RU2827000C1 - Способ управления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам для управления маршрутизацией трафика. Технический результат - повышение качества обслуживания потребителей за счет повышения эксплуатационных показателей взаимодействующих сетей связи. Технический результат достигается за счет быстрого формирования межсетевого соединения на основе виртуального канала связи, агрегированного из субканалов, образованных парами абонентских устройств радиодоступа, подключенных к разным сетям операторов связи и находящихся в зоне взаимного пересечения их радиопокрытий. 4 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области управления сетями связи и может быть использовано для управления маршрутизацией трафика.

Уровень техники

Одной из важных задач, лежащих в области управления сетями связи, является задача управления маршрутизацией трафика.

Маршрутизация - процесс определения маршрута следования данных в сетях связи [Бобынцев, Д.О. Основы администрирования информационных систем : учебное пособие / Д.О. Бобынцев [и др.]. - Москва; Берлин: Директ-Медиа, 2021. - 200 с.].

Маршрут - последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю [Олифер Виктор, Олифер Наталья Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Юбилейное издание. - СПб.: Питер, 2020. - 1008 с.].

Исторически управление маршрутизацией трафика применялось для определения оптимальных по какому-либо критерию путей (с минимальной задержкой, стоимостью, с максимальной надежностью или пропускной способностью). Позднее маршрутизация стала использоваться, в том числе, как метод балансировки нагрузки в сети, а также для обеспечения требуемого качества обслуживания пользователей [А.А. Авдеев, Е.А. Долматов, Р.Е. Лисейкин, С. М. Одоевский, С.В. Оранский, В. О. Рашич. Инфокоммуникационные системы специального назначения. Учебное пособие / Под ред. С. М. Одоевского. - СПб.: ВАС, 2016. -447 с.: ил.].

В общем виде процесс управления маршрутизацией состоит в адаптации маршрутов к постоянно изменяющемуся состоянию сети связи с целью сохранения баланса нагрузки, оптимальности маршрутов и качества обслуживания пользователей.

Основным, наиболее динамичным фактором, влияющим на состояние сети связи, является действия пользователей по генерации и потреблению информации, в результате которой изменяется интенсивность потоков трафика, что может вызывать перегрузку некоторых элементов сети связи и, как следствие, снижение эксплуатационных показателей, ведущее к ухудшению качества обслуживания.

Наиболее сильное влияние перегрузки оказывают на процесс доставки пакетов [Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложения. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 288 с.], характеризуемый коэффициентом потери пакетов (PLR) [ГОСТ Р 53728-2009 Качество услуги «Передача данных». Показатели качества]:

где - количество отправленных пакетов, - количество полученных пакетов.

Более детально суть задачи управления маршрутизацией состоит в перераспределении потоков трафика за счет изменения маршрутов их прохождения так, чтобы загрузка оборудования сети связи была оптимальной (не превышала предельно допустимых значений).

Основным ограничением, с которым сталкиваются в процессе управления маршрутизацией, является физическая структура сети связи, что позволяет строить маршруты только в пределах этой структуры. Иными словами, возможности по снижению интенсивности входящего потока трафика на высоконагруженные элементы сети ограничены физической структурой сети.

Негативный эффект усугубляется в случае наличия в физической структуре сети «узких мест» - мостов.

Мост [в контексте структуры] - элемент сети (узел или линия), мера центральности по посредничеству у которого наибольшая. Мосты связывают отдельные части сети (кластеры), т.е. удаление моста приводит к разъединению сети [Марк Нидхем, Эми Ходлер Графовые алгоритмы. Практическая реализация на платформах Apache Spark и Neo4j. / пер. с англ. В. С. Яценкова - М.: ДМК Пресс, 2020. - 258 с.].

Такая ситуация наблюдается при взаимодействии сетей связи различных операторов связи, поскольку соединение их сетей осуществляется с использованием ограниченного (минимального) числа точек присоединения [Макроскопическое исследование интернета. URL: www.ididb.ru].

Точка присоединения - средства связи, входящие в состав одной сети электросвязи, с помощью которых осуществляется физическое подключение средств связи другой сети электросвязи и обеспечивается возможность пропуска трафика между этими сетями [Правила присоединения сетей электросвязи и их взаимодействия, утв. Постановлением Правительства РФ от 21.01.2022 № 29].

Межсетевое соединение состоит из точек присоединения сетей связи и средств их присоединения (прямая линия связи, точка обмена трафиком или сеть третьего оператора связи).

