Организация связи и модификация параметров алгоритма определения оптимальных маршрутов доставки пакетов в сети передачи данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Организация связи и модификация параметров алгоритма определения оптимальных маршрутов доставки пакетов в сети передачи данных

А.Н. Шилина, канд. техн. наук,

О.Ю. Назарова, канд. техн. наук

(Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, Новочеркасск)

Аннотация

Основной целью работы является изучение организации связи, а также возможные варианты определения оптимальных маршрутов доставки пакетов в сети передачи данных. Статья систематизирует полученные данные, а также выявляет наиболее подходящие варианты, позволяющие оптимизировать маршруты доставки пакетов в сети передачи данных.

Ключевые слова: организация связи, передача данных, маршрут, оптимизация, эффективность, функционирование.

Введение

Обсуждение

Под передачей информации понимается огромное число разнообразных процессов обработки, передачи и преобразования информационных потоков от одного адресата к другому. Общими компонентами в данных процессах являются источники и приемники информации; хранилище данных; каналы связи и др. [1].

Исходные хранилища - это сообщения, передающиеся от передатчика к приемникам. Соединение выполняется с помощью каналов передачи данных. Преобразователи (кодеры), основываясь на информационном наполнении, создают материальные носители данных (сигналы). Сигналы преобразуются и в конченом итоге передаются в каналы связи. В результате прохождения каналов связи сигналы преобразуются в обратном порядке. В конечном итоге приемник получает исходные сообщения [2].

Передача информации основывается на методах коммутации каналов, сообщениях и пакетах.

На рис. 1 показана схема работы и выбора метода передачи данных. Отдельно взятый метод используется в результате выбора назначения и вида передаваемой информации.

Рис. 1. Диаграмма методов передачи данных: а - коммутация каналов; б - сообщения; в - пакеты.

Одной из актуальных задач, как уже было сказано, является оптимизация маршрутизации доставки пакетов в сети передачи данных. Алгоритмы маршрутизации включают совокупность действий, выполняющихся посредством активных компонентов сети с целью обеспечения возможности корректной доставки данных абонентам сети [3].

Ключевые задачи, направленные на модификацию алгоритма определения оптимальных маршрутов доставки пакетов в сети передачи данных, заключаются в минимизации величины информационной нагрузки за счет оптимального распределения информационных потоков.

Алгоритмы маршрутизации включает в себя два основных варианта доставки:

прямая доставка (производится напрямую от одного устройства к другому, принадлежащим к одному и тому же сектору);

косвенная доставка (посредством промежуточных устройств или маршрутизаторов в целом, не относящихся к тому же сектору сети) [4].

На рис. 2 представлена визуальная интерпретация варианты доставки пакетов в сети передачи данных:

Рис. 2. Варианты маршрутизации.

Одним из основных элементов передачи данных, который берется во внимание при решении задач оптимизации маршрута передачи данных, является таблица маршрутизации, имеющаяся у всех IP конечных устройств. Эти таблицы включают информацию о IP сетей назначения и варианты доставки пакетов в них. На основании информации, которую включают таблицы маршрутизации, принимаются решения об оптимальных путях доставки пакетов в сети передачи данных [5].

Маршрутизаторы взаимодействуют между собой и динамически обновляют таблицы маршрутизации на основе соответствующих протоколов, которыми, к примеру, могут являться МРили OSPF [6].

На рис. 3 представлен пример маршрутизации пакетов.

Рис. 3. Построение маршрутизации между устройствами A и B.

Способы передачи данных активно развиваются и модернизируются в современном мире. На сегодняшний день ввиду повышенного интереса к высокой скорости и эффективности передачи данных актуализируется использование беспроводных технологий, в частности беспроводных сенсорных сетей (БСС). БСС являются новым классом сетей, которые основываются на вычислительно-телекоммуникационных устройствах, имеющих очень малые размеры, распределенных определенным образом по всей площади необходимой для этого территории с целью сбора, обработки и передачи информации.

Одним из основных способов обеспечения эффективной передачи данных в сетях, включая БСС, является интеграция алгоритмов построения кратчайшего остовного дерева (КОД) в протоколах сетей, в частности в протоколах маршрутизации.

В большинстве случаев при расположении элементов беспроводных сенсорных сетей используется равномерное прямоугольное распределение элементов, имеющих два параметра - а и b, являющихся расстоянием между соседними элементами по осям OY и OX соответственно.

На рис. 4 приведен пример подобного построения структуры БСС.

Рис. 4. Пример прямоугольного распределения элементов БСС.

Достаточно широко при расположении элементов БСС применяется равномерное прямоугольное распределение элементов, имеющее два параметра: a - расстояние между соседними элементами по оси ОY; b - расстояние между соседними элементами по оси ОХ. Пример структуры БСС с таким видом распределения - на рис. 1.

