Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы маршрутизации на цифровых широкополосных сетях связи. Часть 1. Учебное пособие
.pdf
11
1
3
4
2
3144
1433
3411
2
M
Рисунок 1.3 Пример построения таблицы
Соответствующие строки матрицы M
2
1
m
2
3
m
2
4
m
2
1
m
;
3144
1433
3411
;
244
423
422
21
MM
.
1233
1322
3211
;
244
422
241
43
MM
(2)
будут иметь следующий вид:
= (1 ,4 ,3);
= (3, 4, 1);
= (4, 1, 3). Таким образом, при поиске
маршрута от УК № 2 к УК № 1 необходимо обратиться к вектор строке
= (1 ,4 , 3). При этом, исходящий ТПС к смежному УК № 1 является более
предпочтительным, так как он ведет непосредственно к искомому УК, следовательно, является ИТПС первого выбора. Соответственно, исходящие ТПС к
смежным УК № 4 и 3 являются исходящими ТПС второго и третьего выбора.
Для того, чтобы была возможность определять маршруты между любой
парой УК необходимо построить таблицы маршрутизации в каждом узле сети.
Совокупность таблиц маршрутизации для всех УК сети называется планом
распределения информации (ПРИ) на сети связи. Считается, что ПРИ на сети
задан, если определены таблицы маршрутизации для каждого УК.
Пример 1.4.
Зададим ПРИ на сети, изображенной на Рисунке 1.3, в виде таблиц марш-
рутизации:
В данном примере формирование ПРИ осуществлялось по минимальному
количеству транзитных УК в искомом маршруте. Возможны ситуации, когда
формирования ПРИ осуществляется и по другим критериям:
надежность элементов сети связи;
время задержки передачи информации в элементах сети;
скорость передачи информации и прочие.
Данные параметры являются случайными величинами и зависят от многих
причин:
вида и интенсивности трафика пользователей сети;
условий окружающей среды при эксплуатации оборудования сети;
технического состояния оборудования сети и других причин.
12
Поэтому в процессе эксплуатации сетей связи могут возникнуть ситуации,
2
1
m
4
1
m
при которых необходимо скорректировать таблицы маршрутизации и тем самым переформировать ПРИ.
Если в процессе эксплуатации сетей связи происходит автоматическое пе-
реформирование ПРИ (без участия администрации сети), то такой ПРИ называют динамическим.
В противном случае формирование ПРИ будет статическим.
ПРИ позволяет определить маршруты между любой парой узлов на сети
связи. Для этого необходимо во всех транзитных УК, начиная с УИ, обращаясь
к таблице маршрутизации, определить ту вектор строку, номер которой совпадает с номером УП. В данной вектор строке необходимо выбрать ИТПС первого выбора. Если, по каким либо причинам, исходящий ТПС первого выбора
оказался недоступным (занятость передачей другой информации или неисправность аппаратуры), то следует выбрать исходящий ТПС второго выбора. В
случае недоступности ИТПС второго выбора выбрать следующий по предпочтительности исходящий ТПС. Данная процедура продолжается во всех узлах,
участвующих в формировании искомого маршрута, пока не будет определен
маршрут между заданной парой узлов.
В случае недоступности всех исходящих ТПС в данном узле потребуется
либо вернуться на предыдущий УК и выбрать менее предпочтительный исходящий ТПС, либо дать отказ на невозможность организации искомого маршрута между заданной парой узлов.
Пример 1.5.
Используя таблицы маршрутизации для сети, изображенной на Рисунке
1.3, определим несколько вариантов формирования маршрутов между узлами
№ 2 и № 1.
Этап № 1. Обращаемся к таблице маршрутизации УК № 2 и выбираем век-
тор строку под номером 1:
= (1, 4, 3). В данной вектор строке ИТПС перво-
го выбора является ТПС, соединяющий данный узел с узлом под номером 1.
УК № 1 является искомым (УП). Следовательно, маршрут
1
= {2, 1} являет-
2,1
ся маршрутом первого выбора. Допустим, что в данный момент времени исходящий ТПС первого выбора является недоступным.
Этап № 2. В данном случае необходимо выбрать следующий по предпо-
чтительности исходящий ТПС, т. е. ИТПС к УК № 4.
Этап № 3. В УК № 4 обращаемся к таблице маршрутизации и выбираем
вектор строку под номером 1:
= (1, 2, 3). Исходящим ТПС первого выбора
является ТПС, соединяющий данный узел с узлом под номером 1. УК № 1 является искомым (УП). Следовательно, маршрут
2
= {2, 4, 1} является
2,1
маршрутом второго выбора.
