Результат интеллектуальной деятельности: Способ адаптивного управления маршрутизацией информационных потоков в корпоративных сетях связи при возникновении эксплуатационных отказов

Изобретение относится к области телекоммуникаций, а именно к области управления маршрутизацией компьютерных сетей функционирующих в условиях эксплуатационных отказов.

Термины и определения:

Прогнозирование – определение тенденций и перспектив развития тех или иных процессов на основе анализа данных об их прошлом и нынешнем состоянии. [Словари «Академик» [Электронный ресурс] URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_philo-sophy/7131/прогнозирование].

Эксплуатационный отказ – отказ, возникший в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации объекта. Эксплуатационные отказы являются следствием нарушений условий работы, на которые рассчитан данный период, несоблюдения оговоренных в технической документации правил эксплуатации, низкой квалификации обслуживающего персонала, естественного старения, изнашивания и других причин. Эксплуатационные отказы проявляются не только в начальный период эксплуатации, но и в последующее время. [Большая энциклопедия нефти и газа [Электронный ресурс] URL: http://www.ngpedia.ru/id229377p1.html].

Уровень качества услуги связи: относительная характеристика качества услуги связи, основанная на сравнении фактических значений показателей ее качества с нормативными значениями этих показателей [ГОСТ Р 53731-2009. Качество услуг связи. Термины и определения].

Расщепление логических соединений, расщепление (Splitting) - функция, выполняемая логическим объектом-отправителем уровня и использующая несколько соединений смежного нижнего уровня для обеспечения одного соединения данного уровня (см. ГОСТ 24402-88).

Рекомбинация логических соединений, рекомбинация (Recombining) - функция, выполняемая логическим объектом-получателем уровня и использующая несколько соединений смежного нижнего уровня для обеспечения одного соединения данного уровня (см. ГОСТ 24402-88).

Маршрутизация данных (Routing) - функция уровня взаимосвязи открытых систем, преобразующая наименование или адрес логического объекта уровня в маршрут для достижения этого объекта уровня (см. ГОСТ 24402-88).

Протокольный блок данных - блок данных, передаваемый между логическими объектами одного и того же уровня (см. ГОСТ 24402-88).

Маршрут – организованный по каким-либо правилам, путь следования организованного потока данных через последовательность элементов (узлов и линий) сети связи.

Известен «Способ динамической маршрутизации трафика в сети связи» (патент РФ № 2737702 от 02.12.2020, Бюл. № 34) заключающийся в том, что предварительно на узле-отправителе принимают сообщения от узла-источника, разделяют сообщение на пакеты, запоминают их количество и помещают в очередь на передачу, кроме того, формируют таблицу маршрутизации и передают пакеты по нескольким маршрутам в соответствии со сформированной таблицей маршрутизации, на узле-отправителе перед передачей каждого из полученных пакетов считывают и запоминают его параметры, формируют таблицу маршрутизации с динамической метрикой, которую адаптируют к заданным параметрам пакета, после чего отправляют каждый пакет по маршруту, определенному сформированной таблицей маршрутизации, далее пересчитывают метрику задействованных маршрутов и повторяют действия до момента освобождения очереди на передачу пакетов.

Известен «Способ многопутевой маршрутизации с использованием расщепления потока трафика данных» (патент РФ № 2636665 от 27.11.2017 Бюл. № 33) заключающийся в том, что принимают промежуточной системой потоки трафика данных от оконечной системы отправителя, каждый поток трафика данных представлен в виде протокольных блоков данных или байтов, расщепляют в промежуточной системе каждый поток трафика данных на два или более субпотоков трафика данных, каждый субпоток трафика данных представлен в виде протокольных блоков данных или байтов соответствующего потока трафика данных, маршрутизируют протокольные блоки данных или байты каждого субпотока трафика данных по двум или более надежным маршрутам в промежуточной системе, рекомбинируют в промежуточной системе каждый поток трафика данных, состоящий из двух или более субпотоков трафика данных, передают от промежуточной системы потоки трафика данных в оконечную систему получателя, вычисляют два или более надежных маршрута в сети связи, при этом используют композицию алгоритмов Дейкстры, построение усеченного дерева событий в ширину и метод объединения простых цепей с учетом эффекта поглощения, заполняют таблицы маршрутизации для двух или более надежных маршрутов сети связи в порядке уменьшения их надежности, формируют вектор величин расщепления потока трафика данных на два или более субпотоков трафика данных с учетом вычисленных надежных маршрутов сети связи, пропускной способности каналов связи, загрузки каналов связи.