Точка обмена трафиком - совокупность технических и программных средств и (или) сооружений связи, с использованием которых собственник или иной их владелец обеспечивает возможность для соединения и пропуска в неизменном виде трафика между сетями связи, если собственник или иной владелец сетей связи имеет уникальный идентификатор совокупности средств связи и иных технических средств в информационно-телекоммуникационной сети «Интернет» [Федеральный закон Российской Федерации от 7 июля 2003 года №126-ФЗ «О связи»].

Минимизация количества точек присоединения между двумя сетями следует из высокой стоимости проведения капитальных работ по созданию линейных и узловых сооружений связи и сложности контроля, в том числе с точки зрения безопасности, процесса межсетевого взаимодействия.

Таким образом, задача управления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи является актуальной.

а) Описание аналогов

Известен способ определения эффективного вектора пути BGPAS-pathpre-pend [Pat. USUS2013/0132542 A1, G06F 5/73, Method and system for effective BGPAS-pathpre-pending / YingZhang, SanJose, pub. 23.05.2013], заключающийся в том, что собирают топологические данные на уровне автономных систем, определяют связи между автономными системами, вычисляют пути для каждой пары автономных систем, применяют технологию балансировки нагрузки, резервируют пути, определяют вектор пути BGPAS-pathpre-pend.

Недостаток способа. Управление маршрутизацией на основании определения (изменения) вектора AS-path позволяет выбрать маршрут из сильно ограниченного числа возможных маршрутов, что снижает вероятность наличия оптимального.

Известен способ для эффективной маршрутизации в сетях связи [Пат. РФ RU2436250, H04L 12/56, Способ и устройство для эффективной маршрутизации в сетях связи / Нараянан Видья, Ван Цзюнь, Дондети Лакшминатх Редди, Махендран Арунгундрам С., Хсу Реймонд Тах-Шэнг, опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34], заключающийся в том, что обнаруживают трафик, передаваемый между первым и вторым узлами, передают запрос в агент мобильности, ассоциированный с первым узлом, чтобы запросить авторизацию для оптимизации маршрута между первым и вторым узлами, принимают ответ, который авторизует оптимизацию маршрута и устанавливают оптимизированный маршрут.

Недостаток способа: способ не позволяет исключить из формируемых маршрутов перегруженные элементы сети (мосты), что негативно сказывается на качестве обслуживания пользователей.

Известен способ маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах с зональной регистрацией абонентов [Пат. РФ RU2714220, H04W 40/20, H04W 8/00, Способ маршрутизации в сетях подвижной персональной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках-ретрансляторах с зональной регистрацией абонентов и маршрутизатор низкоорбитального спутника ретранслятора с интегрированными службами для осуществления указанного способа, Пантелеймонов И.Н., опубл. 13.02.2020, Бюл. № 5], заключающийся в том, что баллистическую информацию о текущем положении низкоорбитальных спутников ретрансляторов относительно зоны радиосвязи и подзоны радиосвязи на поверхности Земного шара периодически рассылают всем низкоорбитальным спутникам ретрансляторам из центра управления полетом и записывают в каждом низкоорбитальном спутнике ретрансляторе в базы данных баллистической информации о нахождении низкоорбитальных спутников ретрансляторов, а информацию о текущем местоположении абонентских терминалов относительно зоны радиосвязи и подзоны радиосвязи рассылают всем низкоорбитальным спутникам ретрансляторам и в центр управления сетью, причем при построении маршрута осуществляют запрос к базе данных зарегистрированных абонентов в зоне радиосвязи и подзоне радиосвязи, к базе данных низкоорбитальных спутников ретрансляторов, установивших соединение со шлюзовой станцией в фидерной линии связи и к базе данных баллистической информации о местоположении низкоорбитальных спутников ретрансляторов на орбите относительно зоны радиосвязи и подзоны радиосвязи.

Недостаток способа: низкая адекватность создаваемых маршрутов структурно-потоковой обстановке по причине низкой скорости обновления данных, на основании которых осуществляется построение маршрутов.

