Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ и классификация методов маршрутизации трафика на телефонных сетях 17
1.1. Анализ методов управления соединением 1 7
1.1.1. Анализ управления соединением со стороны исходящей станции 17
1.1.2. Анализ последовательного управления соединением 20
1.2. Анализ и классификация методов маршрутизации трафика 23
1.2.1. Анализ иерархической фиксированной и динамической маршрутизации трафика в иерархических сетях 24
1.2.2. Анализ плановой и смешанной динамической маршрутизации трафика 29
1.2.3. Классификация методов динамической маршрутизации трафика в реальном масштабе времени 39
1.2.4. Анализ динамической транспортной маршрутизации трафика 47
1.3. Тенденции в совершенствовании сетевой маршрутизации. Возможности и перспективы введения динамической маршрутизации трафика на цифровой междугородной телефонной сети России 48
Выводы 50
Глава 2. Теоретические аспекты возможности повышения характеристик качества обслуживания трафика на цифровой междугородной телефонной сети России путем использования эффективной маршрутизации 52
2.1. Учет несовпадения часа наибольшей нагрузки (ЧНН) при расчете пропускных способностей цифровой междугородной телефонной сети России 52
2.2. Использование сетевых ресурсов при различных методах маршрутизации трафика. 57
2.3. Анализ и сравнение характеристик, влияющих на выбор путей при маршрутизации трафика 58
2.4. Критерии оптимального проектирования и функционирования цифровой междугородной телефонной России с учетом динамической маршрутизации трафика 60
Выводы 65
Глава 3. Постановка задачи проектирования оптимальной плановой динамической маршрутизации трафика для цифровой междугородной телефонной сети России и разработка метода ее решения 66
3.1. Задача маршрутизации трафика в путевой форме 71
3.2. Построение модели объединенного алгоритма в маршрутной форме для расчета цифровой междугородной телефонной сети России 76
3.2.1. Структура комплекса «Маршрутизатор» для решения задачи маршрутизации трафика междугородной телефонной сети России в маршрутной форме объединенного алгоритма 76
3.2.2. Методы расчета, положенные в основу расчета комплекса «Маршрутизатор» для решения задачи маршрутизации на цифровой междугородной телефонной сети России 80
Выводы 91
Глава 4. Исследование влияния оптимального управления маршрутизацией трафика на характеристики пропускной способности цифровой междугородной телефонной сети России 93
4.1. Новые возможности, возникающие при построении цифровой междугородной телефонной сети России с динамической маршрутизацией трафика 93
4.2. Оптимизация ресурсов сети с учетом неодновременности ЧНН 93
4.3. Сокращение необходимых ресурсов пропускной способности цифровой междугородной телефонной сети России при расчете методом плановой динамической маршрутизации ... 105
4.4. Повышение устойчивости цифровой междугородной телефонной сети России к перегрузкам 109
4.5. Разработка комплекса программ «Маршрутизатор» для компьютеризации проектирования плановой динамической маршрутизации трафика на цифровой междугородной телефонной сети России 109
Выводы 111
Заключение. 113
Литература 115
- Анализ иерархической фиксированной и динамической маршрутизации трафика в иерархических сетях
- Анализ и сравнение характеристик, влияющих на выбор путей при маршрутизации трафика
- Структура комплекса «Маршрутизатор» для решения задачи маршрутизации трафика междугородной телефонной сети России в маршрутной форме объединенного алгоритма
- Сокращение необходимых ресурсов пропускной способности цифровой междугородной телефонной сети России при расчете методом плановой динамической маршрутизации
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы междугородная телефонная сеть России претерпела значительные качественные изменения и сейчас более чем на 70 % является цифровой. Благодаря этому появилась возможность более гибкого построения сети и управления ею, позволяющая динамически перераспределять ее ресурсы в соответствии со случайным характером телефонного трафика. Последний, как известно, имеет сезонные и периодические суточные изменения, а также может иметь непредвиденные всплески, отображающие различные общественные процессы.
В этих условиях цифровая междугородная телефонная сеть России в соответствии с рекомендацией Е.529 МСЭ-Т должна обеспечивать нормированное значение качества обслуживания трафика по сквозной вероятности потерь. Качеством обслуживания трафика является совокупность технических параметров, используемых для обеспечения меры соответствия технических средств трафику при определенных условиях. Для дальнейшего исследования существенно, что эта мера для междугородной телефонной сети может быть задана в виде вероятности потерь - рекомендация Е.600 МСЭ-Т. Также следует иметь в виду, что цифровая междугородная телефонная сеть России является постоянно растущей и развивающейся системой, как по объему передаваемой информации, так и по характеру сообщений, допускающих различные режимы передачи.
Следовательно, современная междугородная телефонная сеть России, оборудованная цифровыми коммутационными станциями и узлами, имеет необходимую технологическую базу для организации динамической маршрутизации трафика. При этом реализуется возможность расширить правила маршрутизации, выйдя за рамки существующей фиксированной маршрутизации.
Таким образом, перед цифровой междугородной телефонной сетью России встает задача оптимального проектирования с учетом неодновременности часа наибольшей нагрузки (ЧНН). Час наибольшей нагрузки (ЧНН) - это постоянный период в один час, полностью входящий в соответствующий промежуток времени, при котором трафик или количество попыток вызова является максимальным.
В настоящее время на цифровой междугородной телефонной сети России проектирование таблиц маршрутизации трафика на станциях неавтоматизированно. Поэтому получить таким способом таблицы маршрутизации, близкие к оптимальным, практически невозможно.
В большинстве развитых стран уже применяется или осуществляется переход на динамическую маршрутизацию. Успешное развитие динамической маршрутизации, а также её очевидные преимущества вдохновили администраторов сетей многих стран мира планировать и внедрять сети с динамической маршрутизацией. Методы динамической маршрутизации активно развивались в течение последних нескольких лет и теперь внедрены в таких сетях мира, как AT&T, FTS-2000, MCI, Sprint (США), Stentor (Канада), NTT (Япония), British Telecom (Великобритания) и др. Во всех этих странах сети с динамической маршрутизацией значительно улучшили рабочие характеристики и качество сети при снижении затрат на обслуживание трафика. Поэтому динамическая маршрутизация в телекоммуникационных сетях стала предметом мирового изучения и интереса. Сейчас научно-исследовательские институты во всем мире заняты активными исследованиями и разработками в этой области.
