Адаптивное устройство управления сетью передачи информации

Адаптивное устройство управления сетью передачи информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к средствам интеллектуализации процессов управления межобъектовыми и внутриобъектовыми сетями передачи информации и предназначено для оперативного управления участками-каналами передачи информации систем управления космическими комплексами, территориально разнесенными объектами промышленности, энергетики и транспорта, многомашинными вычислительными комплексами.

Известен «Маршрутизатор кластера» по патенту США №2005018665 (А1), который выбран в качестве аналога. Маршрутизатор обеспечивает маршрутизацию ответов на пакеты в ожидании обработки. Маршрутизатор построен на базе персонального компьютера и не предусматривает работу в условиях изменения конфигурации сети и характеристик связей в кластере.

Известны способ и устройство по патенту США №5926456, МПК⁷ H04J 3/4, 31.08.93 г. «Способ и устройство замены виртуального пути для устройств связи».

В указанном патенте предложены способ и устройство замены виртуального пути в сети связи банкоматов при повреждениях. Это техническое решение является наиболее близким аналогом к заявленному предложению и выбрано в качестве прототипа. Устройство по патенту США №5926456 содержит набор таблиц маршрутов, селектор, компаратор и регистры повреждений.

Недостатком устройства по патенту США №5926456 является то, что оно обеспечивает работу лишь фиксированной структуры сети, а именно сети банкоматов.

Устройство не предусматривает возможности управления сетью передачи информации при изменении ее конфигурации. Маршруты зафиксированы в виде карт маршрутов. Отсутствует возможность выбора оптимального маршрута в зависимости от динамики состояния отдельных каналов и изменения их характеристик.

Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является обеспечение работы сети при изменении ее конфигурации, а также обеспечение выбора оптимального маршрута при динамически изменяющемся состоянии и характеристиках участков-каналов сети.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что им обеспечивается управление сетью передачи информации с изменяемой конфигурацией, а также автоматическая адаптация сети к выходу из строя отдельных каналов сети или невозможности их использования с обеспечением выбора оптимального нового маршрута передачи информации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное техническое решение, выбранное прототипом и содержащее пульт управления сети передачи информации, блок управления участками-каналами сети, информационное табло со схемой сети, введены блок управления работой адаптивного устройства, регистр памяти состояния участков-каналов сети, блок определения состава участков-каналов новых маршрутов в сети передачи информации, блок определения наличия новых маршрутов передачи информации, блок фиксации новых маршрутов, блок формирования данных индикации новых маршрутов, блок индикации наличия новых маршрутов, блок памяти значений характеристик участков-каналов сети, блок определения оптимального маршрута.

Сущность заявленного предложения заключается в возможности описания структуры сети в виде фрагментов полносвязного графа, записи формул связности его вершин и преобразовании этих формул связности в зависимости, учитывающие состояния участков-каналов сети и их характеристики, и аппаратурного решения задачи определения оптимальных маршрутов при изменении конфигурации сети, нарушениях в работе участков-каналов сети или изменении их характеристик.

Теоретической основой построения предлагаемого устройства является идея представления любой сети в виде фрагмента полносвязного графа с последующим преобразованием (поворотом) этого графа для получения описания всех путей в графе в формульном виде.

На фиг.1 приведен полносвязный граф с пятью вершинами и двунаправленными ребрами;

на фиг.2 показан граф кольцевой структуры сети;

на фиг.3 показан граф радиальной структуры сети;

на фиг.4 показан граф радиально-кольцевой структуры сети;

на фиг.5 показан граф кольцевой структуры сети как фрагмент полносвязного графа;

на фиг.6 показан граф радиальной структуры сети как фрагмент полносвязного графа;

на фиг.7 показан граф радиально-кольцевой сети как фрагмент полносвязного графа;

на фиг.8 представлена структурная схема адаптивного устройства управления сетью передачи информации;

на фиг.9 представлена таблица заполнения информацией разрядов регистра памяти состояния участков-каналов для полносвязной сети;

на фиг.10 представлена таблица заполнения информацией разрядов регистра памяти состояния участков-каналов для радиальной сети;

на фиг.11 представлена таблица заполнения информацией разрядов регистра памяти состояния участков-каналов для кольцевой сети;

на фиг.12 представлена таблица заполнения информацией разрядов регистра памяти состояния участков-каналов для радиально-кольцевой сети.

