Способ повышения устойчивости виртуальной сети связи корпоративной системы управления

Изобретение относится к области обеспечения функционирования информационно-телекоммуникационных систем и может быть использовано при проектировании систем и сетей связи на физическом и логическом уровне. Техническим результатом изобретения является повышение устойчивости виртуальной сети корпоративной системы управления за счет снижения вероятности решающего деструктивного воздействия на ее функционирование со стороны другой виртуальной сети. Технический результат заявленного решения достигается за счет того, что формируют исходный граф исследуемой физической сети с заданным количеством вершин графа и соединяющих их ветвей, задают параметры пропускной способности каждой линий связи моделируемой физической сети, имитируют процесс функционирования действующих виртуальных и физической сетей связи, задают параметры памяти и вычислительной способности оборудования на каждом узле связи моделируемой физической сети, функции интенсивности нагрузки, структуру корпоративной системы управления, места размещения органов управления и потребности их корреспондентов в информационном обмене, временной интервал изменения маршрута. 7 ил.

 

Изобретение относится к области обеспечения функционирования информационно-телекоммуникационных систем и может быть использовано при проектировании систем и сетей связи на физическом и логическом (виртуальном) уровне и их подсистем управления; для обоснования структуры виртуальной сети, создаваемой на основе физической сети, обеспечивающей функционирование других действующих, виртуальных сетей.

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: Юбилейное издание. - СПб.: Питер, 2020. - 1008 с.: ил. - (Серия «Учебник для вузов»), стр. 493-539, 603-657].

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. Поэтому при формировании каждой новой виртуальной сети необходимо учитывать распределение нагрузки на ресурсы физической сети во времени.

На современном этапе эволюции корпоративные инфотелекоммуникационные системы занимают одну из ведущих ролей в обеспечении функционирования распределенных корпоративных систем и их подсистем управления. Нарушение инфокоммуникационного взаимодействия корпоративной системы управления может привести к большим потерям (экономическим, политическим, военным и т.д. [Стародубцев Ю.И., Закалкин П.В., Иванов С.А. Военно-теоретический журнал «Военная мысль» М.: Красная Звезда, выпуск 10. 2020. - С. 16-21; Positive Research 2020 Сборник исследований по практической безопасности 2020 // Positive Technologies. C. 274. Официальный сайт Positive Technologies. URL: https://www.ptsecurity.com (дата обращения: 30.11.2020)]). Принципиальным вопросом при обеспечении безопасности корпоративных инфотелекоммуникационных систем, построенных по технологии виртуальных сетей, является то, что они функционируют на единой основе - физической сети связи. Поэтому потенциальной угрозой для функционирования таких виртуальных сетей является рост нагрузки в других виртуальных сетях, приводящий к итоговому превышению ресурсов элементов физической сети. Следовательно, с одной стороны, для источника деструктивных воздействий на целевую корпоративную сеть связи целесообразен поиск среди множества функционирующих виртуальных сетей связи на этом же физическом ресурсе другой виртуальной сети, которая имеет возможность, при росте нагрузки в ней, нанесения максимального урона целевой сети, т.е. эти сети должны иметь максимальные показатели взаимозависимости. С другой стороны, корпоративная виртуальная сеть должна формироваться таким образом, чтобы ни одна другая виртуальная сеть связи на этом же физическом ресурсе не имела возможности оказания решающего деструктивного воздействия за счет увеличения своей нагрузки на физическую сеть.

Известные способы обеспечения функционирования сетей связи не позволяют находить варианты структуры вновь создаваемых виртуальных сетей с учетом распределения во времени суммарной нагрузки действующих виртуальных сетей на элементы физической сети.

Перечисленные выше факторы указывают на необходимость разработки способов повышения устойчивости формируемых виртуальных сетей связи, с учетом распределения во времени нагрузки других виртуальных сетей на элементы физической сети и потребностей корреспондентов формируемой виртуальной сети.

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 (в зависимости от применяемой технологии - 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.

В настоящее время известен ряд способов повышения устойчивости сетей связи.

Так, известен способ повышения устойчивости сети связи, реализованный в [Способ повышения устойчивости сети связи с памятью. Стародубцев Ю.И., Иванов С.А., Вершенник Е.В., Иванов Н.А., Закалкин П.В., Вершенник А.В. Патент на изобретение RU 2734103 C1, 13.10.2020. Заявка № 2020117351 от 27.05.2020.]. Техническим результатом является повышение устойчивости сети связи в условиях различного рода отказов оборудования за счет повышения вероятности передачи блоков данных функционирующих информационных направлений вследствие перераспределения и согласования разнородных ресурсов сети связи (динамической коррекции маршрутизации), в том числе при отсутствии постоянно действующего маршрута. Определяют взаимозависимости устойчивости сетей связи и памяти, пропускной способности, производительности составляющего их оборудования на этапах проектирования и эксплуатации сетей связи.

