Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние систем передачи данных на транспорте 9
1.1.Задача создания единого пространства автоматизированных систем управления транспортом 9
1.2. Анализ состояния сети передачи данных ЕП АСУТ 14
1.3. Мультисервисная сеть транспортной отрасли 24
1.4. Качество обслуживания в МСТО 29
Выводы по первому разделу 31
2. Моделирование процессов передачи данных 33
2.1. Моделирование процесса коммутации по меткам в МСТО 33
2.2. Моделирование процесса передачи данных в МСТО 45
2.3. Формализация процессов передачи данных в мсто 51
Выводы по второму разделу 60
3. Алгоритмы построения деревьев многоадресного потока 62
3.1. Протоколы маршрутизации многоадресного трафика 62
3.2. Критический анализ семейства протоколов маршрутизации многоадресного трафика 68
3.3. Модифицированные алгоритмы построения дерева 77
Выводы по третьему разделу 83
4. Оценка алгоритмов построения деревьев многоадресного потока 85
4.1. Исходные данные моделирования процесса построения дерева многоадресного потока 85
4.2. Оценка протоколов передачи данных семейства PIM при использовании модели передачи данных в сети МСТО
4.3. Моделирование улучшенных протоколов построения дерева многоадресного потока 97
Выводы по четвертому разделу 117
Заключение 118
Список обозначений 120
Список литературы
- Анализ состояния сети передачи данных ЕП АСУТ
- Моделирование процесса передачи данных в МСТО
- Критический анализ семейства протоколов маршрутизации многоадресного трафика
- Моделирование улучшенных протоколов построения дерева многоадресного потока
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Процессы информационного обмена на транспорте интенсивно развиваются в последние годы, что связано в первую очередь с интеграцией России во всемирную торговую организацию и, как следствие, необходимостью стандартизации и обеспечения эффективного трафика в информационных каналах. Количество и интенсивность передаваемого трафика высоки в связи с наличием большого числа информационных систем разного назначения, использующих единую сеть передачи данных. Виды передаваемой информации отличаются многообразием и неоднозначностью в подходах к организации передачи и контроля.
Информационные системы транспортной отрасли используют множество различных каналов передачи данных для обмена трафиком в режиме одноадресных и многоадресных соединений. Информационный обмен с использованием многоадресных соединений является приоритетным, так как данные, передаваемые получателям по единым линиям связи, не дублируются для каждого получателя, а используется общий поток от источника. Объединение данных в каналах снижает общее количество передаваемого трафика в сети.
В режиме многоадресных соединений к источнику информации подключаются сразу несколько получателей, для присоединения некоторых из них необходимо использовать транзитные узлы. Выбор таких транзитных узлов может производиться на основании различных алгоритмов. Так как информационные потоки могут быть использованы сразу для множества получателей, использование одинаковых транзитных узлов позволит объединить информацию в линиях связи, однако большинство протоколов многоадресной маршрутизации используют маршруты на основании таблицы маршрутизации одноадресных соединений, либо «жадных» алгоритмов нахождения кратчайших путей. В связи с этим в сетях передачи данных не происходит принудительное объединение трафика в каналах связи,
Целью диссертационной работы является получение нового решения актуальной научной задачи организации высокопроизводительной сети передачи данных разнородных информационных потоков единого пространства взаимодействия автоматизированных систем управления транспортом.
Положения, выносимые на защиту. Для достижения сформулированной цели в работе поставлены, обоснованы, решены и выносятся на защиту следующие научные результаты:
-
Критический анализ современного зарубежного и отечественного опыта организации высокопроизводительных сетей передачи данных, используемых в различных отраслях, и особенностей алгоритмического обеспечения функционирования сетей.
-
Модель сети передачи данных в режимах одноадресных и многоадресных соединений с использованием многопротокольной коммутации по меткам в соответствии с положениями концепции сетей связи следующего поколения.
-
Алгоритмы маршрутизации многоадресного потока сетей передачи данных, использующие улучшенный механизм выбора линий связи и транзитных узлов, которые повышают эффективность использования и снижают нагрузку на оборудование сети.