б) Описание ближайшего аналога (прототипа)

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям к заявленному (прототипом) является способ управления маршрутизацией трафика в сети связи [Pat. USUS20090323544A1, H04L 2/26, Internet routed aggregation and route selection preferencng / Michael E. Gaddis, Peter N. Hicks, Webster, David Barmann, Steven T. Nunes, pub. 31.12.2009], заключающийся в том, что осуществляют выборку IP-пакетов (далее - пакеты) во множестве точек присоединения сетей связи, сопоставляют IP-адреса (далее - адреса) выбранных пакетов с префиксами подсетей, взаимодействующих через точки присоединения сетей связи, на основе чего получают сводные данные, характеризующие потоки межсетевого трафика, перестраивают маршруты прохождения межсетевого трафика.

Недостаток: согласно способу, перераспределение межсетевого трафика не эффективно в случае, если его интенсивность превышает суммарную пропускную способность точек присоединения.

Общий недостаток известных способов управления маршрутизацией состоит в том, что процесс управления маршрутизацией (выбора маршрута) осуществляется в ограниченном физической структурой сети пространстве возможных вариантов, в пределах которого оптимального маршрута может не существовать.

Техническая проблема

Техническая проблема заключается в необходимости расширения арсенала технических решений по управлению маршрутизацией трафика между сетями операторов связи.

Техническая проблема обусловлена низкой эффективностью известных способов управления маршрутизацией по поддержанию (повышению) эксплуатационных (технических) параметров сети связи в заданных (требуемых) пределах, снижение которых обусловлено перегрузкой узлов связи (в том числе точек присоединения) из-за изменения (в том числе импульсного) структуры и объема межсетевого трафика (в том числе за счет появления или перемещения крупных потребителей).

Техническая проблема решается за счет создания технического решения (способа управления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи), заключающегося в расширении пространства возможных маршрутов прохождения трафика между сетями операторов связи за счет быстрого формирования межсетевого соединения на основе виртуального канала связи, агрегированного из субканалов, образованных парами абонентских устройств радиодоступа, подключенных к разным сетям операторов связи и находящихся в зоне взаимного пересечения их радиопокрытий.

Раскрытие изобретения (его сущность)

а) Технический результат, на достижение которого направлено изобретение

Техническим результатом является реализация управления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи, повышение качества обслуживания потребителей за счет повышения эксплуатационных показателей взаимодействующих сетей связи, в частности качества процесса доставки пакетов.

Технический результат достигается тем, что в способе управления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи, заключающемся в том, что осуществляют выборку IP-пакетов во множестве точек присоединения сетей связи, сопоставляют IP-адреса выбранных пакетов с префиксами подсетей, взаимодействующих через точки присоединения сетей связи, на основе чего получают сводные данные, характеризующие потоки межсетевого трафика, перестраивают маршруты прохождения межсетевого трафика, согласно изобретению дополнительно осуществляют поиск оптимального, соответствующего изменившемся объему и структуре потоков межсетевого трафика, расположения дополнительного межсетевого соединения, с оптимально расположенного узла доступа сети первого оператора связи направляют подключенным к нему абонентским устройствам радиодоступа команду на формирование субканалов, на абонентских устройствах радиодоступа при получении команды на формирование субканала проверяют радиоэфир на наличие служебных сигналов абонентских устройств радиодоступа, подключенных к оптимально расположенному узлу доступа сети второго оператора связи, с абонентских устройств радиодоступа сети первого оператора связи отправляют запрос на установление соединений с абонентскими устройствами радиодоступа сети второго оператора связи, у которых уровень сигнала наибольший, с абонентских устройств радиодоступа сети второго оператора связи при получении запроса отправляют ответ о готовности к формированию субканала, формируют субканалы между абонентскими устройствами радиодоступа двух операторов связи, с абонентских устройств радиодоступа отправляют сообщения о сформированных субканалах на узлы доступа, к которым они подключены, формируют виртуальный канал связи между узлами доступа сетей операторов связи на основе агрегации сформированных субканалов, с узлов доступа в свои сети отправляют объявления о доступности подсетей сети другого оператора связи.

в) Причинно-следственная связь между признаками и техническим результатом

Благодаря введению в известный объект совокупности существенных отличительных признаков, заявленный способ позволяет реализовать управление маршрутизацией трафика между сетями операторов связи.

Доказательства соответствия заявленного изобретения условиям патентоспособности

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Перечисленная новая совокупность существенных признаков достаточна для реализации управления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи.

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 данный способ с достижением указанного в изобретении результата.

