Способ моделирования множества независимых виртуальных сетей связи на основе одной физической сети

Изобретение относится к области моделирования сетей связи и может быть использовано при проектировании систем и сетей связи на физическом и логическом уровне. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей средств и способов моделирования за счет расширения предельного множества независимых виртуальных сетей связи, функционирующих на ресурсах одной физической сети, обеспечивающего возможность исследования виртуальных сетей отдельно друг от друга. Технический результат достигается тем, что в заявленном решении предусмотрена возможность моделирования множества независимых виртуальных сетей связи на основе одной физической сети, при этом формируют исходный граф исследуемой физической сети с заданным количеством вершин графа, задают параметры пропускной способности каждой линии связи, моделируют процесс передачи данных в виртуальных сетях, дополнительно задают параметры памяти и вычислительной способности оборудования на каждом узле связи физической сети, алгоритмы маршрутизации, общее время одного статистического эксперимента, ранжируют виртуальные сети связи по степени важности. 1 ил.

 

Изобретение относится к области моделирования сетей связи и может быть использовано при проектировании систем и сетей связи на физическом и логическом (виртуальном) уровне и их подсистем управления; для обеспечения возможности независимого исследования каждой виртуальной сети, из заданного множества, определения количества независимо функционирующих на заданной физической сети виртуальных сетей с заданными характеристиками и интенсивностью нагрузки в информационных направлениях в целях обеспечения качества обслуживания корреспондентов.

Развитие цифровых и информационных технологий привело к появлению в физических сетях связи (информационно-телекоммуникационных системах) множества наложенных виртуальных (логических) сетей связи. Достоинством технологии виртуальных сетей является то, что она позволяет создавать полностью изолированные сегменты сети путем логического конфигурирования устройств, не прибегая к изменению физической структуры [Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. — СПб.: Питер, 2016. — 992 с.: ил., стр. 387].

Однако виртуальные сети можно считать полноценным видом транспорта для передачи трафика, только если есть гарантии на пропускную способность и другие параметры производительности [Пугин В.В., Татаринова Н.М. Проектирование корпоративной сети предприятия на основе технологии VPN. Методические указания для выполнения курсового и дипломного проектирования специальностей 210406, 210403 и 090106. – Самара: ПГУТиИ, 2011г. – 90 с., стр. 6].

Использование множеством виртуальных сетей связи ресурсов одной физической сети способствует возникновению конфликтной ситуации, при которой суммарные потребности виртуальных сетей превышают ресурсы физической. В этом случае виртуальные сети связи будут взаимно влиять друг на друга, а их независимое исследование и функционирование невозможно. С практической точки зрения, целесообразно исключить данные взаимовлияния, что позволит обеспечивать заявленное качество обслуживания корреспондентов отдельной виртуальной сети без рисков непреднамеренных деструктивных воздействий со стороны других сетей, а также независимого исследования свойств виртуальных сетей.

С другой стороны, необоснованное снижение нагрузки на коммерческие физические сети связи экономически не целесообразно, что требует поиска предельного множества виртуальных сетей, способных независимо функционировать на основе одной физической сети.

Известные способы моделирования сетей связи не позволяют находить данное множество с учетом изменяющейся интенсивности нагрузки в отдельных виртуальных сетях связи.

Сети и системы связи относятся к классу больших систем, этапы проектирования, внедрения, эксплуатации и эволюции которых невозможны без использования различных видов моделирования [Советов Б.Я., Яковлев С.А. «Моделирование систем». – М.: Высшая школа, 2009, – 343 с].

Перечисленные выше факторы указывают на необходимость разработки способов моделирования сетей связи, позволяющих находить предельное количество виртуальных сетей, с учетом их характеристик, функционирующих на основе одной физической сети связи.

Термины и определения, используемые в заявке.

Сеть связи – технологическая система, включающая в себя средства и линии связи и предназначенная для электросвязи [Федеральный закон от 7 июля 2003 г. N 126-ФЗ «О связи»].

Виртуальная сеть связи – логическая сеть связи, создаваемая поверх другой сети – физической сети. Физическая сеть – это совокупность технических средств и сред (каналов связи), с помощью которых осуществляется передача данных.

Узел связи – совокупность технических средств связи, обеспечивающих маршрутизацию трафика (данных), оказание услуг связи и присоединение пользователей к сети общего пользования. В графе – вершины.

Корреспондирующий узел связи – узел связи к которому присоединен пользователь (отправитель/получатель) информационного направления.

Линия связи – линии передачи, физические цепи и линейно-кабельные сооружения связи. В графе – ребра.

Блок данных – битовая последовательность, передаваемая как единое целое между элементами информационно-телекоммуникационной системы. Для различных технологий – это пакет, контейнер и др.

Пропускная способность – предельная скорость передачи данных линии связи (информационного направления).

Память – среда для хранения данных в течение определённого времени. Имеет показатели объема, скорости чтения/записи и др.

Вычислительная мощность (производительность) оборудования – объем данных, обрабатываемый в единицу времени.

Информационное направление – совокупность технических средств связи, обеспечивающая перенос данных между корреспондентами (пользователями).

Маршрутизация – процесс определения маршрута передачи данных в сетях связи.