Методы динамической маршрутизации рассматривались в ряде работ отечественных и зарубежных авторов [13, 29]. Предложенные в [13, 14] способы динамической маршрутизации (волновой, рельефов и цифровой) в данной диссертационной работе не использовались, так как они касаются оперативного управления, а в работе рассматривается плановое управление маршрутизацией. Авторы работ, посвященных динамической маршрутизации Лазарев В.Г., Лазарев Ю.В., Gerald Ash, F.R.K. Chung, R.L. Graham, F.K. Hwang, Cameron H., Galloy P. используют различные методы динамической маршрутизации применительно к сетям ведущих мировых операторов. Как будет показано ниже, на цифровой междугородной телефонной сети России нет возможности применения методов маршрутизации, которые работают в зарубежных сетях. Поэтому возникает задача выбора стратегии динамической маршрутизации для цифровой междугородной телефонной сети России, учитывающей ее специфику (иерархическую структуру, наличие десяти часовых поясов, низкую связность сети, последовательное необратимое управление соединением и большое количество зависимых и трехзвенных путей). При выборе стратегии динамической
маршрутизации для цифровой междугородной телефонной сети России необходимо учитывать ее особенности.
Кроме того, цифровизация междугородной телефонной сети России обеспечивает новые возможности для создания сети с лучшими эксплутационными и экономическими характеристиками, которые в настоящее время полностью не использованы. Следовательно, актуальной является задача разработки усовершенствованного метода и комплекса программ, которые при построении и расчете цифровой междугородной телефонной сети России с учетом неодновременности ЧНН будут в максимальной степени отражать возможности новых технологий. Таким образом, исследование динамической маршрутизации и разработка метода для определения оптимальных характеристик цифровой междугородной телефонной сети России с учетом неодновременности ЧНН является актуальной задачей и имеет большое практическое значение при проектировании цифровой междугородной телефонной сети России, повышения эффективности капитальных вложений при строительстве и для максимального использования вложенных инвестиций.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка метода динамической маршрутизации трафика с учетом неодновременности ЧНН на цифровой междугородной телефонной сети России для экономии канальных ресурсов при проектировании сети и в процессе ее эксплуатации. Данная цель достигается решением следующих задач:
анализ методов маршрутизации трафика на цифровых телефонных сетях и разработка рекомендаций по выбору метода, адекватного уровню развития и специфики цифровой междугородной телефонной сети России;
анализ возможности повышения качества обслуживания трафика на цифровой междугородной телефонной сети России путем использования динамической маршрутизации;
разработка математической модели задачи оптимизации канальных ресурсов для выбранного метода плановой динамической маршрутизации с учетом неодновременности ЧНН и специфики цифровой междугородной телефонной сети России;
разработка алгоритмов и реализующих их программ проектирования сети и составления плана динамической маршрутизации трафика;
проведение экспериментальных исследований разработанной новой математической модели для расчета параметров сети при оптимизации канальных ресурсов для динамической маршрутизации трафика на цифровой междугородной телефонной сети России.
Апробация результатов работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на НТС в ЦНИИСе, на научно-технической конференции профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУ СИ (г. Москва, 29-31 января 2002 г.), на LVII научной сессии РНТОРЭС им. А.С. Попова, посвященной Дню радио (г. Москва, 15-16 мая 2002 г.), на Восьмой Международной Конференции по информационным сетям, системам и технологиям (МКИССиТ) (г. Санкт-Петербург, 16-19 сентября 2002 г.), на конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы связи в рамках Международного форума информатизации» (МФИ) (г. Москва, 27 ноября 2002 г.), на научно-техническом семинаре «Вопросы проектирования, построения и эксплуатации современных телекоммуникационных систем» РНТОРЭС им. А.С. Попова (г. Москва, 4-5 февраля 2003 г.).
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Основные научные положения, теоретические выводы и результаты, изложенные, в диссертации, получены автором самостоятельно.
Научная новизна
Разработана математическая модель задачи оптимизации канальных ресурсов сети в условиях применения метода плановой динамической маршрутизации трафика с учетом неодновременности ЧНН. Модель учитывает специфику цифровой междугородной телефонной сети России: последовательное управление соединением; большое количество зависимых трехзвенных путей; иерархическую структуру и низкую связность сети, наличие десяти часовых поясов.
Разработан древовидный алгоритм выбора путей при маршрутизации трафика на цифровой междугородной телефонной сети России, учитывающий последовательное управление соединением.
Разработан алгоритм для расчета вероятности потерь на цифровой междугородной телефонной сети России с учетом последовательного управления соединением и
8 возможности сброса избыточной нагрузки не только с первого, но и со второго участка пути.
На базе метода линейного программирования разработана процедура маршрутизации трафика, обеспечивающая использование наименее загруженных участков маршрута с учетом несовпадения ЧНН.
Получена верхняя оценка потребности в канальных ресурсах сети при использовании различных методов маршрутизации трафика. Показано, что на цифровой междугородной телефонной сети России применение динамической маршрутизации с учетом несовпадения ЧНН позволяет на этапе проектирования экономить до 12% канальных ресурсов по сравнению с фиксированной маршрутизацией трафика.
Практическая ценность работы заключается в разработке метода проектирования цифровой междугородной телефонной сети России с учетом неодновременности ЧНН и динамической маршрутизации трафика. Осуществлена программная реализация алгоритмов, формализующих процедуры расчета величины обслуженной нагрузки на сети и оптимального числа занятых каналов. Разработанные алгоритмы положены в основу программ динамической маршрутизации с учетом неодновременности ЧНН для цифровой междугородной телефонной сети России. Разработанные программы написаны на языке объектно-ориентированного программирования Visual C++ и объединены в программный комплекс «Маршрутизатор».
Реализация результатов диссертационной работы. Программный комплекс «Маршрутизатор» использован при разработке Генеральной схемы развития сети электросвязи Смоленской области на перспективу до 2015 г. Разработанный метод и алгоритмы включены в отчеты по научно-исследовательским работам ЦНИИС, выполненным по заданию Министерства Российской Федерации по связи и информатизации, что подтверждено соответствующими актами (приложение №1).
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.
В первой главе в первом разделе проанализированы методы маршрутизации, управления соединением. Показано, что по мере выделения ресурсов на управление сетью возможно внедрение все более совершенных методов маршрутизации трафика.
В первом разделе проанализированы различные способы проектирования телефонных сетей, в которых используются расчеты вероятности потерь [9], а также методы разработки таблиц маршрутизации трафика с учетом неодновременности ЧНН. В работах по исследованию динамической маршрутизации [1, 3, 4, 13, 14] указывается, что в настоящее время дальнейшая эволюция сетей связи тесно связана с задачей повышения качества обслуживания трафика. Одним из наиболее перспективных вариантов обеспечения заданного качества обслуживания при минимальных затратах считается введение на сети динамического управления маршрутизацией трафика [6].
Внедрение цифровых систем коммутации позволило усовершенствовать систему управления сетью и создало предпосылки для внедрения одного из наиболее эффективных методов повышения использования каналов на междугородных телефонных сетях связи общего пользования - динамического управления потоками вызовов.
