Способ и система управления потоками при передаче пакетов данных

(51) 04 12/56 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ при этом дополнительно осуществляют анализ трафика на признаки самоподобия с вычислением временного интервала между последним и предыдущим пакетами Т 2 и Т 1, определяют объем буфера памяти по формуле, где- стандартный размер пакета,- объем резервной памяти ипрогнозируемое количество пакетов,и перераспределяют вычисленный объем буферу текущему порту коммутатора. Система управления потоками при передаче пакетов данных, включает коммутатор второго уровня, и дополнительно - контроллер, встроенный на вход коммутатора и соединенный со всеми портами. Изобретения обеспечивают высокую способность передавать трафик, обладающий свойством самоподобия.(76) Мирзакулова Шарафат Абдурахимовна Балгабекова Ляйлим Озбековна Жолмырзаев Арман Кундаулетович(54) СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ПАКЕТОВ ДАННЫХ(57) Изобретения относятся к области информационных и телекоммуникационных технологий и предназначены для использования в коммутационных вычислительных сетях для обработки самоподобного трафика. Способ управления потоками при передаче пакетов данных в коммутаторе, включает определение параметров трафика, адаптацию параметров и предотвращение перегрузок памяти, 26818 Изобретения относятся к области информационных и телекоммуникационных технологий и предназначены для использования в коммутационных вычислительных сетях для обработки самоподобного трафика. Известен способ автоматизированного управления, который заключается во введении точки доступа и других радиосредств, которые в совокупности обеспечивают функционирование беспроводной локальной вычислительной сети(ЛВС), используемой для обмена данными между подсистемами (Пат.2321062, 06 90/00.06 15/16, оп.27.03.2008 г.). Этот способ реализуется системой,представленной в указанном патенте, которая по первому варианту содержит две подсистемы с аналогичными техническими средствами. Технические средства в каждой подсистеме связаны с локальной вычислительной сетью. В ЛВС первой подсистемы одна из ЭВМ имеет дополнительный сетевой выход для связи с аналогичным выходом соответствующей ЭВМ из ЛВС второй подсистемы. Для обмена данными между подсистемами использована ЛВС,сформированная путем соединения упомянутых выходов. Согласно второму варианту в систему введен коммутатор, а в ЛВС первой подсистемы одна из ЭВМ имеет дополнительный сетевой выход, подключенный к коммутатору, к выходам которого подключены дополнительные сетевые выходы соответствующих ЭВМ других подсистем. Для обмена данными использована ЛВС, сформированная на основе коммутатора и ЭВМ с дополнительными сетевыми выходами. Согласно третьему варианту в систему управления введены точка доступа и другие радиосредства, в совокупности обеспечивающие функционирование беспроводной ЛВС. В ЛВС первой подсистемы одна из ЭВМ имеет дополнительный сетевой выход, подключенный к точке доступа. Аналогичные дополнительные сетевые выходы соответствующих ЭВМ из ЛВС других подсистем подключены к радиосредствам. Для обмена данными используют эту беспроводную ЛВС. Недостатком известных способа и системы является то, что в ней отсутствуют средства анализа трафика поступающего между ее подсистемами, не учитываются возможность изменения таких параметров трафика, как его характер, числовые параметры и перегрузка, связанная с повышенным активности в отдельной подсистеме. Известны способ и система для обработки сигналов трафика данных, несущих информацию. Способ состоит в том, что вызовы абонента маркируются и маркированные вызовы направляются в виртуальный коммутатор для обработки в соответствии с характеристиками вызова. В этой системе может быть осуществлено индивидуальное обслуживание абонента без использования какого-либо коммутатора абонента. Осуществляется также интеллектуальное управление вызовами абонента в соответствии с услугами и функциями, которые желает абонент и 2 которые он сам модифицировал (Пат.2127494,кл. 04 3/00, Н 04 М 3/42, оп. 10.03.1999 г.). Для осуществления этого способа используется система с трафиком данных, описанная указанном патенте, в которой сигналы трафика данных,несущие информацию,передаются между терминалами двух абонентов, и которая содержит средства передачи сигналов трафика данных между двумя абонентами, при этом средства передачи сигналов трафика данных содержат виртуальный коммутатор, расположенный на конце логической цепочки, идущей от абонента, так, что виртуальный коммутатор может быть запрограммирован посредством команд управления из терминала абонента для обеспечения характеристик,индивидуальных для каждого абонента. Виртуальный коммутатор содержит маршрутизатор для маршрутизации сигналов трафика данных в системе с трафиком данных и средства управления,соединенные с маршрутизатором, для управления маршрутизацией сигналов трафика данных. Недостатком этого способа и системы является отсутствие подсистемы управления буфером коммутатора, что не позволяет эффективно использовать память буфера коммутатора и может вызвать в определенные промежутки времени нехватку свободного буферного пространства для размещения пакетов трафика и их потерю. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ управления потоками при передаче пакетов данных в коммутаторе, включающий определение параметров трафика, адаптацию параметров и предотвращение перегрузок памяти. Способ заключается в том, что предварительно для 1 потоков пакетов данных устанавливают параметры их обработки, принимают пакеты данных,идентифицируют по принадлежности к одному из потоков, передают в память -го порта центра коммутации, запоминают их, обрабатывают и передают отправителю подтверждение о приеме очередного пакета. Одновременно из числа ранее обработанных пакетов выделяют пакеты для последующей передачи и передают их получателю, в качестве предварительно устанавливаемых параметров задают размер объема памяти Ввыд, дискретное значение объема памяти Вд и функцию коэффициента задержки подтверждения Р(ВТ). Дополнительно при приеме пакетов данных измеряют время , где 02 в течение которого текущее значение объема памяти ВТ,занятого пакетами данных всех принимаемых потоков, изменится на величину Вд. Кроме того,измеряют среднюю в интервале времениинтенсивность поступленияпакетов -г потока из канала связи, где ,2,3 и среднюю интенсивность их передачиполучателю. По измеренным значениямирассчитывают среднюю в интервале временискорость заполнения памяти зап пакетами каждого потока. По текущему значению памяти Вт, занятой пакетами данных всех принимаемых потоков, вычисляют текущее значение функции коэффициента задержки подтверждения Р(В). Передачу подтверждения о приеме очередного пакета в следующем интервале времени (1) задерживают на время кв(1). Причем время задержки кв(1) передачи подтверждения о получении очередного пакета данных для - потока вычисляют после измерения параметров В,ив интервале временипо формуле В качестве функции коэффициента задержки подтверждения Р(ВТ) выбирают линейную или экспоненциальную,или тригонометрическую функции, а дискретное значение объема памяти В выбирают из расчета где М(2). Среднюю скорость заполнения памяти пакетами-г потока в интервале временирассчитывают по формуле зап-(пт.2272362 кл. 04 12/56 оп.20.03.2006 г.). Для осуществления способа используется система, представленная в указанном патенте,которая содержит коммутатор - центр коммутации соединенный через порты с каналами передачи потоков пакетов данных, причем каждый порт имеет буфер памяти. Центр коммутации занимается обработкой пакетов и их передачей по месту назначения. По сравнению с аналогами способ и система по прототипу позволяют повысить производительность устройств коммутации пакетов за счет снижения числа повторных передач пакетов данных,вызванных переполнением памяти, путем адаптации временных интервалов передачи подтверждения о факте получения соответствующих пакетов данных при одновременной минимизации ограничений на передачу приоритетного трафика. Однако недостатком способа и системы в целом является относительная низкая производительность центров коммутации пакетов в условиях преобладания самоподобного трафика. Свойство самоподобия проявляет себя в перегрузках на узлы коммутации за малый участок интервала времени необходимо обработать колоссальную нагрузку отдельных участков сети (порта). Снижение количества повторных передач пакетов данных, вызванных переполнением памяти буфера коммутатора, не решает проблему переполнения памяти буфера, а лишь слабо снижает эффект перегрузки за счет уменьшения общего времени обработки пакетов,что влияет на производительность сети в целом(О.И. Шелухин, А.М. Тенякшев, А.