваться функция работоспособности IP-сервиса; Т - общее время измерения [рекомендация МСЭ-Т Y.1540, С.5].
Для различных услуг электросвязи между двумя точками подключения оборудования пользователей определены классы QoS, описывающие граничные значения показателей QoS [рекомендация МСЭ-Т Y.1541, С.9].
Состояние работоспособности сети (состояние доступности сети, состояние распространения сигнала в сети, состояние распространения в сети, состояние сети) между парой пользователей сети (интерфейсами сеть-сеть) может быть определено как соответствие показателей QoS, измеренных между указанными пользователями (интерфейсами сети), граничным значениям для заданного класса QoS [рекомендация МСЭ-Т Y.1540, С. 46-49].
Уровень техники
Известно изобретение «Способ и система продвижения транспортных потоков с гарантированным качеством сервиса (QoS) в сети, работающей с протоколом IP» по патенту RU №2271614, H04L 12/28, опубликовано 10.03.2006, заключающееся в том, что в сетях доставки функцию выбора маршрута для пакетов услуг, требующих гарантированного качества сервиса QoS, выполняют менеджеры ресурсов сети доставки на уровне управления каналом передачи. После завершения выбора маршрута в соответствии с условиями занятости сетевых ресурсов менеджеры ресурсов сети доставки контролируют пограничные маршрутизаторы таким образом, чтобы транспортные потоки могли проходить согласно пути, назначенному менеджером ресурсов в сети доставки с помощью технологии многоуровневого стека меток.
Известно изобретение «Способ управления механизмами обеспечения качества обслуживания в мультисервисной сети связи» по патенту RU №2622632, H04L 12/851, опубликовано 16.06.2017, заключающееся в том, что в мультисервисных сетях с помощью процедур фильтрации и оценки распределения единиц трафика определяют профили трафика. Затем сравнивая по критерию Пирсона рассчитанные профили трафика с эталонными профилями трафика определяют тип принимаемого трафика, выбирают выходной интерфейс и в зависимости от типа принимаемого трафика выбирают другой или оставляют прежним механизм обслуживания очередей, далее передают информацию о типе принимаемого трафика на соседний маршрутизатор.
Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям к заявляемому способу является «Способ передачи данных в системе связи» - патент RU №2458468, H04J 3/06, H04L 12/56, опубликовано 10.08.2012. Сущность известного изобретения заключается в определении задержки передачи элемента данных, расчете первого и второго компонентов задержки передачи, определении состояния распространения в сети, расчета вероятностей первого и второго состояний распространения в сети, вероятностей перехода между состояниями. Затем на основе полученного результата определяют задержку в приемном устройстве, которая должна быть применена между приемом в терминале и выводом из терминала элементов данных.
Технической проблемой является низкая вероятность обеспечения качества обслуживания пользователей, из-за того, что существующие средства маршрутизации не выполняют действия по распределению полосы пропускания, выделенной для обслуживания пользователей (терминалов), и перераспределению потоков передачи данных, учитывающие прогнозируемые состояния работоспособности (доступности) сети в следующий момент времени между парами пользователей сети (парами интерфейсов сеть-сеть терминалов).
Техническим результатом является повышение вероятности обеспечения качества обслуживания за счет учета прогнозируемых состояний работоспособности (доступности) сети в следующий момент времени между парами пользователей сети (парами интерфейсов сеть-сеть терминалов).
Техническая проблема решается за счет распределения полосы пропускания, выделенной для обслуживания пользователей, и перераспределения потоков передачи данных на маршрутизаторах, основанных на определении с помощью скрытой Марковской модели прогнозируемых в следующий момент времени состояний работоспособности (доступности) сети между парами пользователей сети (парами интерфейсов сеть-сеть терминалов).
Сущность изобретения
Техническая проблема решается тем, что в способе передачи данных в мультисервисных сетях связи принимают сигнал в терминале [Технология Ethernet. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Ethernet].