Отмечается, что на цифровой междугородной телефонной сети России используется последовательное необратимое управление соединением с автоматической маршрутизацией по обходному пути. При этом осуществляется пошаговая передача вызова от узла к узлу в сторону станции назначения без возврата на предыдущую станцию (узел) при отказе. При обнаружении в коммутационном узле отказа на одном из участков пути производится либо автоматическое переключение вызова на другой, исходящий из данного узла участок маршрута, либо вызову отказывается в установлении соединения.
Приводится классификация различных стратегий динамической маршрутизации. Показано, что в зависимости от возможности изменения путей в маршруте существует три основные стратегии маршрутизации: 1) фиксированная - группа путей, образующих маршрут, остается неизменной; 2) динамическая - группа путей, образующих маршрут, меняется в зависимости от ситуации на сети; 3) динамическая транспортная - динамическая маршрутизации трафика объединяется с маршрутизацией транспортной сети. Проанализирована эволюция методов от фиксированной до транспортной маршрутизации. Указывается, что переход от иерархической структуры сети с фиксированной маршрутизацией к сети с транспортной маршрутизацией целесообразно производить поэтапно, по мере развития сети [82].
10 Методы динамической маршрутизации в зависимости от продолжительности периода изменения таблиц маршрутизации делятся на: 1) плановые TDR (time-depending routing); 2) в реальном масштабе времени; 3) комбинированные.
В плановых методах маршрутизации схемы маршрутизации, т.е. таблицы маршрутизации, меняются по заранее рассчитанному плану с интервалом времени намного большим, чем время установления соединения.
В методах динамической маршрутизации в реальном масштабе времени схемы маршрутизации, т.е. таблицы маршрутизации, меняются с интервалом меньше или соизмеримым с продолжительностью установления соединения.
В сети с комбинированной динамической маршрутизацией одновременно используются различные методы маршрутизации. Анализ показал, что методы смешанной (комбинированной) динамической маршрутизации достигают лучших результатов по сравнению с работой сети по одному методу маршрутизации.
Показано, что по мере выделения ресурсов на управление сетью возможно внедрение все более совершенных методов маршрутизации. Исследовав различные стратегии динамической маршрутизации, способы управления соединением и учитывая возможности внедрения того или иного метода, сделан вывод, что на первоначальном этапе на иерархической структуре цифровой междугородной телефонной сети России целесообразно введение плановой динамической маршрутизации трафика, которая не требует наличия системы управления сетью и может вводиться по специальному расписанию, обеспечивая при этом значительное сокращение необходимых ресурсов сети и повышения качества обслуживания вызовов.
Показано, что на цифровой междугородной телефонной сети России могут применяться следующие стратегии плановой динамической маршрутизации трафика (рис.1): иерархическая - используются неизменные схемы маршрутизации, но динамически изменяется количество каналов в пучках; последовательная — применяются методы маршрутизации, изменяемые по плану (во времени); квазиплановая - наряду с плановым производится изменение схем маршрутизации трафика в зависимости от текущего значения интенсивности нагрузки.
На основе исследования различных методов динамической маршрутизации трафика и управления соединением и с учетом возможности применения того или иного метода, сделан
вывод, что на иерархической структуре цифровой междугородной телефонной сети России на первом этапе внедрения динамической маршрутизации целесообразно введение плановой динамической последовательной маршрутизации трафика, которая не требует наличия системы управления сетью и может вводиться по специальному расписанию, обеспечивая при этом значительное сокращение необходимых канальных ресурсов сети и повышение качества обслуживания трафика.
Во второй главе проанализированы теоретические аспекты возможности повышения характеристик качества обслуживания цифровой междугородной телефонной сети России путем использования эффективной маршрутизации трафика. Показано, что учет неодновременности ЧНН позволяет на этапе проектирования цифровой междугородной телефонной сети России либо сэкономить ее ресурсы, либо выявить гарантированные резервы сети в каждый момент, чтобы использовать их при динамической маршрутизации.
Показано, что при выборе методов прогнозирования нагрузки на цифровой междугородной телефонной сети России следует учитывать такие основные факторы, как период прогнозирования (долгосрочное или краткосрочное), общее количество наблюдений, их периодичность и непрерывность.
Произведен анализ качества обслуживания трафика при использовании методов управления соединением со стороны исходящей станции и последовательного управления соединением. Показано, что для цифровой междугородной телефонной сети России с последовательным управлением соединением выполняется требуемое в соответствии с рекомендацией Е.721 МСЭ-Т номинальное значение качества обслуживания трафика на каждом маршруте направления (3%). Сделан вывод, что на цифровой междугородной телефонной сети России канальные ресурсы могут быть оптимизированы следующим образом:
с помощью проведения расчетов пропускной способности сети для каждого
профиля нагрузки (матрицы интенсивности нагрузки для конкретного
временного интервала) с определением необходимого количества каналов
между станциями;
использованием свободных на текущий момент (резервных) ресурсов сети путем
введения плановой динамической маршрутизации.
Таким образом, расчет сети с учетом неодновременности ЧНН и переход к новой стратегии маршрутизации при том же методе управления позволит повысить использование канального ресурса и, соответственно, улучшить качество функционирования цифровой междугородной телефонной сети России.
В третьей главе сформулирована метод решения задачи оптимизации канальных ресурсов при использовании плановой динамической маршрутизации с учетом неодновременности ЧНН для иерархической структуры цифровой междугородной телефонной сети России. Обосновывается необходимость применения объединенного алгоритма (ОА) для сети с динамической маршрутизацией трафика при учете неодновременности ЧНН. ОА соединяет в единую систематическую процедуру такие различные подходы, относящиеся к проектированию, как: 1) динамическая маршрутизация, связанная с текущим временем и позволяющая получать выигрыш за счет эффекта несовпадения ЧНН; 2) направление трафика по самым эффективным путям; 3) преимущественное использование крупных пучков каналов; 4) минимизация затрат на обслуживание трафика; 5) варьирование потерями на участках сети при сохранении качества обслуживания трафика на заданном уровне для каждого маршрута.
Отмечается, что в основе математической модели задачи минимизации необходимого числа каналов на цифровой междугородной телефонной сети России с динамической маршрутизацией лежит описанный в рекомендации Е.529 МСЭ-Т метод расчета междугородной телефонной сети, который описывает представление задачи оптимизации в путевой форме. Этот метод позволяет определить оптимальные параметры сети с учетом динамической маршрутизации при обеспечении сквозного (из конца в конец) качества обслуживания трафика. Для расчета цифровой междугородной телефонной сети России рекомендуется применять другой метод (представление задачи оптимизации в маршрутной форме), развивающий подход, предложенный в рекомендации Е.529 МСЭ-Т. Основное отличие рассматриваемой задачи от изложенной в рекомендации заключается в том, что учитывается специфика цифровой междугородной телефонной сети России - большое количество зависимых и трехзвенных путей, наличие десяти часовых поясов, иерархическая структура и низкая связность сети. Модель объединенного алгоритма представляет собой итеративную процедуру. Алгоритм состоит из следующих шагов: 1) расчет таблиц
13 маршрутизации; 2) расчет пропускной способности сети; 3) определение величины затрат на обслуживание трафика на участках сети; 4) тест сходимости задачи оптимизации.