На фиг.5 - фиг.7 существующие связи изображены сплошной линией, отсутствующие связи - пунктирной линией.

В качестве примера рассматривается полносвязный граф с 5-ю вершинами и двунаправленными ребрами (фиг.1).

Ниже представлены формулы связности вершин 1 и 2, 1 и 3, 1 и 4, 1 и 5 графа (строчно-столбцовая форма).

Здесь: F_ij - функция, описывающая все связи между двумя узлами сети;

f_ij - логическая переменная, отражающая состояние участка-канала сети;

i,j - номера вершин графа, i=j;

f_ij=1, если участок-канал исправен;

f_ij=0, если участок-канал неисправен.

Каждая дизъюнкция формул связности отображает один из возможных маршрутов передачи информации от одного узла сети к другому.

Если осуществить поворот графа, фиг.1, против часовой стрелки таким образом, чтобы вершина 2 заняла положение вершины 1, вершина 3 заняла положение вершины 2, вершина 4 заняла положение вершины 3, вершина 5 заняла положение вершины 4 и вершина 1 заняла положение вершины 5, то будет получен идентичный (изоморфный) граф. Это позволяет легко записать формулы связности вершин 2 и 3, 2 и 4, 2 и 5, 2 и 1 - F₂₃, F₂₄, F₂₅, F₂₁.

Формула для F₁₃ имеет вид:

Формула связности вершин 2 и 3 F₂₃ может быть получена из формулы связности вершин 1 и 2 F₁₂ изменением, увеличением каждой из цифр индекса переменных, описывающих связи между двумя вершинами графа на единицу, пятерка (5) превращается в единицу (1) (циклически).

Из формул F₁₃, F₁₄ и F₁₅ таким же путем могут быть получены формулы связности вершин 2 и 4, 2 и 5, 2 и 1.

При трех последующих поворотах графа изменением индексов могут быть получены формулы для

Таким образом, может быть получен полный набор формул связности между любыми двумя вершинами графа фиг.1.

Для кольцевой структуры (фиг.2) формулы связности получаем подстановкой переменных, равных 0, в формулы связности вершин полносвязного графа:

f₁₃=f₃₁=f₃₅=f₅₃=f₅₂=f₂₅=f₂₄=f₄₂=f₄₁=f₁₄=0

Аналогично могут быть получены формулы связности:

На фиг.8 приведена структурная схема адаптивного устройства управления сетью передачи информации.

Устройство содержит:

1 - пульт управления сети передачи информации;

2 - блок управления работой адаптивного устройства;

3 - регистр памяти состояния участков-каналов сети;

4 - блок определения состава участков-каналов новых маршрутов;

5 - блок определения наличия новых маршрутов передачи информации;

6 - блок фиксации новых маршрутов;

7 - блок индикации наличия новых маршрутов;

8 - блок формирования данных индикации новых маршрутов;

9 - блок памяти значений характеристик участков-каналов сети;

10 - блок определения оптимального маршрута;

11 - блок управления каналами сети;

12 - информационное табло со схемой сети.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы устройства с пульта управления сети передачи информации (1) в регистр памяти состояния участков-каналов сети (3) вводится информация о структуре сети.

Если сеть передачи информации является полносвязной и каждый канал сети исправен, то в каждом разряде регистра памяти состояния участков-каналов сети (3) записывается единица (фиг.9).

Для сети, являющейся фрагментом полносвязной сети, при отсутствии в ней какого-либо участка-канала в соответствующих разрядах регистра (3) записывается нуль (0). Кольцевая, радиальная, радиально-кольцевая структуры сети являются фрагментами полносвязной сети.