Недостатком данного способа является отсутствие учета взаимовлияний виртуальных сетей, функционирующих на основе ресурсов одной физической сети.

Известен способ обеспечения устойчивости сетей связи в условиях внешних деструктивных воздействий (Патент РФ 2379753, G06F 21/20 (2006.01), G06N 3/02 (2006.01) опубл. 20.01.2010, бюл. № 2), заключающийся в том, что контролируют значения деструктивных воздействий на линии связи, одновременно с этим оценивают значение пропускной способности каждого рода линии связи, масштабируют полученные значения относительно максимальных значений для каждого класса параметров, по данным значениям обучают искусственные нейронные сети с радиальными базисными элементами для аппроксимации зависимостей производительности каждого рода линии связи от значений деструктивных воздействий, матрицы синаптических весов обученных нейросетей запоминают, а в дальнейшем инсталлируют в соответствии с конкретным построением сети связи для оценки пропускной способности по прогнозным значениям деструктивных воздействий, полученных с задержкой по времени; на основе прогнозных значений пропускной способности для каждой линии связи осуществляют распределение доступного ресурса сети между абонентами с учетом их категорий приоритета.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности снижения вероятности решающего деструктивного воздействия (существенного влияния) на функционирование целевой виртуальной сети связи со стороны любой другой виртуальной сети.

Известен способ маршрутизации трафика, имеющего приоритетный класс в сети связи, включающий двух и более операторов [патент РФ № 2631144, H04L 12/70 (2013.01), опубл. 19.09.2017 г., бюл. №26]. В этом способе в условиях недостаточности сетевых ресурсов за счет формирования новых маршрутов передачи трафика и обхода «узких мест» в сети через установленные многофункциональные абонентские терминалы доверенных абонентов обеспечивается гарантированное обслуживание приоритетного трафика в инфотелекоммуникационной сети, включающей двух и более операторов.

Недостатком указанного способа является построение маршрута между абонентами сети связи с учетом только пропускной способности сети и текущей нагрузки, при этом не учитывается возможность влияния других сетей и использование памяти и вычислительной способности телекоммуникационных средств для передачи данных в таких условиях.

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 то, что при формировании маршрутов целевой виртуальной сети не учитываются взаимозависимости виртуальных сетей и не производится определение остаточного ресурса элементов физической сети, на основе которых будет формироваться виртуальная сеть. Кроме того, в данном способе при построении маршрутов 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 на элементы физической сети.

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 обеспечить устойчивую передачу данных в целевых виртуальных сетях на любом временном интервале при их критических взаимовлияниях с другими виртуальными сетями особенно в условиях преднамеренных деструктивных воздействий посредствам этих сетей.

Техническая проблема решается за счет последовательного и обоснованного динамического определения маршрутов передачи данных в информационных направлениях целевой виртуальной сети связи на остаточном ресурсе тех элементов физической сети, которые не имеют решающих преобладаний нагрузки, создаваемых определёнными виртуальными сетями по отношению к другим виртуальным сетям, задействовавших физические элементы, используемые в маршруте передачи данных.

Техническим результатом изобретения является повышение устойчивости виртуальной сети корпоративной системы управления за счет снижения вероятности решающего деструктивного воздействия (существенного влияния) на ее функционирование со стороны любой другой виртуальной сети.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения устойчивости виртуальной сети связи корпоративной системы управления формируют исходный граф исследуемой физической сети с заданным количеством вершин графа - узлов и соединяющих их ветвей - линий связи, задают параметры пропускной способности каждой из M линий связи моделируемой физической сети, K действующих виртуальных сетей связи, категории их корреспондентов, имитируют процесс функционирования действующих виртуальных и физической сетей связи; дополнительно задают параметры памяти и вычислительной способности оборудования на каждом из N узле связи моделируемой физической сети, функции интенсивности нагрузки, генерируемой корреспондентами K действующих виртуальных сетей связи, E алгоритмов маршрутизации, реализуемых на физической сети, структуру корпоративной системы управления, места размещения органов управления и потребности их корреспондентов в информационном обмене, временной интервал изменения маршрута, допустимое значение соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей для элемента физической сети связи; определяют и запоминают функции весовых коэффициентов каждой из K виртуальной сети для всех элементов физической сети, подключают корреспондентов органов управления заданной корпоративной системы управления к узлам физической сети; определяют маршрут передачи данных каждого информационного направления виртуальной сети связи заданной корпоративной системы управления с заданным временным интервалом: выводят весовые коэффициенты каждой из K виртуальной сети для всех элементов физической сети кроме корреспондирующих узлов, формируют статистическую выборку весовых коэффициентов K виртуальных сетей для всех элементов физической сети кроме корреспондирующих узлов и определяют, для каждого элемента, соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей, формируют усеченный граф исследуемой физической сети, для чего из заданного графа физической сети исключают элементы, для которых превышено допустимое значение соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей связи, исключают линии связи, которые по своим концам не имеют хотя бы одного узла; определяют остаточный ресурс элементов усеченного графа физической сети, выбирают алгоритм маршрутизации в соответствии с категорией передаваемых данных и в соответствии с ним определяют маршрут на полученном усеченном графе физической сети.