-
Метод полного перестроения структуры деревьев многоадресного потока для фиксированного количества получателей, который снижает количество используемых линий связи и улучшает критерии оптимизации для передачи данных.
Достоверность результатов обеспечивается строгой постановкой задач и корректным применением математических методов, сравнением полученных результатов с аналитическими и численными исследованиями других авторов, результатами моделирования и экспериментов в реально существующих сетях передачи данных.
Методологической основой исследования являются методы теории управления, теории случайных процессов и статистических решений, теории математического моделирования, экспертных оценок, статистической теории связи и методов моделирования на ЭВМ технологических процессов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
На основании анализа высокопроизводительных сетей передачи данных, а также алгоритмов, применяемых в таких сетях, формализовано определение мультисервисной сети транспортной отрасли в рамках концепции сетей связи следующего поколения, и выявлено негативное последствие использования таблицы одноадресной маршрутизации для многоадресных соединений.
-
Применение протокола многопротокольной коммутации по меткам для различных видов соединений в модели сети передачи данных.
-
Алгоритмическое обеспечение процесса построения деревьев многоадресного потока, отличающееся улучшенным методом выбора маршрута передачи данных на основании различных параметров.
-
Оценка эффективности методики полного перестроения дерева многоадресного потока по сравнению с методикой добавления новых получателей в работающее дерево многоадресного потока.
Теоретическая и практическая ценность работы.
Теоретическая ценность работы состоит в предложенных методах полного перестроения деревьев многоадресного потока с использованием улучшенных алгоритмов, что позволит расширить методическую базу. В рамках теоретической базы определены основные уровни оценки качества функционирования и качества обслуживания в мультисервисной сети транспортной отрасли.
Практическая ценность работы состоит в том, что предложенные алгоритмы позволяют снизить нагрузку на линии связи при одинаковом количестве получателей многоадресного потока. Улучшенная маршрутизация потоков позволяет объединять параллельно идущие одинаковые потоки в один, тем самым освобождая от нагрузки каналы передачи данных. Предложены рекомендации и конструктивный инструментарий по мультисервисным сетям транспортной от-
расли, определение круга решаемых задач и улучшенное алгоритмическое обеспечение для создания единого пространства взаимодействия автоматизированных систем управления транспортом.
Реализация научных результатов.
Отдельные положения диссертационной работы реализованы и внедрены в ЗАО «Канонерский судоремонтный завод», АО «Совмортранс», ООО «Транзас Навигатор», ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». Получены два свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ №2105619094, №2105619088.
Апробация работы.
Основные положения и ожидаемые результаты докладывались на 11 конференциях: III межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России», юбилейной XIII Санкт-Петербургская международной конференции «Региональная информатика – 2012», международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований ‘2013», научно-исследовательской конференции «IT: вчера, сегодня, завтра – 2013», международной научно-практической конференции «Информационные управляющие системы и технологии» (ИУСТ-ОДЕССА -2013), VIII Санкт-Петербургской межрегиональной конференции «Информационная безопасность регионов России-2013», научно-исследовательской конференции студентов и аспирантов «IT: вчера, сегодня, завтра – 2014», XV всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информационной безопасности государства, общества и личности», международной научно-практической конференции «Информационные управляющие системы и технологии», международной научно-практической конференции «Информационные управляющие системы и технологии» (ИУСТ-ОДЕССА -2015), IV международной научно-практической конференции «Научные исследования: от теории к практике».
Публикации.
По тематике диссертации опубликовано 20 научных статей, из них: одна в международном журнале, индексируемом иностранной базой данных SCOPUS, три научные статьи в изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных изданий ВАК.
Личный вклад.
Содержание диссертационного исследования и положения, выносимые на защиту, отражают личный вклад автора в данную работу. Все аналитические заключения и выводы были получены автором лично, либо при его непосредственном участии.
Структура и объем диссертации:
Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка используемых сокращений, списка опубликованных источников из 134 наименования, 3 приложений, 36 рисунков, 9 таблиц. Общий объем работы - 149 страниц.