Для рассмотренного ранее примера сети с 5-ю узлами запись в регистр памяти состояния участков-каналов сети (3) для радиальной, кольцевой и радиально-кольцевой сети представлена на фиг.10, 11, 12 соответственно.

Если структура сети передачи информации в течение длительного периода времени ее функционирования не меняется, то операция ввода информации о структуре сети на этот период не повторяется. Если же возникает необходимость в реконфигурации сети, то эта информация о новой структуре вводится вновь.

Возможность ввода информации о структуре сети обеспечивает универсальность предлагаемого устройства.

Информация о неисправности или невозможности использования какого-либо участка-канала сети поступает на пульт управления сети и автоматически передается, вводится в регистр памяти состояния участков-каналов сети (3). В соответствующей ячейке (ячейках) регистра (3) единица заменяется на нуль.

Регистр памяти состояния участков-каналов сети (3), получив информацию об изменении состояния участка-канала, фиксирует эту информацию для дальнейшего использования.

В блоке управления работой адаптивного устройства реализуются аппаратным путем формулы связности между одним узлом сети и всеми остальными. Эти формулы названы базовыми. Записи базовых формул могут вводиться в предлагаемое устройство на стадии его производства.

При n узлах в сети - базовых формул (n-1).

Для рассмотренного примера сети с 5-ю узлами базовых формул - 4.

Все остальные формулы связности узлов сети передачи информации получаются автоматически трансформацией базовых формул аппаратными средствами.

Каждый компонент формулы связности описывает один из маршрутов между двумя узлами сети, состоящий из одного, двух, трех … (n-1) участков-каналов.

Для рассмотренного ранее примера сети с 5-ю узлами между двумя узлами сети существуют:

- один маршрут, состоящий из одного участка-канала;

- три маршрута, состоящих из двух участков-каналов;

- шесть маршрутов, состоящих из трех участков-каналов;

- шесть маршрутов, состоящих из 4-х участков-каналов.

Данные для нахождения нового маршрута обеспечиваются коммутацией выходов регистра памяти состояния участков-каналов сети.

Предлагаемое устройство работает автоматически по команде «Запуск», подаваемой кнопкой «Запуск», размещенной на пульте управления сети передачи информации (1) или пульте управления многомашинным вычислительным комплексом после получения информации о выходе из строя одного из каналов передачи информации между двумя узлами сети и введения кода этого канала с пульта управления сети в блок управления работой устройства (2). В автоматическом режиме запуск предлагаемого устройства производится после получения информации о неисправности участка-канала сети передачи информации.

Эта команда поступает на блок управления работой адаптивного устройства (2), который осуществляет размножение команды «Запуск» и подает команду о начале работы на регистр памяти состояния участков-каналов сети (3), блок памяти значений характеристик участков-каналов сети (9), по которым определяется оптимальный маршрут, блок фиксации наличия новых маршрутов (6) и блок определения состава участков-каналов новых маршрутов (4).

По команде блока управления работой адаптивного устройства (2) в блоке определения состава участков-каналов новых маршрутов (4) формируется информация для блока определения новых маршрутов передачи информации (5).

По коду (индексу) канала связи, вышедшего из строя, блок определения состава участков-каналов новых маршрутов (4) формирует и выдает (вентильные схемы) информацию, полученную из регистра (3), в блок определения новых маршрутов передачи информации в сети (5).

В блоке (4) реализуются операции умножения логических переменных, имеющих значение 1, если канал работоспособен (исправен), и 0, если нет.

Блок определения наличия новых маршрутов передачи информации (5) на основе данных, полученных от блока (4) формирует информацию о наличии возможных новых маршрутов, состоящих из 2-х, 3-х, (n-1) каналов на основе составляющих формул связности сети.

Для рассматриваемого выше примера - это операции умножения двух, трех, четырех переменных в соответствии с тем, из скольких участков-каналов будет состоять новый маршрут.

Для случая рассматриваемого выше примера сети с 5-ю узлами при определении новых маршрутов передачи информации между двумя узлами параллельно осуществляется логическое умножение 2-х переменных - 3 раза, 3-х переменных - 6 раз, 4-х переменных - 6 раз.