На первом шаге алгоритма в целях нахождения наиболее эффективных путей для потоков трафика производится расчет таблиц маршрутизации. Особенность последовательного управления соединением заключается в том, что каждая станция (узел), входящая в маршрут, должна знать список станций (узлов), ведущих в пункт назначения. Чтобы решить задачу оптимизации необходимых канальных ресурсов с помощью метода линейного программирования (ЛП), необходимо выполнить следующие вспомогательные процедуры для каждого направления связи:
1) формирование последовательности маршрутов. При циклической перестановке
также учитываются зависимые трехзвенные пути на цифровой междугородной телефонной
сети России, которые нельзя разъединять;
2) вычисление качества обслуживания трафика для каждого маршрута.
Решение задачи ЛП может производиться, например, с помощью пакета линейного программирования LPSOLVE, работающего в среде WINDOWS или LINUX.
В результате расчета, используя метод ЛП, вычисляется интенсивность обслуженной нагрузки для каждого маршрута направления в каждый час и соответствующие потоки трафика на участках сети. Таким образом, для каждого временного интервала h для данного направления к выбирается конкретный маршрут j, что является целью плановой динамической маршрутизации.
На втором шаге в маршрутной модели объединенного алгоритма (расчет пропускной способности сети) решается задача определения числа каналов на каждом участке сети (в соответствии с рекомендацией Е.522 МСЭ-Т) с учетом неодновременности ЧНН на различных станциях (узлах). После определения числа каналов на участках сети вычисляются вероятности потерь на этих участках. Расчет вероятности потерь - итерационная процедура. Этот процесс продолжается до тех пор, пока оценки вероятности потерь на всех участках сети во все часы не будут достаточно стабильны. Сеть рассчитывается так, чтобы уровень потерь на каждом участке обеспечивал минимизацию числа каналов во все временные интервалы, включая максимальный ЧНН, с выполнением требуемого качества обслуживания трафика.
После завершения расчета пропускной способности для значений интенсивности нагрузки на каждом участке сети, полученной в результате расчета с помощью метода линейного программирования, вычисляются затраты на обслуживание трафика. Если они продолжают уменьшаться, то весь процесс решения задачи оптимизации повторяется.
Таким образом, в третьей главе для цифровой междугородной телефонной сети России с динамической маршрутизацией трафика и с учетом неодновременности ЧНН разработана математическая модель задачи минимизации канальных ресурсов и метод ее решения. Разработанный метод учитывает использование на цифровой междугородной телефонной сети России последовательного управления соединением, что приводит к более точным значениям необходимых канальных ресурсов и, соответственно, вероятности потерь. Решение данной задачи также позволяет усовершенствовать используемые в настоящее время методы проектирования цифровой междугородной телефонной сети России в предположении одновременного ЧНН на всех станциях (узлах) сети и при фиксированной маршрутизации.
В четвертой главе проведено исследование влияния динамической маршрутизации трафика с учетом неодновременности ЧНН на характеристики цифровой междугородной телефонной сети России.
Показаны следующие новые возможности, возникающие при расчете числа каналов цифровой междугородной телефонной сети России по модели объединенного алгоритма в маршрутной форме:
1) при проектировании сети только с учетом неодновременности ЧНН, но без
увеличения количества обходных путей, экономия канальных ресурсов составляет не менее
8%;
дополнительная экономия сетевых ресурсов только за счет увеличения количества обходных путей (динамическая маршрутизация без учета неодновременности ЧНН) составляет не менее 4%;
в итоге достигается не менее 12% необходимых канальных ресурсов цифровой междугородной телефонной сети России при расчете методом, использующим и динамическую маршрутизацию, и неодновременность ЧНН по сравнению с расчетом той же сети методом фиксированной маршрутизации. Все результаты получены на данных сети ОАО «Ростелеком» за 2001 г.
*
С целью создания инструментальных средств проектирования на языке объектно-ориентированного программирования VISUAL C++ написан комплекс программ «Маршрутизатор» для расчета необходимых канальных ресурсов для цифровой междугородной телефонной сети России с помощью метода динамической маршрутизации трафика с учетом неодновременности ЧНН. Для удобства работы пользователя разработаны диалоговые окна, панель инструментов, меню для создания, открытия и сохранения проекта. В комплексе «Маршрутизатор» (меню «Моделирование» подменю «ЛП») реализован расчет плановой динамической маршрутизации трафика с учетом неодновременности ЧНН для цифровой междугородной телефонной сети России с помощью пакета линейного программирования LPSOLVE, работающего в среде WINDOWS. В окне «Результаты» выводятся полученные для каждого маршрута направления в каждый час результаты расчета - таблицы маршрутизации. По результатам расчетов для участков сети и маршрутов для каждого временного интервала также вычисляются: максимальная интенсивность обслуженной нагрузки и оптимальное количество каналов (и, соответственно, величина потерь). Все результаты получаются при обеспечении качества обслуживания трафика на цифровой междугородной телефонной сети России в соответствии с рекомендацией Е.529 МСЭ-Т.
Таким образом, в результате разработки метода плановой динамической маршрутизации трафика с учетом неодновременности ЧНН на цифровой междугородной телефонной сети России создано программное средство получения более эффективных проектных решений, чем при расчете сети с фиксированной маршрутизацией.
Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:
1. В результате анализа методов маршрутизации трафика и способов управления
соединением показано, что на цифровой междугородной телефонной сети России с
иерархической структурой и с последовательным управлением соединением на первом этапе
внедрения динамической маршрутизации трафика целесообразно использовать плановую
динамическую маршрутизацию и проектировать сеть с учетом неодновременности ЧНН на
различных станциях (узлах).
2. Разработанная математическая модель для решения задачи оптимизации канальных
ресурсов для цифровой междугородной телефонной сети России с плановой динамической
маршрутизацией трафика при выполнении нормированного значения качества обслуживания
позволяет получить экономию канальных ресурсов сети до 12%. Подход, который используется в диссертации (представление задачи в маршрутной форме), принципиально отличается от предложенного в рекомендации Е.529 МСЭ-Т (представление задачи в путевой форме). Основное отличие подхода, рассматриваемого в диссертации, от изложенного в рекомендации заключается в том, что учитывается специфика цифровой междугородной телефонной сети России (иерархическая структура, низкая связность сети, последовательное управление соединением, наличие десяти часовых поясов и зависимых трехзвенных путей).
