Способ гарантированной доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями

Изобретение относится к области передачи данных и может быть использовано в существующих и создаваемых сетях с коммутацией пакетов (сообщений, ячеек). Техническим результатом изобретения является обеспечение гарантированной (по времени с заданной вероятностью) доставки информации в сетях с потерями данных, вызванных как надежностными характеристиками сетевых устройств, так и искажениями в каналах связи. Способ гарантированной доставки блоков данных (пакетов, сообщений, ячеек) в коммутируемой сети с потерями предусматривает следующие режимы доставки: циркулярно - «точка-все-точки», избирательно-циркулярно - «точка-многоточка» либо избирательно «точка-точка». Указанный результат достигается тем, что способ включает в себя операции для одновременной доставки до узла-получателя как блока, так и его копий (копий части группы блоков) по отдельным маршрутам. Способ направлен на оптимальное использование избыточности структуры сети без дополнительных вложений в повышение качества каналов связи и сетевого оборудования. Предлагаемый способ также может применяться в сетях для приложений реального времени, к которым можно отнести системы управления технологическими процессами, управление промышленным оборудованием, распределенное интерактивное моделирование, аудио- и видеоконференции, передача видео для немедленного воспроизведения, удаленная медицинская диагностика, телефония, некоторые игры и т.д. 1 ил., 2 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к электросвязи, а именно к технике передачи данных, в том числе для приложений реального времени. Оно может быть рекомендовано к использованию в существующих и создаваемых сетях с коммутацией (пакетов, сообщений, ячеек), обеспечивающих функционирование командных и контрольных центров, систем и центров управления, систем электронного документооборота и т.д., которые предъявляют повышенные требования к вероятностно-временным характеристикам доставки команд, сигналов управления, информации состояния, технологических сигналов и т.д.

Предлагаемый способ так же может применяться в сетях для приложений реального времени, к которым можно отнести системы управления технологическими процессами, управление промышленным оборудованием, распределенное интерактивное моделирование, аудио- и видеоконференции, передача видео для немедленного воспроизведения, удаленная медицинская диагностика, телефония, некоторые игры и т.д.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Способ «лавина». В настоящее время известен способ доставки блоков¹ (¹блок данных - последовательность символов фиксированной длины, используемая для представления данных или самостоятельно передаваемых по сети [2]) данных за минимальное время с максимальной вероятностью - способ «лавина» [1]. Этим способом блоки данных широковещательно посылаются каждым узлом сети по всем возможным направлениям, кроме исходного. Такой способ используется, например, в IP-сетях, однако действие способа ограничено в интерсети (составной сети) либо сетью, к которой принадлежит узел-отправитель, либо сетью, номер которой указан в адресе назначения. Поэтому деление современных интерсетей маршрутизаторами на части (сети) локализуют способ «лавина» пределами одной из составляющих общую сеть частей, так как нет способа адресовать блок данных одновременно всем узлам всех сетей составной сети. Способ «лавина» не относится к широко применимым. Он используется там, где нужна предельно возможная надежность, например в военных приложениях, когда существует большая вероятность повреждения тех или иных сетевых устройств. Кроме того, данный способ может использоваться при формировании виртуального канала, ведь он всегда обеспечивает наикратчайший путь, так как перебираются все возможности. Если путь записывается в пакете, получатель может выбрать оптимальный проход и уведомить об этом отправителя. Другим примером использования этого способа служит рассылка маршрутной информации между маршрутизаторами для синхронизации маршрутной картины сети.

Способ «лавина», хотя и гарантирует наименьшее время с наибольшей вероятностью доставки информации, однако:

- неэффективен при избирательном режиме доставки информации («точка-точка»);

- исключается возможность применения способа для приложений реального времени;

- отсутствует возможность циркулярного режима доставки информации («точка-все-точки) в IP-сетях;

- приводит к перегрузке сети, поэтому блоки данных, переданные способом «лавина» обычно воспринимаются маршрутизаторами как избыточный трафик.

