Модели и методы структурного синтеза центров сопряжения корпоративных информационных сетей
Разнообразие названных групп ЦС и архитектурных решений внутри каждой группы говорит о том, что проектировщики и администраторы корпоративных сетей не имеют четкого представления о том, как выбрать то или иное ЦС под конкретные условия. В основном исходят из сообразительности цены или количества портов ввода-вывода. Если компания не ограничена в средствах, то при подключении сети нового филиала… Читать ещё >
Содержание
- 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ СОПРЯЖЕНИЯ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
- 1. 1. Особенности корпоративных информационных систем на примере ГИС
- 1. 2. Этапы анализа проблемы взаимодействия неоднородных сетей
- 1. 3. Топологический анализ функциональных схем центров сопряжения
- 1. 3. 1. Коммутаторы
- 1. 3. 2. Маршрутизаторы и шлюзы
- 1. 4. Характеристики центров сопряжения
- 1. 5. Принципы построения ЦС
- 1. 6. Формулировка задачи исследования
- Выводы по первой главе
- 2. СИСТЕМНАЯ МОДЕЛЬ ЦЕНТРА СОПРЯЖЕНИЯ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
- 2. 1. Структурно-функциональный анализ ЦС
- 2. 2. Структурная схема универсального ЦС
- 2. 2. 1. Алгоритм работы канального модуля
- 2. 2. 2. Алгоритм работы процессорного модуля
- 2. 2. 3. Схемы комплексирования
- 2. 2. 4. Организация памяти ЦС
- 2. 2. 5. Формализованная структура виртуального канала
- 2. 3. Математическое обеспечение расчета ВВХ ЦС
- Выводы по второй главе
- 3. КОМПЛЕКС МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ СОГЛАСОВАНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
- 3. 1. Модели согласования скоростей взаимодействующих неоднородных сетей, реализованные в канальном модуле ЦС
- 3. 1. 1. Согласование скоростей с помощью механизма скользящего окна
- 3. 1. 2. Согласование скоростей с помощью механизма управления темпом передачи
- 3. 1. 3. Согласование скоростей с помощью механизма «дырявое ведро»
- 3. 2. Модель фрагментации/сборки пакетов
- 3. 3. Анализ буферной памяти канального модуля ЦС
- 3. 1. Модели согласования скоростей взаимодействующих неоднородных сетей, реализованные в канальном модуле ЦС
- Выводы по третьей главе
- 4. СИСТЕМА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ АНАЛИТИЧЕСКОГО И ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЦС КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
- 4. 1. Аналитико-статистический метод оценки характеристик 116 матричного коммутатора
- 4. 1. 1. Алгоритм коммутации
- 4. 1. 2. Алгоритм построения связей между КЭ в двоичной МК
- 4. 1. 3. Декомпозиция матрицы коммутации
- 4. 1. 4. Имитационные модели КС с модификациями полной и эквивалентной МК. Методика моделирования КС-Б
- 4. 2. Аналитическая модель коммутатора с общей памятью
- 4. 2. 1. Определение составляющих среднего времени задержки пакета в коммутаторе с общей памятью
- 4. 2. 2. Анализ результатов аналитического моделирования
- 4. 3. Математическое моделирование коммутатора с общей шиной
- 4. 3. 1. Доступ к шине в режиме опроса
- 4. 3. 2. Доступ к шине в режиме прерываний
- 4. 3. 3. Множественный доступ к шине
- 4. 4. Аналитическая модель ЦС высокого уровня (маршрутизатор/шлюз)
- 4. 4. 1. Определение составляющих среднего времени выполнения процессов на ОМ
- 4. 1. Аналитико-статистический метод оценки характеристик 116 матричного коммутатора
- 4. 4. 3. Расчет суммарного среднего времени ожидания предоставления информационных ресурсов- tP
- 4. 4. 4. Расчет суммарного среднего времени ожидания в очереди активных процессов tA
- 4. 4. 5. Анализ результатов расчета характеристик маршрутизатора/шлюза
- 4. 5. Формирование матриц распределения ресурсов по секциям оперативной памяти
- 5. ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ЦС
- 5. 1. Генетические алгоритмы в задачах оптимизации
- 5. 2. Классический генетический алгоритм
- 5. 3. Методика структурного синтеза ЦС на основе алгоритма оптимизации
- 5. 4. Результаты работы алгоритма оптимизации
- 6. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦС
- 6. 1. Механизм системного времени в имитационных моделях ЦС
- 6. 2. Объекты и классы объектов ИМ универсального ЦС
- 6. 3. Имитационная модель коммутатора на основе матрицы коммутации типа «Баньян»
- 6. 3. 1. Особенности моделирования коммутатора с БЗУ на входе КЭ
- 6. 3. 2. Модель коммутатора с БЗУ на выходах КЭ
- 6. 3. 3. Особенности модели «чистый Баньян»
- 6. 4. Имитационная модель коммутатора с общей памятью
- 6. 4. 1. Алгоритм работы модели коммутатора с общей памятью
- 6. 4. 2. Анализ результатов имитационного моделирования коммутатора с общей памятью
- 6. 5. Имитационная модель коммутатора с общей шиной
- 6. 5. 1. Алгоритм работы модели коммутатора с общей шиной
- 6. 5. 2. Анализ результатов имитационного моделирования коммутатора с общей шиной
- 6. 6. Имитационная модель марщрутизатора/шлюза
- 6. 6. 1. Алгоритм функционирования ИМ маршрутизатора/шлюза
- 6. 6. 2. Анализ результатов моделирования маршрутизатора/шлюза
Модели и методы структурного синтеза центров сопряжения корпоративных информационных сетей (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Характерной тенденцией российского рынка информационных технологий является проникновение коммуникаций глобальных и распределенных сетей [8, 43, 55, 56, 57].
