CC BY
197
WIRELESS ACCESS STANDARDS
His
В E S E A R >: II
Методы маршрутизации информационных потоков
Рассмотренные в статье методы маршрутизации оцениваются по отношению производительность / стоимость СПД, которые в свою очередь, зависят от затрат на передачу служебной информации и ее обработку в ЦКП при определении маршрута. Сложные методы маршрутизации требуют больших затрат при реализации, поэтому в СПД, как правило, применяются сравнительно простые методы, ориентированные на неизменность маршрута в течение сеанса, а переключение на альтернативный маршрут производится только при отказах в ЦКП или КПД. По этому критерию предпочтение отдается методу маршрутизации, который может быть не очень динамичным или опираться на глобальную информацию, т.е. лучшим может быть несложный и достаточно дешевый в реализации метод маршрутизации.
Ключевые слова: маршрутизация, информация, метод, отказ, критерии.
Гахов Р.П., Полихов В.В.,
Ставропольский военный институт связи ракетных войск
Methods of routing of information flows
R.P. Gakhov, V.V. Polikhov,
Stavropol military institute of communication of missile armies
Abstract
The methods of routing considered in article are evaluated on the relation productivity/cost of STD which in turn, depend on costs of transmission of the control footing and its processing in GKP in case of route determination. Difficult methods of routing require big expenses in case of implementation therefore in STD rather simple methods oriented on an invariance of a route during a session are, as a rule, applied, and switching on an alternative route is made only in case of failures in GKP or efficiency. By this criterion the preference is given to a routing method which can be not really dynamic or rely on global information, i.e. the routing method can be the best simple and rather cheap in implementation.
Keywords: routing, information, method, failure, criteria.
Термин маршрутизация означает передвижение информации от источника к пункту назначения через сеть передачи данных (СПД)
[1,3].
Маршрутизация включает в себя два основных компонента: определение оптимальных трактов маршрутизации и коммутацию-транспортировку сообщений (пакетов данных) через СПД. Методы коммутации сравнительно про-сть и в основном одинаковь для большинства протоколов маршрутизации. С другой стороны, определение маршрута является достаточно сложным процессом и может базироваться на различных показателях (величинах). К основным показателям, которые используются в известньх методах маршрутизации, относятся следуюшие[1]:
Длина маршрута — наиболее общий показатель маршрутизации. При известной цене на каждый канал передачи данных (КПД), длиной маршрута является сумма расходов, связанных с каждым КПД, который был траверсирован. Другие методы маршрутизации определяют "количество пересылок" — показатель, характеризующий число проходов, которые пакет должен совершить на пути от источника до пункта назначения через центр коммутации пакетов (ЦКП).
Надежность — в контексте маршрутизации, относится к надежности каждого КПД (обычно описываемой в терминах соотношения бит/ошибка). Некоторые КПД могут отказывать чаще, чем другие. Отказы одних КПД могут быть устранены легче или быстрее, чем отказы других каналов. При назначении оценок надежности могут быть приняты в расчет любые факторы надежности. Как правило, это произвольные цифровые величины.
Задержка маршрутизации — отрезок времени, необходимый для передвижения пакета от источника до пункта назначения через СПД. Задержка зависит от полосы пропускания промежуточных КПД, очереди в порт каждого ЦКП на пути передвижения пакета, перегруженность СПД на всех промежуточных КПД и физическое расстояние, на которое необходимо переместить пакет. Так как здесь имеет место конгломерация нескольких важных переменных, задержка является наиболее общим и полезным показателем.
Полоса пропускания — является оценкой максимально достижимой пропускной способности КПД, однако маршруты, проходящие через КПД с большей полосой пропускания, не обязательно будут лучше маршрутов, проходящих через менее быстродействующие каналы.