Таким образом, способ «лавина» используется либо в специализированных системах, предназначенных только для выполнения задач гарантированной доставки информации (как следствие - монопольное использование телекоммуникационных и вычислительных ресурсов, колоссальная стоимость построения, эксплуатации и развития), либо ограниченно, например, для рассылки маршрутной информации.

Способ повторной передачи блока данных (прототип).

Другим способом надежной доставки блоков данных в сетях с коммутацией пакетов является способ повторной передачи блока данных (другое название - способ передачи с обратной связью) [1, 3]. Способ повторной передачи блока данных получил широкое распространение, является в настоящее время основным способом надежной доставки блоков данных.

Способ повторной передачи блока данных заключается в следующем. Узел-отправитель устанавливает логическое соединение с узлом-получателем. В узле-отправителе информация разбивается на несколько блоков данных (пакетов¹) (¹пакет - совокупность символов данных или блоков данных заданного формата, самостоятельно передаваемая, принимаемая, коммутируемая и непосредственно не воспринимаемая потребителем этих данных [2]) и передается по сети. Узел-получатель проверяет наличие всех пакетов, затем проверяет качество каждого пакета (не было ли искажения информации во время передачи) и только потом собирает их вместе в целое сообщение.

То есть в узле-получателе выполняют следующие основные операции:

- проверка наличия и качества всех блоков данных;

- формирование требования и передача его в виде запроса узлу-отправителю о необходимости доставки отсутствующих или искаженных блоков данных;

- вставка утерянных или замена искаженных блоков данных;

- сбор всех блоков в единое сообщение;

- подтверждение получения всех блоков данных нужного качества.

В случае если информация помещается в один пакет, то узел-отправитель ждет получения положительной квитанции от узла-получателя в течение определенного тайм-аута, если квитанция не получена, то передача повторяется.

Одним из примеров реализации способа повторной передачи блока данных является протокол Transmission Control Protocol (TCP - протокол управления передачей) - один из основных сетевых протоколов Интернет, предназначенный для управления передачей данных в IP-сетях. Повторная передача блока данных производится в том случае, если блок теряется и не доходит до адресата или узел-получатель обнаружил в нем искажение информации. Чтобы убедиться в необходимости повторной передачи копии блока данных, узел-отправитель нумерует отправленные блоки и для каждого блока ожидает от узла-получателя положительной квитанции - служебного блока данных, извещающего о том, что исходный блок данных был получен и данные в нем оказались корректными. Узел-получатель в случае получения блока данных с искажениями может отправить отрицательную квитанцию - явное указание на то, что нужно передать копию блока данных. Специфика приведенного способа заключается в том, что обеспечивается высокая вероятность доставки блока данных, но время доставки не гарантируется. Программы обслуживания протокола TCP необходимо запускать как на узле-отправителе, так и на узле-получателе. Эти два TCP-модуля, использующие ресурсы обоих узлов, контролируют информацию о состоянии связи. Таким образом, протокол TCP обеспечивает надежную передачу информации с помощью ТСР-сеансов. Он освобождает программы-приложения от необходимости самостоятельно контролировать передачу IP-пакетов и исправлять ошибки. Естественно, надежность TCP требует большой производительности процессора и пропускной способности сети.

В современных сетях с коммутацией сообщений (например, система электронной почты) нет специальных автоматических процедур надежной доставки именно сообщений¹ (¹сообщение - блок или группа блоков данных, предназначенных для передачи и воспринимаемых их получателем однозначно и как единой целое [2]). Так как подобные сети в настоящее время строятся «поверх» сетей с коммутацией пакетов, то вопросы надежной доставки сообщений решаются на уровне доставки блоков данных способом повторной передачи.