В настоящее время наблюдается бурный количественный и качественный рост компьютерных сетей. Эта тенденция, которая очевидно сохранится в ближайшее десятилетие, хорошо иллюстрируется беспрецедентным ростом сети Интернет, охватывающей все страны мира. Локальные компьютерные сети, являющиеся основой автоматизации деятельности отдельных предприятий и фирм, и распределенные сети, охватывающие города, регионы и континенты, проникли во все сферы человеческой деятельности, включая экономику, науку, культуру, образование, промышленность и т. д. Современные компьютерные сети обеспечивают пользователям широкий набор услуг, включая электронную почту, передачу факсимильных и голосовых сообщений, работу с удаленными базами данных в реальном масштабе времени, службу новостей и другие услуги. На базе компьютерных сетей реализуются: дистанционное обучение, телемедицина, телеконференции, телебиржи и телемагазины и т. д.
Научно-технический прогресс привел к появлению класса сложных крупномасштабных объектов или корпораций. К таким объектам относятся крупные производственные комплексы, системы коммунальных служб и транспорта, а также экономические и экологические системы регионов [76, 79].
Слово «корпорация» означает объединение предприятий, работающих под централизованным управлением и решающих общие задачи. Корпорация является сложной, многопрофильной структурой и вследствие этого имеет распределенную иерархическую систему управления. Кроме того, предприятия, отделения и административные офисы, входящие в корпорацию, как правило, расположены на достаточном удалении друг от друга, но должны иметь быстрый доступ к информации по всей компании. В условиях жесткой конкуренции борьбы в любом секторе рынка выигрывает, в конечном счете, та фирма, сотрудники которой могут быстро и правильно ответить на любой вопрос клиента. В наше время любая компания, независимо от ее размеров, просто немыслима без данных, представленных в электронном виде — баз данных клиентов, товаров, счетов, финансовых операций и многое другое. Для централизованного управления таким объединением предприятий, обеспечения совместного использования ресурсов и предоставления доступа к программам, оборудованию и особенно данным любому пользователю сети, независимо от физического расположения ресурса и пользователя, развертывается корпоративная сеть.
Таким образом, успешная работа многих организаций и компаний сегодня напрямую зависит от средств коммуникаций. Корпоративная сеть становится важнейшим информационным ресурсом предприятия.
Задача развертывания корпоративной сети имеет свои проблемы. Эти проблемы в основном связаны с организацией эффективного взаимодействия отдельных частей распределенной системы. Для выполнения взаимодействия необходимо объединить вместе различные и часто несовместимые (неоднородные) сети. Неоднородной называется сеть, в различных соединениях которой могут использоваться различные среды передачи данных, протоколы, операционные системы и приложения от множества различных поставщиков, работающие как единое целое. Неоднородность сетей включает несколько аспектов: в разных сетях — разная длина пакетов, разная скорость передачи данных, зависящая от качества канала и нагрузки в сетях, разная уровневая принадлежность к функциональным возможностям (уровни модели OSI), разная топология, разное программное обеспечение. Все функции по объединению и согласованию выполняются в центрах сопряжения (ЦС) неоднородных сетей разного уровня и назначения — мостов, коммутаторов, маршрутизаторов и шлюзовобеспечивающих сопряжение и необходимое преобразование в терминах, как аппаратуры, так и программного обеспечения. Можно сказать, что перечисленное активное сетевое оборудование, является основой построения больших корпоративных сетей и определяет ее распределенность и топологию.
ЦС корпоративной сети выполняются в виде многопроцессорных много портовых устройств, так как, выполняя основную функцию сопряжения нескольких разнородных сетей, вынуждены обрабатывать большие потоки информации (нагрузка на ЦС суммируется), что приводит к необходимости распараллеливания во времени функций и обработки поступающих на его вход пакетов. Основное достоинство параллельных систем заключается в том, что они могут динамически настаиваться под конкретные внешние условия, в частности, за счет перераспределения своей мощности в зависимости от приоритета решаемых задач.