Из уровня техники не выявлено решений, 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 чертежами, на которых показаны::

фиг. 1 - блок-схема способа повышения устойчивости виртуальной сети связи корпоративной системы управления;

фиг. 2 - графическое представление графа физической сети связи с подключенными органами управления КСУ расположенных на географическом фрагменте территории;

фиг. 3 - вариант статистической выборки весовых коэффициентов K виртуальных сетей для (n,m) физического элемента сети этапе формирования маршрута передачи данных в информационном направлении корреспондентов КСУ;

фиг. 4 - графическое представление графа физической сети связи с элементами, для которых превышено допустимое значение соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей связи;

фиг. 5 - графическое скорректированного графа физической сети с линиями связи, которые по своим концам не имеют хотя бы одного узла;

фиг. 6 - графическое усеченного графа физической сети с подключенными органами управления КСУ расположенных на географическом фрагменте территории;

фиг. 7 - графическое представление определения эффективности способа на основе сопоставления плотностей распределения итоговых значений весовых коэффициентов K виртуальных сетей связи по всем элементам физической сети, задействованных в виртуальной сети КСУ.

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

В блоке 1 формируют исходный граф исследуемой физической сети с заданным количеством N вершин графа - узлов и M 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 / 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 исходные данные:

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 запроса (по команде «ping_» и др.). [Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Юбилейное издание. - СПб.: Питер, 2020. - 1008 с.: ил. - (Серия «Учебник для вузов»), стр. 432-467; 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 действующих виртуальных сетей связи.

К задаваемым показателям виртуальных сетей относятся:

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);

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

реализуемые при функционировании виртуальной сети алгоритмы маршрутизации;

функции интенсивности генерируемой корреспондентами нагрузки - отображает распределение общего 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. 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;

6. Структуру вновь подключаемой к физической сети связи корпоративной системы управления (КСУ), для которой необходимо обеспечить информационный обмен:

состав органов управления КСУ и их количество для формирования ее виртуальной сети связи определяется корреспондентами органов оправления, участвующими в информационном обмене КСУ;

I информационных направлений для виртуальной сети КСУ, определяемых потребностями ее корреспондентов (Структура информационных направлений может задаваться в виде матрицы, исходя из заданных количества органов и структуры корпоративной системы управления. Матрица из I информационных направлений является квадратной матрицей размером n×n, где n - количество корреспондентов системы управления. Если r_КСУ-ое информационное направление между абонентами существует (), то в ячейки памяти, хранящие значения матрицы информационных направлений записывают «1», в противном случае, в ячейки памяти записывают «0». Пример матрицы информационных направлений представлен в (Патент РФ 2481629, МПК G06F 17/50, опубл 10.05.2012.) Сформированную матрицу записывают в ПЗУ ЭВМ.)

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

категории корреспондентов, определяемые перечнем услуг связи корреспондента и приоритетом его функционального назначения и назначения 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);

потребности корреспондентов в информационном обмене в виде функций интенсивности генерируемой ими нагрузки, отображающей распределение общего формируемого корреспондентами потока данных во времени;

требования корреспондентов КСУ к информационному обмену. Суммарные требования корреспондентов к услугам связи виртуальной сети и категории передаваемых в информационных направлениях данных определяют общие требования к информационному обмену виртуальной 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;

4. Временной интервал изменения маршрута ∆t, определяющий его динамику в процессе маршрутизации;

5. Допустимое значение соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей для элемента физической сети связи ε.

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

В блоке 3 имитируют процесс функционирования действующих виртуальных и физической сетей связи.