Краткое описание чертежей

Заявленный способ поясняется чертежами:

Фиг. 1 - Схема взаимодействия сетей операторов связи до осуществления способа;

Фиг. 2 - Схема взаимодействия сетей операторов связи после осуществления способа;

Фиг. 3 - Пример данных, характеризующих потоки межсетевого трафика между сетями AS 64496 и AS 64511;

Фиг. 4 - Пример данных, характеризующих обнаруженные в радиоэфире одним из абонентских устройств радиодоступа сети AS 64496 служебные сигналы абонентских устройств радиодоступа сети AS 64511.

На фиг. 1, 2:

IXP (InterneteXchangePoint) - точка обмена трафиком;

ISP (InternetServiceProvider) 1 - первый оператор связи;

AS (Autonomous System) 64496 - сеть (автономная система) первого оператора связи (первая сеть связи);

1.1-1.4 - узлы уровня ядра сети первого оператора связи;

1.5-1.7 - узлы уровня агрегации сети первого оператора связи;

1.8-1.10 - узлы уровня доступа сети первого оператора связи;

1.11, 1.12, …, 1.n - абонентские устройства радиодоступа сети первого оператора связи;

ISP 2 - второй оператор связи;

AS 64511 - сеть второго оператора связи (вторая сеть связи);

2.1-2.4 - узлы уровня ядра сети второго оператора связи;

2.5-2.7 - узлы уровня агрегации сети второго оператора связи;

2.8-2.10 - узлы уровня доступа сети второго оператора связи;

2.11, 2.12, …, 2.n - абонентские устройства радиодоступа сети второго оператора связи;

УС 1- первый узел связи корпоративной информационной системы;

УС 2- второй узел связи корпоративной информационной системы.

Осуществление изобретения

Осуществление способауправления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи продемонстрировано на схеме взаимодействия сетей операторов связи (фиг. 1, 2), котороеявляется показательным вариантом взаимодействия.

Сеть связи AS 64496 (фиг. 1) первого оператора связи ISP 1 (фиг. 1) через точку присоединения 1.2 (фиг. 1) и точку обмена трафиком IXP (фиг. 1) соединена с сетью связи AS 64511 (фиг. 1) второго оператора связи ISP 2 (фиг. 1) через его точку присоединения 2.1 (фиг. 1).

В качестве точек присоединения 1.2, 2.1 (фиг. 1) и точки обмена трафиком IXP(фиг. 1) может выступать маршрутизатор или L3-коммутатор (например, CiscoNexusN3K-C3048-BA-L3).

Пусть пропускная способность межсетевого соединения («1.2-IXP-2.1», фиг. 1) составляет 1 Гбит/с, а пиковая нагрузка (среднемаксимальная интенсивность межсетевого трафика) - 950 Мбит/с.

В качестве узлов доступа 1.8, 1.9, 1.10, 2.8, 2.9, 2.10 (фиг. 1) могут выступать маршрутизаторы уровня доступа (например, CiscoCatalyst 2960). Пусть узлы доступа формируют сети доступа со следующими префиксами подсетей (адресными пространствами): 192.0.2.0/26, 192.0.2.64/26, 192.0.2.128/26, 203.0.113.0/26, 203.0.113.64/26, 203.0.113.128/26, соответственно.

Фактором изменения структуры и объема потока межсетевого трафика может явиться появление нового крупного пользователя, например, корпоративной системы управления. Функционирование корпоративной системы управления обеспечивает ее корпоративная информационная система.

Корпоративная информационная система - система управления предприятием (корпорацией), в которой процессы сбора, хранения, обработки, преобразования, передачи и обновления информации осуществляются с использованием современной компьютерной техники и средств телекоммуникаций [Теория систем и системный анализ в управлении организациями: Справочник: Учеб. пособие / Под ред. В.Н. Волковой и А.А. Емельянова. - М.: Финансы и статистика, 2006. - 848 с.].

Пусть корпоративная информационная система представлена узлами связи УС 1, УС 2 (фиг. 1). Узел связи корпоративной информационной системы УС 1 (фиг. 1) подключен к сети связи AS 64496 (фиг. 1) первого оператора связи ISP 1 (фиг. 1) через узел доступа 1.8 (фиг. 1), а узел связи корпоративной информационной системы УС 2 (фиг. 1) подключен к сети связи AS 64511 (фиг. 1) второго оператора связи ISP 2 (фиг. 1) через узел доступа 2.10 (фиг. 1). Информационное взаимодействие узлов связи корпоративной информационной системы изменяет (увеличивает) интенсивность трафика между сетями операторов связи, относительно стандартных (планируемых) значений.