3. С учетом вышеперечисленных особенностей цифровой междугородной телефонной
сети России на этапе ее проектирования для решения задачи определения оптимальных
характеристик сети с плановой динамической маршрутизацией разработаны следующие
алгоритмы:
для каждого направления на коммутационной станции (узле) составляется упорядоченный список путей (дерево маршрута), ведущих в пункт назначения, с учетом последовательного управления соединением и зависимых участков сети;
расчет вероятности потерь вызовов производится отдельно для каждого маршрута направления с учетом последовательности всех путей в маршруте не только для независимых двузвенных путей (как в рекомендации Е.529 МСЭ-Т), но и для зависимых трехзвенных путей.
4. Учитывая уровень развития современной вычислительной техники, для
формирования таблиц динамической маршрутизации рекомендуется использовать точный
метод линейного программирования (ЛП). С помощью метода ЛП интенсивность
поступающей нагрузки, задаваемая в виде набора временных матриц, распределяется по
критерию минимума загрузки всех участков сети с учетом неодновременности ЧНН. Для
расчета цифровой междугородной телефонной сети России требуется 40 мин машинного
времени на IBM PC с процессором Pentium III фирмы Intel при тактовой частоте 650 Мгц.
Анализ иерархической фиксированной и динамической маршрутизации трафика в иерархических сетях
Автоматическая маршрутизация по обходному пути - automatic alternative routing (AAR) представляет собой пример последовательной необратимой маршрутизации. Согласно этому способу маршрутизации при обнаружении в коммутационном узле (станции) отказа на одном из участков маршрута производится либо автоматическое переключение вызова на другой, исходящий из данного узла участок маршрута, либо вызову отказывается в установлении соединения. Возврат вызова на предыдущий узел (станцию) не производится. Таким образом, на всех телефонных станциях (узлах) в настоящее время соединение устанавливается позвенно с передачей и вызова, и управления вызовом последовательно от станции (узла) к соседней станции (узлу). В этом случае каждая транзитная станция осуществляет маршрутизацию к станции назначения независимо, путем выбора только одного участка маршрута. Такому позвенному установлению соединения соответствует позвенный способ сигнализации по ОКС №7 («link by link» . В этом случае на каждом участке соединения происходит последовательное позвенное занятие каналов между станциями (узлами), которое может оказаться "паразитным" при получении отказа на последующих участках.
Способ последовательного обратимого управления соединением несколько более сложный в реализации. В этом случае при успешном соединении между двумя станциями, но при обнаружении на следующей станции (узле) отказа на всех возможных исходящих участках, ведущих к станции назначения, по ОКС №7 в обратном направлении на предыдущую станцию (узел) выдается специальный сигнал, который носит название «ckrankback». При получении этого сигнала предыдущая станция производит попытку перемаршрутизации вызова с выбором пути уже на другую станцию (узел) (подобно способу alternative rerouting - ARK). При последовательном управлении соединением передача сигнала «ckrankback» осуществляется только на один предыдущий участок. В этом случае станция (узел) не занимает канал на участке, дожидаясь поступления сигнала «ckrankback». Позвенный способ сигнализации по ОКС №7 при этом сохраняется. В примере на рис. 1.3 показано различие обратимого управления соединением с возвратом (crankback) и необратимого [1]. В этом примере между станциями (узлами) А и Z существуют пути 1,2 и 3, расположенные, например, в порядке возрастания затрат на обслуживание трафика, т.е. путь A—B-Z - это путь наименьших затрат на обслуживание трафика между станциями А и Z, путь A-C-Z - это второй путь по величине затрат на обслуживание трафика и т.д. Для необратимого способа управления соединением (маршрутизации), характерно то, что при занятости участка B-Z вызов не способен вернуться на станцию (узел) А, чтобы совершить попытку установить соединение по следующему пути наименьших затрат на обслуживание трафика A-C-Z (рис. 1.3а). Вместо этого вызов совершит попытку направиться в станцию (узел) Z по другому пути из коммутационной станции (узла) В. В этом случае вызов направится через коммутационную станцию (узел) D, т.е. вызов выберет наименее выгодный путь. Важно отметить, что при последовательной маршрутизации каждая станция (узел) для составления маршрута, ведущего в пункт назначения должна знать только набор непосредственно связанных с ней станций (узлов). Этот способ управления, применяемый на цифровой междугородной телефонной сети России хоть и не так эффективен, как способ управления соединением со стороны исходящей станции, но имеет большое преимущество в простоте обработки вызова на станциях. При маршрутизации со стороны исходящей станции станция должна иметь возможность полного выбора маршрута на структуре всей сети.
Структура маршрутизации трафика является иерархической, если при любых потоках нагрузки все вызовы, поступающие на данный маршрут на конкретном узле (станции) направляют нагрузку по одной и той же последовательности путей данного маршрута [16]. При этом вводится понятие пути последнего выбора (ППВ), который является окончательным в том смысле, что при его занятости для всех потоков нагрузки, направляемых по этому пути, уже не производится перемаршрутизации.
Структура маршрутизации трафика является неиерархической, если последовательность выбора путей в маршруте не является фиксированной.
Важно отметить, что принцип маршрутизации трафика не всегда прямо связан с принципом иерархии коммутационных узлов (станций), т.е. не следует отождествлять иерархическую маршрутизацию с иерархическим принципом построения сети или динамическую маршрутизацию с неиерархическим принципом. Например, на рис. 1.4 приведен пример иерархической маршрутизации нагрузки в неиерархической сети коммутационных станций (узлов).