Так, известен способ моделирования, реализованный в [Способ моделирования сетей связи. Агеев Д.А., Баленко О.А., Бухарин В.В., Жилков Е.А., Кирьянов А.В., Сагдеев А.К., Стародубцев Ю.И. Патент на изобретение RU 2488165 C1, 20.07.2013. Заявка № 2012130787/08 от 18.07.2012.]. Способ заключается в том, что формируют исходный граф исследуемой сети с заданными значениями N вершин графа сети и М ветвей, соединяющих их, задают число статических экспериментов, задают совокупности из W возможных видов угроз безопасности, Z адекватных им средств защиты и присваивают им определенные численные индексы, формируют последовательности псевдослучайных чисел и законы их распределения, которые соответствуют непреднамеренным отказам вершин и ветвей сети, формируют законы распределения случайных чисел, соответствующие появлению определенного вида угрозы безопасности, возникшим при их реализации отказам.

Недостатком данного способа является отсутствие учета вычислительной способности и возможностей памяти оборудования узлов связи, что не позволяет полноценно оценить создаваемую на элементы физической сети нагрузку информационных направлений виртуальных сетей и их независимость друг от друга.

Известен способ моделирования, реализованный в [Способ моделирования разнородных сетей связи. Алисевич Е.А., Гусев А.П., Евграфов В.А., Панкова Н.В., Семенов С.С., Стародубцев Г.Ю., Стародубцев Ю.И. Патент на изобретение RU 2481629 C1, 10.05.2013. Заявка № 2012100119/08 от 10.01.2012.], заключающийся в том, что задают исходные данные, формируют в каждом из статистических экспериментов граф, в котором существует или отсутствует маршрут в заданных информационных направлениях, имитируют перемещение абонентов, генерируют начальную топологию и структуру разнородных сетей, при этом элементы разнородных сетей связи не связаны между собою, формируют матрицу информационных направлений между узлами разнородных сетей связи, имитируют соединение узла сети с другим узлом сети, фиксируют пути успешного функционирования для каждого информационного направления, генерируют значения пропускной способности и показателя живучести для сформированной линии привязки между узлами, рассчитывают вероятность наличия маршрута между абонентами.

Недостатком данного способа является то, что при маршрутизации в нем учитывается только пропускная способность и живучесть, а свойства памяти и вычислительной способности оборудования узлов связи не учтены, что не позволяет полноценно оценить создаваемую нагрузку информационных направлений виртуальных сетей и независимость друг от друга.

Известен способ моделирования, реализованный в [Способ моделирования сети связи с памятью. Стародубцев Ю.И., Иванов С.А., Иванов Н.А., Вершенник Е.В., Закалкин П.В., Стародубцев П.Ю., Белов К.Г., Вершенник А.В. Патент на изобретение РФ №2734503. Заявка на изобретение № 2020116157, заявл. 16.05.2020 г.]. Технический результат изобретения заключается в расширении арсенала средств в области моделирования сетей связи за счет установления зависимости между вероятностью передачи блоков данных за заданное время и объемом памяти на узлах коммутации с учетом параметров, характеризующих состояние сети в условиях потока отказов ее элементов и заданных параметрах подсистемы ее восстановления.

Недостатком данного способа является то, что при моделировании физической сети связи в нем не учитываются особенности размещения множества наложенных виртуальных сетей, что не позволяет полноценно оценить во времени создаваемую нагрузку на физическую сеть.

Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) к заявленному способу является способ моделирования виртуальных сетей в условиях деструктивных воздействий [Cпособ моделирования виртуальных сетей в условиях деструктивных программных воздействий. Алисевич Е.А., Бречко А.А., Львова Н.В., Сорокин М.А., Стародубцев Ю.И. Патент на изобретение RU 2701994 C1, 02.10.2019. Заявка № 2018136271 от 15.10.2018.], заключающийся в том, что формируют исходный граф исследуемой физической сети с заданным количеством вершин графа и ветвей, соединяющих их, задают информационные направления между вершинами графа, число статистических экспериментов и длительность шага модельного времени, дополнительно задают ряд индивидуальных разнородных требований к виртуальной сети, обеспечивающей каждое информационное направление, вариант маршрутизации, интервал изменения и закон распределения случайных величин, характеризующих времена восстановления неработоспособных элементов физической сети связи в зависимости от элементов и реализуемого типа деструктивных программных воздействий, нумеруют все вершины графа физической сети связи, формируют матрицу смежности графа, элементами которой являются весовые коэффициенты, учитывающие пропускную способность каждой ветви физической сети.

Недостатком способа-прототипа является отсутствие учета множественных взаимовлияний между виртуальными сетями связи, функционирующими на основе ресурсов одной физической сети, возникающими вследствие превышения суммарной нагрузки виртуальных сетей над ресурсами физической сети, обеспечивающей их функционирование, а также отсутствие возможности определения предельного количества виртуальных сетей связи с различными характеристиками, функционирование которых не будет зависеть друг от друга.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое решение, является множественные взаимовлияния между виртуальными сетями связи, функционирующими на основе ресурсов одной физической сети, возникающими вследствие превышения суммарной нагрузки виртуальных сетей над ресурсами физической сети, обеспечивающей их функционирование. Данное обстоятельство не позволяет исследовать виртуальные сети по отдельности и в дальнейшем обеспечивать качество обслуживания корреспондентов одной виртуальной сети без учета множества других корреспондентов.

Техническая проблема решается за счет последовательного и обоснованного определения количества независимо функционирующих виртуальных сетей с заданными характеристиками и интенсивностью нагрузки в информационных направлениях.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей средств и способов моделирования, за счет расширения предельного множества независимых виртуальных сетей связи, функционирующих на ресурсах одной физической сети, обеспечивающего возможность исследования виртуальных сетей отдельно друг от друга.