В. Осин. Фрактальные процессы в телекоммуникациях. - М. Радиотехника, 2003 г.). Задачей изобретений является разработка способа и системы управления потоками при передаче пакетов данных, обеспечивающих более высокую способность передавать трафик,обладающий свойством самоподобия. Для достижения указанного технического результата в способе управления потоками при передаче пакетов данных в коммутаторе,включающем определение параметров трафика,адаптацию параметров и предотвращение перегрузок памяти,согласно изобретению дополнительно осуществляют анализ трафика на признаки самоподобия с вычислением временного интервала между последним и предыдущим пакетами Т 2 и 1, определяют объем буфера памяти по формуле , где- стандартный размер пакета,объем резервной памяти,- прогнозируемое количество пакетов,и перераспределяют вычисленный объем буферу текущему порту коммутатора. Система управления потоками при передаче пакетов данных, включающая коммутатор второго уровня, согласно изобретению дополнительно содержит контроллер, встроенный на вход коммутатора и соединенный со всеми портами. Предложенные изобретения реализованы следующим образом. Сеть с коммутацией пакетов,так же как и сеть с коммутацией каналов, состоят из коммутаторов,однако коммутаторы функционируют в этих сетях по-разному. Главное отличие предложенного способа и системы состоит в том, что пакетные коммутаторы второго уровня имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов. Пакетный коммутатор не может принять решения о продвижении пакета, не имея в своей памяти всего пакета. Коммутатор проверяет контрольную сумму,начинает обрабатывать пакет и по адресу назначения определяет следующий коммутатор. Если коммутирующий блок не успевает обрабатывать пакеты,то на интерфейсах коммутатора возникают очереди. Внутренняя буферная память коммутатора нужна для временного хранения пакетов данных в тех случаях,когда их невозможно немедленно передать на выходной порт. Кроме того, буфер предназначен для сглаживания кратковременных пульсаций трафика,где часто встречаются значения коэффициента пульсации трафика в диапазоне 501 или 1001. Емкость буфера порта рассчитана в соответствии с требованиями классической теории телетрафика и достаточна для передачи средних значений трафика. Предлагаемая система для улучшения обслуживания содержит контроллер, позволяющий перераспределять динамически объем буфера(увеличение/уменьшение) соответствующему порту коммутатора второго уровня для обслуживания поступающей нагрузки (даже в случае перегрузки) без потерь. Проблема самоподобия сетевого трафика появилась в 1993 году и на сегодняшний день,существует вывод о том, что поведение сетевого трафика успешно моделируется при помощи так называемого самоподобного процесса. На фиг.2 показан алгоритм работы контроллера по динамическому перераспределению буфера порту коммутатора второго уровня, разработанного в соответствии с классической теории телетрафика,из объединенного накопителя памяти при поступлении самоподобного трафика в соответствии с которой- во-первых, все буферы портов коммутатора логически объединены и создается объединенный буфер, для общего использования. При этом каждому порту коммутатора выделяется емкость,которая названа как- это регулируемая администратором сети емкость во-вторых, управление обработкой потока осуществляют согласно алгоритму,представленному на фиг.2, на котором- шаг 1 - считать и запомнить время прибытия последнего пакета- шаг 2 - считать время прибытия нового пакета Т 2- шаг 3 - вычислить временное окно между пакетами ТХТ 2-Т 1- шаг 5 - если ТхТ, то с помощью целочисленного деления определяется, во сколько раз быстрее поступают требования, чем успевает обработать порт коммутатора второго уровня- шаг 6 - из общего буфера выделяется необходимая емкость- шаг 7 - если ТхТ, то с помощью целочисленного деления определяется во сколько раз медленно поступают требования, чем успевает обработать порт коммутатора второго уровня- шаг 8 - из нормированного буфера порта изымается неиспользованная емкость буфера для других портов в случае необходимости. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ управления потоками при передаче пакетов данных в коммутаторе, включающий определение параметров трафика, адаптацию параметров и предотвращение перегрузок памяти,отличающийся тем,что дополнительно осуществляют анализ трафика на признаки самоподобия с вычислением временного интервала между последним и предыдущим пакетами Т 2 и Т 1 ,определяют объем буфера памяти по формуле, гдестандартный размер пакета,- объем резервной памяти,- прогнозируемое количество пакетов, и перераспределяют вычисленный объем буферу текущему порту коммутатора. 2. Система управления потоками при передаче пакетов данных, включающая коммутатор второго уровня, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит контроллер, встроенный на вход коммутатора и соединенный со всеми портами.