Моделирование и оптимизация проектных решений при проектировании мультисервисных сетей связи

Актуальность темы

Одной из важнейших проблем современного общества является создание высокоэффективной телекоммуникационной среды. Без решения вопроса доступа к распределенным информационным ресурсам чрезмерно затруднительно построение единого информационного пространства и внедрение в сферы науки, бизнеса, медицины, производства и т. д. новейших информационных технологий. Кроме того, информационное обеспечение является важнейшим фактором развития экономики и оказывает влияние на обороноспособность страны.

В обозначенной проблеме одно из ключевых мест занимают вопросы оптимизации технико-экономических вариантов построения сетей связи. Особенно это важно в том случае, когда в проектируемую сеть передачи данных необходимо заложить возможность безболезненно интегрироваться в уже существующую информационную структуру. Сети связи последнего поколения характеризуются интеграцией услуг для конечного пользователя, достаточно высокими требованиями к пропускной способности и качеству каналов связи, приоритетным обслуживанием real-time трафика, что, следовательно, накладывает дополнительные ограничения на процесс разработки структуры сети передачи данных, а также повышает экономические затраты при построении сетей. Известно, что применение научных математических подходов при проектировании и разработке структуры сетей сокращает затраты ввода сети в эксплуатацию примерно на 7−10%. Соответственно использование высокоинтеллектуальных современных инструментальных программных средств проектирования мультисервисных сетей передачи данных позволяет ускорить процесс проектирования, а также сэкономить средства, которые впоследствии могут быть использованы на улучшение характеристик работы сети, ее модернизацию или же внедрения дополнительных сервисов, предоставляемых сетью.

Известные пакеты прикладных программ, используемые при проектировании мультисервисных сетей связи в своей работе направлены, как правило, на моделирование структуры самой сети, не учитывая при этом в должном объеме важных фактор совместимости с уже имеющимся оборудованием и структурой сети, оптимизацию экономических параметров проектируемой сети, вопросы прогнозирования трафика. Таким образом разработка комплекса методов и инструментальных средств, охватывающих моделирование и оптимизацию проектных решений при проектировании ИТС, является актуальной задачей.

Целю диссертационной работы является исследование проблем построения мультисервисных сетей связи, разработка математических моделей, предназначенных для анализа, синтеза и оптимизации параметров сетей передачи данных.

Достижение поставленной цели предполагает постановку и решение следующих задач:

• исследование процесса построения мультисервисных сетей связи, выявление основных этапов проектирования, анализ существующих технологий сетей передачи данных;

• установка сущности и проблемы проектирования мультисервисных сетей связи с использованием телекоммуникационного оборудования различных производителей;

• анализ существующих САПР сетей передачи данных, их достоинств и недостатков при выполнении отдельных этапов проектирования;

• осуществление разработки математической модели территориальной мультисервисной сети, отвечающую требованиям расчета основных параметров сети;

• разработка модели поиска оптимального решения на различных этапах построения мультисервисной сети передачи данных разработка комплекса методов и средств оптимизации различных параметров проектных решений, таких как экономические затраты, производительность сети, маршрутизация в ядре сети и других параметров.

Теоретическая и методологическая основы исследования. При выполнении работы использованы элементы общей теории систем, теории массового обслуживания, теории автоматов, теории графов, методы многокритериальной оптимизации, элементы нечеткой математики и лингвистический подход.

Научная новизна. В результате проведенного исследования получены и выносятся на защиту следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Математическая модель мультисервисной СПД, построенная на основе теории шкалированных автоматов, отличающаяся адаптированностью к современным используемым технологиям.

2. Методика проектирования мультисервисных сетей на основе многовариантной интеграции, охватывающая весь процесс проектирования сетей и позволяющая использовать на различных этапах наиболее удобные и эффективные методы обработки данных и оптимизации структуры сети.

3. Модель поиска оптимального решения на различных этапах проектирования мультисервисной СПД, обеспечивающая декомпозиционный подход, основанный на принципах многовариантной интеграции.

4. Комплекс методов оценки и прогнозирования изменения трафика во времени на основе математической модели распространения эпидемии и регрессионных моделей, отличающийся возможностями построения комплексных прогнозов для мультисервисных сетей передачи данных.

5. Процедура. оптимизации расчетных экономических параметров при проектировании мультисервисных СПД на основе использования модели замкнутой экспоненциальной модели сети МО, отличающаяся возможностью оперирования нечеткими величинами.