Имитация процессов функционирования действующих виртуальных и физических сетей связи с учетом заданных функций интенсивности нагрузки, генерируемой корреспондентами виртуальных сетей, и действующих в них алгоритмов маршрутизации позволит определить распределение нагрузки во времени (функции) каждой из K виртуальной сети связи на элементы физической сети , где n - номер узла связи, а m - номер линии. При этом, если функция нагрузки относится к узлу, то m=0, если функция нагрузки относится к линии, то n =0.

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

Порядок моделирования систем и сетей связи, в том числе их физической и логической структур, а также процессов функционирования представлен в [Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации. Иванов Е.В. СПб.: ВАС, 1992, С. 111; Галкин А.П. «Моделирование каналов систем связи». - М.: «Связь», 1979, с. 40-45; 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.; Cпособ 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 RU 2734103 C1, 13.10.2020. Заявка № 2020117351 от 27.05.2020.; и др.]. Процесс функционирования сетей связи представлен в книге [Кутузов О.И. Инфокоммуникационные системы и сети: учебник / О.И. Кутузов, Т.М. Татарникова, В.В. Цехановский - Санкт-Петербург: Лань, 2020. - 244 с.: ил.].

В блоке 4 в соответствии с полученными функциями распределения нагрузки в каждой виртуальной сети связи на элементы физической сети определяют функции весовых коэффициентов каждой из K виртуальной сети для всех элементов физической сети , где n - номер узла связи, а m - номер линии. Соответственно, если коэффициент относится к узлу, то m=0, и наоборот (например: - функция весового коэффициента 4-го виртуальной сети для 5-го узла связи, а - функция весового коэффициента 4-го виртуальной сети для 5-й линии связи). Функция весового коэффициент определяется как отношение функции нагрузки виртуальной сети на элемент физической сети к заданному ресурсу этого элемента , где - заданный ресурс элемента физической сети.

В блоке 5 запоминают функции весовых коэффициентов каждой из K виртуальной сети для всех элементов физической сети.

В блоке 6 подключают корреспондентов органов управления заданной КСУ к узлам физической сети, являющихся корреспондирующими узлами для данных корреспондентов (фиг. 2). Узлы физической сети выбираются в соответствии с заданным расположением органов управления и исходя из удобства подключения. Запоминают пары корреспондент-корреспондирующий узел связи в ПЗУ ЭВМ.

В блоке 7 динамически определяют маршрут передачи данных каждого информационного направления виртуальной сети связи заданной корпоративной системы управления с заданным временным интервалом, для чего:

в блоке 8 принимают t=0;

в блоке 9 принимают i=0;

в блоке 10 выводят весовые коэффициенты каждой из K виртуальной сети для всех элементов физической сети, кроме корреспондирующих узлов, на момент времени t. Данные коэффициенты являются отсчетом функций весовых коэффициентов на установленный момент времени формирования маршрута i-го информационного направления;

в блоке 11 формируют статистическую выборку () весовых коэффициентов K виртуальных сетей на установленный момент времени для всех элементов физической сети, кроме корреспондирующих узлов (фиг. 3). Количество выборок Z будет определяться как ;

в блоке 12 определяют, для каждого элемента физической сети, соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей ;

в блоке 13, для осуществления дальнейшей маршрутизации на текущем временном интервале, исключают из заданного графа физической сети элементы, для которых превышено допустимое значение соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей связи () (фиг. 4).

получают скорректированный граф физической сети (фиг. 5);

в блоке 14, для осуществления дальнейшей маршрутизации на текущем временном интервале, исключают линии связи, которые на полученном скорректированном графе физической сети по своим концам не имеют хотя бы одного узла. Получают усеченный граф физической сети (рис. 6);

в блоке 15 определяют остаточный ресурс элементов полученного усеченного графа физической сети как разницу заданного ресурса элемента и оказываемой на него нагрузки всех K действующих виртуальных сетей. Значение нагрузки на элемент возможно получить на основе текущей статистической выборки (блок 11), либо на основе измерений, для чего 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: 07.11.2020 г.];

в блоке 16 выбирают, из заданного в блоке 2 множества алгоритм маршрутизации в соответствии с категорией передаваемых данных. 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 17 на основе выбранного алгоритма маршрутизации, определяют маршруты передачи данных в i-ом информационном направлении с учетом остаточного ресурса элементов усеченного графа 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.];

переходят к определению маршрута следующего информационного направления заданной КСУ на текущем временном интервале, для чего:

в блоке 18 принимают i=i+1. Результат записывается в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 19 проверяют, во всех ли I информационных направлениях виртуальной сети заданной КСУ определены маршруты. Если i > I, то переходят к блоку 20; если i ≤I, то переходят блоку 10;

переходят к определению маршрутов I информационных направлений заданной КСУ на следующем временном интервале, для чего:

в блоке 20 переходят принимают t = t+∆t. Результат записывается в ПЗУ ЭВМ;

в блоке 21 проверяют, функционирует ли КСУ. Если КСУ функционирует, то переходят к блоку 9; если КСУ не функционирует, то завершают динамическое определение маршрутов передачи данных в его информационных направлениях.