Потери блоков данных для приложений реального времени [3] обычно либо корректируется, либо скрываются. Коррекция потери относится к возможности восстановить потерянные данные способом повторной передачи. Например, именно этот способ используется в протоколе реального времени (RTP) и в протоколе управления передачей в реальном времени (RTCP), которые работают «поверх» пользовательского протокола передачи данных для управления соединениями в режиме реального времени. В Проблемной Группе Проектирования Интернета (IETF) до сих пор продолжается работа по стандартизации избранных механизмов запросов повторной передачи как части протокола управления передачей в реальном времени. Скрытие потери относится к возможности скрыть эффекты от потерь передачи, чтобы они не были заметны в восстановленной последовательности.

К общим недостаткам способа повторной передачи блока данных можно отнести:

- обеспечивается надежная доставка блока данных по избирательной схеме («точка-точка»)

- возможность реализации только при использовании «хороших» каналов связи (желательно выделенных);

- обеспечивается только надежность доставки блока данных, но время доставки не гарантируется;

- сложность применения способа для приложений реального времени;

- возможность потери сообщения из-за несвоевременной доставки одного из блоков данных этого сообщения;

- необходимость решения проблемы сборки блоков данных, которые могут поступать на транспортный уровень в произвольном порядке;

- усложнение прикладных программ пользователя за счет введения процедур контроля и исправления ошибок в получаемых сообщениях.

Вопросы надежной доставки информации постоянно находятся в центре внимания различных исследователей, например [4, 5, 6, 7]:

КРИТИКА ПРОТОТИПА

Изобретение призвано устранить следующие недостатки способа повторной передачи блока данных:

- направленность на режим доставки «точка-точка». Причиной этого недостатка является, то, что операции доставки блоков данных ориентированы на установление соединения;

- возможность обеспечить требуемое время доставки только при использовании «хороших» каналов связи (желательно выделенных). Причиной данного недостатка является то, что количество переспросов зависит от качества каналов связи, а это приводит к высоким требованиям и к пропускной способности каналов связи;

- сложности применения способа для приложений реального времени. Необходимость применения способов скрытия потерь. Этот недостаток является следствием того, что задержки в доставке блоков данных могут быть значительными;

- возможность потери группы блоков данных (сообщения). Этот недостаток является следствием того, что из-за несвоевременной доставки одного из блоков данных может быть потеряно все сообщение;

- практически исключается возможность применения способа в сети с коммутацией сообщений. Этот недостаток является следствием предположения того, что все вопросы надежной доставки сообщений решаются в сетях с коммутацией пакетов на сетевом уровне. Однако это ошибочное предположение. При передаче сообщения через промежуточные узлы (например, сервера системы электронной почты) на транспортном уровне устанавливается логическое TCP соединение между узлом-отправителем и промежуточным узлом. И здесь может возникнуть, например, следующая ситуация: промежуточный узел подтверждает безошибочный прием сообщения, а затем выходит из строя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение предназначено для повышения вероятностных характеристик доставки блоков данных за требуемое время в условиях потерь и искажений блоков данных в коммутируемой сети.

Способ гарантированной доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями заключается в том, что, для повышения вероятности доставки блока данных до узла-получателя осуществляется одновременная передача узлом-отправителем как блока данных, так и его копий (копий части группы блоков данных) по отдельным маршрутам. Это позволит обеспечить требуемое время доставки блока данных (пакета, сообщения) с заданной вероятностью, не предъявляя дополнительных требований к задержкам и потерям блоков данных в сети.

Способ имеет следующие основные операции:

1. В узле-отправителе:

- в отличие от способа повторной передачи блока данных устанавливают множество сетевых маршрутов в сети между узлом-отправителем и узлом-получателем (узлами-получателями). Множество маршрутов формируется по критериям соответствия требованиям заданного времени доставки блоков данных каждым маршрутом и вероятности связности множеством маршрутов узла-отправителя и узла-получателя. Вероятность связности [9, 10] множества маршрутов должна быть не менее требуемой вероятности доставки блока данных за заданное время. Определение маршрутов осуществляется по информации о состоянии сети. Информацией состояния сети для предлагаемого способа является: задержка блока данных, процент потерь блоков данных в сети, надежностные показатели элементов сети, влияющие на вероятностно-временные характеристики доставки. Совокупность маршрутов хранится в виде таблицы (перечня) маршрутов гарантированной доставки и корректируется при изменении состояния сети. Для обеспечения режимов доставки «точка-все-точки», «точка-многоточка», «точка-точка» для каждого узла сети, участвующего в обмене, формируется своя таблица маршрутов гарантированной доставки. Формирование таблиц маршрутов может производиться и централизованно, в специально выделенном для этих целей узле сети;

- разбивают информацию на группу блоков данных (например, на пакеты);

- в отличие от способа повторной передачи блока данных формируют копии блоков данных или копии части группы блоков данных, предназначенных для узла-получателя. Общее количество копий и блока данных не должно превышать мощности множества маршрутов;

- в отличие от способа повторной передачи блока данных в поле заголовка блока данных и его копий прописывают маршрут доставки, в соответствии с перечнем (таблицей) маршрутов гарантированной доставки. Подобная процедура используется в IP-сетях при маршрутизации от источника (Source Routing) [1, 8]. В соответствии с этой процедурой узел-отправитель, с целью ускорения прохождения пакета по сети, задает в отправляемом в сеть пакете полный маршрут его следования через все промежуточные маршрутизаторы;

- в отличие от способа повторной передачи блока данных, одновременно передают, как сами блоки данных, так и копии блоков узлу-получателю в соответствии с маршрутом, прописанном в заголовке блока данных (копии);

2. В промежуточном узле сети:

- анализируют заголовок блока данных;

- передают блок данных следующему узлу на маршруте доставки.

3. В узле-получателе данных:

- в отличие от способа повторной передачи блока данных, формируют из множества копий группу качественных блоков данных, составляющих сообщение;

- в отличие от способа повторной передачи блока данных удаляют избыточные блоки данных;

- подтверждают получение всех блоков данных нужного качества.

В отличие от способа повторной передачи блока данных предлагаемый способ может применяться и в сетях с коммутацией сообщений, где повторяются все основные операции способа для сообщения в целом до его разбиения на группу блоков данных. В этом случае, например, в системе электронной почты в качестве узлов сети выступают сервера электронной почты, и гарантированная доставка сообщений реализуется на прикладном уровне «поверх» транспортного и сетевых уровней эталонной модели взаимодействия открытых систем.

Обоснование способа гарантированной доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями

Модель коммутируемой сети с потерями и гарантированной доставки блоков данных.

В общем случае формально модель коммутируемой сети с потерями можно представить следующим образом.

Все n объектов, участвующих в обмене блоками данных, пронумерованы в некоторой последовательности, и объекту с номером i в модели поставлен в соответствие узел n_i независимо от функций этого объекта при обмене блоками данных. Узел модели представляет всю совокупность устройств, расположенных в моделируемом объекте. Множество узлов будет обозначаться символом N.

Узел n_i характеризуется быстродействием t_i и надежностью (коэффициентом оперативной готовности) r_i.

Некоторые узлы модели попарно соединены ребрами. Ребро модели, соединяющее узлы n_i и n_j будем обозначать (ij). Множество ребер будет обозначаться символом А. Ребро (дуга) (ij) характеризуется своими временем передачи τ_ij и вероятностью доставки блока данных p_ij=1-q_ij, а q_ij - вероятность потери блока данных. Вероятностные характеристики доставки блока данных каждым ребром определяются совместной вероятностью доставки всей совокупностью представляемых им устройств.

Взаимодействие узла-отправителя - пункта входа блока данных s с узлом-получателем - пунктом выхода t, в пределах сети, производится либо непосредственно между ними, если такое возможно, или через промежуточные узлы с помощью коммутации.