Известен «Способ внешнего контроля качества предоставляемых сетью связи услуг» (патент РФ № 2669535 от 11.10.2018, Бюл. № 29) заключающийся в том, что задают объект измерения; передают импульсную последовательность; принимают импульсную последовательность; обнаруживают битовые ошибки; подсчитывают количество битовых ошибок; задают исходные данные: пары корреспондирующих абонентов; тестовую последовательность, известную заданной паре абонентов, состоящую из К бит, требуемую вероятность битовой ошибки (); периодичность () проведения измерений вероятности битовой ошибки () при максимальной скорости передачи (V_maxпер); в непрерывно функционирующей сети, в реальных условиях эксплуатации передают и принимают тестовую последовательность между парой корреспондирующих абонентов при максимальной скорости передачи (V_{max пер}); рассчитывают вероятность битовой ошибки (Р_ош) тестовой последовательности на сети связи; запоминают в матрицу (М) значения вероятности битовой ошибки (Р_ош) тестовой последовательности на информационном направлении; сравнивают значения требуемой вероятности битовой ошибки (Р_оштр) со значениями вероятности битовой ошибки (Р_ош) тестовой последовательности, если значения вероятности битовой ошибки (Р_ош) совпадают или меньше значения требуемой вероятности битовой ошибки (Р_оштр), то сеть связи удовлетворяет требованиям заданного качества услуг для заданной пары корреспондентов, и формируют сигнал, подтверждающий качество представляемых услуг связи, если значения вероятности битовой ошибки (Р_ош) выше значения требуемой вероятности битовой ошибки (Р_оштр), то формируют сигнал о не соответствии качества представляемых услуг связи.

Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) к заявленному способу является способ описанный в статье «Динамическое управление маршрутизацией соединений в корпоративной сети связи при выходе из строя арендуемых линий прямой связи» (Белов А.С., Добрышин М.М., Горбуля Д.С. Динамическое управление маршрутизацией соединений в корпоративной сети связи при выходе из строя арендуемых линий прямой связи / Журнал технических исследований : - 2021. – № 2. – С. 13-19), заключающийся в создании модели корпоративной сети в виде неориентированного графа, вершинами которого являются узлы корпоративной сети, ребрами линии прямой связи между ними; измерении значений параметров, вносимых линиями прямой связи между соседними узлами корпоративной сети, оценке фактической загрузки арендуемых информационных потоков, между соседними узлами сети; при выходе из строя линии прямой связи между двумя узлами корпоративной сети, фиксации набора предоставляемых абонентам услуг связи; определении оптимального маршрута, между двумя узлами сети; расчете значений параметров, вносимых линиями прямой связи между соседними узлами корпоративной сети для каждого из определенных маршрутов и сравнении с требуемыми значениями; если рассчитанные значения превышают требуемые, то указанный маршрут далее не рассматривают, если выбранный маршрут удовлетворяет требованиям по качеству, то его сохраняют в оперативную память; если по результатам поиска, оптимальный маршрут, не найден, то осуществляется поиск пути для каждой из услуг связи предоставляемой абонентам узла до выхода из строя прямой линии связи; при помощи управляющего центра производится перемаршрутизация информационных потоков узлов корпоративной сети, установление соединения и восстановление прерванных услуг связи.

Техническая проблема – низкий уровень качества предоставления услуг связи абонентам корпоративной сети, вызванное несвоевременной реконфигурацией сети при возникновении признаков характеризующих эксплуатационные отказы телекоммуникационного оборудования.

Технический результат – повышение уровня качества предоставления услуг связи абонентам корпоративной сети, за счет повышения своевременности реконфигурации сети при возникновении признаков характеризующих эксплуатационные отказы телекоммуникационного оборудования.

Техническая проблема решается за счет разработки способа, позволяющего на основе прогнозирования значений параметров, вносимых линиями прямой связи между соседними узлами корпоративной сети, своевременно выявлять условия, при которых возможно ухудшение качества предоставления услуг связи, на основе чего осуществлять заблаговременный поиск нового маршрута, позволяющего обеспечить соединение рассматриваемых узлов, а при технической невозможности это сделать, проводится расщепление информационного потока на потоки услуг связи и поиск маршрута осуществляется для каждой услуги связи.