Обратимся к этапу № 1. В случае занятости или неисправности исходящих
ТПС первого выбора и второго выбора в УК № 2 имеется возможность выбрать
ИТПС к УК № 3. В данной ситуации будет определен маршрут между УК № 2
и 1 третьего выбора:
3
= {2, 3, 4, 1}.
2,1
13
Таким образом, используя заданный ПРИ можно организовать между уз-
4
1
m
лами № 2 и № 1 следующие маршруты:
3
= {2, 3, 4, 1}.
2,1
1
= {2, 1},
2,1
2
= {2, 4, 1} и
2,1
Анализ ситуаций выбора исходящих ТПС на этапе № 3 позволяет сделать
важный вывод: при поиске маршрутов между заданной парой УК на сети необходимо избегать возможных зацикливаний маршрута.
Действительно, если на этапе № 3 окажется недоступным исходящий ТПС
к УК № 1, то согласно информации, заложенной в вектор строке
= (1, 2, 3),
выбор следующих по предпочтительности исходящих ТПС к УК № 2 и 3 приведет к зацикливанию маршрута. Данная ситуация недопустима, так как это
приведет к невозможности установления маршрута между заданной парой узлов и перегрузке сети.
В рассмотренном примере в каждом УК производился выбор только одно-
го (по степени предпочтительности) исходящего ТПС. Следовательно, в процессе организации искомого маршрута формировался и один соединительный
ТПС. Подобный выбор исходящих ТПС в каждом УК будем называть последовательным.
Если в каждом УК одновременно выбирается два и более исходящих ТПС,
то такой выбор ИТПС будем называть параллельным. В этом случае на сети
формируется несколько маршрутов от УИ к УП, один из которых будет оставлен и зафиксирован. Остальные должны само распадаться.
Критерием выбора одного из множества маршрутов могут быть:
минимальное количество транзитных УК;
минимальное время задержки при передачи сообщения по всей длине
маршрута;
максимальная надежность элементов, участвующих в формировании
маршрута.
Возможен и комбинированный (последовательно параллельный) выбор
исходящих ТПС в УК. В данном случае в процессе поиска искомого маршрута
одна часть УК осуществляет последовательный выбор исходящих ТПС, а другая часть узлов выполняет параллельный выбор ИТПС.
Отметим, что последовательный выбор исходящих ТПС является частным
случаем параллельного выбора ИТПС.
Критериями выбора количества исходящих ТПС в каждом УК могут слу-
жить:
приоритет пользователей сети связи (определяется срочностью и цен-
ностью предполагаемой к передачи информации);
степень загруженности или неисправности элементов сети связи.
Таким образом, анализируя процедуры формирования маршрутов в при-
мерах 1.4 и 1.5 можно заключить, что маршрутизация состоит из двух этапов.
1. Формирование ПРИ на сети связи.
2. Выбор исходящего тракта передачи сообщения в каждом УК при поиске
маршрута между УИ и УП.
14
Выводы
jiSji ;,1,
jiSji ;,1,
jiSji ;,1,
1. Сеть связи это сложная совокупность систем передачи информации
и управления, которые взаимосвязаны между собой на единых организационно-технических принципах построения и эксплуатации.
2. Структуру сети связи (соединение элементов сети между собой) можно
описать матрицами: ТПС L= lij;
K= kij;
; V vij
скоростей. При необходи-
; каналов связи
мости они могут быть дополнены матрицами надежности, пропускных
способностей элементов сети и многими другими, которые необходимы
при анализе и синтезе сетей связи.
3. Маршрутизация состоит из двух этапов: формирование ПРИ на сети
связи; выбор исходящего ТПС в каждом УК при поиске маршрута между УИ и УП.
4. Если в процессе эксплуатации сетей связи происходит автоматическое
переформирование ПРИ (без участия администрации сети), то такой
ПРИ называют динамическим. В противном случае формирование ПРИ
будет статическим.
5. При поиске маршрутов между заданной парой УК на сети необходимо
избегать возможных зацикливаний маршрута.
6. Выбор исходящих ТПС (по количеству одновременно выбираемых
ТПС) в каждом УК может быть последовательным, параллельным и
комбинированным
15
2 МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАНА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
K
O
M
L
H
IGD
C
B
A
N
Рисунок 2.1 Формирование ПРИ методом рельефов
ИНФОРМАЦИИ НА СЕТИ СВЯЗИ
2.1 Метод рельефов
Метод рельефов [4] предусматривает формирование плана распределения
информации на сети по числу транзитных УК. Возможно использование и других параметров [3].