Определяют задержку передачи данных; оценивают первый компонент задержки передачи, который представляет собой компонент задержки расфазировки синхросигналов [Балакришнан А. Теория фильтрации Калмана: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 168 с., С. 71-156], [рекомендация МСЭ-Т Y.1540,C. 17-25].
Определяют второй компонент задержки передачи, который представляет собой компонент задержки на распространение в сети, посредством удаления первого компонента задержки передачи из задержки передачи.
Второй компонент задержки используют для того, чтобы определить состояние работоспособности сети, при этом определяют вероятности перехода между первым состоянием работоспособности сети и вторым состоянием работоспособности сети, которые задают в виде матрицы, и определяют вероятности первого состояния работоспособности сети или второго состояния работоспособности сети из скрытой Марковской модели, состояния которой соответствуют состояниям работоспособности сети [Рабинер Л.Р. Скрытые Марковские модели и их применение в избранных приложениях при распознавании речи: Обзор // ТИИЭР. - 1989. - т.77. - №. 2. - С. 86-120.].
Определяют, является ли состояние работоспособности сети первым состоянием работоспособности сети или вторым состоянием работоспособности сети [Рабинер Л.Р. Скрытые Марковские модели и их применение в избранных приложениях при распознавании речи: Обзор // ТИИЭР. - 1989. - т.77. - №. 2. - С. 86-120.].
Согласно изобретению дополнительно предварительно устанавливают уникальные приоритеты для каждого терминала [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 51-88].
Предварительно выделяют основной и при необходимости резервный ресурсы полос пропускания для обслуживания терминалов [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130].
Предварительно распределяют основной ресурс полосы пропускания между терминалами таким образом, что для обслуживания потоков передачи данных каждого терминала выделяется часть ресурса [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130].
Предварительно устанавливают, что первое состояние работоспособности сети соответствует состоянию работоспособности, при котором обеспечивается качество обслуживания для терминалов, а второе состояние работоспособности сети соответствует состоянию работоспособности при котором не обеспечивается качество обслуживания для терминалов.
Предварительно устанавливают пороговое значение вероятности второго состояния работоспособности сети.
После определения вероятностей перехода между состояниями работоспособности сети рассчитывают вероятности появления наблюдений для состояний работоспособности сети, которые задают в виде матрицы [Рабинер Л.Р. Скрытые Марковские модели и их применение в избранных приложениях при распознавании речи: Обзор // ТИИЭР. - 1989. - т. 77. - №. 2. - С. 86-120.].
После определения состояния работоспособности сети определяют вероятности состояний работоспособности сети в следующий момент времени [Романовский В.И. Дискретные цепи Маркова. - М: «Полиграфкнига», 1949, - 436 с., С. 9-45.].
После определения вероятностей состояний работоспособности сети в следующий момент времени передают информацию о приоритете и вероятности второго состояния работоспособности сети в следующий момент времени от терминала управляющему устройству [Технология Ethernet. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet].
После приема управляющим устройством информации о приоритетах и вероятностях вторых состояний работоспособности сети в следующий момент от всех обслуживаемых терминалов в случае если вероятность второго состояния работоспособности сети в следующий момент времени хотя бы одного из терминалов превышает пороговое значение выполняют перераспределение основного ресурса полосы пропускания, выделенного для обслуживания терминалов, между терминалами [Справочник по теории автоматического управления/Под ред. А.А. Красовского. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат.лит., 1987. - 712 с., С. 362-443].
После перераспределения основного ресурса полосы пропускания между терминалами в случае если ресурса полосы пропускания достаточно для обслуживания всех терминалов, то вырабатывают команды управления маршрутизаторам для перераспределения потоков передачи данных, иначе в случае если имеется резервный ресурс полосы пропускания, то вырабатывают команды управления маршрутизаторам для задействования резервного ресурса полосы пропускания для обслуживания терминалов с низким приоритетом, иначе вырабатывают команды управления маршрутизаторам для прекращения обслуживания терминалов с низким приоритетом [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130], [Хьюкаби Д., Мак-Квери С., Уитакер Э. Маршрутизаторы Cisco. Руководство по конфигурированию, 2-е изд.: Пер. с англ. - М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2011. - 736 с., С. 377-430].