Пусть средняя интенсивность трафика между узлами корпоративной информационной системы составляет 100 Мбит/с. В таком случае (до осуществления способа) трафик между узлами связи корпоративной информационной системы пройдет по маршруту «УС 1-1.8-1.7-1.4-1.2-IXP-2.1-2.3-2.5-2.10-УС 2» (фиг. 1), перегружая тем самым точку обмена трафиком IXP (фиг. 1) и снижая качество обслуживания других потребителей за счет потери части пакетов из их входящего потока, интенсивность которого превышает производительность IXP (фиг. 1).

При реализации способа:

1. Осуществляют выборку пакетов во множестве точек присоединения сетей связи.

В течение заданного периода времени, который определяется исходя из периода колебаний интенсивности межсетевого трафика (как правило - сутки [Статистика трафика точки обмена трафиком MSK-IXP. URL: https://www.msk-ix.ru/traffic]) выбирают все поступающие пакеты.

Выборка осуществляется путем чтения заголовков пакетов, поступающих на точку обмена трафиком или точки присоединения сетей (фиг. 2, IXP) и записью в предварительно очищенную базу данных метаинформации об этих пакетах: адреса назначения, адреса получения и метки времени.

Собранная информация характеризует процесс межсетевого взаимодействия на уровне отдельных пользователей.

2. Сопоставляют адреса выбранных пакетов с префиксами подсетей, взаимодействующих через точки присоединения сетей связи.

В точке обмена трафиком на основании информации, хранящейся в базе данных, и данных о распределении префиксов подсетей (конфигурации адресных пространств) сопоставляют адреса отправления и назначения с префиксами подсетей, которым эти адреса принадлежат.

Например, адреса отправления 192.0.2.10 и назначения 203.0.113.10 будут сопоставлены с префиксами подсетей 192.0.2.0/26 и 203.0.113.0/26, соответственно (фиг. 2).

Полученная информация характеризует процесс межсетевого взаимодействия на уровне подсетей.

3. Получают сводные данные, характеризующие потоки межсетевого трафика.

В точке обмена трафиком на основании информации о процессе межсетевого взаимодействия на уровне подсетей получают сводные данные, характеризующие потоки межсетевого трафика, а именно распределение интенсивности межсетевого трафика во времени в зависимости от подсети отправления и подсети назначения. Результаты могут быть представлены в табличном виде.

Например, данные, характеризующие потоки межсетевого трафика между сетями AS 64496 и AS 64511 (фиг. 2), могут иметь вид, представленный на фиг. 3, где в столбце 1 указаны префиксы подсетей отправления, в столбце 2 - подсетей назначения, в столбцах 3-6 указаны временные интервалы в течение суток, и соответствующие этим интервалам количество пакетов; в последней строке указаны обобщенные данные за всю сеть.

4. Осуществляют поиск оптимального, соответствующего изменившемся объему и структуре потоков межсетевого трафика, расположения дополнительного межсетевого соединения.

Поиск оптимального расположения дополнительного межсетевого соединения осуществляется на уровне узлов доступа сетей операторов связи с учетом их географической близости и может быть осуществлен с учетом известных методов [Крылов В. В., Самохвалова С. С. Теория телетрафика и ее приложения. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. -288 с.; В.П. Соловьев, Н.В. Павленко Метод выбора узлов-партнеров при пиринговом обмене данными с учетом топологии сети // Программные продукты и системы // № 1 (101), 2013 Тверь С. 135-140].Для чего выполняют, по крайней мере, следующее.

По известным географическим координатам узлов доступа вычисляют расстояние между всеми возможными парами узлов доступа, принадлежащих различным сетям операторов связи. Формулы для вычисления расстояния между точками на местности, заданными в различных системах координат, известны и описаны в соответствующей литературе [Справочник геодезиста: в 2-х кн. Кн. 1 - 3-изд., перераб. и доп. / под ред. В.Д. Большакова и Г.П. Левчука. - М.: Недра, 1985, 455 с.].

Из всех возможных пар узлов выбирают те, расстояние между которыми меньше, чем дальность передачи по технологии, используемой на абонентских устройствах радиодоступа, подключенных к этим узлам.

Устройство абонентское - подключаемое к абонентским линиям (узлам доступа) техническое средство формирования сигналов электросвязи для передачи или приема по каналам связи заданной абонентом информации (телефонный аппарат, факс, автоответчик, модем и др.). Абонентские устройства радиодоступа отличаются наличием радиоинтерфейса (сотовый телефон, Wi-Fi точка доступа и др.) [Боговик А.В., Зарубин М.А., Керко В.А. Сборник терминов в области информационных и сетевых технологий. - СПб.: ВАС, 2009.- 116с.].