Анализ состояния сети передачи данных ЕП АСУТ
Краткий анализ ИС, используемых на водном транспорте, показал, что только в этой области ТК России, используется несколько десятков различных систем. В рамках идеи о создании ЕП АСУТ, все эти ИС должны действовать сообща, своевременно обмениваться информацией и расширять возможности друг друга за счет внесения дополнительных данных и характеристик. Для реализации такого случая требуется сеть передачи данных способная своевременно и с надлежащим качеством обеспечиться обмен данными между ИС.
Однако, на сегодняшний день единая сеть передачи данных среди всех ИС транспортной отрасли не используется даже в рамках отдельно взятой области ТК. Например, на водном транспорте существуют лишь локальные сети передачи данных, которые связывают одну или, несколько ИС, которые в основном являются специфическими АСУ, и обмениваются лишь определенными видами данных, которые способны реализовать возможный функционал лишь частично. Данный пример опирается в основном на ИС, которые поддерживают непосредственно самому передвижение судов по водным путям, такие как АСУДС, РИС, АИС и др. [61, 72, 77, 96]. Однако, для функционирования необходимо также учитывать данные и других ИС, таких как: управление перегрузочными операциями и управление складами; которые необходимы для поддержания грузооборота на высоком уровне. Ведь только при эффективном использовании грузовых возможностей конкретной единицы транспорта можно говорить про актуальность использования ИС, которые обеспечивают движение транспорта.
Рассматривая другие области ТК, подобным образом, можно определить небольшие локально сформированные ИС, которые обеспечивают обмен данными между собой по средствам небольших сетей передачи данных. При этом не используется центральный аппарат управления ИС и некоторые их них, остаются изолированными от необходимых им данных других ИС. Транспортно-логистический комплекс, который может быть представлен как государственными, так и коммерческими структурами, больше других должен использовать ЕП АСУТ. Так как при планировании грузопотоков должно учитываться сразу большое количество параметров, которые могут повлиять на их формирование [102]. Так, например, пара «транспортная грузовая компания», которая осуществляет оказание пакета услуг: прием, обработку и доставку грузов в заданное местоположение, и «компания перевозчик», которая осуществляется непосредственную транспортировку грузов, должны быть тесно связаны и работать сообща. При этом у «компании перевозчика» одновременно может быть много «транспортных грузовых компаний», которые используют услуги по транспортировке грузов.
На практике каждая «компания перевозчик» внедряет ИС, которую в большинстве случаев разрабатывает самостоятельно со специализированным набором функциональных возможностей. При этом информационный обмен между такими информационными системами в основном происходит на базе организации виртуальных туннелей передачи данных через глобальную сеть Интернет. Такие туннели могут реализовываться, например, на базе туннелей для создания виртуальных частных сетей (Virtual Private Network - VPN). [4, 8, 15]
Такой подход к построению сети передачи данных для ИС будет требовать наличие специального программного или программно-аппаратного комплекса для создания туннеля. Причем для создания нескольких туннелей потребуется индивидуальная настройка для каждого. При этом возможное количество соединений может быть ограничено такими показателями как: пропускная способность канала доступа в сеть Интернет, наличие оборудования для обработки сетевого трафика каждого туннеля, соответствие версий и реализаций используемых протоколов туннелирования и т.д. [98]
При использовании сети передачи данных в ИС ТК практически не используется многоадресная пересылка информации. В таком случае можно сказать, что каналы передачи данных используются не рационально. Так, например, «компания перевозчик» передает информацию о свободных местах для перевозки грузов на определенном виде транспорта по запросу от «транспортной грузовой компании». В условиях реальной конкуренции у «компании перевозчика» может быть от нескольких десятков до нескольких сотен «транспортно-грузовых компаний», которым всех необходимо получать актуальную информацию о возможности размещения груза, определенных характеристик. При этом в ИС может поступать большое количество запросов на возможность размещения грузов, а так как такие запросы обрабатываются индивидуально, то получается ситуация, в которой одинаковые данные передаются индивидуально каждому по личному каналу передачи данных. В таком случае использование многоадресной рассылки сразу всем получателям информации о возможности размещения груза привела бы к снижению однотипных запросов и позволила бы не перегружать канал передачи данных одинаковыми данными.