После выработки команд управления передают команды управления на маршрутизаторы [рекомендация RFC 2210], [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130], [Технология Ethernet. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet].
После приема маршрутизаторами команд управления для перераспределения потоков передачи данных перераспределяют потоки передачи данных в пределах основного ресурса полосы пропускания [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130], [Хьюкаби Д., Мак-Квери С., Уитакер Э. Маршрутизаторы Cisco. Руководство по конфигурированию, 2-е изд.: Пер. с англ. - М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2011. - 736 с., С. 377-430].
После приема маршрутизаторами команд управления для задействования резервного ресурса полосы пропускания потоки передачи данных от терминалов с низким приоритетом обслуживают с помощью резервного ресурса полосы пропускания [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130], [Хьюкаби Д., Мак-Квери С., Уитакер Э. Маршрутизаторы Cisco. Руководство по конфигурированию, 2-е изд.: Пер. с англ. - М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2011. - 736 с., С. 377-430].
После приема маршрутизаторами команд управления для прекращения обслуживания терминалов с низким приоритетом прекращают обслуживание потоков передачи данных от терминалов с низким приоритетом [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130], [Хьюкаби Д., Мак-Квери С., Уитакер Э. Маршрутизаторы Cisco. Руководство по конфигурированию, 2-е изд.: Пер. с англ. - М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2011. - 736 с., С. 377-430].
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного способа, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретения условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следует явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данный способ с достижением указанного в изобретении результата.
Краткое описание чертежей
Заявляемый способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - блок-схема реализации способа передачи данных в мультисервисных сетях связи;
фиг. 2 - структурная схема мультисервисной сети связи;
фиг. 3 - блок-схема предпочтительного варианта осуществления изобретения;
фиг. 4 - структурная схема испытательного стенда;
фиг. 5 - график изменения вероятностей ожидания вторых состояний основного канала связи (ресурса полосы пропускания) на 1 этапе и основного и резервного каналов связи на 2 этапе для Терминала 41 (фиг. 4);
фиг. 6 - график изменения IPLR (процента потерянных данных) основного канала связи на 1 этапе и основного и резервного каналов связи на 2 этапе для Терминала 41 (фиг. 4).
Осуществление изобретения
Способ передачи данных в мультисервисных сетях связи может быть реализован следующим образом.
Предварительно устанавливаются уникальные приоритеты Iterm для каждого терминала (блок 1, фиг. 1), а именно в блок хранения информации (блок 35, фиг. 3) терминала мультисервисной сети связи (блок 30, фиг. 3) помещается информация о приоритете (Iterm), выделенная блоком приема (блок 31, фиг. 3) из принимаемой последовательности данных [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 51-88], [Технология Ethernet. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet].
Предварительно выделяется основной G и при необходимости резервный G1 ресурсы полос пропускания для обслуживания терминалов (блок 2, фиг. 1). Для этого маршрутизаторам (блок 391, блок 392, фиг. 3) передаются соответствующие команды управления, а блоку управления (блок 372, фиг. 3) управляющего устройства (блок 37, фиг. 3) сообщается информация о размерах G и G1, которая выделяется блоком приема (блок 371, фиг. 3) из принимаемой последовательности данных [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130], [Технология Ethernet. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet].