Одно из ключевых недостатков использования стандартных алгоритмов построения кратчайшего остовного дерева в отношении к сети с прямоугольным распределением узлов (рис. 4) - их универсальность, другими словами, неучет закона распределения узлов и параметров этого закона, вследствие чего выполняется большее число ненужных операций. Именно поэтому авторами предлагается модификация алгоритма построения кратчайшего остовного дерева для повышения эффективности доставки пакетов данных в беспроводных сенсорных сетях.

Итак, рассмотрим случай прямоугольного распределения элементов сети при a равном b (рис. 5).

Рис. 5. Прямоугольное распределение с параметрами a = b.

Вариант модифицированного алгоритма построения кратчайшего остовного дерева для прямоугольного распределения элементов, имеющих параметры a = b, имеет следующий вид (рис. 6):

Рис. 6. Модифицированный алгоритм построения КОД при a = b.

Основным преимуществом представленного алгоритма является то, что на каждой итерации цикла критерии выбора безопасного ребра сводятся к одной проверке - создает ли рассматриваемое ребро цикл со строящимся остовным деревом. Помимо того, алгоритм не подразумевает предварительного упорядочивания ребер относительно стандартных алгоритмов, в которых это обязательно.

На рис. 7 представлены результаты применения модифицированного алгоритма построения кратчайшего остовного дерева при a = b, изображенного на рис. 4:

Рис. 7. Применение модифицированного алгоритма построения КОД при a = b.

Необходимо отметить, что описанный алгоритм построения кратчайшего остовного дерева не сможет строить КОД при a Ф b ввиду того, что он не учитывает вес ребер во время построения дерева. Таким образом, на рис. 8 приведен модифицированный алгоритм построения минимального остовного дерева для прямоугольного распределения элементов, имеющих параметры a Ф b.

Рис. 8. Модифицированный алгоритм построения КОД при a Ф b.

На рис. 9 представлены результаты применения модифицированного алгоритма построения кратчайшего остовного дерева при a < b, изображенного на рис. 4:

Рис. 9. Применение модифицированного алгоритма построения КОД при a < b. сеть маршрут связь

Таким образом, был получен модифицированный алгоритм построения кратчайшего остовного дерева для сети, имеющую прямоугольное распределение элементов с параметрами a = b и a Ф b и сложность O(E). Мы видим, что стандартные алгоритмы построения КОД со сложностью O(ElogE) дают значительно худшие результаты относительно представленного модифицированного алгоритма.

Необходимо отметить, что обеспечение стабильной и эффективной работы локальных корпоративных и иных сетей является актуальным вопросом для предприятий, имеющих сложную, территориально-распределенную, многоуровневую структуру.

Как уже отмечалось, организация связи является достаточно актуальной и сложной темой, затрагивающей практически все сферы жизнедеятельности современного человека. На сегодняшний день вопрос оптимизации и модернизации алгоритмов маршрутизации доставки пакетов в сети - достаточно острым аспектом, который требует внимания ведущих специалистов и привлечения средств, направленных на разработку наиболее эффективных и инновационных методов решения данной проблемы.

Литература

1. Бейлекчи Д.В., Белов А.А., Ермолаев В.А., Кропотов Ю.А. Передача синхронных потоков данных по асинхронным сетям пакетной связи со случайным множественным доступом // Системы управления, связи и безопасности. - 2017. - № 1. - С. 25-40.

2. Перухин М.Ю., Флакс Д.Б., Абзальдинова Е.В. Модернизация сети передачи данных // Вестник Казанского технолог. ун-та. - 2012. - Т. 15, №18. - С. 250-251.

3. Klimanova E. Yu., Miroshnichenko Yu. A., Zelenko O.V. et al. Choosing the optimal technology for connecting to the global network // Bulletin of the Kazan Technological University. - 2017. - № 5. - Р. 1745-1752.

4. Ягьяева Л.Т., Молчанов Е.А., Мубаракшин Л.Ф. Сети передачи данных // Вестник Казанского технолог. ун-та. - 2014. - Т. 17, №19. - С. 369-371.

5. Katkalov Yu.V., Sakharov Ya.A. Data transmission system for a network of geophysical stations // Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. - 2013. - № 5(18). - С. 64-68.

6. Markin V.G., Ryzhkova A.G. Routing protocols in mobile self-organizing networks // Radio Communication Theory and Technology. - 2013. - № 4. - С. 48-56.

7. Чуднов А.М., Кирик Д.И., Курашев З.В. Оптимизация распределения информационных потоков в информационной системе по показателю вероятности своевременной доставки сообщений // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. - 2017. - № 2. - С. 41 -49.

Размещено на Allbest.ru