Для определения новых маршрутов между узлами 1 и 3, 1 и 4, 1 и 5 обеспечивается параллельное определение с помощью 3-х таких же аппаратных средств, как для узлов 1 и 2.

Определение новых маршрутов между всеми другими узлами устройства осуществляется использованием тех же средств путем изменения исходных данных для блока (5) и выдаваемых из регистра памяти (3) по командам блока управления работой адаптивного устройства (1) в блок определения наличия новых маршрутов передачи информации (5).

Фиксация наличия хотя бы одного нового маршрута осуществляется с помощью блока фиксации новых маршрутов (6), представляющего собой многовходовой элемент «ИЛИ», после получения информации из блока (5).

Информация о наличии новых маршрутов в системе передачи информации из блока (5) передается в блок индикации наличия новых маршрутов (7), где фиксируются все новые маршруты.

Далее информация из блока (7) передается в блок формирования данных индикации новых маршрутов (8), из которого информация передается на информационное табло со схемой сети оператора (12) для включения элементов индикации, в качестве которых могут выступать светодиоды.

Информация о наличии новых маршрутов передачи информации из блока (5) поступает в блок памяти значений характеристик каналов сети (9), инициируя память значений характеристик (например, надежности) участков-каналов, входящих в новые маршруты. В зависимости от заданного уровня оперативности поиска нового маршрута решением может быть первый из определенных с помощью предлагаемого устройства маршрутов либо маршрут оптимальный, определяемый с помощью блока определения оптимального маршрута (10). В рассматриваемом устройстве оптимизация производится по показателю надежности. В том случае, если определены несколько возможных маршрутов передачи информации, то блок оптимизации выбирает оптимальный по формуле Р=maxПр_к, где р_к - надежность к-го канала, и передает информацию об оптимальном маршруте в блок управления участками-каналами сети (11), который включает участки-каналы выбранного оптимального маршрута. Информация об оптимальном маршруте предается из блоков (10) и (11) на пульт управления сети передачи информации (1).

Нарушение работы другого канала сети приводит к повторению цикла работы устройства и подключению нового маршрута. Фиксация нового оптимального маршрута осуществляется через блоки (6) и (8) и выводится на информационное табло оператора сети (12). Индикация отсутствия возможного нового маршрута обеспечивается блоком (7) с выводом информации на информационное табло оператора сети (12).

Предлагаемым устройством обеспечивается автоматическая адаптация сети к выходу из строя отдельных каналов сети или невозможности их использования с обеспечением выбора оптимального нового маршрута передачи информации.

Используемые блоки могут быть реализованы с помощью элементов дискретной цифровой техники.

Более подробно укажем выполняемые ими функции.

Блок управления работой адаптивного устройства обеспечивает запуск устройства по команде с пульта управления сети и размножает команду запуска для обеспечения работы основных блоков устройства.

Регистр памяти состояния участков-каналов обеспечивает хранение и изменение информации о структуре сети ее передачи и информации о динамически изменяющемся состоянии ее участков-каналов. Представляет собой регистр с автономно управляемыми ячейками.

Блок определения состава участков-каналов новых маршрутов по программе определяет исходную информацию для блока определения наличия новых маршрутов, обеспечивает коммутацию выходов регистра памяти состояния участков-каналов сети.

Блок определения наличия новых маршрутов передачи информации на основании данных блока определения состава участков-каналов формирует и выдает данные о новых маршрутах передачи информации, состоящих из нескольких участков-каналов, от двух до n-1.

Блок индикации наличия новых маршрутов определяет наличие хотя бы одного нового маршрута, т.е. принципиальную возможность передачи информации по новому участку-каналу (на базе элементов «ИЛИ»).

Блок фиксации новых маршрутов обеспечивает запоминание каждого из новых маршрутов передачи информации и передает эту информацию в блок формирования данных индикации новых маршрутов.

Блок формирования данных индикации новых маршрутов формирует сигналы для вывода их на сигнальные элементы информационного табло со схемой сети.