Предварительно распределяют основной ресурс полосы пропускания G между Н терминалами таким образом, что для обслуживания потоков передачи данных каждого терминала выделяется часть ресурса gh,  (блок 3, фиг. 1). Это действие выполняется блоком управления (блок 372, фиг. 3) управляющего устройства (блок 37, фиг. 3) в рамках решения оптимизационной задачи, которая будет описана ниже [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130], [Справочник по теории автоматического управления/Под ред. А.А. Красовского. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат.лит., 1987. - 712 с., С. 362-443].
Предварительно устанавливают, что первое состояние работоспособности сети соответствует состоянию работоспособности, при котором обеспечивается качество обслуживания для терминалов, а второе состояние работоспособности сети соответствует состоянию работоспособности при котором не обеспечивается качество обслуживания для терминалов (блок 4, фиг. 1). Это действие выполняется при начальном конфигурировании программного обеспечения, выполняющего функции управляющего устройства (блок 37, фиг. 3).
Предварительно устанавливают Ps порог - пороговое значение вероятности второго состояния работоспособности сети (блок 5, фиг. 1). Это действие выполняется при начальном конфигурировании программного обеспечения, выполняющего функции управляющего устройства (блок 37, фиг. 3).
Блоком приема (блок 31, фиг. 3) терминала мультисервисной сети связи (блок 30, фиг. 3) принимается сигнал (блок 6, фиг. 1). Таким образом, последовательность электромагнитных импульсов, приходящих из канала связи преобразуется в последовательность данных  [Технология Ethernet. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ra.wikipedia.org/wiki/Ethernet].
Далее, с помощью блока расчета задержки (блок 32, фиг. 3) терминала мультисервисной сети связи (блок 30, фиг. 3) определяются r(t) - задержки передачи данных на распространение в сети (блок 9, фиг. 1). Для этого, блоком оценивания задержки передачи (блок 321, фиг. 3) определяются d(t) - задержки передачи данных (блок 7, фиг. 1) и оценивается d'(t) - первый компонент задержки передачи, который является задержкой расфазировки синхросигналов (блок 8, фиг. 1), затем блоком определения задержки распространения (блок 322, фиг. 3) рассчитывается второй компонент задержки передачи, являющийся задержкой на распространение в сети (блок 9, фиг. 1), посредством удаления первого компонента задержки передачи из задержки передачи. Действия, выполняемые блоком расчета задержки (блок 32, фиг. 3) могут быть заимствованы из способа-прототипа [Балакришнан А. Теория фильтрации Калмана: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 168 с., С. 71-156] или же реализованы другим способом, например, согласно [рекомендация МСЭ-Т Y.1540, С. 17-25]. Таким образом, формируется временной ряд значений задержек передачи данных на распространение в сети r(t).
В дальнейшем, блоком определения состояния работоспособности (блок 33, фиг. 3) терминала мультисервисной сети связи (блок 30, фиг. 3) на основе временного ряда r(t) определяются s(t) - состояния работоспособности сети (блок 10, фиг. 1). Для этого, блоком расчета параметров скрытой Марковской модели (блок 331, фиг. 3) на основе временного ряда r(t) рассчитываются λ - параметры скрытой Марковской модели, скрытые состояния которой соответствуют s(t) - состояниям работоспособности сети. Параметры скрытой Марковской модели λ являются совокупностью Р(t) - вероятностей переходов между первым состоянием работоспособности сети и вторым состоянием работоспособности сети (блок 10, фиг. 1) и Pr(t) - вероятностей появления наблюдений для состояний работоспособности сети (блок 11, фиг. 1). В соответствии с терминологией теории скрытых Марковских моделей наблюдениями является временной ряд r(t), поэтому передача данных в мультисервисной сети связи может быть представлена как совокупность двух процессов: скрытый - процесс изменения состояний работоспособности сети s(t) и наблюдаемый - процесс изменения задержек передачи данных на распространение в сети r(t). Параметры λ рассчитываются в рамках решения классической задачи скрытых Марковских моделей - поиска таких параметров, при которых вероятность появления последовательности наблюдений (временного ряда) r(t) будет максимальной [Рабинер Л.Р. Скрытые Марковские модели и их применение в избранных приложениях при распознавании речи: Обзор // ТИИЭР. - 1989. - т. 77. - №. 2. - С. 86-120.]. Для этого могут быть использованы функции языка программирования MatLab (Statistics and Machine Learning Toolbox) hmmestimate, hmmtrain, hmmviterbi и др. или языка программирования R (пакет НММ) baumWelch, НММ, posterior, viterbi и др.
