Методы и средства оценки работоспособности ЛВС с применением имитационного моделирования

Новейшие достижения в области микроэлектроники привели к новым концепциям в организации информационных служб. Благодаря быстрому развитию и широкому распространению персональных компьютеров (ПК), которые по стоимости эквивалентны терминалам больших и мини-ЭВМ, а по возможностям соответствуют ЭВМ третьего поколения, информационно-вычислительные ресурсы приближаются к рабочим местам менеджеров, бухгалтеров, плановиков, администраторов, инженеров и других категорий работников. На этой основе с середины 80-х годов наметилась тенденция развития информационно-вычислительной техники в виде создания локальных вычислительных сетей (ЛВС) различного назначения, самыми распространенными среди которых стали ЛВС коммерческого назначения.

В условиях рыночной экономики информация выступает как один из важнейших товаров. Успех коммерческой и предпринимательской деятельности связан с муниципальными, банковскими, биржевыми информационными системами, информатизацией оптовой и розничной торговли, торговых домов, служб управления трудом и занятостью, созданием банка данных рынка товаров и услуг, развитием центров справочной и аналитико-прогнозной котировочной информации, электронной почты, электронного обмена данными и др. Как правило, работа этих систем базируется на локальных вычислительных сетях различной архитектуры или их объединениях, получивших название корпоративных сетей.

Компьютерные сети применяются для обработки текстов, внешних баз данных, предназначены для машинной графики, выполнения числовых расчетов, являются информационными системами в управлении, планировании, учете, проектировании и др. [52, 60].

Широкая и постоянно увеличивающаяся номенклатура ЛВС, сетевые программные продукты и технологии возлагают на потенциального пользователя сложную задачу выбора нужной системы из массы 6 существующих. Поэтому в настоящее время очень остро стоит вопрос о создании инструментария, который может помочь им в этом выборе, осуществить построение модели проектируемой сети.

Именно решению данной проблемы посвящена предлагаемая диссертационная работа.

Актуальность работы. За короткий период сетевая индустрия прошла достаточно большой путь. Совсем недавно у компаний, стремящихся автоматизировать свою деятельность, было всего два варианта выбора: применять относительно дешевые автономно работающие персональные компьютеры либо достаточно дорогие мини-ЭВМ, большие и суперЭВМ, к которым подключать терминалы и коллективно использовать ресурсы центральной машины [8, 47]. По мере того как персональные компьютеры стали внедряться буквально во все сферы человеческой деятельности, проблема коллективного использования информации и обмена данными становилась все более актуальной [3]. Новейшие достижения в области микроэлектроники привели к новым концепциям в организации информационных служб. На этой основе с 80-х годов наметилась такая тенденция развития информационно-вычислительной техники как создание локальных вычислительных сетей (ЛВС) самого различного назначения.

Широкая и постоянно увеличивающаяся номенклатура ЛВС [51], сетевые программные продукты [22, 43, 53] и технологии [28] возлагают на потенциального пользователя сложную задачу выбора нужной системы из массы существующих. Поэтому в настоящее время очень остро стоит вопрос о создании инструментария, который может помочь им в этом выборе, осуществить построение модели проектируемой сети. Решению именно этой задачи и посвящена диссертация.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности использования компьютерных сетей, сокращение сроков и затрат при проектировании ЛВС, разработка подсистемы для создания 7 имитационных моделей, необходимых для решения задач анализа и проверки работоспособности ЛВС.

Предметом защиты являются основные научные положения, методики, математические модели, позволяющие эффективно и в сжатые сроки проводить анализ работоспособности ЛВС, выявлять их «узкие» места, добиваться улучшения функционирования.

Достижение поставленной цели базируется на решении следующих задач:

• исследование современного состояния ЛВС, методов их проектирования и анализа работоспособности;

• формирование требование к моделям ЛВС;

• разработка многоуровневой имитационной модели ЛВС, в соответствии с требованиями Международной Организации по Стандартам (081);

• формирование требований к имитационным моделям и разработка моделей объектов проектирования (компонентов ЛВС) для последующей компоновки их в исследуемую схему;

• выбор универсальных и специализированных средств программного и технического обеспечения, в том числе инструментальных и сервисных, что позволяет значительно сократить сроки проектированяи ЛВС и повысить эффективность ее работы;

• разработка адаптивного интерфейса подсистемы имитационного моделирования.

Методы исследования. В работе использованы принципы системного анализа, теории исследования операций, аппарат теории вероятностей и математической статистики, теории множеств, элементы теории принятия решений, методы имитационного моделирования.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в решении научной проблемы автоматизации процесса оценки работоспособности вычислительных сетей с использованием методов имитационного моделирования. 8.