Оценку эффективности способа можно провести на основе сопоставления плотности распределения вероятности итоговых значений весовых коэффициентов K виртуальных сетей связи по всем элементам физической сети, задействованных в виртуальной сети КСУ , без реализации способа повышения устойчивости виртуальной сети связи корпоративной системы управления и с его реализацией.

Известно, что нормальный закон распределения наиболее часто встречается на практике. Главная особенность, выделяющая его среди других законов, состоит в том, что он является предельным законом, к которому приближаются другие законы при весьма часто встречающихся типичных условиях [Замятина О.М. Моделирование сетей: учебное пособие / О.М. Замятина: Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 168 с., стр. 31 - 33].

При введении ограничений на допустимый диапазон значений исследуемых величин их среднеквадратическое отклонение σ² будет уменьшаться, что ведет к увеличению роста вероятности его нахождения в среднем значении (фиг.7). Соответственно, уменьшается вероятность решающего деструктивного воздействия на виртуальную сеть КСУ со стороны любой другой, из K, виртуальной сети путем увеличения ее нагрузки на физическую сеть. Эффективность способа на фиг. 7 отображена заштрихованными областями, где область I формируется за счет роста вероятности принятия переменной среднего значения , а области II и III формируются за счет снижения вероятности принятия переменной значений меньше и больше σ², в том числе минимальных и максимальных .

Таким образом, за счет последовательного и обоснованного динамического определения маршрутов передачи данных в информационных направлениях целевой виртуальной сети связи на остаточном ресурсе тех элементов физической сети, которые не имеют решающих преобладаний нагрузки, создаваемых определёнными виртуальными сетями по отношению к другим виртуальным сетям, задействовавших физические элементы, используемые в маршруте передачи данных, повышается устойчивость виртуальной сети корпоративной системы управления. Технический результат достигнут.

Способ повышения устойчивости виртуальной сети связи корпоративной системы управления, заключающийся в том, что формируют исходный граф исследуемой физической сети с заданным количеством вершин графа - узлов и соединяющих их ветвей - линий связи, задают параметры пропускной способности каждой из M линий связи моделируемой физической сети, K действующих виртуальных сетей связи, категории их корреспондентов, имитируют процесс функционирования действующих виртуальных и физической сетей связи, отличающийся тем, что дополнительно задают параметры памяти и вычислительной способности оборудования на каждом из N узле связи моделируемой физической сети, функции интенсивности нагрузки, генерируемой корреспондентами K действующих виртуальных сетей связи, E алгоритмов маршрутизации, реализуемых на физической сети, структуру корпоративной системы управления, места размещения органов управления и потребности их корреспондентов в информационном обмене, временной интервал изменения маршрута, допустимое значение соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей для элемента физической сети связи ε, определяют и запоминают функции весовых коэффициентов каждой из K виртуальной сети для всех элементов физической сети, подключают корреспондентов органов управления заданной корпоративной системы управления к узлам физической сети, определяют маршрут передачи данных каждого информационного направления виртуальной сети связи заданной корпоративной системы управления с заданным временным интервалом, для чего выводят весовые коэффициенты каждой из K виртуальной сети для всех элементов физической сети, кроме корреспондирующих узлов, формируют статистическую выборку весовых коэффициентов K виртуальных сетей для всех элементов физической сети, кроме корреспондирующих узлов, и определяют для каждого элемента физической сети соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей, формируют усеченный граф исследуемой физической сети, для чего из заданного графа физической сети исключают элементы, для которых превышено допустимое значение соотношения максимального и минимального весовых коэффициентов виртуальных сетей связи, исключают линии связи, которые по своим концам не имеют хотя бы одного узла, определяют остаточный ресурс элементов усеченного графа физической сети, выбирают алгоритм маршрутизации в соответствии с категорией передаваемых данных и в соответствии с ним определяют маршрут на полученном усеченном графе физической сети.