Способ многомерной гибридной коммутации и адаптивной маршрутизации пакетов сообщений
Владельцы патента RU 2416170:
Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики" (RU)
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. Техническим результатом является увеличение скорости передачи данных и повышение надежности доставки сообщения. Указанный технический результат достигается тем, что устанавливают соединения с приемом информации об адресе вызываемого сообщения, которое записывают в оперативную память, измеряют длину сообщения L и сравнивают ее с пороговым значением Ln. Если L>Ln, то устанавливают физическое соединение и передачу осуществляют в режиме коммутации каналов, а при L<Ln - 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. В фазе установления соединения анализируют скорость передачи данных, максимальное число использованных каналов связи и надежность доставки сообщения в существующих физических соединениях путем сравнения их с другими удаленными маршрутизаторами. С учетом результатов сравнения определяют несколько параллельных маршрутов, включающих указания адресов промежуточных маршрутизаторов, сообщение разбивают на пакеты, объемы которых пропорциональны скоростям передачи выбранных маршрутов. Сообщения передают одновременно по нескольким ранее определенным параллельным маршрутам. 2 ил., 2 табл.
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.
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 Ln, если длина сообщения превышает пороговое значение L>Ln, то устанавливают физическое соединение и передачу осуществляют в режиме коммутации каналов, а при длине сообщения L≤Ln - 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.
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 Ln, если длина сообщения превышает пороговое значение L>Ln, то устанавливают физическое соединение и передачу осуществляют в режиме коммутации каналов, а при длине сообщения L≤Ln - 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 Ln, 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.
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 Ln 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
Скорость доставки каждого пакета равна v=100 Мбит/с, следовательно, скорость передачи сообщения равна V=v1+v2+v3=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.
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 wn пропорционален скорости доставки пакета выбранного параллельного маршрута v1
Сумма всех объемов пакетов равна объему сообщения
где n=1.
Скорость передачи сообщения по последовательным маршрутам (каналам связи) равна минимальной скорости передачи пакета
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=v1+v2+v3=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 |
Способ многомерной 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 Ln, причем, если длина сообщения превышает пороговое значение L>Ln, то устанавливают физическое соединение и передачу осуществляют в режиме коммутации каналов, а при длине сообщения L<Ln 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, отличающийся тем, 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 с учетом результатов сравнительного анализа определяют несколько параллельных маршрутов, включающих указания адресов промежуточных маршрутизаторов, при этом сообщение разбивают на пакеты, объемы которых пропорциональны скоростям передачи выбранных маршрутов, которые передают одновременно по нескольким ранее определенным параллельным маршрутам, причем по каждому направлению передачи производят выбор режима коммутации в соответствии с длиной сообщения L и пороговым значением Ln.