Выбор маршрута заключается в выборе определенного маршрута для данного соединения [16]. Существуют два способа выбора маршрутов: 1) последовательный выбор - пути в маршруте всегда выбираются в определенном порядке, при этом выбирается первый свободный путь маршрута; 2) непоследовательный выбор - пути в маршруте выбираются в произвольном порядке. 1.2. Анализ и классификация методов маршрутизации трафика В РФ к 2005 г. планируется завершить второй этап цифровизации междугородной телефонной сет России. В рамках этого этапа необходимо решить задачи выбора структуры сети и метода маршрутизации трафика. В настоящей работе обосновываются рекомендации по выбору метода маршрутизации для цифровой междугородной телефонной сети России. Выработанные рекомендации позволят принимать решения при создании подсистем управления в таких функциональных областях системы управления электросвязью, как: 1) управление конфигурацией сети (проектирование сети, установка и ввод нового оборудования, планирование и ввод новых услуг); 2) управление качественными показателями функционирования сети (управление качеством обслуживания трафика); 3) управление учетом и расчетами с абонентами сети (учет длительности предоставляемых услуг и ресурсов). Для выбора стратегии маршрутизации на цифровой междугородной телефонной сети России важно проанализировать методы планирования маршрутизации трафика и возможность их реализации [6]. По принятой терминологии в рекомендации Е.529 МСЭ-Т участок соединяет две станции (узла). Путь - это последовательность участков, соединяющих исходящую станцию и станцию пункта назначения. Маршрут - это совокупность различных путей между исходящей станцией и станцией пункта назначения (рис. 1.5). Каждый маршрут состоит из нескольких путей, которые составляют схему маршрутизации. Направление — совокупность маршрутов из исходящей станции в пункт назначения. Методы маршрутизации могут быть иерархическими и неиерархическими, фиксированными и динамическими [31]. Классификация основных методов маршрутизации в зависимости от возможности изменения путей в маршруте схем маршрутизации приведена на рис.1.6. Существует три основные стратегии маршрутизации трафика (рис. 1.6): 1) фиксированная - группа путей, образующих маршрут, остается неизменной; 2) динамическая - группа путей, образующих маршрут, меняется; 3) динамическая транспортная - динамическая маршрутизация трафика объединяется с динамической маршрутизацией транспортной сети.
Анализ и сравнение характеристик, влияющих на выбор путей при маршрутизации трафика
Эффективность проектирования зависит от того, насколько точно можно прогнозировать ожидаемую загрузку сети. В соответствии с Рекомендацией Е.529 МСЭ-Т при выборе методов прогнозирования нагрузки на междугородной телефонной сети следует учитывать такие основные факторы, как период прогнозирования (долгосрочное или краткосрочное), общее количество наблюдений, их периодичность и непрерывность [47].
В настоящее время проектирование междугородной телефонной сети не является независимым процессом от управления и эксплуатации сети. Это связано, во-первых, с большой динамикой повременного изменения трафика и, во-вторых, с появившимися возможностями автоматизации процессов измерения нагрузки на цифровых станциях и компьютеризации процессов проектирования и управления. Для сети AT&T, которая может быть рекомендована примером управления и эксплуатации для использования на цифровой междугородной сети России, показана на рис.2.5 структура процесса управления, планирования, прогнозирования и проектирования. На примере схемы планирования телефонной сети AT&T можно видеть, что постоянные измерения управления трафиком в реальном масштабе времени (секунды-минуты), приводят к изменению таблиц маршрутизации. Устойчивые изменения трафика приводят к новым расчетам маршрутизации (дни-недели). Изменение емкости участков сети, т.е. очередное планирование, производится с учетом всех вышеперечисленных изменений с периодом в месяцы-годы.
Введение на цифровой междугородной телефонной сети России проектирования с учетом несовпадения ЧНН и динамической маршрутизации трафика является первым шагом по приближению проектирования сети к ее управлению и эксплуатации.
Возможность внедрения динамической маршрутизации трафика на междугородной телефонной сети определяется, в первую очередь, расчетами, проводимыми заранее при планировании сети. В этих расчетах из огромного множества возможных схем распределения маршрутов выбирается оптимальная, сводящая к минимуму затраты на обслуживание вызовов в сети. Термин "динамическая маршрутизация" часто понимают так, будто широкий поиск оптимального распределения путей производится в реальном масштабе времени, прямо в ходе обслуживания абонентов. На самом же деле широкий поиск оптимального распределения путей ведется, но большая часть его выполняется заранее, при планировании междугородной телефонной сети. Эффективность проектирования зависит от того, насколько точно можно прогнозировать ожидаемую загрузку сети. В реальном масштабе времени принимаются только те решения о выборе путей, которые связаны с повседневными вариациями интенсивности нагрузки, отказами и перегрузками сети. Схемы маршрутов должны составляться заранее для того, чтобы свести к минимуму затраты на обслуживание вызовов на междугородной телефонной сети [5].
Существуют математическая, эвристическая и имитационная модели для расчета цифровой междугородной телефонной сети России с динамической маршрутизацией. В самом общем смысле моделирование - это отображение функций объекта. Назначением модели может быть отображение зависимостей между различными характеристиками объекта или, помимо этого, определение параметров, оптимизирующих те или иные характеристики объекта. Последние модели называются решающими или оптимизирующими. Часто под собственно моделированием понимают реализацию только описывающих свойств модели, а получение оптимизирующих решений называют расчетом или проектированием. В данной диссертационной работе моделирование включает в себя также получение оптимальных характеристик. Для того чтобы модель была адекватна описываемому объекту, она должна правильно отображать качественную взаимосвязь интересующих исследователей параметров и характеристик моделируемого объекта. Моделирование сложных систем обычно предшествует их реальному построению и позволяет исследовать работу системы в самом широком диапазоне изменения ее параметров. При этом важно, что стоимость разработки модели в десятки раз меньше стоимости построения исследуемой системы. Таким образом, с помощью моделирования определяется количественное значение характеристик системы при различных значениях параметров, т.е. ее поведение в различных условиях.
Существуют различные виды моделей и критериев применительно к задаче моделирования цифровой междугородной телефонной сети России с динамической маршрутизацией трафика. В этих моделях могут учитываться различные значения характеристик сети вплоть до состояний повреждения участков сети и станций.
При моделировании количество параметров модели и степень подробности описания реального объекта зависит от поставленных задач. Однако в каждой задаче требуется определить оптимальное значение некоторой характеристики модели, которая в этом случае называется критерием.
В задаче проектирования цифровой междугородной телефонной сети России определяются оптимальные ресурсы сети, необходимые для обслуживания заданной постоянной интенсивности нагрузки, т.е. критерием оптимальности является минимум пропускной способности или ресурсов сети. Поэтому задача проектирования цифровой междугородной телефонной сети России с динамической маршрутизацией трафика в данной диссертационной работе решается оптимизирующим расчетным математическим методом. При этом ограничения в задаче могут быть заданы явным и неявным способом. Ограничения по качеству обслуживания трафика задаются в задаче неявным способом.
Создание модели распределения потоков трафика для цифровой междугородной телефонной сети России с оптимальной маршрутизацией трафика должно отображать функции изменения характеристик цифровой междугородной телефонной сети России в зависимости от изменений интенсивности нагрузки при фиксированной маршрутизации и при изменениях маршрутов.