Тогда модель сети с потерями и гарантированной доставкой блоков данных можно представить состоящей из четырех компонентов: узловой основы, сети ребер (дуг), механизма потерь и операций доставки блоков данных. Перечень данных, определяющих модель:

Параметры узловой основы. Набор узлов N={n_i}; i=1, …, |N| - множество натуральных чисел, для каждого n_i заданы параметры быстродействия и вероятностные характеристики обработки блока данных. Узлами сети могут быть сервера (например, сервера системы электронной почты) и/или маршрутизаторы сети.

Параметры ребер. Для каждого ребра (ij)∈А заданы величины времени передачи и вероятностные характеристики доставки блока данных.

Указанная совокупность данных определяет структуру сети.

Механизм потери блоков данных. Существует два основных типа потерь, а именно ошибка в битах и ошибка блока данных. Ошибки в битах обычно связаны с каналом с коммутацией цепей, таким как сетевое соединение, и они вызваны несовершенствами физических каналов. Результатом таких несовершенств могут являться изменения значений битов, добавления битов или удаления битов в переданных данных. Ошибки блоков данных обычно вызваны элементами сетей с коммутацией. Например, маршрутизатор может выйти из строя, когда бок данных обрабатывается им. Другая ситуация: маршрутизатор может переполниться, то есть он может получать на входе слишком много блоков данных и не может выводить их с той же скоростью. В этом случае его буферы переполняются и некоторые блоки теряются. Ошибки блоков также могут быть вызваны применением стека используемого транспортного протокола. Например, некоторые протоколы используют контрольные суммы, которые вычисляются в узле-отправителе и инкапсулируются в исходно кодированные данные. Если в данных присутствует ошибка изменения значения бита, то узел-получатель не может достичь той же контрольной суммы и может оказаться вынужденным удалить принятый блок.

Операции доставки блоков данных представлены в описании способа гарантированной доставки.

Обоснование механизма приращения вероятности доставки способом гарантированной доставки блока данных по множеству маршрутов между узлом-отправителем и узлом-получателем.

Предложенный способ гарантированной доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями предполагает передачу одних и тех же блоков по нескольким сетевым маршрутам. Сетевой маршрут включает в себя все транзитные узлы и ребра сети между узлом-отправителем и узлом-получателем.

Тогда критерием доставки любого блока данных является наличие хотя бы одного из нескольких маршрутов доставки (связность маршрутами узла-отправителя и узла-получателя), как самого блока данных, так и его копий между рассматриваемыми узлами. Предположим, что имеется перечень возможных маршрутов доставки для блока данных и его копий между узлом-отправителем s и узлом-получателем t в виде списка элементов, входящих в каждый маршрут. Вероятность доставки блока данных Р_m любым маршрутом µ_m, где m=||M|| - мощность множества маршрутов между узлом-отправителем и узлом-получателем, можно вычислить по формуле последовательного соединения P_m=r_s·p_s2·r₂·p₂₃·…·r_i·p_ij·…·p_kt·r_t, где p_ij=1-g_ij, а q_ij - вероятность потери блока данных k-м ребром маршрута, при этом q_ij учитывает по формуле последовательного соединения как вероятность потери блока данных, обусловленную надежностными характеристиками ребра, так и вероятность потери блока данных из-за искажений и перегрузок сети.

В этом случае искомая вероятность доставки блока данных Р_st зависит от вероятности доставки блока данных и его копий по каждому маршруту. Таким образом, вероятности доставки блока данных ставится в соответствие вероятность связности маршрутами узла-отправителя и узла-получателя.

В общем случае маршруты будут зависимы, поскольку любой элемент сети может входить в разные маршруты. То есть Р_st зависит от вероятности доставки блока данных по каждому отдельному маршруту и вариантов пересечений этих маршрутов по общим элементам. Обозначим вероятность доставки блока данных, которая обеспечивается первыми маршрутами i из m, через Р_i, i=1, …, m. Добавление очередного (i+1) маршрута с вероятностью доставки копии блока данных Р_i+1 приведет к увеличению вероятности доставки блока данных, которая будет определяться объединением двух событий: имеется хотя бы один маршрут (либо из i первых, либо (i+1)-й). Вероятность наступления этого объединенного события с учетом возможной зависимости наличия (i+1) маршрута и первых:

где P_i/(i+l) - вероятность наличия хотя бы одного из первых i маршрутов при условии, что имеется (i+1)-й маршрут.