На основании параметров λ, блоком расчета вероятностей (блок 332, фиг. 3) вычисляются Ps(t) - вероятности первого и второго состояний работоспособности сети (блок 10, фиг. 1) и определяется s(t) - последовательность наиболее вероятных состояний работоспособности сети в текущий и предыдущие моменты времени (блок 12, фиг. 1). Подобные расчеты могут быть выполнены в рамках решения другой классической задачи скрытых Марковских моделей - поиск такой последовательности s(t), которая наилучшим образом соответствует имеющейся последовательности r(t) и вычисленным параметрам λ. Для этого, например, может быть использован алгоритм Витерби [Рабинер Л.Р. Скрытые Марковские модели и их применение в избранных приложениях при распознавании речи: Обзор // ТИИЭР. - 1989. - т.77. - №. 2. - С. 86-120.], [Форни-мл. Дж. Д. Алгоритм Витерби // ТИИЭР. - 1973. - т.61. - №3. - С. 12-25].
После этого, блоком экстраполяции (блок 34, фиг. 3) терминала мультисервисной сети связи (блок 30, фиг. 3) рассчитываются Ps(t+1) - вероятности ожидания состояний работоспособности сети в следующий момент времени (блок 13, фиг. 1), используя вычисленные ранее параметры модели λ, вероятности состояний работоспособности в сети Ps(t) и последовательность наиболее вероятных состояний s(t). Экстраполяция следующего состояния может быть выполнена на основе P(t) - матрицы вероятностей переходов между состояниями [Романовский В.И. Дискретные цепи Маркова. - М: «Полиграфкнига», 1949, - 436 с., С. 9-45.]. Вычисленные вероятности Ps(t+1) помещаются в блок хранения информации (блок 35, фиг. 3).
Далее, блоком передачи (блок 36, фиг. 3) терминала мультисервисной сети связи (блок 30, фиг. 3) информация о приоритете Iterm и вероятности второго состояния работоспособности сети в следующий момент времени Ps2(t+1) преобразуется в последовательность электромагнитных импульсов и передается (блок 14, фиг. 1) управляющему устройству (блок 37, фиг. 3) [Технология Ethernet. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet].
В дальнейшем, блоком приема (блок 371, фиг. 3) управляющего устройства (блок 37, фиг. 3) принятые последовательности электромагнитных импульсов преобразуются в информацию о приоритетах и вероятностях вторых состояний работоспособности сети в следующий момент времени для каждого терминала (пользователя), которая передается блоку управления (блок 372, фиг. 3) в виде векторов MI и М2 соответственно [Технология Ethernet. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet]. На основании этих данных блоком управления (блок 372, фиг. 3) осуществляется перераспределение основного ресурса полосы пропускания G, выделенного для обслуживания Н терминалов, между Н терминалами (блок 16, фиг. 1) в случае если вероятность второго состояния работоспособности сети в следующий момент времени хотя бы одного из терминалов превышает пороговое значение Ps порог (блок 15, фиг. 1). Распределение полосы пропускания, выделенной для обслуживания пользователей, может выполнятся с помощью решения оптимизационной задачи, например, с помощью алгоритмов динамического программирования (алгоритм Беллмана и т.п.) [Справочник по теории автоматического управления/Под ред. А.А. Красовского. - М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат.лит., 1987. - 712 с., С.362-443]:
h
h
h
h
h
h
h
h
h
где Н - количество пользователей (терминалов мультисервисной сети связи);  - определенное для терминала h значение части полосы пропускания (скорости передачи данных, скорости), выделенной для обслуживания пользователей, которое минимизирует риск ρ(Pθ,g,MI); ρ(Pθ,g,MI) - значение среднего ущерба (риск) от выделения h-му терминалу с приоритетом MI скорости g; G - значение полосы пропускания, выделенной для обслуживания пользователей, которое подлежит распределению; G - множество допустимых скоростей g; Pθ=(p(θ)} - распределение вероятностей того, что терминал h имеет класс QoS θ [рекомендация МСЭ-Т Y. 1540, С. 46-49].
