А.М. Межуев1, К.А. Кобелев2, Д.Л. Стуров3, И.А. Кульбашный4

1–4 ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж, Россия)
1 multitenzor@mail.ru; 2 konst.kobelev@mail.ru; 3 777dmitry.sturov777@gmail.com; 4 ilja3668@rambler.ru

Постановка проблемы. Как показывает анализ информационной нагрузки цифровых систем связи (ЦСС) развитие технологий, обеспечивающих повышение скорости передачи информации по каналам связи, не позволяет в полной мере удовлетворить все требования для осуществления и поддержания устойчивого информационного обмена (ИО) между узлами коммутации (УК). Поэтому в современных условиях нередко возникают ситуации перегрузки ЦСС на отдельных участках (в каналах связи (КС) или узлах-ретрансляторах), а также частичной или полной потери пакетов на маршруте передачи информации. Данное обстоятельство вызывает возникновение противоречия между ограниченными канально-сетевыми ресурсами ЦСС и возможностями эффективного распределения постоянно возрастающего входного трафика. В свою очередь, это определяет актуальность и несомненную практическую значимость решения задачи эффективного распределения информационных потоков (маршрутизации) для обеспечения устойчивого функционирования и эффективного ИО в ЦСС с целью гарантированной доставки пакетов до УК получателя с наилучшими характеристиками по заданному критерию (например, с минимальной временной задержкой, с минимальным количеством потерь, с максимальной производительностью ЦСС). Существующие подходы и алгоритмы маршрутизации, реализуемые на базе протоколов ИО, используют в своей работе локальные метрические параметры, не позволяющие в полной мере обеспечить разрешение отмеченного противоречия. Перспективным направлением решения задачи распределения информационных потоков в ЦСС является применение для формирования метрики маршрутизации обобщенного показателя, который при выборе маршрута передачи информации одновременно учитывал бы скоростные характеристики и загруженность УК на отдельных интервалах связи.

Цель. Повысить качество ИО в ЦСС, выражающееся в уменьшении средней временной задержки и потерь пакетов при передаче информации от УК-отправителя до УК-получателя путем эффективного распределения информационных потоков на основе нового алгоритма маршрутизации, обеспечивающего определение оптимального маршрута передачи с использованием обобщенного показателя эффективности ИО – коэффициента полезного использования (КПИ) возможностей ЦСС по передаче и хранению информации на маршруте.

Результаты. Разработан алгоритм распределения информационных потоков (маршрутизации) в ЦСС на основе КПИ, используемого при формировании метрики для выбора оптимального маршрута передачи информации по заданному критерию.
С применением математического аппарата теории массового обслуживания в среде AnyLogic получена имитационная модель ИО в ЦСС с заданными структурами, реализующая организацию маршрутизации по разработанному алгоритму и по известному способу, осуществляющему минимизацию числа транзитных УК на основе алгоритма поиска кратчайших путей Дейкстры. Проведен анализ результатов моделирования, показавший высокие характеристики ИО (снижение средней временной задержки и потерь пакетов, увеличение производительности системы) при использовании предлагаемого алгоритма маршрутизации в ЦСС.

Практическая значимость. В результате исследований получены конкретные количественные характеристики основных параметров ИО, позволившие сформулировать практические рекомендации по использованию разработанного алгоритма распределения информационных потоков при реализации процедур алгоритмического контура комплексной многоконтурной адаптации, которые должны обеспечить своевременную реакцию системы на изменения условий функционирования и поддержание высокой эффективности ИО в широком интервале изменения входного трафика. Определены перспективы дальнейших исследований при организации маршрутизации в высокомобильных ЦСС различного назначения со сложными и динамически изменяющимися структурами, в том числе с использованием сети ретрансляторов на базе группы беспилотных летательных аппаратов.

Межуев А.М., Кобелев К.А., Стуров Д.Л., Кульбашный И.А. Алгоритм и модель распределения информационных потоков в цифровой системе связи с использованием обобщенного показателя // Наукоемкие технологии. 2025. Т. 26. № 2. С. 5−19. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j19998465-202502-01

1. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: Пер. с англ. М.: Наука. 1992. Ч. 1. 336 с.
2. Голдсмит А. Беспроводные коммуникации. М.: Техносфера. 2011. 904 с.
3. Клейнрок Л. Коммуникационные сети (стохастические потоки и задержки сообщений). М.: Наука, 1970. 256 с.
4. Берсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных. Изд. 2-е. Прентис-Холл, Энглвуд-Клиффс. Нью-Джерси. 1992. 556 р.
5. Клейнрок Л., Гейл Р. Системы массового обслуживания: проблемы и решения. Wiley-Interscience, 1996. 240 с.
6. Пасечников И.И. Методология анализа и синтеза предельно нагруженных информационных сетей: монография. М.: Машиностроение-1. 2004. 216 с.
7. Парфенов В.И., Золотарев С.В. Тензорный подход к решению задачи оптимальной маршрутизации в информационных сетях // Теория и техника радиосвязи. 2007. № 2. С. 5–11.
8. Request for Comments (RFC): 1142 OSI IS-IS Intra-domain Routing Protocol. Network Working Group. Digital Equipment Corp. February 1990. 152 p.
9. Request for Comments (RFC): 2328 OSPF Version 2. Network Working Group. Ascend Communications, Inc. April 1998. 244 p.
10. Request for Comments (RFC): 1058 Routing Information Protocol. Network Working Group. Rutgers University. June 1988. 33 p.
11. Request for Comments (RFC): 2453 RIP Version 2. Network Working Group. Bay Networks. November 1998. 39 p.
12. Патент № 2320092 (РФ), МПК7 H 04 J3/00. Способ и устройство для мультиплексирования элементов данных при асинхронном режиме передачи / И.И. Пасечников, Е.В. Головченко, В.С. Лунев, А.В. Воспитанюк. 2008.
13. Межуев А.М., Кобелев К.А., Стуров Д.Л., Неровный В.В. Способ распределения информационных потоков в цифровых системах связи с использованием обобщенного показателя // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 7. С. 92–103 DOI: https://doi.org/ 10.18127/j00338486-202407-18.
14. Боев В.Д. Исследование адекватности GPSS World и AnyLogic при моделировании дискретно-событийных процессов: монография. СПб.: ВАС. 2011. 404 с.
15. Межуев А.М., Пасечников И.И., Коренной А.В. Анализ функции эффективности информационной сети и алгоритм оценки режимов информационного обмена на основе производных обобщенного показателя // Электромагнитные волны и электронные системы. 2017. Т. 22. № 5. С. 12–22.
16. Назаров А.Н., Сычев К.И. Модели и методы расчета показателей качества функционирования узлового оборудования и структурно-сетевых параметров сетей связи следующего поколения. Красноярск: Поликом. 2010. 389 с.