Главная цель при определении параметров цифровой междугородной телефонной сети России при ограничениях по сквозному качеству обслуживания трафика состоит в том, чтобы найти наиболее оптимальную для данного потока трафика пропускную способность цифровой междугородной телефонной сети России и схему маршрутизации трафика. В модели цифровой междугородной телефонной сети России, изображенной на рис.2.6, задан метод плановой динамической маршрутизации. В данной диссертационной работе предполагается, что набор возможных маршрутов с обеспечением гарантированного значения сквозного качества обслуживания трафика для каждого потока трафика определен заранее и не изменяется в процессе определения параметров сети. Что же касается выбора схем маршрутизации, то в каждом узле для каждого потока трафика, включая исходящие и транзитные потоки этого узла (станции), должны быть определены набор маршрутов и правило выбора маршрута из этого набора.
Исследуемыми характеристиками цифровой междугородной телефонной сети России являются занятые и свободные ресурсы, качество обслуживания трафика [63] для различных направлений цифровой междугородной телефонной сети России, величина интенсивности нагрузки, которая может быть обслужена в пределах заданного изменения качества обслуживания трафика. В настоящей диссертационной работе исследуются потери вызовов из-за отсутствия пользовательских ресурсов, а потери, связанные с недостачей ресурсов по управлению, выходят за рамки данной диссертации. На первоначальном этапе внедрения динамической маршрутизации трафика на цифровой междугородной телефонной сети России задачей моделирования с динамической маршрутизацией является определение оптимальной плановой почасовой маршрутизации. Это позволит снизить требования к необходимым ресурсам сети в условиях несовпадения времени ЧНН на различных станциях (узлах), оперативно определять новые маршруты для направления трафика при повреждениях на сети и перегрузках, а также моделировать характеристики цифровой междугородной телефонной сети России в условиях изменения интенсивности нагрузки.
Структура комплекса «Маршрутизатор» для решения задачи маршрутизации трафика междугородной телефонной сети России в маршрутной форме объединенного алгоритма
В основе математической модели задачи проектирования сети с динамической маршрутизацией лежит описанный в рекомендации Е.529 МСЭ-Т метод расчета цифровой междугородной телефонной сети. Но этот метод предназначен для расчета сетей при управлении вызовом со стороны исходящей станции и поэтому для цифровой междугородной телефонной сети России он не пригоден. Для расчета иерархической структуры цифровой междугородной телефонной сети России с динамической маршрутизацией трафика и с учетом неодновременности ЧНН разработан новый метод, развивающий подход, предложенный в рекомендации Е.529 МСЭ-Т. Этот метод позволяет определить оптимальные параметры сети с учетом динамической маршрутизации при обеспечении сквозного (из конца в конец) качества обслуживания трафика. Основное отличие нового метода от изложенного в рекомендации заключается в том, что учитывается специфика цифровой иерархической междугородной телефонной сети России (последовательное необратимое управление соединением, наличие десяти часовых поясов, иерархическая структура и низкая связность сети, наличие зависимых трехзвенных путей в маршруте). Новый метод использует маршрутную модель объединенного алгоритма (ОА) и представляет собой итеративную процедуру, блок-схема которой показана на рис.3.5. Маршрутная форма объединенного алгоритма позволяет рассчитать необходимые ресурсы сети с учетом эффекта несовпадения трафика и плановой динамической маршрутизации. Однако, в иерархических сетях возможности перемаршрутизации ограничены, так как для каждого направления имеется только один исходный маршрут (дерево направления) и вся совокупность новых маршрутов может быть получена изменением последовательности выбора ветвей в этом маршруте (на первом и на последующих участках соединения). В отличие от этого в неиерархических сетях изменение маршрута предполагает добавление новых обходных путей. Однако, для цифровой междугородной телефонной сети России даже такие ограниченные возможности динамической маршрутизации позволят получить некоторый положительный эффект. Учет иерархического построения сети при решении методом ЛП позволяет уменьшить размерность задачи из-за меньшего количества рассматриваемых маршрутов и максимально оптимизировать именно ту сторону процесса, которая может принести максимальную экономию (учет эффекта несовпадения ЧНН).
Решение задачи представляет собой итерационную процедуру, в которой метод ЛП решается несколько раз с автоматической коррекцией тех параметров, которые явно не входят в формулировку задачи ЛП. Из рис.3.5 можно видеть, что после решения методом ЛП определяют ресурсы сети, потери маршрута, оцениваются затраты на обслуживание трафика в сети и сравниваются со значениями, полученными на предыдущей итерации. Граница ходимости устанавливается как значение разности между результатами расчета двух очередных итераций, по достижению которой процесс расчета заканчивается.
Задача расчета канальных ресурсов сети и повременной маршрутизации решается с помощью метода линейного программирования. В блоке «линейное программирование» (рис.3.5) производится решение задачи ЛП, которая определяет оптимальную нагрузку на каждом участке сети и долю нагрузки, проходящей по каждому участку в фиксированный часовой интервал. Задача оптимизации формулируется следующим образом: Г L затрат на один эрланг интенсивности обслуженной нагрузки на участке
В задаче ограничения (3.3) отображают суммирование интенсивности нагрузки различных маршрутов на участках сети в каждый временной интервал. Ограничения (3.4) описывают распределение интенсивности нагрузки Rhk по маршрутам к-го направления и обслуживание этой интенсивности нагрузки с вероятностью отказа g ., вызова в установлении соединения. Очевидно, что установленные в задаче значения g ., не должны превышать качество обслуживания трафика. Решением задачи ЛП являются: rhjk - почасовое распределение интенсивности обслуженной нагрузки по маршрутам и максимальная интенсивность нагрузки каждого участка з„ по которой определяется канальный ресурс участка, а затем затраты на обслуживание трафика в сети. Решение задачи производится с помощью пакета линейного программирования LPSOLVE, работающего в среде LINUX и WINDOWS. Такой пакет может решать задачи ЛП с несколькими десятками тысяч нецелочисленных переменных, что является достаточным для решения указанных задач. 3.2.2. Методы расчета, положенные в основу расчета комплекса «Маршрутизатор» для решения задачи маршрутизации на цифровой междугородной телефонной сети России Расчет междугородной телефонной сети России с учетом динамической маршрутизации трафика является итеративной процедурой (рис.3.5). Алгоритм состоит из следующих шагов: 1) формирование таблиц маршрутизации; 2) расчет пропускной способности сети; 3) определение величины затрат на обслуживание вызовов на участках сети; 4) тест сходимости задачи оптимизации. Начальными значениями являются затраты на увеличение обслуживания трафика на каждом участке для каждого направления, поступающая интенсивность нагрузки и требуемая норма вероятности потерь сквозного качества обслуживания трафика [1]. Итерация начинается с шага установки начальных значений, которые равны затратам на увеличение обслуживания трафика для каждого участка (М для участка /, / = 1,...,1) [11]. Начальным шагом в модели объединенного алгоритма (ОА) (рис.3.4) является расчет таблицы маршрутизации, функция которого заключается в нахождении наиболее эффективных путей для маршрута трафика [1]. Шаг расчета таблицы маршрутизации состоит из двух частей: генератора маршрутов и метода линейного программирования (ЛП). Входными данными для нахождения путей и формирования последовательности маршрутов являются оптимальные потери на участках B opl,l = l,...,L, затраты на один эрланг интенсивности обслуженной нагрузки М ] для участка /, / = 1,...,1, и для каждого направления требуемая норма качества обслуживания трафика [10]. Используя эти данные, генератор маршрутов для каждого часа формирует маршруты при выполнении требуемого качества обслуживания трафика. Особенность последовательного необратимого управления соединением заключается в том, что каждая станция (узел), входящая в маршрут, должна знать список станций (узлов), ведущих в пункт назначения. Например, на рис.3.6 изображена схема сети, для которой на рис.3.7 показано составление маршрутов. Вначале вызов пытается направиться по прямому пути. Если все каналы на участке A-Z заняты, то вызов совершит следующую попытку установить соединение через коммутационный узел (станцию) В. Если все каналы на участке А-В заняты, то вызов совершит следующую попытку установить соединение через коммутационный узел (станцию) С. Когда вызов поступает в транзитный узел, то используется его (транзитного узла) список коммутационных станций (узлов) для определения следующей коммутационной станции (узла), ведущей в пункт назначения. Например, если все каналы на участках A-Z и А-В заняты, а на участке А-С есть свободные каналы, то вызов направляется в коммутационный узел (станцию) С и пытается пройти в пункт назначения Z. Если на участке С-В все каналы заняты, а на участке C-Z свободны, то вызов доходит до пункта назначения, в противном случае вызов теряется.
