Алгоритм маршрутизації пакетів мережою зв'язку при конвеєрно-модульному методі транспортування даних

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алгоритм маршрутизації пакетів мережою зв'язку при конвеєрно-модульному методі транспортування даних

Чайка Андрій Іванович аспірант, Державний університет інтелектуальних технологій і зв'язку

Анотація

На даний момент, у всьому світі спостерігається збільшення кількості пристроїв користувачів підключених до глобальної мережі «Інтернет». В свою чергу, завдяки цьому поступово здійснюється міграція до мережі нового покоління «Інтернету речей». В той же час як клієнти, так і сервери різноманітних об'єктів усіх галузей об'єднані в єдину мережеву інфраструктуру.

Зазначається, що сучасна сфера телекомунікацій сприяє поглибленому впровадженню вже згаданої моделі «Інтернету речей», що, зі свого боку, ускладнює мережу зв'язку в цілому. У системах таких мереж створюються нові типи даних, які підлягають різним мережевим процесам контролю якості передавання та обробки (QoS).

Найрозповсюдженішою моделлю взаємодії систем є модель мережі TCP/IP. Ця модель визначає спосіб передачі від джерела інформації до одержувача. Вона передбачає проходження інформації через чотири рівні, кожен з яких описується спеціальним правилом (протоколом передачі). В той же час вищезгадана модель використовує тільки один протокол для передачі даних, а саме IP. Цей протокол не гарантує надійну доставку пакета адресату.

На відміну від існуючих методів, конвеєрно-модульний метод передавання даних забезпечує, на мережевому рівні, сумісну передачу IP- пакетів і потокових даних у реальному часі за допомогою протоколу віртуального з'єднання VCP та інших потокових даних за допомогою протоколу логічного з'єднання LCP, а також оптимізує розподіл потоків даних у мережах нового покоління. Завдяки цьому: зменшуються обсяг службової інформації та затримок даних у реальному часі, прискорюється передача інших потокових даних, збільшується продуктивність мережі.

Розробка алгоритму маршрутизації пакетів у телекомунікаційній мережі для випадку використання конвеєрно-модульного методу передачі даних поліпшить спроможності мереж звязку надійно передавати великі обсяги пакетних даних та якість обслуговування у цілому.

Ключові слова: конвеєрно-модульний метод передавання даних, маршрутизація пакетів, IP-мережа.

Chaika Andrii Ivanovych Postgraduate student, State University of Intellectual Technologies and Communications

Abstract

Постановка проблеми

Створення ефективного механізму маршрутизації для пакетної передачі IP-мережею при використані конвеєрно- модульного методу передачі даних на основі логічних каналів обумовлено необхідністю: зменшення використання ресурсів мережі за рахунок вже отриманих даних з пристрою маршрутизації, збільшення здатності каналів зв'язку обробляти та передавати великі обсяги інформаційного трафіку, тощо.

Аналіз сучасних досліджень і публікацій. Основні положення телекомунікаційної моделі взаємодії систем з конвеєрно-модульним методом передачі мультимедійних даних в пакетних мережах визначено такими українськими вченими як Тіхонов В.І. , Тіхонова О.В..

У роботі українського вченого [2], визначено головні аспекти технологічних особливостей і вимог QoS при передачі мультимедійних даних методами комутації каналів та методами комутації пакетів.

У наступній роботі [3] вчений пояснює логіку роботи мережі зв'язку при сумісному передаванні інформаційних потоків з контролем затримок даних реального часу у пакетних мережах зв'язку.

Інша робота [4] вищезгаданого українського вченого описує роботу протоколів для інтеграції мультимедійних потоків даних при використані конвеєрно-модульного методу в мережах зв'язку. Основним фокусом є введення алгоритму для зменшення затримок даних реального часу через обмеження залежності від конкретних вимог QoS для кожного з потоків.

Подальший розвиток, а саме, дослідження роботи мереж наступного покоління (NGN) при використанні конвеєрно-модульний метод передачі мультимедійних даних було окреслено у [5]. В даній роботі сформувано основні алгоритми передачі даних, які передбачають цілісний підхід для використання багатьох методів комутації пакетів.

В іноземній публікації [6] робиться спроба оптимізація розподілу телекомунікаційних потоків мереж зв'язку на основі конвеєрно-модульного методу передачі мультимедійних даних з використанням розрахунку максимального потоку та удосконаленої тензорної моделі відкритої мережі.

Робота [7] присвячена питанням взаємодії телекомунікаційній мереж. У ній розглядається спосіб транспортування конвеєрного модуля, який сприяє комутації каналів і пакетів в уніфікованому каналі мережі зв'язку. Робота зосереджена на дослідженні резервування ресурсів каналу та планування в пакетних мережах.

У роботі [8] йдеться про створення нового протоколу розподіленої маршрутизації для мобільних, бездротових мереж. Як зазначається науковцями протокол є одним із сімейства протоколів, які використовують алгоритми «зворотного зв'язку». Поведінка системи при використанні зазначеного алгоритму досягається за допомогою нового використання «фізичного або логічного годинника» для встановлення «часового порядку» подій топологічних змін, які використовуються для структурування (або порядку) реакції алгоритму на топологічні зміни.