Затем блоком управления (блок 372, фиг. 3) управляющего устройства (блок 37, фиг. 3) производится оценка достаточности основного ресурса полосы пропускания для обслуживания всех терминалов (блок 17, фиг. 1), которая заключается в проверке условия . В случае, если ресурса G достаточно для обслуживания всех терминалов, то блоком управления (блок 372, фиг. 3) вырабатываются команды управления u(t) маршрутизаторам для перераспределения потоков передачи данных (блок 171, фиг. 1). Иначе, в случае если имеется резервный ресурс полосы пропускания G1 (блок 18, фиг. 1), то блоком управления (блок 372, фиг. 3) вырабатываются команды управления u(t) маршрутизаторам для задействования резервного ресурса полосы пропускания для обслуживания терминалов с низким приоритетом (блок 181, фиг. 1). В случае отсутствия ресурса G1 блоком управления (блок 372, фиг. 3) вырабатываются команды управления u(t) маршрутизаторам для прекращения обслуживания терминалов с низким приоритетом (блок 191, фиг. 1) [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130], [Хьюкаби Д., Мак-Квери С., Уитакер Э. Маршрутизаторы Cisco. Руководство по конфигурированию, 2-е изд.: Пер. с англ. - М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2011. - 736 с., С. 377-430].
После этого, блоком передачи (блок 373, фиг. 3) управляющего устройства (блок 37, фиг. 3) команды управления u(t) преобразовываются в последовательность электромагнитных импульсов и передаются маршрутизаторам (блок 172, блок 182, блок 192, фиг. 1) [Технология Ethernet. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Ethernet].
Далее Маршрутизаторы (блок 391, блок 392, фиг. 3) принимают последовательности электромагнитных импульсов и преобразуют их в последовательности команд управления u(t), на основе которых маршрутизаторы: перераспределяют потоки передачи данных в пределах основного ресурса полосы пропускания (блок 173, фиг. 1), если принимают команды управления для перераспределения потоков передачи данных; обслуживают потоки передачи данных от терминалов с низким приоритетом с помощью резервного ресурса полосы пропускания (блок 183, фиг. 1), если принимают команды управления для задействования резервного ресурса полосы пропускания или прекращают обслуживание потоков передачи данных от терминалов с низким приоритетом (блок 193, фиг. 1), если принимают команды управления для прекращения обслуживания терминалов с низким приоритетом [Шринивас В. Качество обслуживания в сетях IP.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 368 с., С. 89-130], [Хьюкаби Д., Мак-Квери С., Уитакер Э. Маршрутизаторы Cisco. Руководство по конфигурированию, 2-е изд.: Пер. с англ. - М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2011. - 736 с., С.377-430]. В случае использования моделей обеспечения заданного QoS intserv [рекомендации RFC 2211, 2212] или diffserv [рекомендации RFC 2474, 2475] передача команд управления u[t) может быть реализована с помощью протокола резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol, RSVP) [рекомендация RFC 2210].