Сокращение необходимых ресурсов пропускной способности цифровой междугородной телефонной сети России при расчете методом плановой динамической маршрутизации
Таким образом, в результате расчета цифровой междугородной телефонной сети России получается сокращение необходимых ресурсов пропускной способности не менее 4 % по сравнению с расчетом той же сети только за счет увеличения количества обходных путей (не учитывая неодновременность ЧНН). Следовательно, комбинированное неиерархическое -иерархическое построение цифровой междугородной телефонной сети России позволит расширить правила маршрутизации, выйдя за рамки существующей фиксированной иерархической маршрутизации и уменьшить необходимые ресурсы сети не менее, чем на 4%.
Учет неодновременности ЧНН. Как правило, при плановой динамической маршрутизации выбирается всегда первым прямой путь, но метод ЛП для лучшего использования каналов и для разгрузки перегруженных направлений с учетом неодновременности ЧНН выбирает иногда первым не прямой, а обходной путь. Например, на рис.4.10 показана сеть с четырьмя узлами (станциями) Новгород, Новосибирск, Красноярск и Хабаровск для двух различных ЧНН (в 10 и 13 часов по московскому времени). В этом примере для того, чтобы уменьшить максимальную интенсивность нагрузки (26,7 Эрл) на прямом направлении Новгород - Красноярск в утренний ЧНН (в 10 часов), необходимо ее направить по пути Новгород — Новосибирск - Красноярск. Это возможно осуществить, несмотря на то, что участок Новосибирск - Красноярск максимально занято в утренний ЧНН (в 10 часов). Но участок Новосибирск - Красноярск сможет в этот период времени сбросить трафик на путь Новосибирск - Хабаровск — Красноярск, у которого есть резервная емкость в этот временной период в утренний ЧНН (в 10 часов) на участках Новосибирск - Хабаровск, Хабаровск - Красноярск на обходной путь Новгород — Новосибирск — Хабаровск -Красноярск, что и выполняет метод ЛП. Однако, в дневной ЧНН (13 часов) для поступающего трафика наиболее экономически выгодный первый путь - прямой (Новгород -Красноярск), который также выбирает метод ЛП во второй ЧНН (13 часов). Таким образом, все каналы при динамической маршрутизации трафика будут максимально задействованы в любое время. Для плановой динамической маршрутизации на рис.4.11 показана зависимость величины затрат на обслуживание трафика для многочасового расчета, (т.е. с учетом неодновременности ЧНН и с увеличением количества обходных путей на цифровой междугородной телефонной сети России по модели ОА в маршрутной форме) по сравнению с расчетом той же сети методом фиксированной маршрутизации трафика. После 7 итераций достигнутая экономия канальных ресурсов по сравнению с расчетом той же сети методом фиксированной маршрутизацией трафика составляет не менее 12,3% [25]. При этом, как показано ранее, за счет неодновременности ЧНН получена экономия сетевых ресурсов не менее 8%, а за счет перемаршрутизации - не менее 4%.
В таблице 4.2 показаны результаты расчета потерь и величины затрат на обслуживание трафика, полученных по модели ОА в маршрутной форме для многочасового расчета (при нескольких ЧНН) цифровой междугородной телефонной сети России, и для той же сети, рассчитанной методом фиксированной маршрутизации трафика. Расчет цифровой междугородной телефонной сети России с фиксированной маршрутизацией не учитывает качество обслуживания трафика, а рассчитывает все участки пути последнего выбора (ППВ) с вероятностью потерь 0.01 и производится, когда известны максимальные потери на направлениях во все часы.
Одна из главных причин экономии сетевых ресурсов при плановой динамической маршрутизации заключается в том, что участки пути последнего выбора (ППВ) теперь можно рассчитывать не на 1% потерь, как раньше, и, следовательно, среднее использование канала может быть выше, чем при расчете междугородной телефонной России с фиксированной маршрутизацией трафика.
Наибольший успех на цифровой междугородной телефонной сети России может иметь стратегия динамической плановой маршрутизации с оперативной коррекцией таблиц маршрутизации. Например, в [1] приводится пример использования стратегии с переменными схемами плановой маршрутизации в зависимости от текущей интенсивности нагрузки. В этом случае при перегрузках на сети под управлением централизованной системы управления изменяются рассчитанные плановые схемы обходов. Стратегии с плановой динамической маршрутизацией трафика при оперативной коррекции таблиц маршрутизации более эффективны, так как могут использовать не только расчетные, но и текущие свободные ресурсы сети (например, область, отмеченная точками на рис.2.2). Для реализации этой стратегии необходимо наличие централизованной системы управления сетью, которая может быть подобна, например, разработанной в настоящее время системе «Трафик-менеджер» [75]. При фиксации перегрузки эта система должна выдавать команды по изменению маршрутизации, например, команды типа TAR или SR на станции [76]. Использование перемаршрутизации с помощью команд управления (управляющих воздействий) может производиться при оперативном управлении сетью и при реализации планового динамического управления. В первом случае эти команды выдаются на основании решений, разработанных оператором системы или полученных с помощью модели сети, которая должна вырабатывать управляющие воздействия при моделировании реальной ситуации на сети.