Таким образом, можно говорить о том, что на данный момент нет единой сети передачи данных для всего ТК Российской Федерации, на практике встречаются лишь небольшие сети передачи данных, которые объединяют ИС внутри себя или несколько локально расположенных ИС. Такое состояние не может привести к созданию ЕП АСУТ, так как для эффективного функционирования требуется сеть передачи данных способная передать большое количество разнородной информации с надлежащим качеством обслуживания.
АСУ ТК может работать с различными видами сетевого трафика. Используемые виды информационных потоков можно разделить на 2 вида: потоковый и эластичный.[56, 57, 127] Рассмотрим каждый из них.
Потоковый трафик может быть представлен непрерывным потоком битовой информации, которая передается с заданной интенсивностью в пределах определенного промежутка времени. При такой передачи данных важно своевременное получение всего потока без перемешивания информации по времени. Как правило, такой трафик имеет очень короткое время применимости, т.е. задержка доставки потока адресату приводит к существенной потери актуальности доставляемой информации.
Эластичный трафик передается небольшими блоками (пакетами) данных фиксированной длинны. При передаче такого вида информации важна целостность и достоверность полученного пакета. В то время как скорость передачи и временная задержка от начала передачи носят второстепенный характер и может варьироваться в процессе передачи информации. В случае происхождения ошибок и потерь пакетов, процесс передачи может быть повторен, а целостность информации может быть восстановлена с помощью помехоустойчивого кодирования.
Моделирование процесса передачи данных в МСТО
Задача управления и структурно-технологической оптимизации каналов передачи данных может быть определена для различных критериев оптимизации в зависимости от исходных условий. Задача управления заключается в том, что для каждой пары взаимодействующих пограничных маршрутизаторов необходимо построить множество маршрутов, по которым могут передаваться информационные потоки; определить какие маршруты соответствуют всем ограничениям, которые могут быть на них наложены; выбрать оптимальный маршрут, который бы обеспечивал надежную передачу данных и достаточный уровень качества обслуживания. Задача структурно-технологической оптимизации заключается в поиске пар взаимодействующих маршрутизаторов, которые передают свои информационные потоки с нарушением надежности и качества обслуживания, либо находятся на грани нарушения с целью дальнейшего принятия решения для исправления сложившейся ситуации.
Следует отметить, что для нахождения оптимальных маршрутов количество параметров, влияющих на передачу данных, достаточно много так что задача может сводиться к многокритериальной задаче оптимизации.[26, 30, 34]
Передача данных в МСТО может происходить в режиме различной адресации: одноадресной (unicast), многоадресной (multicast) и широковещательно (broadcast). Рассмотрим каждый вид маршрутизации отдельно для того чтобы выявить отличительные особенности.
Режим одноадресной адресации используется для соединений типа «точка-точка». При этом виде соединений взаимодействуют 2 участника. Передача данных может осуществляться в обоих направления, однако, в рамках поставленной задачи следует учитывать, что рассматриваемая модель относиться к сети передачи данных с коммутацией MPLS, в которой рассматриваются только односторонние соединения, поэтому при двух стороннем взаимодействии в соответствие будет ставиться 2 односторонних соединения направленных навстречу друг другу. Поток каждого соединение требует выделения необходимых для него ресурсов на протяжении всего пути передачи. В случае если к источнику подключено сразу несколько получателей в режим одноадресных пересылок, то для каждого получателя будет сформирован собственный поток, который потребует выделения необходимых для него ресурсов, при этом если пути распространения информации совпадают, то все равно необходимо выделение для каждого соединения. Таким образов в данной ситуации по сети будет передаваться сразу много копий одного и того же потока с выделением ресурсов для каждого. На рисунке 2.4 (а) приведен пример распространения информационных поток в режиме одноадресных соединений.