Технический результат достигается тем, что в способе моделирования множества независимых виртуальных сетей связи на основе одной физической сети, заключающийся в том, что формируют исходный граф исследуемой физической сети с заданным количеством вершин графа – узлов и ветвей – линий связи, задают параметры пропускной способности каждой линии связи, K виртуальных сетей связи и требования к ним, длительность шага модельного времени Δt, моделируют процесс передачи данных в виртуальных сетях, дополнительно задают параметры памяти и вычислительной способности оборудования на каждом узле связи физической сети, алгоритмы маршрутизации, общее время одного статистического эксперимента T, ранжируют K виртуальных сетей связи по степени важности, при этом суммарные потребности всех заданных виртуальных сетей заведомо превышают ресурсы физической сети; подключают корреспондентов первой виртуальной сети к узлам физической сети, выбирают в информационных направлениях алгоритмы маршрутизации, определяют и запоминают маршруты передачи данных в информационных направлениях, отмечают элементы физической сети, через которые проходят маршруты как задействованные, а первую виртуальную сеть как функционирующую, в течении T моделируют процесс передачи данных в виртуальной сети, для чего в каждом информационном направлении с шагом моделирования Δt, корреспонденты информационных направлений генерируют и передают поток данных с заданной интенсивностью по установленному маршруту, измеряют показатели нагрузки на пропускную способность, память и вычислительную способность элементов физической сети связи и запоминают их значения, после окончания T, определяют пиковые значения нагрузки на все элементы физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности и формируют с их учетом значения остаточного ресурса элементов физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности; проводят K-1 статистических экспериментов, в каждом из которых: подключают корреспондентов очередной, в соответствии со степенью важности, k-ой виртуальной сети связи к узлам физической сети связи, выбирают в R_k информационных направлениях алгоритмы маршрутизации, определяют маршруты передачи данных в информационных направлениях k-ой виртуальной сети с исключением занятых другими виртуальными сетями элементов физической сети, если в каких-либо информационных направлениях нет маршрутов, исключающих занятые элементы физической сети связи, то выбирают другие, удовлетворяющие требованиям информационных направлений, алгоритмы маршрутизации и определяют маршруты передачи данных с исключением занятых другими виртуальными сетями элементов физической сети; если в каких-либо информационных направлениях нет маршрутов, исключающих занятые элементы физической сети связи, при условии проверки всех, удовлетворяющих требованиям информационных направлений, алгоритмов маршрутизации, то выбирают другие доступные варианты подключения корреспондентов k-ой виртуальной сети и заново определяют маршруты передачи данных в данных информационных направлениях k-ой виртуальной сети с исключением занятых другими виртуальными сетями элементов физической сети; если в каких-либо информационных направлениях нет маршрутов, исключающих занятые элементы физической сети связи, при условии проверки всех, удовлетворяющих требованиям информационных направлений, алгоритмов маршрутизации при доступных вариантах подключения корреспондентов k-ой виртуальной сети, то определяют маршруты передачи данных в информационных направлениях k-ой виртуальной сети с учетом остаточного ресурса элементов физической сети; если нет маршрута, соответствующего требованиям, хотя бы во одном информационном направлении k-ой виртуальной сети, то ее корреспондентов отключают от физической сети, отмечают как нефункционирующую и переходят к следующему статистическому эксперименту; если маршруты передачи данных в каждом информационном направлении k-ой виртуальной сети определены, то запоминают их и отмечают элементы физической сети, через которые проходят маршруты как задействованные, а k-ю виртуальную сеть отмечают как функционирующую, в течении T моделируют процесс передачи данных во всех функционирующих виртуальных сетях; после окончания каждого статистического эксперимента определяют пиковые значения нагрузки на все элементы физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности и корректируют по ним значения остаточного ресурса элементов физической сети связи; переходят к моделированию следующей виртуальной сети, после проведения всех статистических экспериментов выводят данные о количестве и составе независимо функционирующих виртуальных сетей.

Из уровня техники не выявлено решений, касающихся способов моделирования сетей связи, характеризующихся заявленной совокупностью признаков, что, следовательно, указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие способ.

Заявленный способ поясняется фиг. 1 – блок-схема способа моделирования множества независимых виртуальных сетей связи на основе одной физической сети.

Заявленный способ реализован в виде блок-схемы моделирования, представленной на фиг. 1.

В блоке 1 формируют исходный граф исследуемой физической сети с заданным количеством вершин графа – узлов и ветвей – линий связи.

Исходный граф исследуемой физической сети отражает топологию сети. Вершины графа соответствуют узлам сети связи, на которых размещено оборудование каналообразования, агрегации, коммутации, маршрутизации и др., ветви – линиям связи, соединяющим узлы сети. Выбор топологии физической сети связи существенно влияет на различные ее характеристики, например, на связность сети. Наличие резервных связей между корреспондентами сети связи дает возможность построить большее число независимых маршрутов для информационного обмена, с большей эффективностью балансировать нагрузкой в сети. [Проектирование и моделирование сетей связи. Лабораторный практикум / В.Н. Тарасов, Н.Ф. Бахарева, С.В. Малахов, Ю.А. Ушаков. СПб.: Лань, 2019 –240 с.; Применение теории графов для моделирования архитектуры региональной сети передачи данных научные ведомости / С.Н. Девицына. Научные ведомости. Серия Экономика. Информатика. 2015. №19 (216). Выпуск 36/1. С. 170-176; Программное обеспечение. Bentley Fiber. Режим доступа: www.bentley.com/ru/products/product-line/utilities-and-communications-networks-software/bentley-fiber].