Из определения условной вероятности P_i/(i+l) следует, что при ее расчете совместную вероятность исправной работы всех элементов за время прохождения блока данных и возможность потери блока данных из-за искажений в этих элементах, входящих в (n+1)-й маршрут, необходимо положить равной единице. Для удобства представим последний член выражения (1) в следующем виде

где (*) - операция символьного умножения, которая означает, что при перемножении вероятности доставки блоков данных всех элементов, входящих в первые i маршруты и общих с (i+1)-й маршрутом, заменяются единицей. С учетом (2) можно переписать(1)

где ΔP_i+l = P_i+l-P_i - приращение вероятности доставки блока данных при введении (i+1) маршрута доставки копии блока данных; Q_i=1-P_i - вероятность того, что произойдет потеря блока данных на первых i маршрутах.

Учитывая, что приращение вероятности доставки ΔР_i+l численно равно уменьшению вероятности потери ΔQ_i+l, получаем следующее уравнение в конечных разностях:

Решением уравнения (4) является функция

Таким образом, способ гарантированной доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями обеспечивает приращения вероятности доставки блока данных за счет передачи его копии по отдельным маршрутам доставки.

Из соотношений (1)-(5) очевидно, что приращение вероятности доставки блока данных при введении (i+1) маршрута доставки копии блока данных ΔP_i+l тем больше, чем меньше общих элементов имеют первые i маршруты с (i+1)-м. Из этого следует, что наибольший эффект от соотношения приращения вероятности доставки к количеству маршрутов (копий блока данных) проявляется при доставке копий блока данных по независимым маршрутам.

То есть наибольшая эффективность способа достигается, когда блок данных и его копии доставляются по независимым маршрутам, не имеющим общих элементов (если используется общий канал связи, то на различных несущих частотах).

В случае независимых маршрутов операция символьного умножения совпадает с обычным умножением и выражение (5) дает вероятность потери блока данных между узлом-отправителем и узлом-получателем, так как передача блока данных и его копий в сети производится по маршрутам, не имеющим общих элементов

Таким образом, из приведенных выше математических соотношений (1)-(6) следует, что предложенный способ гарантированной доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями позволяет, с введением очередного маршрута доставки копий блоков, увеличить вероятность доставки блока Р_st без принятия специальных мере по снижению или корректировке (скрытию) потерь по каждому маршруту.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Расчеты, подтверждающие основные характеристики доставки блоков данных предлагаемым способом.

Графовая модель сети для расчета вероятности доставки блока данных представлена на рисунке 1.

Допустим, что сеть доставляет блок данных и его копию двумя независимыми маршрутами µ₁=〈s,(s1),n₁(13),n₃(3t),t〉 и µ₂=〈s,(s2),n₂, (24),n₄(4t),t〉.

Вероятность потери блока данных на узлах сети определяется коэффициентом оперативной готовности оборудования, как вероятность того, что узел, находясь в режиме ожидания, окажется работоспособным в произвольный момент времени и, начиная с этого момента времени, будет работать безотказно в течении времени обработки блока данных.

Пусть надежностные характеристики узлов одинаковы: время наработки на отказ Т_О=3000 часов, время восстановления Т_В=1 час.

Время обработки блока данных в каждом узле t_o=0,5 с.

Пусть ресурсы связи между узлами (ij) предоставляет оператор связи. Качественные показатели IP-сети различных классов качества обслуживания, предоставляемые оператором связи ОАО «Ростелеком», приведены в таблице 1.