Практическая ценность диссертационной работы. Результаты и рекомендации, полученные в ходе исследований, могут быть использованы в деятельности структур и организаций, занимающихся проектированием и строительством территориально распределенных мультисервисных сетей передачи данных.

Практическое значение имеют следующие разработки:

Методическое обеспечение САПР мультисервисных СПД на основе многовариантной интеграции, позволяющая принимать решения при проектировании и построении сетей передачи данных различного масштаба и назначения, включающее в себя комплекс методов и средств экспертной оценки проектов.

Система автоматизации проектирования NMS-Extra, позволяющая применить на практике разработанное методическое обеспечение проектирования мультисервисных СПД и предназначенная для использования различными группами пользователей.

Внедрение разработанных рекомендаций и методических положений позволит компаниям-проектировщикам и организациям-заказчикам усовершенствовать процесс создания новых сетей и внесения необходимых изменений в существующие сети, обеспечить своевременное выявление отклонений в процессе проектирования сети, а также даст возможность сократить материальные и человеческие затраты на реализацию принятых решений.

Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на Международной научной конференции «Анализ и синтез как методы научного познания» (Таганрог, 2004), научно-практических конференциях Воронежского государственного технического университета (2002;2005).

Разработанные в диссертации методические положения анализа и синтеза проектирования мультисервисных сетей передачи данных нашли практическое применение ГУ ОПФР по Воронежской области и Центрально-Черноземном банке Сбербанка России.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Список работ включен в список литературы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 58 наименований. Основная часть работы изложена на 147 страницах, содержит 18 рисунков и 4 таблицы.

4.4. Выводы четвертой главы.

1. В соответствии с методикой разработки информационных систем был определен набор групп пользователей, заинтересованных в использовании системы. Набор состоит из следующих трех групп: проектировщики сетейэкспертылица принимающие решения.

Архитектура САПР СПД была сформирована с учетом требований именно этих групп.

2. Разработан САПР мультисервисных сетей передачи данных для поддержки всех этапов проектирования, включая проектирование структур первичных и вторичных сетей передачи данных, анализ проектных характеристик сетей, анализ узких мест и реконфигурация существующих сетей, выбор сетевого оборудования, прогнозирование развития сетей с учетом различных тенденций.

3. Проект САПР СПД, разработанный в рамках данной главы, соответствует структуре MSF и может быть реализован с использованием любого объектно-ориентированного языка программирования. В проекте предусмотрены возможности расширения системы как новыми компонентами, моделирующими сетевые структуры, так и новыми методами анализа и обработки данных.

4. Сделаны расчеты по оптимизации проекта территориальной ведомственная мультисервисная сеть связи ЦЧБ СБ РФ и корпоративной сети передачи данных ГУ ОПФР по Воронежской области. В результате расчетов показана эффективность разработанных моделей и алгоритмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. На основе современного положения телекоммуникационной отрасли выявлена необходимость анализа и синтеза проектных решений, предлагаемых компаниями проектировщиками заказчику с целью уменьшения финансовых и человеческих затрат при реализации данных проетов.

2. Проведен анализ современных технологий сетей передачи данных, голосового и видеотрафика и в соответствии с полученными результатами подобраны методики синтеза и моделирования сетей передачи данных, а также методы анализа корректности получаемых результатов.

3. Произведен анализ задач, возникающих в процессе проектирования, разработки и оптимизации структур сетей передачи данных и подобраны соответствующие алгоритмы их решения.

4. Разработана методика проектирования мультисервисных сетей на основе многовариантной интеграции, охватывающая весь процесс проектирования сетей и позволяющая использовать на различных этапах наиболее удобные и эффективные методы обработки данных и оптимизации структуры сети.

5. Осуществлена разработка системы NMS-Extra, позволяющей применить на практике разработанное методическое обеспечение проектирования мультисервисных СПД и предназначенная для использования различными группами пользователей.

6. Реализован комплекс методов оценки и прогнозирования изменения трафика во времени на основе математической модели распространения эпидемии и регрессионных моделей, отличающийся возможностями построения комплексных прогнозов для мультисервисных сетей передачи данных.

7. Реализована процедура оптимизации расчетных экономических параметров при проектировании мультисервисных СПД на основе использования модели замкнутой экспоненциальной модели сети МО, а также комплекс процедур оптимизации, используемых на отдельных этапах проектирования муль-тисервисной сети для построения оптимального проекта на основе многовариантной интеграции.