Данное действие может быть выполнено путем выполнения операций по разработанным и указанным в перечисленных источниках алгоритмам при помощи электронно-вычислительной машины (ЭВМ).

В блоке 2 задают:

1. Ресурсы элементов физической сети:

пропускную способность линий связи (Пропускная способность является одной из основных характеристик каналов связи и информационных направлений, представляет собой максимально возможный объем передачи данных за нормированное время – скорость передачи данных. Она отражает не только параметры физической среды, но и особенности выбранного способа передачи дискретной информации в этой среде. Время прохождения блоков данных по маршруту существенно зависит, наряду с пропускной способностью, от показателей вычислительной способности (производительности) и памяти оборудования элементов сети. Данные о времени прохождения блоков данных в линиях связи физической сети, например, возможно получить на основе команды «ping_». [Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. – СПб.: Питер, 2016. - 992 с.: ил. – (Серия «Учебник для вузов»), стр. 52-104; Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл. Компьютерные сети. 5-е изд.. – СПб.: Питер, 2017. - 960 с.: ил. – (Серия «Классика computer Science»), с. 392-420; М.В. Кульгин. Коммутация и маршрутизация IP/IPX-трафика. – М.: КомпьютерПресс, 1998. – 320 с, ил., с. 106-214]);

параметры памяти (оперативной и постоянной) узлов связи, определяемые характеристиками оборудования узлов связи;

параметры вычислительной способности (производительности) узлов связи, определяемые характеристиками оборудования узлов связи;

2. K виртуальных сетей связи.

В этих целях задают:

места размещения корреспондентов относительно элементов физической сети связи, определяющие узел их подключения к физической сети связи;

категории корреспондентов, определяемые перечнем услуг связи корреспондента и приоритетом его функционального назначения, и назначением органа корпоративной системы управления, к которому он относится (Приоритет – преимущественное право корреспондента перед другими, определяющее его относительную важность на доступ к ресурсам коллективного пользования для передачи информации или прерывания. (ГОСТ Р 50304-92. Системы для сопряжения радиоэлектронных средств интерфейсные. Термины и определения). Приоритет – классификационная группировка абонентов (корреспондентов, должностных лиц) или содержания сообщений в целях определения очередности предоставления абонентам каналов связи или передачи сообщений (Системы связи и оповещения: курс лекций для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Техносферная безопасность» / Сост.: Белявская А.С. Тирасполь, 2015 г. 75 с., стр. 12).

R_k информационных направлений для каждой виртуальной сети, определяемых потребностями ее корреспондентов;

интенсивность генерируемой корреспондентами нагрузки – отображает распределение общего потока формируемого корреспондентами потока данных во времени;

требования к виртуальным сетям.

Суммарные требования корреспондентов к услугам связи виртуальной сети и категории, передаваемых в информационных направлениях, данных определяют общие требования к сети в целом. Перечень услуг связи задают для каждого корреспондента в зависимости от его функционального назначения. Состав услуг связи каждого корреспондента определяет критерии выбора варианта маршрутизации в необходимых информационных направлениях;

3. Длительность шага модельного времени Дt, определяемая минимальным временем передачи блока данных между двумя смежными элементами сети;

4. Общее время одного статистического эксперимента T, определяемое временем (максимальным циклом) функционирования корреспондентов всех действующих виртуальных сетей сети. Период T может, например, определяться этапами функционирования корреспондентов, циклами работы информационных направлений, требуемыми временными рамками и т.д.;

5. Алгоритмы маршрутизации. Вариант и критерии работы алгоритмов могут зависеть от категории передаваемых данных, времени их актуальности для корреспондентов, категории защиты передаваемой информации, требований к устойчивости информационного направления и т.д. Алгоритмы маршрутизации могут быть уникальными – разрабатываться заново под конкретную задачу, либо возможно использование известных алгоритмов и их модификаций [Основы сетевых технологий на базе коммутаторов и маршрутизаторов / Н.Н. Васин. Бином. Лаборатория знаний, 2017 –270 с.]. Например: Алгоритм Дейкстры (находит кратчайший путь от одной из вершин графа до всех остальных во взвешенном графе. Вес ребер должен быть положительным); Алгоритм Беллмана – Форда (находит кратчайшие пути от одной вершины графа до всех остальных во взвешенном графе. Вес ребер может быть отрицательным); Алгоритм поиска A* (находит маршрут с наименьшей стоимостью от одной вершины (начальной) к другой (целевой, конечной), используя алгоритм поиска по первому наилучшему совпадению на графе); Алгоритм Флойда – Уоршелла (находит кратчайшие пути между всеми вершинами взвешенного ориентированного графа); Алгоритм Джонсона (находит кратчайшие пути между всеми парами вершин взвешенного ориентированного графа); Алгоритм Ли (волновой алгоритм, находит путь между вершинами планарного графа, содержащий минимальное количество промежуточных вершин (ребер); Алгоритм Килдала.

Заданные величины записывают в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) ЭВМ.