Суть данного метода состоит в следующем. Пусть i произвольный УК
сети связи. i - рельефом называется процедура присвоения значения числовой
функции каждому ТПС. i - рельеф строится следующим образом. Из i-го УК по
всем исходящим трактам передается число 1. Все УК, в которые поступило
число 1, передают по всем исходящим ТПС, кроме тех трактов, по которым поступила 1, число 2. Далее УК, на которые поступило число 2, передают по
ИТПС, кроме тех трактов, по которым поступила 2, число 3 и т.д., до тех пор,
пока все ТПС не будут пронумерованы. Говорят, что ТПС имеет n высоту, если
он обозначен числом n в i - рельефе.
Указанным способом формируется рельеф из каждого УК сети связи. В
итоге получается, что каждый тракт передачи сообщения имеет S высот.
Рассмотрим метод рельефов только относительно i - рельефа. Тогда ТПС, с
минимальной высотой, является исходящим трактом первого выбора. ТПС, с
большими высотами, соответственно являются исходящими трактами второго,
третьего и т.д. выбора.
Пример 2.1.
Построим рельеф на сети относительно УК A (Рисунок 2.1).
УК А по ИТПС AB, AC, AD передает число 1 и присваивает им это значение.
Узлы B, C и D передают по трактам BG, BC, CI, CK, CD и DK в узлы G, I, H и K
число 2. В свою очередь, узлы G, I, H и K передают по ТПС GL, GI, IL, IM, IH,
HK и KO число 3. Следовательно, перечисленным трактам присваивается число
3. УК L, M, H, O, в свою очередь, передают по ТПС LM, MN, HM, HO и ON число 4 и этим трактам присваивается число 4. Таким образом, на сети строится А
- рельеф (Рисунок 2.2).
16
Чтобы найти кратчайший маршрут от произвольного УК к узлу А доста-
K
O
M
L
H
I
G
D
CBA
N
Рисунок 2.2 Формирование А - рельефа
1
112
222
2
2
333
3
3
3
3
444
4
4
j
i
P
jiSji
H
j
;,1,;,1
1
1
H
p
j
v
j
iv
pppppp
P
j
S
j
j
j
j
j
i
j
S
j
vi
j
H
j
,...,,,...,,...,
111
,1
,
j
i
P
jiSji
H
j
;,1,;,1
точно в каждом УК выбирать исходящий ТПС с меньшим весом. Например,
кратчайший маршрут от УК N до УК А будет следующий:
DA} или
2
= {NM, MI, IC, CA},
N,A
3
= {NO, OK, KC, CA}.
N,A
1
= {NO, OK, KD,
N,A
В случае загруженности или неисправности элементов сети необходимо
переформировать рельеф. При восстановлении или освобождении элементов
сети первоначальный рельеф потребуется восстановить.
Метод рельефов позволяет определить не только исходящие ТПС первого
выбора, но и второго, третьего и так далее. Однако, недостатком данного метода является необходимость передавать информацию о формировании рельефов
между всеми узлами, что значительно загружает сеть связи.
В случае ввода в эксплуатацию новых УК потребуется так же переформи-
ровать все таблицы маршрутизации.
2.2 Игровой метод
Игровой метод [4, 6] предусматривает формирование ПРИ по накопленной
ранее статистике установления соединения между заданной парой УК.
Перед началом функционирования на сети устанавливается начальный
ПРИ в виде набора таблиц маршрутизации (1.1).
,…, p
i1
(j)
присваивается некоторый весовой коэффициент
iv
(j)
,…, p
iv
(j)
); v =
iHj
нормируется
Каждому значению m
(j)
p
. Причем,
i1
= (p
(j)
.
В результате формируется матрица весовых коэффициентов
, (2.1)
где
= (p
(j)
,…, p
i1
(j)
iv
,…, p
(j)
); v =
iHj
. (2.2)
17
Определение маршрута и формирование (коррекция) ПРИ на сети игро-
jiSjiP
j
i
;,1,;
;
7,03,04
5,05,03
3,07,02
42
,,
1
4
1
3
1
2
ppp
;
6,02,02,04
2,06,02,03
3,01,06,01
431
,,
2
4
2
3
2
1
ppp
;
7,03,04
3,07,02
5,05,01
42
,,
3
4
3
2
3
1
ppp
.