Техническая проблема решается тем, что в способе адаптивного управления маршрутизацией информационных потоков в корпоративных сетях связи при возникновении эксплуатационных отказов измеряют значения задержки доставки пакета (IPTD), средней задержки доставки пакета (IPDV), коэффициента потери пакетов (IPLR), коэффициента ошибок пакетов (IPER) всех используемых линий корпоративной сети связи, скорость передачи данных между двумя элементами корпоративной сети связи; измеряют значения параметров занятости каждого из имеющихся информационных направлений; прогнозируют значения параметров линий корпоративной сети связи (,,,) для каждого из определенных маршрутов; сравнивают спрогнозированные значения параметров линий корпоративной сети связи (,,,) с требуемыми для предоставления указанных услуг связи значениями параметров линий корпоративной сети связи (,,,); поиск маршрута между двумя элементами корпоративной сети связи осуществляется на основе оценки параметров занятости каждого из имеющихся информационных направлений, а также указанных значений качества линий корпоративной сети связи (,,,); если маршрут удовлетворяющий требованиям не найден, то анализируют структуру информационного потока рассматриваемого узла корпоративной сети связи, а именно количество предоставляемых услуг связи, требуемую для их предоставления скорость передачи данных; сформированная команда о рекомбинации сети передается на элементы транспортной инфраструктуры корпоративной сети связи, осуществляется рекомбинация информационных потоков и продолжается прогнозирование ее состояния,

Согласно изобретению дополнительно вводят исходные данные: допустимые для предоставления указанных услуг связи скорость передачи данных, (,,,) [ITU-T Y.1541 Network performance objectives for IP-based services: ITU-T SG12. Series Y: Global information infrastructure, Internet protocol aspects, next-generation networks, Internet of Things and smart cities. ITU, 2011.]; сравнивают время функционирования и заданное время эксплуатации. Если время функционирования равно заданному времени эксплуатации, то дальнейшая работа способа заканчивается; если время функционирования меньше заданного времени эксплуатации, измеренные значения параметров всех используемых линий корпоративной сети связи сохраняются в виде временного ряда в базе данных [Николаев А., Измерительный зонд wiProbe, техническое описание, вер. 2.4, 28.02.2018 г], прогнозируют изменение значений параметров линий корпоративной сети связи (IPTD, IPDV, IPLR, IPER) [учебник по программе STATISTICA, URL: https://hr-portal.ru/statistica/] длительность периода прогнозирования определяется как сумма времени принятия управленческого решения администратором сети и времени необходимым для перемаршрутизация корпоративной сети связи; если по результатам сравнения все спрогнозированные значения параметров линий корпоративной сети связи удовлетворяют требуемым, то продолжают прогнозировать изменение значений параметров линий корпоративной сети связи [учебник по программе STATISTICA, URL: https://hr-portal.ru/statistica/]; если хотя бы один из указанных параметров (,,,) не удовлетворяет соответствующим допустимым значениям, производится поиск альтернативного маршрута; если маршрут найден то формируются команды о перемаршрутизации корпоративной сети связи (изменения в таблицах маршрутизации, адресной книги, время перехода с действующего маршрута на вновь определенный маршрут) [Белов А.С., Добрышин М.М., Горбуля Д.С. Динамическое управление маршрутизацией соединения в корпоративной сети связи при выходе из строя арендуемых линий прямой связи / Журнал технических исследований: 2021. № 2. С. 13-19. Добрышин М.М., Горбуля Д.С. и др. Программа выбора оптимального маршрута передачи информационных потоков с использованием узлов транзитной связи при выходе из строя линий прямой связи / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021616472 от 22.04.2021 Бюл. № 5]; сформированная команда передается на элементы транспортной инфраструктуры корпоративной сети связи (маршрутизаторы, коммутаторы, серверы), информационное направление рекомбинируется и продолжается прогнозирование ее состояния; производят расщепление информационного потока узла корпоративной сети связи на информационные потоки услуг связи; осуществляют поиск новых информационных маршрутов для каждой из предоставляемых услуг связи; после нахождения маршрута для рассматриваемой услуги связи формируется команда о перемаршрутизации корпоративной сети связи, сформированная команда передается на элементы транспортной инфраструктуры корпоративной сети связи [Белов А.С., Добрышин М.М., Горбуля Д.С. Динамическое управление маршрутизацией соединения в корпоративной сети связи при выходе из строя арендуемых линий прямой связи / Журнал технических исследований: 2021. № 2. С. 13-19. Добрышин М.М., Горбуля Д.С. и др. Программа выбора оптимального маршрута передачи информационных потоков с использованием узлов транзитной связи при выходе из строя линий прямой связи / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021616472 от 22.04.2021 Бюл. № 5], осуществляется рекомбинация информационных потоков и продолжается прогнозирование ее состояния; если новый информационный маршрут для выбранной услуги связи не найден, то производят изменение кодеков, ухудшают качество предоставляемых услуг связи и повторяют поиск нового информационного маршрута [Белов А.С., Добрышин М.М., Горбуля Д.С. Динамическое управление маршрутизацией соединения в корпоративной сети связи при выходе из строя арендуемых линий прямой связи / Журнал технических исследований: 2021. № 2. С. 13-19. Добрышин М.М., Горбуля Д.С. и др. Программа выбора оптимального маршрута передачи информационных потоков с использованием узлов транзитной связи при выходе из строя линий прямой связи / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021616472 от 22.04.2021 Бюл. № 5]; если изменить кодек или ухудшить качество предоставляемой услуги связи невозможно, то сетевой администратор предлагает абоненту услугу связи, которую корпоративная сеть связи может предоставить в условиях ухудшения качества и формируется команда о перемаршрутизации корпоративной сети связи.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает повышение качества предоставления услуг связи абонентам корпоративной сети, за счет повышения своевременности реконфигурации сети при изменении значений параметров, вносимых линиями прямой связи между соседними узлами корпоративной сети.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".