Например, для технологии IEEE 802.11b расстояние передачи данных составляет до 120 метров в пределах прямой видимости, а для технологии IEEE 802.11b - до 30 метров [Инфокоммуникационные сети: энциклопедия. Том 1: Инфокоммуникационные сети: классификация, структура, архитектура, жизненный цикл, технологии / С. П. Воробьев, А. Е. Давыдов, В. В. Ефимов, В. И. Курносов; Под ред. С. П. Воробьева. - Изд. 2-е, перераб и доп. - СПб.: Наукоемкие технологии, 2019. - 739 с.].

Например, пусть оптимальное расположение дополнительного межсетевого соединения соответствует паре узлов доступа: 1.10 и 2.8 (фиг. 2).

5. С оптимально расположенного узла доступа сети первого оператора связи направляют подключенным к нему абонентским устройствам радиодоступа команду на формирование субканалов.

В качестве абонентских устройств радиодоступа 1.11-1.n и 2.11-2.n (фиг. 2), соответственно подключенных к узлам доступа 1.10 и 2.8 (фиг. 2) могут выступать точки доступа Wi-Fi (например, CiscoSRP521W-U).

Пусть абонентские устройства радиодоступа первой сети 1.11-1.n (фиг. 2) имеют адреса 192.0.2.129-192.0.2.n, а абонентские устройства радиодоступа второй сети 2.11-2.n (фиг. 2) - 203.0.113.1-203.0.113.n, соответственно.

Команда на формирование субканала, состоящая из условной комбинации битов, инкапсулируется в тело пакета, который отправляется всем абонентским устройствам радиодоступа, подключенным к узлу доступа.

Например, в качестве команды может быть выбрана комбинация битов «01010101» и направлена в теле пакета с узла доступа 1.10 (фиг. 2) всем абонентским устройствам радиодоступа 1.11-1.n (фиг. 2) по их адресам 192.0.2.129-192.0.2.n.

Здесь и далее, с материальной точки зрения, отправка (направление, передача) сообщений (команд, запросов, объявлений) осуществляется путем 1) генерации передающими модулями устройств (узлов доступа, абонентских устройств радиодоступа и др.) электрического (электромагнитного) аналогового сигнала, соответствующего цифровому представлению передаваемой информации, и 2) направления его по среде распространения.

При этом цифровое представление передаваемой информации суть пакет, битовая структура которого соответствует используемой на сети технологии, с инкапсулированной в его тело полезной нагрузкой (командой, запросом, объявлением и т.д.).

6. На абонентских устройствах радиодоступа при получении команды на формирование субканала проверяют радиоэфир на наличие служебных сигналов абонентских устройств радиодоступа, подключенных к оптимально расположенному узлу доступа сети второго оператора связи.

Абонентские устройства радиодоступа (в примере - точки доступа Wi-Fi), находящиеся в активном состоянии, через определенные временные интервалы отправляют в радиоэфир сигнальные кадры (служебные сигналы), содержащие информацию о собственных функциональных возможностях, поддерживаемых скоростях, политиках безопасности и идентификаторах (BSSID, SSID)[Смирнова В.В., Пролетарский А.В. и др. Технологии современных беспроводных сетей Wi-Fi. / под общ. ред. А. В. Пролетарского. - М: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. - 446].

Все действия, связанные с приемом и передачей радиосигналов, осуществляются штатными радиоприемными и радиопередающими модулями абонентских устройств радиодоступа, которые функционально состоят из антенны, входной цепи, усилителя, смесителя, гетеродина, детектора, аналого-цифрового преобразователя и цифро-аналогового преобразователя, усилителей, модулятора, генератора, антенны, соответственно.

Отличие абонентских устройств радиодоступа друг от друга, а также определение их принадлежности к различным сетям, осуществляется по находящемуся в сигнальных кадрах идентификатору (BSSID).

BSSID (Basic Service Set Identifier) - уникальный идентификатор базового набора услуг, который, как правило, совпадает с MAC-адресом устройства [Смирнова В.В., Пролетарский А.В. и др. Технологии современных беспроводных сетей Wi-Fi. / под общ. ред. А. В. Пролетарского. - М: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. - 446].