Разнообразие названных групп ЦС и архитектурных решений внутри каждой группы говорит о том, что проектировщики и администраторы корпоративных сетей не имеют четкого представления о том, как выбрать то или иное ЦС под конкретные условия. В основном исходят из сообразительности цены или количества портов ввода-вывода. Если компания не ограничена в средствах, то при подключении сети нового филиала компании или развертывании частной глобальной сети, объединяющей филиалы, разбросанные на тысячи километров по всей стране, закупается и устанавливается самое мощное оборудование сопряжения сетей, имеющееся на современном рынке. В действительности же, центры сопряжения оказываются загруженным на 10 20%, и даже в ближайшей перспективе не видно признаков к повышению нагрузки. Но если через какое-то время встает задача объединения с другой мощной сетью, то неиспользованной производительности и интеллектуальных функций уже не хватает. Поэтому «слепое» приобретение все новых и новых серверов, систем хранения, станций, центров сопряжения должно смениться обоснованным выбором интеллектуальных решений, которые должны стать ключом к оптимизации и сокращению затрат на приобретение нового оборудования. Это должны быть абсолютно новые решения, позволяющие повысить отдачу от уже сделанных инвестиций, т. е. архитектура многопроцессорного ЦС должна быть динамически настраиваема в зависимости от степени неоднородности взаимодействующих сетей и иметь оптимальную конфигурацию, достаточную для обеспечения необходимого качества обслуживания.
Корпорация Cisco, которая активно занимается разработкой и тестированием межсетевого оборудования, особенно коммутаторами, в 2002 г. объявила о начале работы над концепцией обобщенного ЦС, способного настроиться на любые внешние условия. Однако, анализ специальной современной литературы пока не дает информации о полученных в этом направлении результатов.
Таким образом, при построении корпоративной сети, а также на этапах настройки, доводки и модернизации сети комплексирование готовых аппаратных решений межсетевого взаимодействия требует методики, обеспечивающей направленное формирование облика ЦС с заданным набором свойств. Определение заданного набора свойств потребует разработки соответствующих принципов, методов и средств (моделей, расчетных методик) оценивания характеристик ЦС на предмет соответствия требуемому качеству обслуживания при заданном либо прогнозируемом трафике.
В результате, объединение в единую интегрированную систему разрозненных информационных ресурсов корпоративной сети актуализирует разработку принципов, эффективных методов, средств и методики построения центров сопряжения разного уровня и назначения.
Трудности создания ЦС корпоративных сетей, заключаются в том, что практически отсутствует возможность использования физических моделей и натурного эксперимента при их разработке. Поэтому особое значение при проектировании приобретают математическое моделирование и вычислительный эксперимент на модели [25, 51, 60, 99, 134,142,].
По вопросам моделирования сетей и ее элементов опубликовано большое число работ, среди которых отметим работы В. А. Богатырева, А. В. Бухрименко, JI.E. Варакина, В. М. Вишневского, В. А. Ершова, Г. П. Захарова, А. П. Кулешова, О. И. Кутузова, В. Г. Лазарева, В. В. Лохмотко, И. А. Мизина, Ю. Г. Поляка, Б. Я. Советова, С. А. Яковлева, Л. Клейнрока, Д. Мартина, М. Фишера, М. Шварца.
Разработка теории математического обеспечения моделирования сложных систем, которыми являются МУ, осуществлялась с использованием результатов исследований Г. П. Башарина, В. М. Вишневского, Б. В. Гнеденко, И. Н. Коваленко, О. И Кутузова, В. А. Костенко, А. Н. Назарова, А. Я. Городецкого, В. Столлингса, К Вейцмана.
Работы этих ученых и ряда других составляют теоретическую базу моделирования сетей и ее элементов. Это научное направление находится в состоянии постоянного развития.
Математической базой методологии структурно-функционадьного анализа мультипроцессорных систем, какими являются центры сопряжения стали сети массового обслуживания — СеМО. Стохастический характер поступления данных и детерминированная обработка их в центрах сопряжения предопределяют использование моделей теории МО для анализа и проектирования ЦС.
Модели сетей МО применяются для анализа характеристик протоколов практически всех уровней (в первую очередь второго, третьего и четвертого). На канальном уровне эти модели используются для определения эффективности скорости передачи данных (многочисленные работы по исследованию протоколов канального уровня подробно представлены, например в [5, 11, 57]). При анализе сквозных протоколов модели теории сетей МО позволяют находить межконцевую задержку сообщений (пакетов), определять параметры управления потоком и т. д. Сетевые модели отдельных компонент компьютерных сетей адекватно отражают многоэтапный процесс обработки кадров (пакетов) в этих устройствах, позволяя не только рассчитывать характеристики, но и осуществлять выбор различных параметров, например объемов буферной памяти сетевого узла. В то же время необходимость решения оптимизационных задач требует применения упрощенных моделей сетей МО, позволяющих находить явный вид целевой функции, в качестве которой используется время задержки кадра (пакета).