«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данную систему с достижением указанного в изобретении результата.

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 – структурно-логическая схема функционирования разработанного способа;

фиг. 2 – схема проведения эксперимента (исходное состояние);

фиг. 3 – схема проведения эксперимента (возникновение отказа маршрутизатора);

фиг. 4 – вариант рекомбинации корпоративной сети, при выходе из строя элементов транспортной сети;

фиг. 5 – исходные данные и результаты эксперимента.

В блоке 1 вводят исходные данные: допустимые для предоставления указанных услуг связи скорость передачи данных, максимально допустимые значения задержки доставки пакета IP (IP packet transfer delay, IPTD), средней задержки доставки пакета IP, вариации задержки пакета IP (IP packet delay variation, IPDV), коэффициента потери пакетов IP (IP packet loss ratio, IPLR), коэффициента ошибок пакетов IP (IP packet error ratio, IPER).

В блоке 2 измеряют значения всех используемых линий корпоративной сети связи: производительность информационного направления (скорость передачи данных между двумя элементами корпоративной сети связи) (Open Source Used In Packet Tracer 7.3 Cisco Systems, Inc.); IPTD, IPDV, IPLR, IPER (Система мониторинга услуги ШПД wiSLA.DSL (http://www.wellink.ru/content/ Architecture-of-wisla)).

В блоке 3 измеряют значения параметров занятости каждого из имеющихся информационных направлений (Система мониторинга услуги ШПД wiSLA.DSL (http://www.wellink.ru/content/ Architecture-of-wisla)).

В блоках 4 сравнивают время функционирования и заданное время эксплуатации. Если время функционирования равно заданному времени эксплуатации, то дальнейшая работа способа заканчивается.

Если время функционирования меньше заданного времени эксплуатации, измеренные значения параметров всех используемых линий корпоративной сети связи (блок 2) сохраняются в виде временного ряда в базе данных (блок 5), а также в блоке 6 прогнозируют изменение значений параметров линий корпоративной сети связи (IPTD, IPDV, IPLR, IPER) (прогнозирование осуществляется в программной среде STATISTICA 10 (Ver. 10.0.1011.0)). Длительность периода прогнозирования определяется как сумма времени принятия управленческого решения администратором сети и времени необходимым для перемаршрутизация корпоративной сети связи.

В блоке 7 сравнивают спрогнозированные значения параметров линий корпоративной сети связи (,,,) с требуемыми для предоставления указанных услуг связи значениями параметров линий корпоративной сети связи (,,,):

(1)

Если по результатам сравнения все спрогнозированные значения параметров линий корпоративной сети связи удовлетворяют требуемым, то продолжают прогнозировать изменение значений параметров линий корпоративной сети связи (блок 6).

Если хотя бы один из указанных параметров (,,,) не удовлетворяет соответствующим допустимым значениям, в блоке 8 производится поиск альтернативного маршрута. Поиск осуществляется на основе оценки параметров занятости каждого из имеющихся информационных направлений, а также указанных значений качества линий корпоративной сети связи [Белов А.С., Добрышин М.М., Горбуля Д.С. Динамическое управление маршрутизацией соединения в корпоративной сети связи при выходе из строя арендуемых линий прямой связи / Журнал технических исследований: 2021. № 2. С. 13-19. Добрышин М.М., Горбуля Д.С. и др. Программа выбора оптимального маршрута передачи информационных потоков с использованием узлов транзитной связи при выходе из строя линий прямой связи / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021616472 от 22.04.2021 Бюл. № 5].