Так, например, с помощью фигуры 2 продемонстрирован фрагмент мультисервисной сети связи, построенной с использованием ресурсов полос пропускания (каналов связи), арендованных у поставщиков услуг связи, с применением резерва. В этом примере по фрагменту мультисервисной сети связи одновременно передаются данные сеанса видеосвязи (между Терминалом 21 и Терминалом 22) и данные Web (между Терминалом 23 и Сервером услуги 22). Эксплуатация показанной мультисервисной сети связи предполагает аренду ресурсов полос пропускания (каналов связи) у двух поставщиков услуг связи. При передаче данных между Маршрутизатором 21 и Маршрутизатором 22 используют два ресурса полос пропускания (канала связи): основной - через Сеть поставщика услуг связи 21 и резервный - через Сеть поставщика услуг связи №22. Предполагается, что управляющее устройство (блок 37, фиг. 3) реализовано в виде программы, исполняемой на Терминале 22 (фиг. 2). Терминал 22 (фиг. 2) обладает более высоким приоритетом по отношению к Терминалу 23.
В случае если блоком экстраполяции (блок 34, фиг. 3) Терминала 22 (фиг. 2) рассчитанная для следующего момента времени вероятность второго состояния работоспособности сети превышает пороговое значение, то блоком управления (блок 372, фиг. 3) управляющего устройства (блок 37, фиг. 3) выполняется перераспределение основного ресурса полосы пропускания, выделенной между Маршрутизатором 21 (фиг. 2) и Маршрутизатором 22 (фиг. 2) для обслуживания пользователей (терминалов). Далее блок управления (блок 372, фиг. 3) вырабатывает команды управления маршрутизаторам для задействования резервного ресурса полосы пропускания для обслуживания потоков передачи данных между Терминалом 23 и Сервером услуги 22 (в рассматриваемом примере предполагается, что после перераспределения основного ресурса полосы пропускания его стало недостаточно для обслуживания всех терминалов). После этого Маршрутизатор 21 и Маршрутизатор 22 (фиг. 2) получают команды управления, в соответствии с которыми дальнейшее обслуживание потоков передачи данных между Терминалом 23 и Сервером услуги 22 выполняется с помощью резервного ресурса полосы пропускания.
Для оценивания эффективности технического результата предлагаемого способа разработан испытательный стенд (фиг. 4), состоящий из двух маршрутизаторов - Cisco 2811 (Маршрутизатор 41 и Маршрутизатор 42), двух имитаторов канала связи (ресурса полосы пропускания) - ЭВМ с операционной системой MS Windows 7 и установленным программным обеспечением Network Traffic Emulator (Имитатор канала 41, Имитатор канала 42), трех терминалов - ЭВМ с операционной системой MS Windows 7, установленным программным обеспечением TrueConf, Web-браузером и программным обеспечением, реализующим заявляемый способ, (Терминал 41, Терминал 42, Терминал 43), одного Web-сервера (Сервер услуги 41). Кроме того, Терминал 41 выполняет роль управляющего устройства (блок 37, фиг. 3).
Эксперимент проводился в два этапа. На каждом из этапов Имитатор канала 41 и Имитатор канала 42 (фиг. 4) имитировали каналы связи (ресурсы полос пропускания) в сетях передачи данных поставщиков услуг связи с изменяющейся нагрузкой по одинаковому сценарию. Характеристики основного канала связи были выбрана таким образом, чтобы к определенному моменту времени не обеспечивать совместную передачу данных с высоким приоритетом (видеосвязь между Терминалом 41 и Терминалом 42) и низким приоритетом (передача данных между Сервером услуги 41 и Терминалом 43) с обеспечением QoS.
1 этап - расчет на Терминале 41 (фиг. 4) и Терминале 42 (фиг. 4) вероятностей состояний работоспособности сети в следующий момент времени Ps(t+1) в условиях использования основного ресурса полосы
пропускания, организованного с помощью Имитатора канала 41 (фиг. 4).