Предположением, необходимым для возможности использования аналитических моделей сетей МО, является предположение о независимости [29], суть которого состоит в том, что времена передачи сообщений (пакета) по разным каналам связи предполагаются независимыми случайными величинами. В то же время очевидно, что длительности обслуживания сообщения в разных каналах пропорциональны длине этого сообщения и, следовательно, зависимы. Дополнительные зависимости вносятся процессами согласования скоростей неоднородных сетей, сборки и разборки сообщений на пакеты.
Модели СМО (как и любые математические модели) не в состоянии полностью отразить сложные и многообразные информационные процессы в компьютерных сетях и, кроме того, их использование обусловлено рядом предположений (таких как предположение о независимости). Однако, как показывает опыт проектирования и измерений реальных сетей, они являются достаточно точным и практически единственным хорошо разработанным математическим аппаратом, позволяющим осуществлять выбор альтернативных вариантов, расчета и оптимизацию характеристик на этапе проектирования ЦС.
Наиболее разработана теория экспоненциальных СеМО. Разработаны практические формы расчета ВВХ экспоненциальных СеМО. Экспоненциальность, однако, довольно сильное ограничение. Поэтому для анализа СеМО используют и алгоритмические методы, реализуемые с помощью имитационных моделей.
Как правило, под имитационной моделью понимается специальный программный комплекс, который позволяет имитировать деятельность какого-либо сложного объекта [133]. И это действительно так. За период 1990;2005 гг. в поколении систем имитационного моделирования разработан достаточно обширный ряд специализированных пакетов [60]. Есть пакеты с имитационными моделями, воссоздающими информационные процессы, протекающие в сетях [134].
Практика, однако, показывает, что зачастую при построении моделирующих программ используют те пакеты и те языки, с которыми работают при решении и других задач. В вузах, например, широко используют Delphi, в задачах обработки данных в распределенных системах — С++, и т. п.
Использование имитационного моделирования вызвано необходимостью учета динамических и стохастических характеристик функционирования исследуемых ЦС. Возникающие при этом задачи приводят к моделям, в которых критерии и ограничения, накладываемые на параметры системы, задаются не аналитически [28, 46]. Решение задач такого типа применительно к системам со значительным числом варьируемых параметров исключительно сложно и на практике часто сводится к многократно повторяющимся циклам моделирования, анализа и оценки полученных данных, корректировки параметров.
Учитывая сказанное выше, можно сделать следующий выводсовокупность задач по созданию ЦС, во многом определяющих жизнеспособность корпоративных сетей и соответствующих методов и моделей для оценки ВВХ ЦС корпоративных сетей представляет собой важную научную проблему, имеющую большое значение для экономики страны.
Цель диссертационной работы состоит в разработке методологии синтеза и моделирования центров сопряжения неоднородных информационных сетей с заданным набором свойств.
В соответствии с указанной целью в работе поставлены, обоснованы и решены следующие задачи:
1. Обосновать и разработать принципы построения центров сопряжения, как систем, обеспечивающих взаимодействие корпоративных информационных сетей.
2. Разработать системную модель центра сопряжения, отражающую уровни и страты межсетевого взаимодействия.
3. Разработать комплекс моделей процессов согласования, реализуемых в центрах сопряжения корпоративных информационных сетей.
4. Предложить систему методов и алгоритмов аналитического и имитационного моделирования функционирования центров сопряжения корпоративных информационных сетей.
5. Разработать методику структурного синтеза центра сопряжения корпоративных информационных сетей и получить экспериментальные соотношения, составляющие основу процедур выбора структуры ЦС.
Объектом исследования являются центры сопряжения неоднородных сетей разных архитектурных решений и функциональных возможностей, выполненные в виде многопроцессорных вычислительных комплексов.
Предметом исследования является аналитическое и имитационное моделирование процессов функционирования центров сопряжения неоднородных сетей.
Методы исследования. Решение сформулированной в диссертационной работе проблемы анализа вероятностно-временных характеристик и методики синтеза структуры центра сопряжения неоднородных сетей, достаточной для обеспечения необходимого качества обслуживания, базируется на методах системного анализа, теории вероятности, случайных процессов и математической статистики, теории алгоритмов, сетей массового обслуживания, линейной алгебре, методах численного анализа, теории оптимизации, исследования операций и имитационного моделирования.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Принципы построения центров сопряжения как систем, обеспечивающих взаимодействие корпоративных информационных сетей.