7,02,01,03
2,06,02,02
1,02,07,01
321
,,
4
3
4
2
4
1
ppp
P
2
1
вым методом осуществляется следующим образом. Во всех транзитных УК,
начиная с УИ, при поиске маршрута к i-му УП происходит обращение к i-м
строкам матриц маршрутизации (2.1). В i-х строках (2.2) определяется максимальный весовой коэффициент p
(j)
. Тем самым, выбирается v-й исходящий
iv
ТПС из j-го УК при организации маршрута к i-му УК. В результате данных
действий маршрут между заданной парой УК будет либо определен, либо данной заявке на определение маршрута будет дан отказ (в случае, если в одном из
УК все исходящие ТПС оказались недоступными либо число транзитных узлов
превысило допустимое значение, которое заранее было определено).
В первом случае, когда маршрут между заданной парой УК определен, все
ТПС, входящие в данный маршрут поощряются. Весовые коэффициенты p
данных исходящих ТПС m
(j)
увеличиваются. Во втором случае, когда маршрут
iv
(j)
iv
не определен, исходящие ТПС, участвующие в данной поиске, штрафуются.
Весовые коэффициенты p
(j)
данных исходящих ТПС m
iv
(j)
уменьшаются. В
iv
обоих случаях строки
элементы, которых были изменены (по-
ощрены или оштрафованы), нормируется.
Таким образом, в процессе эксплуатации сети формируется (корректиру-
ется) оптимальный ПРИ. Критерием оптимальности, в данном случае, является
результат организации маршрутов (при заданном количестве транзитных узлов) в предыдущие моменты времени.
Пример 2.2.
Покажем формирование ПРИ на сети, изображенной на Рисунке 1.3, игро-
вым методом. Будем считать, что начальный ПРИ задан в виде таблиц маршрутизации примера 1.4.
Весовые коэффициенты (2.1) для узлов сети имеют следующий вид
P
P
(1)
(3)
P
P
(2)
(4)
Допустим, что необходимо определить маршрут между УИ под номером 2
и УП № 1. При этом количество транзитных УК не должно превышать одного.
В УИ № 2 из таблицы весовых коэффициентов P
ку
= (0,6; 0,1; 0,3). Исходящим ТПС первого выбора является ТПС к УК №
(2)
выбираем вектор стро-
1. Предположим, что данный ИТПС в настоящий момент времени недоступен.
Так как, P
(2)
1,4
P
(2)
, то исходящим ТПС второго выбора является ТПС к УК
1,3
№ 4. Допустим, что ИТПС из УК № 2 к УК № 4 в данный момент времени до-
18
ступен. Следовательно, данный ТПС участвует в организации искомого марш-
P
4
1
P
2
1
P
4
1
P
2
1
P
4
1
P
2
1
P
2
1
P
4
1
P
2
1
P
4
1
P
2
1
;
6,02,02,04
2,06,02,03
51,007,042,01
431
2
P
.
7,02,01,03
2,06,02,02
07,014,079,01
321
4
P
рута.
В УК № 4 в соответствии с
к 1-му УК, так как P
(4)
1,1
P
(4)
1,2
= (0,7; 0,2; 0,1) выбираем исходящий ТПС
(4)
P
. Допустим, он доступный.
1,3
Количество транзитных УК равно 1, что удовлетворяет требованиям. Сле-
довательно, маршрут между УИ и УП
= {2, 4, 1} организован. ТПС, участ-
2,1
вующие в данной процедуре, поощряются. Соответствующие весовые коэффициенты P
(2)
1,4
, P
(4)
увеличиваются (предположим, что на 0,2), а вектора
1,1
нормируются таким образом, чтобы сумма коэффициентов каждого векто-
ра была равна 1. В результате получаем новые числовые значения вектор строк:
= (0,5; 0,08; 0,42);
Обратим внимание на вектор
(2)
P
уменьшился. Однако он остается максимальным из всех весовых коэффи-
1,1
=.(0,75; 0,17; 0,08).
= (0,5; 0,08; 0,42). Весовой коэффициент
циентов в данном векторе. Следовательно, соответствующий ТПС остается исходящим ТПС первого выбора.