Например, пусть абонентским устройством радиодоступа 1.11 (фиг. 2) после получения команды в радиоэфире обнаружены служебные сигналы 4-х абонентских устройств радиодоступа сети второго оператора связи, логическое содержание и физические параметры которых представлены на фиг. 4.

7. С абонентских устройств радиодоступа сети первого оператора связи отправляют запрос на установление соединений с абонентскими устройствами радиодоступа сети второго оператора связи, у которых уровень сигнала наибольший.

Отправляют запрос на установление соединения, включающий перечень согласованных параметров радиолинии (частота, полоса пропускания, модуляция и т.д.) и логического канала (скорость, протокол и т.д.), по адресу устройства (идентификатору BSSID), уровень служебного сигнала которого наибольший.

Например, учитывая найденные абонентским устройством радиодоступа 1.11 (фиг. 2) сигналы (фиг. 4), по MAC-адресу AA:00:01:05:F3:B2(абонентское устройство радиодоступа второй сети 2.11, фиг. 2) в радиоэфир на частоте 2422 МГц отправляют запрос на установление соединения на скорости 18 Мбит/с.

9. Формируют субканалы между абонентскими устройствами радиодоступа двух операторов связи.

На основании предварительно согласованных параметров формируют субканалы, представляющие собой каналы связи точка-точка между абонентскими устройствами радиодоступа двух операторов связи.

Субканал может быть сформирован на основе технологии WDS-соединения, которое устанавливается между точками доступа с одновременным согласованием полного перечня необходимых параметров, в числе которых номер и ширина канала (частота), SSID, алгоритм шифрования, ключи шифрования и парольные фразы.

Например, пусть сформированы n субканалов между следующими парами абонентских устройств 1.11-2.11 (фиг. 2), 1.12-2.12 (фиг. 2), …, 1.n-2.n (фиг. 2).

10. С абонентских устройств радиодоступа отправляют сообщения о сформированных субканалах на узлы доступа, к которым они подключены.

Каждое абонентское устройство радиодоступа информирует узел доступа, к которому оно подключено, для чего отправляет сообщение, содержащее данные о пропускной способности сформированного субканала и идентификаторах устройства радиодоступа, с которым установлено соединение (его MAC-адрес и IP-адрес).

Например, абонентские устройства радиодоступа первой сети 1.11-1.n (фиг. 2) отправляют сообщение узлу доступа 1.10 (фиг. 2), а абонентские устройства радиодоступа второй сети 2.11-2.n (фиг. 2) - узлу доступа 2.8 (фиг. 2).

11. Формируют виртуальный канал связи между узлами доступа сетей операторов связи на основе агрегации сформированных субканалов.

Сформированные между абонентскими устройствами радиодоступа субканалы соединяют на физическом и канальном уровнях узлы доступа сетей операторов связи. Образование единого виртуального канала связи на сетевом уровне осуществляется по технологии агрегации каналов.

Агрегация (агрегирование) каналов - технология, которая позволяет объединить несколько физических каналов в один логический. Такое объединение позволяет увеличивать пропускную способность и надежность канала [Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Юбилейное издание. - СПб.: Питер, 2020. - 1008 с.].

Конкретная реализация технологии агрегации каналов может различаться (LACP, Ethernet trunk, NIC Teaming, Port Channel и др.), однако, в общем виде состоит в мониторинге состояния группы агрегируемых каналов (субканалов), постановке в соответствие логического канала группе агрегируемых каналов (субканалов) и балансировке между агрегируемыми каналами (субканалами) нагрузки, передаваемой по виртуальному каналу.

Материально формирование виртуального канала осуществляется 1) конфигурированием узлов доступа, путем ввода соответствующих команд через их интерфейс, за счет чего в память узлов записываются параметры, предопределяющие режимы их работы, и 2) функционированием узлов доступа в соответствии с сконфигурированными параметрами.

Например, на узлах доступа 1.10 и 2.8 (фиг. 2) агрегируют субканал 1 (1.11-2.11, фиг. 2), субканал 2 (1.12-2.12, фиг. 2), … и субканал n (1.n-2.n, фиг. 2), в результате чего формируют виртуальный канал 1.10-2.8 (фиг. 2).

12. С узлов доступа в свои сети отправляют объявления о доступности подсетей сети другого оператора связи.

Появление дополнительного межсетевого соединения изменяет физическую структуру сетей связи и открывает возможность взаимодействия пользователей (протекания потоков межсетевого трафика) через новый канал связи.