2. Системная модель центра сопряжения, отражающая уровни и страты межсетевого взаимодействия.
3. Комплекс моделей процессов согласования, реализуемых в центрах сопряжения корпоративных информационных сетей.
4. Система методов и алгоритмов аналитического и имитационного моделирования функционирования центров сопряжения корпоративных информационных сетей.
5. Методика структурного синтеза центра сопряжения корпоративных информационных сетей и экспериментальные соотношения, составляющие основу процедур выбора структуры ЦС.
Научная новизна работы. Научная новизна работы состоит в разработке основ прикладной теории синтеза центров сопряжения корпоративных информационных сетей, базирующейся на аналитическом, аналитико-имитационном и имитационном моделировании и обеспечивающая нахождение структур центров сопряжения корпоративных информационных сетей, удовлетворяющих заданным наборам свойств.
Новые научные результаты:
1. Принципы построения центров сопряжения корпоративных информационных сетей отличаются группировкой и порядком их применения для формирования универсальной среды синтеза ЦС, что позволяет получать решения с заданными свойствами на многообразии вариантов сопряжения корпоративных информационных сетей.
2. Системная модель центра сопряжения корпоративных информационных сетей отличается выделением минимально полного набора структурных элементов, присущих всему многообразию вариантов ЦС, что позволяет обеспечить универсальность данной модели в различных задачах синтеза структуры ЦС.
3. Комплекс моделей процессов согласования, реализуемых в центрах сопряжения, отличается учетом существующих стратегий межсетевого взаимодействия, что дает возможность оценить необходимые требования к характеристикам согласования независимо от архитектуры и функциональных возможностей ЦС.
4. Система методов и алгоритмов аналитического и имитационного моделирования функционирования центров сопряжения отличается возможностью формирования пространства вероятностно-временных характеристик ЦС при различных уровнях сложности протекающих в них процессов, что позволяет исследовать варианты системотехнических решений в широком диапазоне изменения неопределенностей исходной информации о взаимодействующих сетях.
5. Методика структурного синтеза центра сопряжения корпоративных информационных сетей отличается комбинированным применением этапов автоматической генерации множества альтернативных структур ЦС на основе генетического алгоритма и «ручного» выбора предпочтительного варианта, что позволяет осуществлять многокритериальный синтез структуры ЦС в условиях близких к реальным.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается: корректностью математических выкладок, обоснованностью используемых ограничений, корректностью интерпретации в предметной области, результатами моделирования и экспериментальной проверки методов, алгоритмов и программного обеспечения, а также результатами практического использования разработанных в диссертации математических, алгоритмических и программных методов и средств.
Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в полученных расчетных выражениях, алгоритмах и методиках, реализующих синтез структур центров сопряжения и оценивание их функциональных характеристик. Предлагаемые аналитические, аналитико-имитационные и имитационные модели и методы могут применяться для решения конкретных задач исследования согласований неоднородных сетей и проектирования корпоративных информационных систем, а также при выборе сетевого оборудования, предназначенного для учебных заведений, государственных и коммерческих организаций.
Реализация и внедрение результатов работы.
Теоретический базис разработанных методов и моделей по оценке ВВХ и структурному синтезу центров сопряжения неоднородных сетей основан на исследованиях, результаты которых обобщены в монографии, учебных пособиях, научных статьях и в докладах на российских и международных конференциях. Часть разработанного программного обеспечения зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию (имеется 6 свидетельств об отраслевой регистрации разработок).
Тематика научных исследований, выполненных в диссертации связана с планами кафедры «Информационные управляющие системы» Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций (СПбГУТ) и с выполнявшимися в СПбГУТ в 2005;2006 гг. научно-исследовательскими работами: «Сравнительный анализ решений по созданию инфраструктуры организации доступа к услугам операторов зоновой междугородной и международной связи в условиях демонополизации рынка дальней связи на сетях ОАО «Северо-Западный Телеком» (Гос per. № 071−06−054), «Разработка корпоративных стандартов и внутрифирменной документации, ориентированной на организацию производственного процесса при внедрении новых услуг связи на базе оборудования» (Гос per. № 017−06−054).