2 этап - расчет на Терминале 41 (фиг. 4) и Терминале 42 (фиг. 4) вероятностей состояний работоспособности сети в следующий момент времени Ps(t+1) с задействованием программного обеспечения,
реализующего заявляемый способ. На этом этапе в случае, если вероятность второго состояния работоспособности сети в следующий момент времени превысит пороговое значения, то для обслуживания передачи данных между Сервером услуги 41 и Терминалом 43 будет задействован резервный канал связи (ресурс полосы пропускания).
Расчет вероятностей ожидания первого и второго состояния работоспособности сети в следующий момент времени Ps(t+1) производился с помощью программного обеспечения, реализующего заявляемый способ. Для этого по основному и резервному каналам связи передавался тестовый поток данных, не оказывающий существенного влияния на загруженность. Маршруты передачи данных на маршрутизаторе использовались статические.
В качестве выбранной политики обеспечения качества обслуживания было принято пороговое значение вероятности ожидания второго состояния работоспособности сети в следующий момент времени Ps порог=0,15 (значение при котором блоком управления (блок 372, фиг. 3) управляющего устройства (блок 37, фиг. 3) принимается решение о перераспределение основного ресурса полосы пропускания).
AV
1
Для вычисления PIA был выбран минимальный тест состояния работоспособности (доступности) IP-сервиса [рекомендация МСЭ-Т Y.1540, С. 46]. Для этого выбрано: T=3 мин [рекомендация МСЭ-Т Y.1540, С. 25], пороговое значение для IPLR (процента потерянных данных) с=0,1 [рекомендация МСЭ-Т Y. 1541, С. 9]. Тестирование проводилось в течении 60 мин.
Полученные в ходе эксперимента значения вероятностей ожидания первого и второго состояний основного и резервного каналов связи для Терминала 41 (фиг. 4) и Терминала 42 (фиг. 4) на каждом из этапов записаны в таблицах 1-4. Значения вероятностей ожидания второго состояния для основного канала связи на 1 этапе и основного и резервного каналов связи на 2 этапе для Терминала 41 показаны в виде графиков на Фиг. 5.
В момент времени, соответствующий 30-й минуте с момента начала эксперимента на Терминале 41 (фиг. 4) программное обеспечение, реализующее заявляемый способ, рассчитало, что вероятность ожидания второго состояния работоспособности сети в следующий момент времени превышает Ps порог.
В след за этим блок управления (блок 372, фиг. 3), реализованный в виде программного обеспечения на Терминале 41, сформировал команды управления маршрутизаторам для изменения маршрута передачи потока данных с низким приоритетом (между Сервером услуги 41 и Терминалом 43) с основного канала связи на резервный.
Полученные в ходе минимального теста состояния работоспособности (доступности) IP-сервиса значения IPLR основного и резервного каналов связи для Терминала 41 (фиг. 4) и Терминала 42 (фиг. 4) на каждом из этапов записаны в таблицах 5 и 6. Значения IPLR для основного канала связи на 1 этапе и основного и резервного каналов связи на 2 этапе для Терминала 41 (фиг. 4) показаны в виде графиков на Фиг. 6.
1
Полученные в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т Y.1540 и пороговым значением с=0,1 сведения о доступности (работоспособности) каналов записаны в таблицах 7 и 8.
Таким образом, вероятность обеспечения QoS для Терминала 41 (фиг. 4) на первом этапе эксперимента:
тогда как на втором этапе:
Результаты проведенного эксперимента показали, что для испытательного стенда (фиг. 4), имитирующего фрагмент мультисервисной сети связи, при использовании заявляемого способа вероятность обеспечения QoS для Терминала 41 (фиг. 4), участвующего в передаче данных с более высоким приоритетом (видеосвязь между Терминалом 41 и Терминалом 42), по отношению к передаче данных между Сервером услуги 41 и Терминалом 43 в среднем была выше на 26,7%, чем без его использования:
Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков повышается вероятность обеспечения качества обслуживания в мультисервисной сети связи. Предлагаемый способ может быть использован в подсистемах и звеньях управления технологическими процессами в мультисервисных сетях связи.