В блоке 3 ранжируют K виртуальных сетей связи по степени важности. Степень важности виртуальной сети может, например, устанавливаться исходя их среднего значения категории корреспондентов сети связи или информационных направлений, являющегося коэффициентом важности виртуальной сети. Для удобства дальнейшего использования коэффициентов степени важности строят их вариационный ряд от максимального значения к минимальному (Вариационные ряды и их характеристики / И.Г. Венецкий. М.: Статистика, 1970 – 160 с.).

Моделируют функционирование первой виртуальной сети (k =1), для чего:

в блоке 4 подключают корреспондентов первой виртуальной сети к узлам связи физической сети, являющихся корреспондирующими узлами для данных корреспондентов. Узлы физической сети выбираются в соответствии с заданным расположением корреспондентов и исходя из удобства подключения;

в блоке 5 выбирают, из заданного в блоке 2 множества, алгоритмы маршрутизации в информационных направлениях. Условия выбора алгоритма маршрутизации определяют характеристики потока данных (вид передаваемых данных, предельное время доставки, категория (приоритет) корреспондентов и др.). Маршрутизация, как правило, является многокритериальной задачей, поэтому условия выбора алгоритма должны ранжировать эти критерии – определять последовательность применения критериев выбора;

в блоке 6, на основе выбранного алгоритма маршрутизации, определяют маршруты передачи данных в информационных направлениях. Определение маршрутов может быть осуществлено при помощи ЭВМ по известным алгоритмам [Стародубцев П.Ю., Сухорукова Е.В., Закалкин П.В. Способ управления потоками данных распределенных информационных систем // Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности. 2015. № 3 (11). С. 73-78; Основы сетевых технологий на базе коммутаторов и маршрутизаторов / Н.Н. Васин. Бином. Лаборатория знаний, 2017 –270 с.; Способ моделирования оптимального варианта топологического размещения множества информационно взаимосвязанных абонентов на заданном фрагменте сети связи общего пользования. Вершенник А.В., Вершенник Е.В., Латушко Н.А., Стародубцев Ю.И. Патент на изобретение RU 2690213 C1, 31.05.2019. Заявка № 2018118104 от 16.05.2018.];

в блоке 7 запоминают маршруты передачи данных в информационных направлениях в ПЗУ ЭВМ и в блоке 8 отмечают элементы физической сети, через которые проходят маршруты, как задействованные. Полученные данные записывают в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 9 отмечают первую виртуальную сеть связи как функционирующую с записью данных о ней в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 10 моделируют в течении T процесс передачи данных в первой виртуальной сети с шагом модельного времени Дt, для чего:

в блоке 11 принимают t=0;

в блоке 12 корреспонденты информационных направлений генерируют и передают поток данных по установленному маршруту. Генерация потока данных осуществляется в соответствии с заданной в блоке 2 интенсивностью. При генерировании блоков определяются их параметры: тип, срочность, время отправки, предельная длительность времени передачи, корреспонденты-получатели, форма выдачи и др. [Теория информации: учебник для вузов / Кудряшов Б.Д. – СПб.: Питер, 2009. – 320 с.: ил.];

в блоке 13 измеряют показатели нагрузки на пропускную способность, память и вычислительную способность элементов физической сети связи. Для измерения параметров могут использоваться как отдельные средства измерения, так и измерительные комплексы. Так, например, для волоконно-оптической системы передачи используются: анализаторы транспортных сетей для тестирования канального оборудования [режим доступа: https://skomplekt.com/tovar/1/3/31/. Дата обращения: 17.10.2020 г.];

в блоке 14 запоминают значения показателей нагрузки на пропускную способность, память и вычислительную способность элементов физической сети связи в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 15 переходят к следующему шагу моделирования через время ∆t, для чего принимают t = t+∆t;

в блоке 16 проверяют, истекло ли модельное время T. Если t > T, то переходят к блоку 17; если t ≤ T, то переходят блоку 12;

в блоке 17, по измеренным за T показателям нагрузки, определяют пиковые значения нагрузки на все элементы физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности. Результат записывают в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 18 формируют, с учетом полученных пиковых значений нагрузки, значения остаточного ресурса элементов физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности. Результат записывается в ПЗУ ЭВМ;

В блоке 19 проводят K-1 статистических экспериментов с последовательным добавлением в каждом эксперименте одной виртуальной сети связи, для чего

в блоке 20 принимают k = k  +1. Записывают значение в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 21 подключают корреспондентов очередной k  -ой виртуальной сети к узлам связи физической сети, являющихся корреспондирующими узлами для данных корреспондентов. Узлы физической сети выбираются в соответствии с заданным расположением корреспондентов и исходя из удобства подключения. Запоминают пары корреспондент-узел связи в ПЗУ ЭВМ;

поочередно определяют маршруты для всех R_k информационных направлений, для чего:

в блоке 22 принимают r_k=1. Записывают значение в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 23 выбирают в r_k –ом информационном направлении из заданного в блоке 2 множества алгоритм маршрутизации. Условия выбора алгоритма маршрутизации определяют характеристики потока данных (вид передаваемых данных, предельное время доставки, категория (приоритет) корреспондентов и др.). Маршрутизация, как правило, является многокритериальной задачей, поэтому условия выбора алгоритма должны ранжировать эти критерии – определять последовательность применения критериев выбора;