Блок памяти значений характеристик участков-каналов сети обеспечивает хранение данных о характеристиках участков-каналов сети для использования их при оптимизации выбора нового маршрута. В качестве характеристик могут быть показатели надежности, стоимости передачи информации, задержки в передаче информации, защищенности информации и др. В представленной заявке этот показатель - надежность.

Блок оптимизации маршрута производит оценку по выбранному критерию новых маршрутов и выбирает из них оптимальный. Данные о нем передаются на пульт управления сети передачи информации.

Блок управления участками-каналами сети по сигналу блока оптимизации маршрутов включает каналы нового маршрута. Информация о включении передается на пульт управления сети передачи информации.

Информационное табло обеспечивает отражение информации о новых маршрутах ее передачи.

1. Адаптивное устройство управления сетью передачи информации, содержащее пульт управления сети передачи информации, блок управления участками-каналами сети и информационное табло со схемой сети, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные блок управления работой адаптивного устройства, вход которого подключен к первому выходу пульта управления сети передачи информации, регистр памяти состояния участков-каналов сети, блок определения состава участков-каналов новых маршрутов, блок определения наличия новых маршрутов передачи информации, блок фиксации новых маршрутов и блок формирования данных индикации новых маршрутов, выход которого подключен ко входу информационного табло со схемой сети, блок индикации наличия новых маршрутов, вход и первый выход которого соединены с третьим выходом блока определения наличия новых маршрутов передачи информации и вторым входом блока формирования данных индикации новых маршрутов, последовательно соединенные блок памяти значений характеристик участков-каналов сети, первый и второй входы которого подключены к вторым выходам блока управления работой адаптивного устройства и блока определения наличия новых маршрутов передачи информации соответственно, и блок определения оптимального маршрута, первый выход которого подключен к входу блока управления участками-каналами сети, первый и второй выходы которого соединены с первым входом пульта управления сети передачи информации и вторым входом блока фиксации новых маршрутов соответственно, третий вход последнего подключен к третьему выходу блока управления работой адаптивного устройства, четвертый выход которого соединен со вторым входом блока определения состава участков-каналов новых маршрутов, второй вход, третий вход и второй выход пульта управления сети передачи информации подключены к второму выходу блока определения оптимального маршрута, к второму выходу блока индикации наличия новых вторым входом блока памяти значений характеристик участков-каналов сети, а второй выход соединен со вторым входом блока фиксации новых маршрутов.

2. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления работой адаптивного устройства выполнен с обеспечением запуска устройства по команде с пульта управления сети и размножения команды запуска для основных блоков устройства.

3. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что регистр памяти состояния участков-каналов выполнен с возможностью хранения информации о структуре сети ее передачи и информации о динамически изменяющемся состоянии ее участков-каналов.

4. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения состава участков-каналов новых маршрутов выполнен с возможностью определения исходной информации для блока определения наличия новых маршрутов.

5. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения наличия новых маршрутов передачи информации выполнен с возможностью на основании данных блока определения состава участков-каналов формирования и выдачи данных о новых маршрутах передачи информации, состоящих из нескольких участков-каналов, от двух до n-1, где n - число узлов в сети передачи информации.

6. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок индикации наличия новых маршрутов выполнен с возможностью определения наличия хотя бы одного нового маршрута.

7. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок фиксации новых маршрутов выполнен с возможностью обеспечения запоминания каждого из новых маршрутов передачи информации и передачи этой информации в блок формирования данных индикации новых маршрутов.

8. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования данных индикации новых маршрутов выполнен с возможностью формирования сигналов для вывода их на сигнальные элементы информационного табло со схемой сети.

9. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок памяти значений характеристик участков-каналов сети выполнен с возможностью обеспечения хранения данных о характеристиках участков-каналов сети для использования их при оптимизации выбора нового маршрута.

10. Адаптивное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок оптимизации маршрута выполнен с возможностью производить оценки по выбранному критерию новых маршрутов и выбора из них оптимального.