Полученные в диссертации результаты нашли практическое применение на следующих предприятиях:
ФГУП НИИ «Масштаб», ФГУП «НПО «Импульс» и Ленинградском Военном округе при проектировании систем связи специального назначения;
Ленинградском отраслевом научно-исследовательском институте связи при проведении работ по разработке основополагающих документов развития отрасли связи «Концепция программы развития связи и информатизации Российской Федерации до 2015 г.»;
ОАО «Северо-Западный Телеком» при разработке «Концепции технического развития ОАО „Северо-Западный Телеком“ на период 2003;2007 гг.»;
ОАО «Мегафон» и ОАО «ЭР-Телеком» при анализе различных вариантов построения и проектировании телекоммуникационных сетей;
ОАО «Гипросвязь СПб» при планировании работ по адаптации оборудования к требованиям заказчиков, подготовке контрактов на поставку аппаратных и программных средств центров обработки информации и сопряжения корпоративных сетей, при послепродажной поддержке оборудованияпроектировании центров сопряжения корпоративных информационных сетей;
Результаты диссертационной работы, связанные с моделями согласования корпоративных сетей, нашли отражение в госбюджетной научно-исследовательской работе по теме ГБ-2/АСОИУ-17 «Модели и методы реализации информационных технологий», выполняемой на кафедре «Автоматизированные системы обработки информации и управления» по единому заказ-наряду Министерства общего и профессионального образования РФ в период с 1993;1997 гг.
Результаты, связанные с методикой структурного синтеза центров сопряжения корпоративных информационных сетей отражены в научно-исследовательских работах по грантам для молодых кандидатов наук г. Санкт-Петербурга с 2003;2005 гг.: «Разработка моделей и методики расчета характеристик коммутаторов распределенных вычислительных систем» (Шифр гранта PD03−2.0−96, 2003 г.), «Разработка метода и алгоритмов статистического моделирования межсетевых устройств матричного типа» (Шифр гранта PD04−2.0−74, 2004 г.), «Разработка процедуры оптимизации мультипроцессорных устройств сопряжения корпоративных сетей» (Шифр гранта PD05−2.0−42, 2005 г.).
Основные научные результаты диссертации используются в учебном процессе при чтении лекций, курсовом и дипломном проектировании, проведении студенческих НИР и в лабораторных работах на кафедре «Информационные управляющие системы» Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, кафедре «Морские информационные технологии» Российского государственного гидрометеорологического университета. Издано 4 учебных пособия, в том числе с рекомендациями УМО вузов по университетскому политехническому образованию, и ряд методических указаний.
Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами о внедрении.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на следующих международных, всероссийских и региональных конференциях: Межвузовской конференции «Управляющие вычислительные системы. Новые технологии», Вологда, 1999 г.- международной научно-технической конференции «Транском-99», Санкт-Петербург, 1999; Научно-методическом семинаре «Информационные сети и системы», Москва, 1999 г.- VII Международной конференции «Региональная информатика — 2000», Санкт-Петербург, 2000; VI Международной конференции по информационным сетям и системам ISINAST, Санкт-Петербург, 2−7 октября 2000 г.- II научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов стран СНГ «Техника и технология связи», Санкт-Петербург, 2000 г.- VII Международной конференции по информационным сетям и системам ISINAST, Санкт-Петербург, 2001 г.- Международной конференции по телекоммуникациям 1ЕЕЕЛСС2001, Санкт-Петербург, 11−15 июня 2001 г.- VIII международной научно-методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки», Санкт-Петербург, 2001 г.- IV международной конференции по мягким вычислениям и измерениям, Санкт-Петербург, 2002 г.- IV всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий», 7−12 августа, г. Улан-Удэ, 2003 г.- I всероссийской научно-практическая конференция по вопросам применения имитационного моделирования в промышленности, Санкт-Петербург, 2003 г.- международной научно-технической конференции «Транском-2004», Санкт-Петербург, 2004; Международной конференции «Приборостроение в экологии и безопасности человека», 10−12 ноября 2004 г.- Санкт-Петербургской научно-практической конференции «Проблемы подготовки кадров в сфере инфокоммуникационных технологий», Санкт-Петербург, 1−3 марта 2005 г.- II всероссийской научно-практическая конференция по вопросам применения имитационного моделирования в промышленности, Санкт-Петербург, 2005 г.- Международной научно-методической конференции «Инновационные программы и их роль в повышении уровня подготовки специалистов», 16−19 октября, Санкт-Петербург, 2006 г.- кафедральных семинарах и научно-технических конференциях Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича в 1997;2006 гг.- Российского государственного гидрометеорологического университета в 2002;2006 гг.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 48 научных работ: 1 монография, 1 депонированная рукопись, 32 статьи, из которых 10 — из перечня ведущих рецензируемых журналов и изданий, определенных ВАК Минобрнауки РФ, 14 в материалах российских и международных научно-технических конференций. Зарегистрировано 5 программ для ЭВМ в отраслевом фонде алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, двух приложений и списка литературы, включающего 151 наименование. Основная часть работы изложена на 260 страницах машинописного текста. Работа содержит 153 рисунка и 21 таблицу.
Основные результаты работы заключаются в следующем.
1) Теоретико-метологические основы структурного синтеза центров сопряжения корпоративных информационных сетей. В этом направлении разработаны:
Принципы построения центров сопряжения неоднородных информационных корпоративных сетей, включающие описания:
• сопряжения на системном, функциональном, информационном и аппаратном уровнях,.