В результате проведенных исследований были получены следующие новые научные результаты:

• Поставлена и решена задача оценки работоспособности ЛВС на этапе проектирования как задача координации двухуровневой системы пользователь-сеть.

• Предложена методика оценки работоспособности проектируемых и функционирующих ЛВС на основе экспертных оценок и средств ИМ.

• Построено информационное представление объектов сети в базе данных моделей объектов.

• Разработаны алгоритмы и программные средства имитационного моделирования ЛВС.

Практическая значимость полученных результатов. Результаты проведенных научных исследований были использованы при создании подсистемы имитационного моделирования для оценки работоспособности ЛВС на этапе проектирования.

Применение на практике подсистемы ИМ и методики оценки позволяют рационально спроектировать ЛВС и оценить ее работоспособность, опираясь на результаты моделирования.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в госбюджетных научно-исследовательских работах «Информационная система „Кафедра“» [20], «Анализ информационно-вычислительных систем» [19], «Перспективные компьютерные технологии в обучении» [21].

Использование теоретических и практических результатов, полученных в диссертационной работе на предприятиях МПО «Манометр» и ЗАО «Компания «ИнтерТраст» позволило провести оценки возможных вариантов топологий вычислительных сетей, а затем повысить эффективность их работы.

Проведенные в ООО «Валга» модельные эксперименты позволили произвести анализ архитектуры ЛВС и внести в нее изменения, 9 направленные на повышение качества работы сети, на этапе ее проектирования.

Предложенная в диссертации подсистема имитационного моделирования и методика оценки работоспособности ЛВС используются в учебном процессе МГИЭМ.

Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, семинарах и совещаниях: Всесоюзная студенческая научно-техническая конференция «Автоматизация проектирования и конструирования в машиностроении», секция «Математическое и программное обеспечение САПР» (Москва, 1988) [15], Семинар МДНТП «Программное обеспечение ПЭВМ в компьютеризации» (Москва, 1990) [13], Российская конференция «Социально-экономические проблемы управления производством, создание программных технологий, конструкций и систем в условиях рынка» (Калуга, 1995) [16], Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ, секция «Информационные технологии» (Москва, 1999, 2000).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ и 3 научно-технических отчета.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

В первой главе рассматриваются вопросы функционирования сетей и эталонная модель функционирования открытых систем, анализируются существующие стандарты ЛВС и методы анализа их работоспособности. Также определяется общая задача оценки работоспособности и пути ее решения.

Во второй главе решаются вопросы представления модели сети для решения задачи анализа работоспособности, показывается необходимость этапа диагностики, рассматривается сведение этой задачи к задаче.

10 координации, общая задача сводится к формальной задаче координации двухуровневой системы пользователь-сеть, определяются базовые элементы сети. Также вводятся основные понятия имитационного моделирования и определяется подход к построению имитационной модели сети в виде АМПС.

В третьей главе рассматриваются вопросы практического применения предложенного подхода для построения подсистемы имитационного моделирования для проектирования и оценки работоспособности ЛВС, определяются требования, разрабатывается функциональная схема подсистемы, проводится классификация и анализ объектов сетей, и их представление в базе моделей, решаются вопросы взаимосвязи протоколов и объектов сети при построении ее имитационной модели.

В четвертой главе решается задача разработки подсистемы имитационного моделирования для оценки работоспособности ЛВС, определяются требования к аппаратным средствам и программной реализации подсистемы, рассматриваются построение примеры построения модели и практического применения разработанной подсистемы.

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе в соответствии с поставленной задачей, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Анализ существующих средств поддержки исследований ЛВС показал, что они являются достаточно дорогостоящими и малодоступными, что ограничивает их распространение и применение. Их применение ограничено также тем, что они позволяют анализировать только существующие системы, так как являются устройствами подключаемыми непосредственно к ЛВС. Предложен подход с применением средств имитационного моделирования, позволяющий производить оценку проектируемых ЛВС, при этом снизить время и затраты на их разработку.

2. Поставлена и решена задача оценки работоспособности ЛВС на этапе проектирования как задача координации двухуровневой системы пользователь-сеть. Сформулировано условие, когда данную задачу необходимо решать как задачу диагностики.

3. Предложена методика оценки работоспособности проектируемых и функционирующих ЛВС на основе экспертных оценок и средств ИМ.

4. По результатам анализа объектов сети и принципов их функционирования, построено информационное представление в базе данных моделей объектов, что позволяет упростить процесс генерации модели.

5. Разработаны алгоритмы и программные средства имитационного моделирования ЛВС на основе АМПС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.