Для чего информация о доступности подсетей другого оператора связи через новую дополнительную точку присоединения (узел доступа) распространяется в сети оператора связи путем отправки объявлений о доступности (анонсов).

Распространение информации о доступности может осуществляться по известным протоколам динамической маршрутизации (BGP, RIP, IS-IS, OSPF и др.).

Например, узел доступа 1.10 (фиг. 2) отправляет узлу агрегации 1.7 (фиг. 2) объявления о доступности, по крайней мере, подсетей 203.0.113.0/26, 203.0.113.64/26 и 203.0.113.128/26, а узел доступа 2.8 (фиг. 2) узлу агрегации 2.5 (фиг. 2) - подсетей 192.0.2.0/26, 192.0.2.64/26 и 192.0.2.128/26. При этом получившие объявления узлы рассылают их другим узлам до полного распространения информации по всей сети.

Так узлу доступа 1.8 (фиг. 2), к которому подключен УС 1 (фиг. 2) становится известно о доступности подсети 203.0.113.128/26, которой принадлежит адрес УС 2 (фиг. 2), через точку присоединения 1.10 (фиг. 2).

13. Перестраивают маршруты прохождения межсетевого трафика.

После распространения в сетях связи информации о появлении дополнительно межсетевого соединения на каждом узле сети определяют новые маршруты прохождения трафика и обновляют маршрутно-адресные таблицы. После чего поток межсетевого трафика перераспределится между двумя межсетевыми соединениями.

Например, если критерием при построении маршрутов будет минимум транзитных элементов, то маршрут между УС 1 и УС 2 будет «УС 1-1.8-1.7-1.10-2.8-2.5-2.10-УС 2» (фиг. 2, выделено жирным).

После чего не учтенный при проектировании сетей связи трафик корпоративной системы управления пройдет через сформированный виртуальный канал (дополнительное межсетевое соединение), освободив при этом перегруженную точку обмена трафиком IXP (фиг. 2).

Оценка эффективности

Помимо осуществления управления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи эффект от применения способа также заключается в повышении эксплуатационных показателей взаимодействующих сетей связи, в частности - качества процесса доставки пакетов.

Эффективность () способа можно оценить путем сравнения коэффициентов потерь пакетов до () и после () применения способа:

Конкретное значение зависит от множества переменных факторов (физической структуры сети, интенсивности трафика, качества межсетевого соединения и др.).

Оценка эффективности способа осуществлена в среде моделирования AnyLogic на имитационной модели, отражающей ситуацию на фиг. 1, 2. По результатам моделирования эффективность составила от 23 до 67%, в зависимости от распределения интенсивности межсетевого трафика во времени.

На основании этого следует вывод, что заявленный способ управления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи позволяет реализовать заявленный процесс и решить техническую проблему.

Claims (1)

1. Способ управления маршрутизацией трафика между сетями операторов связи, заключающийся в том, что осуществляют выборку IP-пакетов во множестве точек присоединения сетей связи, сопоставляют IP-адреса выбранных пакетов с префиксами подсетей, взаимодействующих через точки присоединения сетей связи, на основе чего получают сводные данные, характеризующие потоки межсетевого трафика, перестраивают маршруты прохождения межсетевого трафика, отличающийся тем, что осуществляют поиск оптимального, соответствующего изменившемся объему и структуре потоков межсетевого трафика, расположения дополнительного межсетевого соединения, с оптимально расположенного узла доступа сети первого оператора связи направляют подключенным к нему абонентским устройствам радиодоступа команду на формирование субканалов, на абонентских устройствах радиодоступа при получении команды на формирование субканала проверяют радиоэфир на наличие служебных сигналов абонентских устройств радиодоступа, подключенных к оптимально расположенному узлу доступа сети второго оператора связи, с абонентских устройств радиодоступа сети первого оператора связи отправляют запрос на установление соединений с абонентскими устройствами радиодоступа сети второго оператора связи, у которых уровень сигнала наибольший, с абонентских устройств радиодоступа сети второго оператора связи при получении запроса отправляют ответ о готовности к формированию субканала, формируют субканалы между абонентскими устройствами радиодоступа двух операторов связи, с абонентских устройств радиодоступа отправляют сообщения о сформированных субканалах на узлы доступа, к которым они подключены, формируют виртуальный канал связи между узлами доступа сетей операторов связи на основе агрегации сформированных субканалов, с узлов доступа в свои сети отправляют объявления о доступности подсетей сети другого оператора связи.