в блоке 24, на основе выбранного алгоритма маршрутизации, определяют варианты маршрутов передачи данных в r_k –ом информационном направлении с исключением занятых другими виртуальными сетями элементов физической сети. Определение маршрутов может быть осуществлено при помощи ЭВМ по известным алгоритмам [Стародубцев П.Ю., Сухорукова Е.В., Закалкин П.В. Способ управления потоками данных распределенных информационных систем // Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности. 2015. № 3 (11). С. 73-78; Основы сетевых технологий на базе коммутаторов и маршрутизаторов / Н.Н. Васин. Бином. Лаборатория знаний, 2017 –270 с.; Способ моделирования оптимального варианта топологического размещения множества информационно взаимосвязанных абонентов на заданном фрагменте сети связи общего пользования. Вершенник А.В., Вершенник Е.В., Латушко Н.А., Стародубцев Ю.И. Патент на изобретение RU 2690213 C1, 31.05.2019. Заявка № 2018118104 от 16.05.2018.];

в блоке 25 проверяют наличие в полученных вариантах маршрутов с исключением занятых элементов физической сети связи, определяемых в боке 8 или блоке 44. Выполнение данного условия позволяет пространственно разграничивать виртуальные сети между собой;

если такие маршруты есть, то блоке 26 выбирают маршрут передачи данных по основному критерию маршрутизации и переходят к блоку 41;

если маршрутов без занятых элементов физической сети связи нет, то в блоке 27 проверяют наличие непроверенных вариантов маршрутизации, удовлетворяющих требованиям в r_k –ого информационном направлении;

если такие алгоритмы маршрутизации есть, то в блоке 28 выбирают, из перечня непроверенных, удовлетворяющих требованиям r_k–ого информационного направления, алгоритм маршрутизации и переходят к блоку 24. Условия выбора алгоритма маршрутизации определяют характеристики потока данных (вид передаваемых данных, предельное время доставки, категория (приоритет) корреспондентов и др.). Маршрутизация, как правило, является многокритериальной задачей, поэтому условия выбора алгоритма должны ранжировать эти критерии – определять последовательность применения критериев выбора;

если непроверенных вариантов маршрутизации, удовлетворяющих требованиям r_k –ого информационного направления, нет, то в блоке 29 проверяют наличие непроверенных вариантов подключения корреспондентов информационного направления r_k. Варианты подключения определяются положением корреспондентов относительно узлов связи физической сети и характеристиками линии привязки (типы, приоритетность и условия применения средств связи, применяемых для развертывания линий привязки) этих корреспондентов к узлам связи. К основным типам средств связи относятся: волоконно-оптические, электропроводные, радиорелейные, спутниковые, тропосферные. К основным показателям линий связи относятся: максимальная длина, пропускная способность, используемый диапазон частот, удельное затухание, время развертывания и т.д., их характеристики определяются характеристиками среды передачи, состоянием средств связи, погодными условиями, состоянием атмосферы, физико-географическими условиями и т.д. Зависимость показателей средств связи от внешних условий определяет устойчивость развертываемых на их основе линий связи и, соответственно, условия применения средств связи;

если непроверенные варианты подключения корреспондентов r_k –ого информационного направления к узлам связи физической сети есть, то в блоке 30 выбирают, в соответствии с приоритетностью, непроверенный вариант подключения и переходят к блоку 23. Приоритетность применения средств связи определяется совокупностью их условий применения, показателей качества и количества услуг связи, предоставляемых посредством развернутых на их основе линий связи. Так, волоконно-оптические линии связи имеют лучшие показатели по пропускной способности, коэффициенту ошибки, устойчивости к внешним воздействиям по сравнению с радиорелейными линиями, однако уступают им по времени развертывания и условиям размещения среды передачи (например, прокладка кабеля через болото с практической стороны нецелесообразна, а построение радиорелейного интервала через него не представляет практической сложности; или, построение радиорелейного интервала через горное ущелье возможно только при прямой видимости, что на практике является редкостью, а оптический кабель прокладывается любым маршрутом);

если непроверенных вариантов подключения корреспондентов r_k –ого информационного направления к узлам связи физической сети нет, то определяют маршрут передачи данных в этом информационном направлении с учетом остаточного ресурса элементов физической сети связи, для чего:

в блоке 31 выбирают в r_k –ом информационном направлении из заданного в блоке 2 множества алгоритм маршрутизации. Условия выбора алгоритма маршрутизации определяют характеристики потока данных (вид передаваемых данных, предельное время доставки, категория (приоритет) корреспондентов и др.). Маршрутизация, как правило, является многокритериальной задачей, поэтому условия выбора алгоритма должны ранжировать эти критерии – определять последовательность применения критериев выбора;

в блоке 32, на основе выбранного алгоритма маршрутизации, определяют варианты маршрутов передачи данных в r_k –ом информационном направлении с учетом остаточного ресурса элементов физической сети связи. Определение маршрутов может быть осуществлено при помощи ЭВМ по известным алгоритмам [Стародубцев П.Ю., Сухорукова Е.В., Закалкин П.В. Способ управления потоками данных распределенных информационных систем // Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности. 2015. № 3 (11). С. 73-78; Основы сетевых технологий на базе коммутаторов и маршрутизаторов / Н.Н. Васин. Бином. Лаборатория знаний, 2017 –270 с.; Способ моделирования оптимального варианта топологического размещения множества информационно взаимосвязанных абонентов на заданном фрагменте сети связи общего пользования. Вершенник А.В., Вершенник Е.В., Латушко Н.А., Стародубцев Ю.И. Патент на изобретение RU 2690213 C1, 31.05.2019. Заявка № 2018118104 от 16.05.2018.];