Таблица 1
Классы качества обслуживания
Имя класса	Задержка блока данных, не более, мс	Вариация задержки (джиттер), не более, мс	% потерь блоков данных, не более	Вероятность доставки блока данных, не менее
Высший (Business Priority)	75	50	0,25	0,9975
Приоритетный (Business Critical)	100	Не гарантируется	0,5	0,995
Обычный (Normal Priority)	150	Не гарантируется	1	0,99

Предположим, что наш оператор связи предоставляет услуги IP-сети со следующим качеством: потери пакетов - не более 1,4%, вероятность доставки IP-пакета Р_ij - не менее 0,986.

Коэффициент оперативной готовности каждого узла вычисляется по приближенным формулам R(t_o)=K_Г×P(t₀), где К_Г - коэффициент готовности элемента; ; P(t₀) - вероятность безотказной работы элемента за время t₀, .

Используя соотношения, представленные в п.7.2 и применяя к сети метод разложения структуры Шеннона-Мура относительно общих элементов s и t, получим результирующую вероятность доставки блока данных Р_st для сети, представленной на рисунке 1

P_st=R(t₀)_s×(P_µ1+P_µ2-P_µ1×P_µ2)×R(t₀)_t,

где P_µ1=P_sl×R(t₀)_n1×P₁₃×R(t₀)_n3×P_3t, P_µ2=R_s2×R(t₀)_n2×P₂₄×R(t₀)_n4×P_4t.

Результаты расчета сведены в таблицу 2.

Таблица 2
Результаты расчета основных вероятностных характеристик доставки блоков данных предлагаемым способом
Коэффициент оперативной готовности узлов сети, R(t0)i	% потерь блоков данных, не более	Вероятность доставки блока данных оператором связи, Рij.	Вероятность доставки блока данных (копии) на каждом маршруте, Рµi	Вероятность доставки блока данных в сети, Рst
0,999667	1,4	0,986	0,957308	0,997566

Из расчетов следует, что способ доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями обеспечивает приращение вероятности доставки блока данных до класса обслуживания Высший (Business Priority) в сети с невысокими надежностными характеристиками элементов и процентом потерь пакетов выше, чем для класса обслуживания Обычный (Normal Priority).

Среднее время доставки блока данных складывается из времени задержки блока узлами сети t_i и времени его передачи τ_ij, которое обеспечивается ресурсами связи.

Предполагая, что на каждый маршрут поступают независимые потоки блоков данных, имеем где k - число узлов на маршруте.

Исходя из того, что в сети для доставки одного и того же блока данных используется несколько маршрутов доставки, оценка времени доставки производится по наихудшему маршруту.

В способе гарантированной доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями для передачи блока данных предусмотрен выбор маршрутов по критерию , где - допустимое (требуемое) время доставки блока данных. Предлагаемый способ не использует операции повторной передачи блоков данных, то есть не вносит дополнительной задержки на доставку, следовательно, время доставки определяется только характеристиками быстродействия узлов и задержками блоков данных в каналах сети.

Требования к ресурсам связи. Из таблицы 1 следует, что обычно требования к ресурсам связи задаются временем задержки блока данных, которая напрямую связана с пропускной способностью и допустимым процентом потерь блоков данных. Из вышеприведенных математических соотношений следует, что способ гарантированной доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями не предъявляет дополнительных требований как к потерям блоков данных в сети, так и к их задержкам. Однако очевидно, что способ предъявляет повышенные требования к связности сети, то есть к наличию нескольких маршрутов между узлом-отправителем и узлом-получателем.

Необходимо заметить, что одним из главных направлений развития современных сетей различные операторы связи, например «Комстар-ОТС», «Старт Телеком», «Синтера» и т.д., считают повышение их связности. И данные требования являются обычными на этапах построения и развития сетей различного назначения для повышения их надежности и живучести.

В отличие от способа повторной передачи способ гарантированной доставки требует определенной связности сети, то есть требования к пропускной способности предъявляются к сети в целом, как следствие - значительно более мягкие требования к пропускной способности каналов связи, используемых сетью.