Режим многоадресной пересылки подразумевает соединения вида «точка-множество». При таком виде соединения у одного источника может быть сразу много получателей. К таким видам связи можно отнести вещание потокового видео, распространение метеоданных, новостных лент и т.д. Также в таком режиме могут рассылаться обновления программного обеспечения. Основной идеей является то, что потоки, проходящие до получателей по одинаковым звеньям сети, не дублируются, а используется единый поток от источника. Соединения происходят, как правило, в одностороннем режиме, когда получатель не отправляет в ответ никакие данные, кроме служебных, которые подтверждают необходимость получения данной информации[51, 53]. При этом подтверждение необходимости получения данного трафика передается на ближайший маршрутизатор в пути передачи данных, который в свою очередь запрашивает информацию у вышестоящего в пути маршрутизатора. При этом цепочки запросов от получателей строят дерево мульти вещания. На рисунке 2.4 (б) приведен пример построения дерева мультивещания. Как видно из рисунка, в отличие от одноадресных соединений, информационные потоки не дублируются, и распределение сетевых ресурсов получается лучшим. Передача информационных потоков в режиме многоадресных соединений является приоритетной по сравнению с одноадресными взаимодействиями.
Широковещательная адресация может быть представлена соединением типа «один-многие». При такой маршрутизации информационный пакет отправ 48 ляется сразу всем участникам сети без исключения. Маршрутизаторы, получив широковещательные пакеты, передают их сразу со всех портов ко всем возможным физическим получателям. Для такой адресации используется специальный сетевой адрес. Получив пакет с широковещательным адресом, маршрутизатор принимает решение о классификации данного пакета[24]. Широковещательная адресация используется в основном для системных сообщений. К таким сообщениям можно отнести: пакеты конфигурации определенного протокола, определение параметров сети, при этом существуют алгоритмы, которые строят дерево муль-тивещания на основе широковещательных запросов. В таком случае многоадресные сообщения отправляются на широковещательные адреса, при этом отправитель ждет подтверждение необходимости передачи данной информации от потенциальных получателей. Если подтверждения не приходят, источник прекращает вещание на некоторое время, и потом повторяет процедуру широковещательной рассылки. При подтверждении необходимости данного трафика, маршрутизаторы подтверждают необходимость по цепочке от получателя до отправителя.
Критический анализ семейства протоколов маршрутизации многоадресного трафика
При построении дерева PIM-DM на его вид не могло повлиять ничего, кроме взаимного расположения пар «источник-приемник». Данная особенность сводила к нулю любую возможность улучшить дерево мультивещания путем суммирования потоков в каналах.
Модифицированный алгоритм будем называть алгоритм А1. Его особенность заключается в том, что получатель может подключиться не только непосредственно к источнику, а к любой вершине, уже участвующей в передаче многоадресного потока.
Для того чтобы получатель мог подключиться к любой, уже участвующей в передаче многоадресного потока, ему необходимо получить список таких вершин. Когда данный список известен, получатель может оценить все вершины согласно своей одноадресной таблицы маршрутизации. При этом возможно выбрать наименьшую по стоимости подключения вершину для того, чтобы избежать лишних затрат.
После того как маршрут будет выбран можно производить подключение, а вершины, которые были задействованы при подключении нового абонента, должны быть помечены как используемые для передачи информации от данного многоадресного источника. Процедура подключения нового абонента к уже действующей сети проста, и может быть описана следующими шагами: 1. Получить список уже участвующих в передаче многоадресного потока вершин. 2. Определить стоимость подключения к каждой из вершин, согласно одноадресной таблицы маршрутизации. 3. Выбрать вершину, подключение к которой наименьшие по стоимости. 4. Выполнить подключение. 5. Пометить вершины, которые добавились к передаче многоадресного потока, как подключенные к данному источнику мультивещания. Обозначим алгоритм присоединения новых получателей как A.Add, а алгоритм присоединения с использованием точки RP как A.Add.1.
При передаче многоадресного потока множество получателей может изменяться с течением времени, пользователи могут подключаться и удаляться в случайном порядке. Вершина, к которой пользователь будет осуществлять подключение также, может быть различной. Так как стоимость дерева сильно зависит от общего взаиморасположения вершин на графе, и уже использованных линий связи, возникает ситуация, когда требуется полная перестройка дерева для снижения его стоимости.