Перечисленные показатели находятся во взаимосвязи между собой. Например, обеспечение максимальной полосы пропускания СПД реализуется за счет увеличения времени транспортировки пакетов, а требование минимизации времени передачи пакета приводит к существенному увеличению потоков служебной информации, что снижает общую полосу пропускания СПД. Исходя из сказанного, в целях расширения области применения разрабатываемых методов маршрутизации, в зависимости от поставленных задач определяют главный критерий их разработки, а остальные требования формируются в виде ограничений на выполнение тех или иных функций. Методы маршрутизации можно классифицировать по следующим группам [1,2,3]:
статические или динамические (адаптивные) методы маршрутизации;
централизованные и децентрализо-
High technologies in Earth space research № 1-2009
ш
В Е Й Е А Н С II
СТАНДАРТЫ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА
ванные методы маршрутизации;
Статический метод маршрутизации. Метод, при котором содержимое маршрутной таблицы фиксировано и не зависит от трафика. Каждому адресу назначения пакета соответствуют варианты выходных КПД. При блокировке или неисправности какого — либо КПД выбирается другой, что позволяет обойти неисправный участок СПД. Однозначно здесь не учитывается загрузка магистральных КПД;
Динамический (адаптивный) метод маршрутизации. Метод, при котором содержимое маршрутной таблицы меняется в соответствии с трафиком и в различные моменты времени предпочтение будет отдаваться разным выходным КПД, т.е. СПД адаптирует свое поведение в зависимости от величин информационных потоков. Таким образом, маршрут пакета выбирается с учетом состояния и загрузки КПД СПД. При этом в ЦКП ведется статистика состояния КПД. Периодически производится анализ статистики и результаты заносятся в маршрутную таблицу, т.е. содержимое таблицы меняется динамически и маршрут пакета выбирается с использованием перестраиваемой таблицы маршрутизации, учитывающей реальное состояние КПД в каждый момент времени.
Для обновления содержимого маршрутных таблиц ЦКП необходима служебная информация о мгновенном состоянии СПД и ее трафике, которая должна обновляться с определенной оптимальной частотой. Исходя из этого, динамические методы маршрутизации в зависимости от способа получения информации о состоянии СПД разделяют на централизованные и децентрализованные методы маршрутизации.
Децентрализованная маршрутизация — вид маршрутизации, при котором содержимое маршрутных таблиц может меняться каждым ЦКП инициирующим сеанс передачи. При этом средства определения маршрута рассредоточены по СПД.
Централизованная маршрутизация — вид маршрутизации, предполагающий, производить изменение содержимого маршрутных таблиц с помощью средств центрального управления СПД, причем здесь сосредотачивается глобальная информация о состоянии всей СПД и ее изменения передаются в ЦКП. Следовательно, при централизованной маршрутизации требуется определенное время на сбор служебной информации, т.е. она стареет и не отражает мгновенного состояния СПД. Децент-
рализованная маршрутизация обеспечивает информацией о мгновенном состоянии, но только одного ЦКП, и здесь маршрут определяется в условиях отсутствия данных, например, на два ЦКП вперед.
Методы маршрутизации также могут различаться:
— моментом выбора маршрута (при запуске СПД; при отказе звена СПД, либо ЦКП; при больших изменениях потоков данных; при изменении конфигурации СПД; периодически; по команде администратора);
— уровнем автоматизации (автоматически или с помощью администратора).
Очевидно, что наиболее перспективными методами маршрутизации являются методы, где маршруты меняются автоматически на основе динамических таблиц маршрутизации. Их можно разделить на методы прямого выбора и методы вероятностной маршрутизации.
При использовании метода прямого выбора маршрута, маршрут выбирает ЦКП, инициирующий обмен информацией. Данные о маршруте заносятся в заголовок пакета. Такой метод целесообразен для небольших СПД, так как в противном случае необходимо в заголовках сообщений для информации о маршрутах отводить большие поля. Основное достоинство таких методов — под тип сеанса осуществляется выбор соответствующего маршрута. При этом ЦКП, управляющий сеансом, может рассчитать суммарную сквозную задержку для различных маршрутов, которая и может служить примером его выбора.
Методы вероятностной маршрутизации основаны на выборе маршрута каждым ЦКП. ЦКП независимы, и процедура выбора выходного КПД удовлетворяет марковскому ограничению [3], так как принятые решения о направлении дальнейшего следования пакета производится независимо от ранее пройденного маршрута. Особенностью методов является динамическое отслеживание изменений трафика в каждом ЦКП. К методам вероятностной маршрутизации относят следующие:
Маршрутная таблица. Метод, при котором в каждом ЦКП СПД хранится маршрутная таблица с перечнем КПД, по которым может быть направлен пакет с заданным адресом. Производится анализ адреса, и пакет немедленно передается по кратчайшему маршруту (если КПД исправен). Маршрутная таблица может быть фиксированной, тогда пакет как можно быстрее направляется по первому варианту марш-
рута, если КПД заблокирован — по второму варианту и т.д. При наличии к КПД очередей пакетов выбирается маршрут с самой короткой очередью.
Пропорциональная маршрутизация.
Суть метода заключается в том, что объем трафика по альтернативным направлениям стремятся поддерживать равномерным. Это достигается использованием такого правила: чем меньше задержка по конкретному направлению, тем большая доля потока передается по нему. Этот метод реализуется с использованием централизованного управления, где можно рассчитывать сквозные сетевые задержки по соответствующим маршрутам.