в блоке 33 проверяют наличие, в полученных вариантах, маршрутов с учетом остаточного ресурса элементов физической сети связи, определяемых в боке 18 или блоке 54. Выполнение данного условия позволяет исключить взаимовлияния виртуальных сетей друг на друга;

если такие маршруты есть, то блоке 34 выбирают маршрут передачи данных по основному критерию маршрутизации и переходят к блоку 41;

если маршрутов с учетом остаточного ресурса элементов физической сети связи нет, то в блоке 35 проверяют наличие непроверенных вариантов маршрутизации, удовлетворяющих требованиям r_k –ого информационного направления;

если такие алгоритмы маршрутизации есть, то в блоке 36 выбирают, из перечня непроверенных, удовлетворяющих требованиям r_k –ого информационного направления, алгоритм маршрутизации и переходят к блоку 32. Условия выбора алгоритма маршрутизации определяют характеристики потока данных (вид передаваемых данных, предельное время доставки, категория (приоритет) корреспондентов и др.). Маршрутизация, как правило, является многокритериальной задачей, поэтому условия выбора алгоритма должны ранжировать эти критерии – определять последовательность применения критериев выбора;

если непроверенных вариантов маршрутизации, удовлетворяющих требованиям r_k –ого информационного направления, нет, то в блоке 37 проверяют наличие непроверенных вариантов подключения корреспондентов информационного направления r_k. Варианты подключения определяются положением корреспондентов относительно узлов связи физической сети и характеристиками линии привязки (типы, приоритетность и условия применения средств связи, применяемых для развертывания линий привязки) этих корреспондентов к узлам связи. К основным типам средств связи относятся: волоконно-оптические, электропроводные, радиорелейные, спутниковые, тропосферные. К основным показателям линий связи относятся: максимальная длина, пропускная способность, используемый диапазон частот, удельное затухание, время развертывания и т.д., их характеристики определяются характеристиками среды передачи, состоянием средств связи, погодными условиями, состоянием атмосферы, физико-географическими условиями и т.д. Зависимость показателей средств связи от внешних условий определяет устойчивость развертываемых на их основе линий связи и, соответственно, условия применения средств связи;

если непроверенные варианты подключения корреспондентов r_k к узлам связи физической сети есть, то в блоке 38 выбирают, в соответствии с приоритетностью, непроверенный вариант подключения и переходят к блоку 31. Приоритетность применения средств связи определяется совокупностью их условий применения, показателей качества и количества услуг связи, предоставляемых посредством развернутых на их основе линий связи. Так, волоконно-оптические линии связи имеют лучшие показатели по пропускной способности, коэффициенту ошибки, устойчивости к внешним воздействиям по сравнению с радиорелейными линиями, однако уступают им по времени развертывания и условиям размещения среды передачи (например, прокладка кабеля через болото с практической стороны нецелесообразна, а построение радиорелейного интервала через него не представляет практической сложности; или, построение радиорелейного интервала через горное ущелье возможно только при прямой видимости, что на практике является редкостью, а оптический кабель прокладывается любым маршрутом);

если непроверенных вариантов подключения корреспондентов r_k –ого информационного направления к узлам связи физической сети нет, то в блоке 39 отключают корреспондентов моделируемой k-й виртуальной сети от физической сети связи, а в блоке 40 отмечают k-ю виртуальную сеть связи как нефункционирующую с записью данных о ней в ПЗУ ЭВМ и переходят к блоку 55;

в блоке 41 запоминают маршрут передачи данных r_k –ого информационного направлени в ПЗУ ЭВМ и в блоке 42 отмечают элементы физической сети, через которые проходит маршрут, как задействованные. Полученные данные записывают в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 43 переходят к определению маршрута следующего информационного направления, для чего принимают r_k=r_k+1;

в блоке 44 проверяют, во всех ли информационных направлениях R_k k-ой виртуальной сети связи определены маршруты. Если r_k > R_k, то переходят к блоку 45; если r_k ≤ R_k, то переходят блоку 24. Результат записывают в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 45 отмечают k-ю виртуальную сеть связи как функционирующую с записью данных о ней в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 46 моделируют в течение T процесс передачи данных во всех функционирующих виртуальных сетях с шагом модельного времени Дt, для чего:

в блоке 47 принимают t=0;

в блоке 48 корреспонденты информационных направлений всех функционирующих виртуальных сетей связи генерируют и передают поток данных по установленному маршруту. Генерация потока данных осуществляется в соответствии с заданной в блоке 2 интенсивностью. При генерировании блоков определяются их параметры: тип, срочность, время отправки, предельная длительность времени передачи, корреспонденты-получатели, форма выдачи и др. [Теория информации: учебник для вузов / Кудряшов Б.Д. – СПб.: Питер, 2009. – 320 с.: ил.];

в блоке 49 измеряют показатели нагрузки на пропускную способность, память и вычислительную способность элементов физической сети связи. Для измерения параметров могут использоваться как отдельные средства измерения, так и измерительные комплексы. Так, например, для волоконно-оптической системы передачи используются: анализаторы транспортных сетей для тестирования канального оборудования [режим доступа: https://skomplekt.com/tovar/1/3/31/. Дата обращения: 17.10.2020 г.];