• источников и типов неоднородностей взаимодействующих сетей,.
• анализа и классификации типов трафика и требований к качеству его обслуживания,.
• структурно-функционального анализа проектных вариантов центров сопряжения.
— Системная модель, представляющая универсальный центр сопряжения как мультипроцессорную параллельную систему, состоящую из структурно-функциональных модулей, обеспечивающих требуемую функциональную полноту. Модель отражает многоэтапность и многофункциональность процессов обслуживания и согласования.
— Аналитические и имитационные модели процессов согласования форматов пакетов, скоростей и буферных емкостей, реализуемых в ЦС неоднородных информационных сетей.
— Аналитические и ускоренные имитационные методы анализа предложенных моделей, описывающих процессы функционирования ЦС.
2) Инструментальные средства:
— Комплекс методов и алгоритмов по расчету дифференциальных и системных характеристик центров сопряжения корпоративной сети, распространяющийся на различные группы и типы ЦС.
— Алгоритм последовательного распределения общих информационных ресурсов ЦС по секциям оперативной памяти, основанный на принципе оптимальности Белмана и позволяющий получить матрицу распределения информационных ресурсов.
— Методика структурного синтеза центра сопряжения корпоративных информационных сетей, основанная на комбинированном применении этапов автоматической генерации множества альтернативных структур ЦС на базе генетического алгоритма и «ручного» выбора предпочтительного варианта, что позволяет осуществлять многокритериальный синтез структуры ЦС в условиях близких к реальным.
3) Экспериментальные и прикладные результаты:
Базовое программное обеспечение, позволяющее синтезировать модель центра сопряжения любой структуры и функционального назначения для проведения натурных экспериментов с исследуемой моделью.
Экспериментальные соотношения вероятностно-временных характеристик, отражающие зависимость от различных внешних и внутренних влияющих факторов, доказывающие правомерность и эффективность предложенных методов, алгоритмов и методик.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В рамках диссертационной работы проведено теоретическое обобщение и получено решение важной научно-технической проблемы создания методологической базы, методов, моделей и алгоритмов, обеспечивающих системный анализ и структурный синтез центров сопряжения корпоративных информационных сетей.
Список литературы
- Авен О. И., Турин Н. Н., Коган Я. А. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем. — М.: Наука, 1992. — 464 с.
- А. Архипов, Ю. Голованов, «Ками-Север» Интернет как основа для создания ГИС" Журнал «ИнфоБизнес» Издательский дом «КОМПЬЮТЕРРА», 2005.
- Е.Н. Бендерская, Д. Н. Колесников и др. Моделирование систем с использованием теории массового обслуживания. Учебное пособие под ред. д.т.н. Д. Н. Колесникова. СПб.: СПб ГПУ, 2003. 180 с.
- Д. Бертсекас, Р. Галлагер Сети передачи данных. М.: Мир, 1989. — 544 с.
- Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты и интерфейсы / Пер. с англ. -М.: Мир, 1990.-506 с.
- Богуславский Л. Б., Дрожжинов В. И. Основы построения вычислительных сетей для автоматизированных систем. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 256 с.
- П.П. Бочаров Сеть массового обслуживания с сигналами со случайной задержкой/УАвтоматика и телемеханика. 2002. — № 9. — С.90−101
- В.Л. Бройдо Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2002 г.- 688 с.
- С.А. Буженков, Е. А. Ракитина Моделирование и формализация. Методическое пособие. -М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. 336 с.
- Венскаускас К. К., Малахов Л. М. Основные технико-экономические характеристики передачи данных и сетей ЭВМ. М.: ЦНТИ, 1987. — 63 с.
- К. Вейцман Распределенные системы мини- и микро-ЭВМ/Пер. с англ. -М.: Финансы и статистика, 1983.-382 с.
- В.М. Вишневский Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003. 512 с.
- В.В. Воеводин, Вл. В. Воеводин Параллельные вычисления. СПб.: БХВ, 2002. 608 с.
- Вычислительные машины, системы и сети: Учебник/А.П. Пятибратов, С. Н Беляев и др. М.: Финансы и статистика, 1991. — 400 с.
- Гаскаров Д.В., Истомин Е. П., Кутузов О. И. Сетевые модели распределенных автоматизированных систем.- СПб.: Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отделение, 1998. 353 с.
- Б.В. Гнеденко, И. Н. Коваленко Введение в теорию массового обслуживания. -М.: Наука, 1987. -336 с.
- В. Г. Горбачев ИнМета инструментальный ГИС-комплекс для создания территориальных информационных систем масштаба города, региона// Бизнес и ГИС (www.integro.ru), Уфа. 2005.