Маршрутизация по медленно меняющимся параметрам. Содержимое маршрутной таблицы меняется только в том случае, если зафиксированы отказы КПД или произошли серьезные заторы трафика.
Маршрутизация с ограниченными обменами. Метод, при котором в целях уменьшения потоков служебной информации применяют различные формы ограниченного обмена соседних ЦКП между собой векторами минимальных задержек, содержащих оценку минимальных задержек каждого из КПД данного ЦКП, соединяющих его с ближайшими соседними ЦКП. Получив от соседнего ЦКП вектор задержек, данный ЦКП добавляет к нему собственную оценку задержек, и таким образом осуществляется распространение данных о задержках по СПД. Обмен задержками производится синхронно (когда значение задержки превышает некоторую пороговую величину). При асинхронном обмене может быть достигнута более высокая производительность СПД (меньше поток служебной информации).
Передача каждым ЦКП данных о задержках и трафике в систему центрального управления, где производится их анализ (обнаруженные изменения передаются в соответствующие ЦКП для коррекции таблиц маршрутизации).
В существующих СПД наибольшее распространение получили различные комбинации рассмотренных выше методов маршрутизации, так как при этом достигается более высокий уровень эффективности, чем при использовании каждого метода в отдельности. Различные комбинации методов маршрутизации подбираются таким образом, чтобы компенсировать взаимные недостатки и достичь максимального эффекта.
Основными достоинствами и недостатками
Наукоёмкие технологии в космических исследованиях Земли № 1-2009
WIRELESS ACCESS STANDARDS
His
В E S E A R >: II
рассмотренных методов маршрутизации можно считать следующее:
Метод фиксированной маршрутизации предполагает неизменность маршрутов между парами ЦКП, что не позволяет осуществлять обход неисправных участков.
В методах, предполагающих коррекцию маршрутных таблиц в ЦКП с помощью администратора, медленное изменение таблиц при отказах и пробках приводит к разрыву сеанса.
При использовании централизованных методов маршрутизации выход из строя центральной системы управления приводит к блокировке всей СПД.
Методы прямого выбора маршрута предполагают установление маршрута в начале сеанса. При этом существует принципиальная возможность учитывать различные требования, предъявляемые к трактам передачи конкретными задачами. Но этот метод имеет низкий уровень адаптивности по сравнению с вероятностными методами.
Методы распределенной вероятностной маршрутизации обеспечивают быструю адаптацию к изменениям трафика и неисправностям, однако требуют при реализации больших
затрат для сбора данных о состоянии всей СПД.
Комбинация централизованной и децентрализованной вероятностной маршрутизации обеспечивает высокий уровень адаптивности, учет состояний всей СПД, однако реализация ее весьма сложна [1,3]. Комбинированные методы прямого выбора маршрута и вероятностной маршрутизации также обладают высоким уровнем адаптации, обеспечивают учет различных требований к КПД, предъявляемых соответствующими задачами, однако сложны в реализации.
Рассмотренные методы маршрутизации можно оценить по отношению производительность/стоимость СПД, которые в свою очередь, зависят от затрат на передачу служебной информации и ее обработку в ЦКП при определении маршрута.
Таким образом сложные методы маршрутизации требуют больших затрат при реализации, поэтому в СПД, как правило, применяются сравнительно простые методы, ориентированные на неизменность маршрута в течение сеанса, а переключение на альтернативный маршрут производится только при отказах в ЦКП или
КПД. По этому критерию предпочтение отдается методу маршрутизации, который может быть не очень динамичным или опираться на глобальную информацию, т.е. лучшим может быть несложный и достаточно дешевый в реализации метод маршрутизации.
Одной из основных задач рассмотренных методов маршрутизации, является определение оптимальных маршрутов передачи данных. Для решения данных задач предполагается разработать модель определения оптимальных маршрутов передачи данных построенную на двух основных способах нахождения кратчайших маршрутов: способе нумерации узлов и ветвей и матричном способе.
Литература
1. Кучук ГА., Гахов Р.П, Пашнев A.A. Управление ресурсами инфотелекоммуни каций / Монография. — М.: Физматлит, 2006. — 220 с.
2. Новиков О.А., Петухов С.И. Прикладные вопросы теории массового обслуживания. — М.: Советское радио, 1969. — 400 с.
3. Фомин ЛА. Теория телетрафика — Ставрополь. СВИС РВ, 2009. — 324 с.
High technologies in Earth space research № 1-2009