И, если учитывать, что в способе повторной передачи предусмотрены подтверждения на каждый правильно принятый блок данных или запрос на каждый потерянный блок данных, повторная передача потерянного блока данных, то нагрузка способа гарантированной доставки блоков данных на канальные ресурсы сети будет сопоставима с нагрузкой, создаваемой способом-прототипом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На рисунке 1 отображена графовая модель коммутируемой сети с потерями и операциями гарантированной доставки блоков данных. Модель поясняет механизм расчета вероятности доставки блока данных.

Литература

1. Олифер В.Г, Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Издательство «Питер», 2000. - 672 с.

2. ГОСТ 17657-79. Передача данных. Термины и определения. - М: Издательство Стандартов, 1980. - 35 с.

3. Ханнуксела Миска, Аксу Эмре. Изменение размера буфера в кодере и декодере. // Заявка: 2006128854/09, 14.02.2005. - М.: Сайт ИП ФИПС, 27.03.2010.

4. Гу Чанг Хой, Ахн Дзае Мин, Дзунг Ки Сунг, Йоон Соон Янг, Ли Хиун Сеок. Способ непрерывной передачи данных пользователя на обратном общем канале в системе подвижной связи // Заявка: 99126504/09, 14.04.1999. - М.: Сайт ИП ФИПС, 2010.

5. Кришнамурти Говиндараджан, Гуо Йил. Устройство и способ доставки пакетов в беспроводных сетях с многократными ретрансляциями. // Заявка: 2003134626/09, 26.06.2002. - М.: Сайт ИП ФИПС, 2010.

6. Захс Йоахим, Хервоно Ян. Средства и способы для улучшения характеристик хэндовера интегрированных сетей радиодоступа. // Заявка: 2008117105/09, 30.09.2005. - М.: Сайт ИП ФИПС, 10.03.2010.

7. Чан Ю., Ли Юн, Ку Жиюн, By Хайюн. Устройство широкополосного доступа и способ предоставления видеоуслуги. // Заявка: 2008105212/09, 28.07.2006. - М.: Сайт ИП ФИПС, 20.03.2010.

8. Мак-Ферсон Д., Хелеби С. Принципы маршрутизации в Internet, 2-е издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. - 448 с.

9. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. - М.: Советское радио, 1975. - 475 с.

10. Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. / Под редакцией B.C. Семенихина. - М.: Радио и связь, 1986. - 408 с.

Способ гарантированной доставки блоков данных в коммутируемой сети с потерями, характеризующийся тем, что в узле-отправителе задают в виде таблицы или перечня маршрутов гарантированной доставки множество сетевых маршрутов между ним и узлом-получателем по критериям соответствия требуемому времени доставки блока каждым маршрутом и соответствия вероятности связанности множеством маршрутов заданной вероятности доставки, далее формируют копии блоков или копии части группы блоков, затем сканируют таблицу или перечень маршрутов гарантированной доставки, определенных исходя из процента потерь блоков данных в сети и надежностных показателей элементов сети, влияющих на вероятностно-временные характеристики доставки блоков данных, причем каждый из маршрутов составляют исходя из информации о задержке передачи блоков данных в сети и корректируют их при изменении состояния сети, далее в полях заголовка блока и его копий или копий части группы блоков прописывают маршрут доставки, одновременно передают как сам блок, так и его копии или копии части группы блоков по заданным в узле-отправителе маршрутам к узлу-получателю, причем в промежуточном узле сети анализируют поле заголовка блока, копии блока, копии части группы блоков, содержащие сведения о маршруте доставки, и обеспечивают его передачу к следующему узлу на маршруте, при этом указанные действия продолжаются в каждом промежуточном узле, пока блок, копия блока, копия части группы блоков не достигнут узла-получателя, а в узле-получателе обрабатывают полученные блоки и их копии, устраняя их избыточность и сохраняя целостность группы блоков данных.