Полное перестроение дерева под заданное множество получателей. Может объединить пути и снизить общую стоимость дерева. [13]
При полной перестройке дерева с конечным списком получателей, необходимо определить очередность подключения каждого из них. Подключение к сети всеми клиентами происходит одинаково, а от очередности зависит вид дерева. Так последовательность появления получателей в сети и задала вид дерева мультивещания от определенного источника.
В алгоритме А1 очередность подключения определяется стоимостью подключения к источнику. Так первым выполнит подключение тот клиент, который может сделать это с наименьшей стоимостью. Если стоимость подключения одинакова у нескольких клиентов, то первым будет подключен тот, который сможет выполнить подключение за наименьшее количество линий связи (ребер графа). После того как клиенту было назначено право подключаться к сети, он выполнит подключение по описанному ранее принципу.
Последовательность подключения играет важную роль, а в алгоритме А1 она зависит исключительно от взаимного расположения источника и множества получателей. Поэтому в качестве эксперимента следует рассмотреть случай, когда производится подключение не к источнику, а к вершине, выбранной в качестве общей точки RP (выбранной аналогично протоколу PIM-SM).
Изменение в алгоритме будет не существенное, а именно очередность будет устанавливаться в зависимости от стоимости подключения и количества линий связи не к источнику, а к точке RP. При подключении абонента к дереву в списке уже работающих вершин всегда будут вершины, которые требуются для подключения точки RP к источнику. Для удобства назовем такой алгоритм А1.1.
При построении дерева мультивещания снижение стоимости происходит не только за счет использования путей меньшей стоимости, но и объединение потоков. Поэтому при использовании алгоритмов А1 и А1.1, запрещено подключение непосредственно к источнику. Для того чтобы получатели по возможности подключались ниже по дереву, тем самым потоки будут объединяться при определенных обстоятельствах. Однако, в случае алгоритма А1 применение такого метода не может быть возможным, до тех пор пока не произведет подключение хотя бы одного клиента из вершины, не являющейся вершиной источника. Алгоритмы, которые разрешают подключение непосредственно к источнику назовем А2 и А2.1 соответственно.
Следует заметить, что при выполнении алгоритмов А1.1 и А2.1 с полным перебором вершины выполняющей роль точки RP, придется выполнить алгоритм (N-1) раз, где N – количество маршрутизаторов. То есть будет выполнено (N-1 ) построение дерева мультивещания. Алгоритмы А1 и А1.1 по сравнению с семейством протоколов PIM производят минимизацию стоимости дерева за счет выбора пути меньшей стоимости до уже работающих вершин.
Особенностью алгоритмов является последовательность действий, а именно определение очередности в начале и минимизация пути с уже выбранной вершиной. Такой подход не является оптимальным, так как вершина выбирается по наименьшей стоимости подключения к источнику или точке RP в зависимости от алгоритма. Процедура же минимизации пути происходит с уже выбранной вершиной. Так получается, что вершина, которую выбрали как наименьшую по стоимости подключения к определенной вершине, не всегда будет улучшена при построении пути, а вершина, которая при выборе очередности не являлась лучшей, может быть существенно улучшена на этапе построения пути. Для того чтобы избежать такой ситуации, необходимо определять очередность подключения к дереву не по минимальной стоимости подключения к определенной вершине, а по минимальной стоимости подключения к уже работающим вершинам в дереве. При этом не сложно заметить, что необходимо количество операций сравнения многократно увеличится, и на выполнение такого алгоритма потребуется значительно больше времени. Однако, возможно снижение стоимости дерева в целом.
Моделирование улучшенных протоколов построения дерева многоадресного потока
Следует заметить, что выгода от использования алгоритма с оптимальной точкой RP сильно зависит от исходных данных, а также порядка следования получателей. На рисунке 4.18 представлены результаты для другого порядка следования получателей. Результаты существенно отличаются во всем диапазоне.
В качестве эксперимента произведено построение дерева многоадресного потока на реальной локальной вычислительной сети (ЛВС) ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала СО. Макарова» (ГУМРФ). Часть маршрутизаторов была запрограммирована на работу с динамической маршрутизацией согласно протоколу OSPF. Для более разветвленной структуры были проложены дополнительные линии связи. В качестве источника многоадресного потока выступал видеосервер, который осуществлял непрерывную передачу данных в сеть, получателями являлись рабочие станции, с установленным специальным ПО. Передача информации происходила совместно с передачей одноадресного потока, который передавался в сети обычными пользователями. Таким образом, каналы связи имели некоторую нагрузку.