- А .Я. Городецкий, B.C. Заборовский Информатика. Фрактальные процессы в компьютерных сетях. Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000, 102 с.
- О.Н. Граничин Введение в методы стохастической оптимизации и оценивания: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 2003. — 131 с.
- А.Ф. Григорьев, П. Д. Кужелев Геоинформационная система — сетевой вариант. Московский государственный университет геодезии и картографии, Москва, 2005
- М. Гук Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия- СПб.: Питер, 2000 г.- 576 с.
- А.В. Давыдов, B.C. Шиндер «Геоинформационные технологии в Internet» Журнал «СЮ» Издательский дом «КОМПЬЮТЕРРА», 2005 г.
- Т.С. Довженок Инвариантность стационарного распределения сетей с обходами и «отрицательными» заявками//Автоматика и телемеханика. № 9,2002.
- В. Дубинин Проектирование и реализация распределенных систем на основе ЛВС. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пензенский государственный университет, 2005
- В.П. Евдокимов, В. И. Маловицкий, Ю. А. Семинишин и др. Моделирование систем сбора и обработки данных. М.: Наука, 1983. -128 с.
- Н.В. Ефанов Динамически настраиваемая среда на основе технологии NGIO
- JI. Кассел, Р. Остинг Компьютерные сети и открытые системы. М.: Техносфера, 2003. 592 с
- В. Кельтин, А. Лоу Имитационное моделирование. Пер. с англ. СПб.: Изд-во Питер- Киев: Изд. группа БХВ, 2004. — 847 с.
- Л. Клейнрок Вычислительные системы с очередями: Пер. с англ. М.:Мир, 1979.-600 с.
- Джоэл Коновер Парад коммутаторов Gigabit Ethernet/VCera и системы связи. № 1, 2005. С. 28−40.
- Джоэл Коновер Коммутация на четвертом уровне. Что под этим подразумевают производители ?//Сети и системы связи. № 11,2002. С. 47−51.
- Джоэл Коновер Шесть проектов корпоративной сети АТМ//Сети и системы связи. № 3 (37), 2003. С. 54−65.
- А.И. Кормильцев Как построить оптимальную систему хранения данных//Сети и системы связи. № 11, 2002. С. 52−58.
- В.В. Корнеев, А. В. Киселев Современные микропроцессоры. М.: НОЛИДЖ, 2000. 240 с.
- В.А. Костенко Принцип построения генетических алгоритмов и их использование для решения задач оптимизации// Программирование, 2002.
- В.А. Костенко, Р. Л. Смелянский, А. Г. Трекин Синтез структур вычислительных систем реального времени с использованием генетических алгоритмов//Программирование, 2000.
- В.А. Костенко, А. Г. Трекин Формализация задачи синтеза архитектур и ее особенности// Программирование, 1999.
- В.А. Костенко, В. Г. Романов, Р. Л. Смелянский Алгоритмы минимизации аппаратных ресурсов ВС//Труды третьей Международной научной конференции «Дискретные модели в теории управляющих систем». М.: Диалог МГУ, 1998. с. 53−58.
- В.В. Крухмалев, В. Н. Гордиенко, А. Д. Моченов, В. И. Иванов, В. А. Бурдин, А. В. Крыжановский, J1.A. Марыкова Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. М.: Горячая линия — Телеком, 2004.-510 с.
- В.А. Крюков Коммуникации в распределенных системах Лаборатория Параллельных Информационных Технологий, НИВЦ МГУ на сайте http://www.mpi-forum.org.
- Кульчин Технологии корпоративных сетей. СПб: Издательство «Питер», 2000 704 с.
- Дж. Куроуз, К. Росс Компьютерные сети. СПб.: Питер, 2004. 765 с.
- О.И. Кутузов Методы и модели ускоренной имитации в задачах разработки сетей интегрального обслуживания АСУ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург, 1996.
- О.И. Кутузов, В. И. Задорожный, С. И. Олзоева Имитационное моделирование сетей массового обслуживания: Учебное пособие. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2001 — 228 с.
- Лазарев В.Г. Интеллектуальные цифровые сети: Справочник/Под ред. академика Н. А. Кузнецова. -М.: Финансы и статистика, 1996. -224 с.
- Б.Я. Лихтциндер, М. А. Кузякин, А. В. Росляков, С. М. Фомичев Интеллектуальные сети связи. — М.: Эко-трендз, 2000
- Д. Мартин, К. Чапмен, Д. Либен ATM. Архитектура и реализация. М.: Изд-во «Дори», 2000. — 213 с.
- О. Мельник Геоинформационные системы: частные и корпоративные применения// Журнал «ИнфоБизнес» Издательский дом «КОМПЬЮТЕРРА», 2002
- А.Н. Назаров Модели и методы расчета структурно-сетевых параметров52.