Если ситуация поиска маршрута между заданной парой УК повторится,
т.е. повторно будет организован маршрут
изменятся и примут следующий вид:
0,07). Анализируя ситуацию с вектором
= {2, 4, 1}, то вектора
2,1
= (0,42; 0,07; 0,51);
= (0,79; 0,14;
видно, что исходящий ТПС к УК
,
,
№ 4 из УК № 2 при поиске маршрута к УК № 1 принял значение первого выбора, т.к. его весовой коэффициент P
(2)
стал максимальным из всех возможных
1,4
в данном векторе.
В результате матрицы весовых коэффициентов для УК № 2 и 4 примут
следующий вид:
Таким образом, по результатам поиска маршрутов в предыдущие моменты
времени формируется ПРИ на сети связи.
Если рассматривать весовые коэффициенты p
соответствующих исходящих ТПС m
(j)
, то можно предположить, что игровой
iv
(j)
как вероятности выбора
iv
метод формирования ПРИ имеет итеративный характер и решает задачу глобальной оптимизации сети связи по критерию вероятность установления со-
единения между парами УИ и УП.
Отсутствие необходимости передачи служебной информации при форми-
ровании ПРИ на сети является несомненным достоинством игрового метода.
Однако, данный метод обладает инерционностью. Действительно, при выходе
элементов сети связи из строя потребуется некоторый период времени для переформирования ПРИ на сети.
19
Другим недостатком игрового метода, как и метода рельефов, является
необходимость передачи служебной информации всем узлам сети о переформирования таблиц маршрутизации при вводе в эксплуатацию новых УК.
2.3 Логический метод
Логический метод формирования ПРИ на сети связи состоит в процедуре,
выполняемой в каждом транзитном УК, начиная от УИ, позволяющей определить исходящий ТПС, максимально близкий к геометрическому направлению
на УП. Рассмотрим основную идею данного метода. Сеть связи вкладывается в
прямоугольную систему координат. Каждому узлу сети присваивается собственный адрес (X, Y) (Рисунок 2.3). В каждом транзитном УК (Xi, Yj), начиная
с УИ (XR, YL), производится анализ адреса УП сопоставлением его с собственным. В результате вычисляется геометрическое направление из данного узла на
УП (в принципе эти вычисления можно провести заблаговременно и держать в
оперативной памяти узла). Затем определяется тот ТПС, который имеет
наибольшее совпадение с ранее рассчитанным геометрическим направлением
на УП. Если ближайший по направлению ИТПС доступен, то подбирается очередной по предпочтительности исходящий ТПС.
20
Пример 2.3.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X
Y
4
3
2
1
Рисунок 2.4 Пример формирования ПРИ логическим методом
УП
УИ
{10,2}
{1,2}
{8,2}
{4,2}
{9,1}
{6,1}
{3,1}
{1,1}
{2,3}
{5,4}
{8,4}
{7,3}
1
2
1
2
2
1
На Рисунке 2.4 представлена сеть связи, в которой УИ и УП, соответ-
ственно, имеют координаты{1, 2} и {10, 2}. Из УИ определяем геометрическое
направление на УП (указано пунктиром). С данным направлением совпадает
исходящий ТПС к узлу с координатами {4, 2}. В УК {4, 2} выбираем исходящий ТПС к УК с координатами {7, 3}, так как он имеет наименьший угол отклонения от геометрического направления на УП. В УК {7, 3} подобным образом выбираем ТПС к УК {8, 2}. В УК {8, 2} выбираем ТПС к УК {10, 2}.
Таким образом: ({1, 2}; {10, 2}) = ({1, 2}, {4, 2}, {7, 3}, {8, 2}, {10, 2}).
Несомненным достоинством данного метода является простота и отсутствие
необходимости передачи служебной информации по сети. Применение простого алгоритма вычисления исходящего ТПС в каждом УК позволяет отказаться
от таблиц маршрутизации, что значительно сокращает объем оперативной памяти УК, упрощает процедуру маршрутизации и ввод в эксплуатацию новых
узлов. В то же время, данный метод не является динамическим и не решает задачу глобальной оптимизации ПРИ.
2.4 Логически-игровой метод
Логически-игровой метод формирования ПРИ является обобщением логи-
ческого и игрового методов. Данный метод вобрал в себя все положительные
свойства обоих методов:
- отсутствие необходимости передачи служебной информации на сети при
формировании (во время ввода УК в эксплуатацию) и переформировании (в
процессе эксплуатации УК) таблиц маршрутизации;
- решение задачи глобальной оптимизации сети связи по критерию форми-
рование ПРИ по накопленной ранее статистике установления соединения
между заданной парой УК.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]