Если маршрут найден (блок 9), в блоке 10 формируются команды о перемаршрутизации корпоративной сети связи (изменения в таблицах маршрутизации, адресной книги, время перехода с действующего маршрута на вновь определенный маршрут).

Далее (блок 11) сформированная команда передается на элементы транспортной инфраструктуры корпоративной сети связи (маршрутизаторы, коммутаторы, серверы), информационное направление рекомбинируется (блок 12) и продолжается прогнозирование ее состояния (блок 6).

Если маршрут удовлетворяющий требованиям не найден (блок 9), то в блоке 13 анализируют структуру информационного потока рассматриваемого узла корпоративной сети связи (количество предоставляемых услуг связи, требуемую для их предоставления скорость передачи данных).

В блоке 14 производят расщепление информационного потока узла корпоративной сети связи на информационные потоки услуг связи.

В блоке 15 осуществляют поиск новых информационных маршрутов для каждой из предоставляемых услуг связи [Белов А.С., Добрышин М.М., Горбуля Д.С. Динамическое управление маршрутизацией соединения в корпоративной сети связи при выходе из строя арендуемых линий прямой связи / Журнал технических исследований: 2021. № 2. С. 13-19. Добрышин М.М., Горбуля Д.С. и др. Программа выбора оптимального маршрута передачи информационных потоков с использованием узлов транзитной связи при выходе из строя линий прямой связи / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021616472 от 22.04.2021 Бюл. № 5].

После нахождения маршрута для рассматриваемой услуги связи (блок 16) формируется команда о перемаршрутизации корпоративной сети связи (блок 10), сформированная команда передается на элементы транспортной инфраструктуры корпоративной сети связи (блок 11), осуществляется рекомбинация информационных потоков (блок 12) и продолжается прогнозирование ее состояния (блок 6).

Если новый информационный маршрут для выбранной услуги связи не найден, то производят изменение кодеков, ухудшают качество предоставляемых услуг связи (блок 17) и повторяют поиск нового информационного маршрута (блок 15).

Если изменить кодек или ухудшить качество предоставляемой услуги связи невозможно (блок 18), то сетевой администратор предлагает абоненту услугу связи, которую корпоративная сеть связи может предоставить в условиях ухудшения качества и формируется команда о перемаршрутизации корпоративной сети связи (блок 10).

Сформированная команда передается на элементы транспортной инфраструктуры корпоративной сети связи (блок 11), осуществляется рекомбинация информационных потоков (блок 12) и продолжается прогнозирование ее состояния (блок 6).

Оценка эффективности предлагаемого способа и известных решений, проводилась путем имитации предоставления услуг связи абонентам корпоративной сети связи, с использованием фрагмента транспортной сети с коммутацией пакетов. Схема построена в программной среде GNS3 (GNS3 GENERAL PUBLIC LICENSE, Version 3, 29 June 2007). (фиг. 2). Где транспортная составляющая сети связи реализована на базе маршрутизаторов Cisco 7200 (R1,R2,R3,R7,R8); узлы доступа (Узел 1-4) соединяются с транспортной сетью с использованием маршрутизаторов Cisco 3600 (R1,R4,R5, R7,R6,R9,R10), между всеми узлами корпоративной сети связи образованы виртуальные направления связи с использованием технологии MPLS по которым осуществляется информационный обмен.

При выходе из строя маршрутизатора (R3) (фиг. 3) происходит разрыв сеанса связи между узлом 1 и узлом 2. Так как применяется технология MPLS, то оперативно осуществить автоматическую реконфигурацию транспортной сети невозможно. Основываясь на нормативных документах и опыте эксплуатирующих подразделений, можно рассчитать длительность перерыва связи (), который будет, сопоставим со временем восстановления работоспособности транспортной сети ():

где - коэффициент готовности (для транспортной сети связи составляет 0,999),

- время функционирование транспортной сети (при расчетах используется 365 дней).

дня, что часам

Статистические данные свидетельствуют в том, что в расчетный период может произойти от 2 до 3 эксплуатационных отказов сетевого оборудования, что позволяет определить время перерыва связи для способа прототипа часам.

Предлагаемый способ позволяет найти возможный маршрут и осуществить рекомбинацию сети без перерыва связи (при определенных условиях, фиг. 5), или снизить время перерыва связи (фиг. 5).

Таким образом, поставленный технический результат, а именно повышение уровня качества предоставления услуг связи абонентам корпоративной сети, за счет повышения своевременности реконфигурации сети при возникновении признаков характеризующих эксплуатационные отказы телекоммуникационного оборудования – обеспечен.