Сеть передачи данных состоит из 3-х колец расположенных на каждом этаже (в эксперименте участвуют 3 кольца). Каждое кольцо состоит из 6 маршрутизаторов. Некоторые маршрутизаторы имеют соединения с маршрутизаторами других этажей, также имеются две «хорды» перемыкающие кольца первого и третьего этажа. Сеть состоит из 18 маршрутизаторов и 28 линий связи. Перед началом теста была составлена подробная схема сети. На рисунке 4.19 приведен граф сети, в которой производились испытания. Все линии связи были настроены на работу по протоколу Fast Ethernet, т.е. со скоростью 100 Мбит/с. Метрика канала связи (стоимость), согласно протоколу OSPF, определяется по формуле: reference bandwidth M = (4.8) link bandwidth В формуле 4.8 под reference bandwidth понимают базовую пропускную способность, относительно которой вычисляется метрика интерфейса. По умолча 111 нию данное значение равняется 100 Мбит/с, возможно изменение вручную. Под link bandwidth понимают общую пропускную способность канала, для которого высчитывается метрика. Метрика может принимать значение от 1 до 65335. Рисунок 4.19. - Граф сети ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова» Таким образом, в сети ГУМФР все каналы передачи данных имеют метрику равную 1[13]. В качестве дополнительного эксперимента была вручную оценена остаточная пропускная способность всех каналов связи. Оценка вычислялась по принципу: по 1 условной единице за каждые свободные 10 Мбит/с пропускной способности. Данные об использовании канала были получены из служебного меню маршрутизаторов.
Для дальнейшего исследования зависимости стоимости дерева многоадресного потока от используемого алгоритма построения, были установлены стоимости каналам передачи данных. Стоимость обозначает остаточную пропускную способность канала. стоимость принимают значения от 1 до 10. Чем ниже стоимость, тем больше его остаточная пропускная способность и выше эффективность.
Количество линий связи Выгода в % по отношению к PIM-SM На рисунке 4.22 представлен граф сети ГУМРФ с улучшенными оценками стоимости каналов передачи данных. Стоимость была получена путем ручного сбора информации с системного меню маршрутизаторов. Стоимость была оценена с дискретизацией в 10 Мбит/с, что является большим диапазоном.
Дальнейшее моделирования процесса построения деревьев многоадресного потока происходило так же, как и в случае с сетями, описанными ранее. Формировался список получателей и порядок их следования. При появлении получателя деревья строились всеми алгоритмами подряд. Результаты заносились в таблицы и сохранялись. По полученным результатам строились сводные графики различных зависимостей.
Построение деревьев многоадресного потока, проведенное в реальной сети ГУМРФ, показало, что результаты, полученные при программном моделировании можно принимать как верные. Так как при построении дерева многоадресного потока в реальной сети с использованием семейства протокола PIM, совпадают с полученными при моделировании результатами. Закономерности, выявленные в случайной сети, также наблюдаются в реальной сети. Применение модифицированных алгоритмов приводит к снижению стоимости дерева многоадресного потока.
На основании проведенного критического анализа современного зарубежного и отечественного опыта организации высокопроизводительных сетей передачи данных было определено, что транспортная отрасль России не имеет единой стандартизированной сети передачи данных. Информационное взаимодействие носит индивидуальный характер для различных систем. Для дальнейшей разработки методической и теоретической базы единого пространства взаимодействия автоматизированных систем управления транспортом формализовано определение мультисервисной сети транспортной отрасли, для этого была применена концепция сетей связи следующего поколения. Особое внимание было уделено протоколам многоадресной маршрутизации, в которых выявлены основные недостатки: использование одноадресной таблицы маршрутизации, использование «жадных» алгоритмов нахождения кратчайших путей, отсутствие механизмов объединения информационных потоков многоадресных соединений для снижения нагрузки на сеть передачи данных.