в блоке 50 запоминают значения показателей нагрузки на пропускную способность, память и вычислительную способность элементов физической сети связи в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 51 переходят к следующему шагу моделирования через время ∆t, для чего принимают t = t+∆t;

в блоке 52 проверяют, истекло ли модельное время T. Если t > T, то переходят к блоку 53; если t ≤ T, то переходят блоку 48;

в блоке 53, по измеренным за T показателям нагрузки, определяют пиковые значения нагрузки на все элементы физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности. Результат записывают в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 54 корректируют, с учетом полученных пиковых значений нагрузки, значения остаточного ресурса элементов физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности. Результат записывают в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 55 переходят к моделированию следующей, в соответствии со степенью важности, виртуальной сети связи, для чего принимают k = k+1;

в блоке 56 проверяют, все ли K виртуальных сетей связи смоделированны. Если k > K, то переходят к блоку 57; если k ≤ K, то переходят блоку 21.

В блоке 57 выводят статистические данные о количестве и составе независимо функционирующих виртуальных сетей. Полученные статистические данные соответствуют предельному множеству виртуальных сетей связи с заданными характеристиками, независимо функционирующими на ресурсах одной физической сети.

Таким образом, за счет расширения предельного множества независимых виртуальных сетей связи, функционирующих на ресурсах одной физической сети, обеспечивающего возможность исследования виртуальных сетей отдельно друг от друга, расширяются функциональные возможности средств и способов моделирования физических и виртуальных сетей связи. Технический результат достигнут.

Способ моделирования множества независимых виртуальных сетей связи на основе одной физической сети, заключающийся в том, что формируют исходный граф исследуемой физической сети с заданным количеством вершин графа – узлов и ветвей – линий связи, задают параметры пропускной способности каждой линии связи, K виртуальных сетей связи и требования к ним, длительность шага модельного времени Δt, моделируют процесс передачи данных в виртуальных сетях, отличающийся тем, что дополнительно задают параметры памяти и вычислительной способности оборудования на каждом узле связи физической сети, алгоритмы маршрутизации, общее время одного статистического эксперимента T, ранжируют K виртуальных сетей связи по степени важности, при этом суммарные потребности всех заданных виртуальных сетей заведомо превышают ресурсы физической сети; подключают корреспондентов первой виртуальной сети к узлам физической сети, выбирают в информационных направлениях алгоритмы маршрутизации, определяют и запоминают маршруты передачи данных в информационных направлениях, отмечают элементы физической сети, через которые проходят маршруты как задействованные, а первую виртуальную сеть как функционирующую, в течение T моделируют процесс передачи данных в виртуальной сети, для чего в каждом информационном направлении с шагом моделирования Δt корреспонденты информационных направлений генерируют и передают поток данных с заданной интенсивностью по установленному маршруту, измеряют показатели нагрузки на пропускную способность, память и вычислительную способность элементов физической сети связи и запоминают их значения, после окончания T, определяют пиковые значения нагрузки на все элементы физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности и формируют с их учетом значения остаточного ресурса элементов физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности; проводят K-1 статистических экспериментов, в каждом из которых: подключают корреспондентов очередной, в соответствии со степенью важности, k-й виртуальной сети связи к узлам физической сети связи, выбирают в R_k информационных направлениях алгоритмы маршрутизации, определяют маршруты передачи данных в информационных направлениях k-й виртуальной сети с исключением занятых другими виртуальными сетями элементов физической сети, если в каких-либо информационных направлениях нет маршрутов, исключающих занятые элементы физической сети связи, то выбирают другие, удовлетворяющие требованиям информационных направлений, алгоритмы маршрутизации и определяют маршруты передачи данных с исключением занятых другими виртуальными сетями элементов физической сети; если в каких-либо информационных направлениях нет маршрутов, исключающих занятые элементы физической сети связи, при условии проверки всех, удовлетворяющих требованиям информационных направлений, алгоритмов маршрутизации, то выбирают другие доступные варианты подключения корреспондентов k-й виртуальной сети и заново определяют маршруты передачи данных в данных информационных направлениях k-й виртуальной сети с исключением занятых другими виртуальными сетями элементов физической сети; если в каких-либо информационных направлениях нет маршрутов, исключающих занятые элементы физической сети связи, при условии проверки всех, удовлетворяющих требованиям информационных направлений, алгоритмов маршрутизации при доступных вариантах подключения корреспондентов k-й виртуальной сети, то определяют маршруты передачи данных в информационных направлениях k-й виртуальной сети с учетом остаточного ресурса элементов физической сети; если нет маршрута, соответствующего требованиям, хотя бы в одном информационном направлении k-й виртуальной сети, то ее корреспондентов отключают от физической сети, отмечают как нефункционирующую и переходят к следующему статистическому эксперименту; если маршруты передачи данных в каждом информационном направлении k-й виртуальной сети определены, то запоминают их и отмечают элементы физической сети, через которые проходят маршруты как задействованные, а k-ю виртуальную сеть отмечают как функционирующую, в течение T моделируют процесс передачи данных во всех функционирующих виртуальных сетях; после окончания каждого статистического эксперимента определяют пиковые значения нагрузки на все элементы физической сети связи по показателям пропускной способности, памяти и вычислительной способности и корректируют по ним значения остаточного ресурса элементов физической сети связи; переходят к моделированию следующей виртуальной сети, после проведения всех статистических экспериментов выводят данные о количестве и составе независимо функционирующих виртуальных сетей.