Спрощене пояснення процесу маршрутизація розглядалось у попередній роботі автора [9]. Як основний рушій у мережі зв'язку взятий алгоритм пошуку найкоротшого шляху до місця призначення, алгоритм Дейкстри. Основний фокус роботи [9] полягає в аргументації можливості використання алгоритму Дейкстри як одного з основних для механізму маршрутизації та подальшої розробки алгоритму маршрутизації для пакетних мережах у яких використовується конвеєрно-модульний метод передачі мультимедійних даних.

Зазначається, що основні положення у повному обсязі зазначеної вище реалізації при умові використання пакетної мережі з конвеєрно-модульний метод передачі мультимедійних даних не було розглянуто у всіх перелічених роботах вище.

Мета статті - полягає у впроваджені алгоритму маршрутизації пакетів у телекомунікаційній мережі для випадку використання конвеєрно-модульного метода передачі даних. Вищезгаданий алгоритм буде інтегровано у модель пакетної мережі для удосконалення методу передачі агрегованого потоку між вузлами телекомунікаційної системи.

Виклад основного матеріалу

Як зазначалось у попередній роботі [9], в алгоритму маршрутизації представлені такі об'єкти мережі зв'язку:

• кінцеві пристрої - це такі мережеві пристрої, до яких підключені комп'ютери (чи інші пристрої) користувачів або в них є вихід на іншу автономну систему;

• проміжні пристрої - це ті мережеві пристрої, які не мають ознак вищезгаданих об'єктів та виконують балансуючу функцію або іншу;

* головний пристрій - це той мережевий пристрій, який буде обраний для подальшого прорахування шляхів від одного кінцевого пристрою до іншого, тощо.

Також важливо, що основним рушієм процесу передачі блоків даних, у даному прикладі, конвеєрних транспортних модулів (Conveyor transport module, далі CTM) є алгоритм пошуку найкоротшого шляху до місця призначення Дейкстри.

Від складності самої мережі, її трафіку, для поліпшення параметрів QoS пропонується використовувати такі алгоритми: A* (зірка), алгоритм Дейкстри, алгоритм BFS (Breadth first search), DFS (Depth First Search) та Greedy. Приклад нижче буде базуватися на алгоритмі Дейкстри.

Основні етапи роботи алгоритму:

.Ініціалізація, при розгортанні мережі всі її пристрої (маршрутизатори) обробляють дані про їх «підключення». На основі цієї інформації визначаються яким типом пристрою вони будуть (кінцевими або проміжними). Останією дією у цьому етапі буде визначення головного пристрою для подальших обчислень. Пропонується брати найпотужніший маршрутизатор у мережі та/або найпотужніший проміжний пристрій, так як такий пристрій буде мати меншу завантаженість. Зазначається, що метрики на базі яких будуть проводитися обчислення найкоротшого шляху пропонується задавати на етапі конфігурування мережі та пристроїв.

2. Синтез, у цьому етапі кожен кінцевий пристрій повинен обробити дані про своїх сусідів, також кожному такому пристрою буде додана інформація про підключених кінцевих пристроїв до його сусідів. На базі всього вище переліченого, кожен кінцевий пристрій формує «таблицю» даних, в якої рядки будуть мати такі стовпчики даних: метрика до сусіда, номер у мережі або ім я сусіднього пристрою, підключені до сусіда кінцеві пристрої.

3. Обробка, на цьому етапі усі мережеві пристрої передають сформовані таблиці даних(див. етап 2 вище) до головного. Головний пристрій починає опрацьовувати дані:

• формується «топологія» мережі;

• визначаються пари пристроїв, які потребують обчислення найкоротшої шляху від одного до іншого;

• обчислення шляхів за допомогою встановленого адміністратором алгоритму пошуку найкоротшого шляху, в даному випадку, обраний алгоритм Дейкстри [9, с. 366-369];

• створення таблиці шляхів ( адміністраторові на головному пристрої можна буде подивитися, як будуть проходити пакети від одного пристрою до іншого);

* відправлення сформованої таблиці пристроям мережі.

4. Конвергенція мережі, на цьому етапі кожен кінцевий пристрій обробив дані з отриманої таблиці шляхів та, за потреби, оновив свої дані. Після цього мережа рахується налаштованою для транспортування пакетів через СТМ модулі за допомогою конвеєрно-модульного метода передачі даних.

На конкретному прикладі з [9] нижче буде роз'яснено та показано аспекти роботи алгоритму. Приклад буде оперувати математичними поняттями з теорії графів [10], а саме мережа представлятиме замкнутий граф з п'яти вершин.

Примітка: на малюнку вище, кожен з мережевих пристроїв є програмно розширеним маршрутизатором (пристрій міжмережевої взаємодії Internetwork interaction device, далі INID) [1, с. 73]. Вважається, що всі мережеві пристрої окрім INID3 мають, або підключені локальні мережі, або мають зовнішні шлюзи для передачі даних у інші автономні системи.

З пункту №1 випливає, що головним пристроєм в даній мережі буде INID3 так як він не має підключених локальних мереж та виходів на інші автономні системи.

Кожен мережевий пристрій обробляє інформацію про своїх сусідів та додаткову інформацію про сусідів. Після цього, до головного пристрою будуть відправлені рядки даних, їх можна об'єднати у таблицю:

Таблиця 1. Таблиця даних з усіх кінцевих пристроїв