автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Эффективность функционирования системы обеспечения взаимодействия удаленных пользователей и локальных вычислительных сетей

Введение.

Глава 1. Методологические и методические основы оценки эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

1.1 Характеристика существующих способов и средств установления и обеспечения взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

1.2 Методологические основы оценки эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

1.3 Методика оценки эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Показатели и алгоритмы оценки эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

2.1 Показатели эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

2.2 Алгоритмы оценки целевой эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

2.3 Показатели и алгоритмы оценки экономической эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Математические модели оценки эффективности функционирования системы обеспечения взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

3.1 Выбор метода моделирования для исследования эффективности функционирования системы обеспечения взаимодействия (СОВ) удаленных пользователей и ЛВС.

3.2 Обобщенная структура математической модели оценки эффективности функционирования СОВ.

3.3 Типовой функциональный модуль оценки целевой эффективности функционирования СОВ.

3.4 Типовой функциональный модуль оценки экономической эффективности функционирования СОВ.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. Исследование эффективности функционирования системы обеспечения взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС портовой компьютерной сети.

4.1 Характеристика объекта исследования.

4.2 Адаптация алгоритмов к оценке эффективности функционирования системы обеспечения взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС портовой компьютерной сети.

4.3 Адаптация типовых функциональных модулей к оценке эффективности функционирования системы обебспечения взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС портовой компьютерной сета.

4.4 Оценка эффективности функционирования системы обеспечения взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.

Выводы по четвертой главе.

Основные результаты работы.

Список сокращении.

Для современного мира характерно использование высоких технологий - информационных и телекоммуникационных. Оперативное и высококвалифицированное решение задач практически в любой области человеческой деятельности невозможно без использования знаний, накопленных человечеством и сосредоточенных в базах данных и базах знаний различного назначения. В связи с этим непрерывно повышается роль оперативного, надежного и многофункционального доступа к информационным и программным ресурсам вычислительных сетей -глобальных, региональных, локальных, корпоративных- со стороны как штатных так и внештатных пользователей этих сетей. Сами пользователи при этом могут находиться на близком или на значительном расстоянии от запрашиваемых ресурсов, измеряемом десятками, сотнями и даже тысячами километров, особенно когда речь идет об общении студентов с вузами в системе дистанционного обучения.

Наибольшее влияние на оперативность и надежность взаимодействия удаленных пользователей с локальными сетями, а через них- с сетями более высокого уровня( если запрашиваемые средства находятся именно в этих сетях) оказывают территориальные сети связи(ТСС), через которые передаются запросы.

Территориальные сети связи отличаются тем, что:

• для них критически важным ресурсом является пропускная способность каналов связи;

• каналы связи в ТСС имеют самую разнообразную природу - от проводных каналов до оптоволоконным и спутниковых;

• между удаленными абонентами обычно удается проложить ограниченное число каналов, по которым необходимо обеспечить не только обмен данными, но и телефонную связь, обмен факсимильными сообщениями, видеосвязь.

Таким образом, ТСС с интеграцией услуг - это распределенная сеть, предназначенная для передачи трафика различной природы, с различными вероятностно - временными характеристиками и объединяющая в себе функции традиционных сетей передачи данных и телефонных сетей, а также предоставление современных видов услуг(передача видеоизображении, видеоконференцсвязь).

Разнообразие типов и характеристик ТСС обусловливает наличие альтернативных решений по организации и обеспечению функционирования системы взаимодействия удаленных пользователей друг с другом и локальными вычислительными сетями. Эти системы могут отличаться по степени свой сложности, оперативности и надежности предоставления запрашиваемых ресурсов, перечню и стоимости предоставляемых услуг.

Обоснованный выбор одного из альтернативных решений по установлению и обеспечению взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС( или удаленных пользователей друг с другом через ЛВС) имеет большое практическое решение. Однако для этого необходим математический аппарат, с помощью которого можно было бы проводить оценку эффективности таких решений, оценку эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС по выбранным показателям.

Существует довольно обширная литература, посвященная проблемам развития определяющих средств информатизации общесгва-локальным и территориально-распределенным сетям передачи и обработки информации. Вопросы создания, организации и исследования процессов функционирования, совершенствования и развития таких сетей в той или иной степени нашли отражение в трудах ряда отечественных и зарубежных ученых, среди которых Мизин И.А., Семенихин B.C., Губинский А.И., Пятибратов А.П, Назаров C.B., Максимей И.В., Якубайтис Э.А., Блэк Ю., Б. Нанс, С. Шатт и др. Однако до настоящего времени в полной мере не изучены и остаются дискуссионными методологические, методические и практические аспекты исследования целевой и экономической эффективности сложных человеко-машинных систем, какими являются телекоммуникационные вычислительные сети (TBC) и их основные функциональные части - ТСС, ЛВС, СОВ ( системы обеспечения взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС).Ввиду отсутствия указанного выше математического аппарата и его практической необходимости цель настоящего исследования состоит в разработке алгоритмов и математических моделей оценки целевой и экономической эффективности процессов взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС, а также процессов совершенствования и развития СОВ за счет внедрения новой техники и технологий. В этом заключается актуальность работы.

В соответствии с этой целью в работе решаются следующие задачи:

• разработка методологических и методических основ оценки эффективности взаимодействия удаленных пользователей и локальных сетей, функционирующих в составе региональных и глобальных TBC;

• разработка системы показателей и алгоритмов определения их значений для оценки целевой и экономической эффективности функционирования СОВ;

• анализ методов моделирования и формирование структуры математической модели для оценки эффективности процессов функционирования СОВ, а также процессов совершенствования и развития СОВ за счет внедрения новой техники и технологий(НТТ);

• разработка математических моделей оценки целевой и экономической эффективности функционирования СОВ;

• адаптация разработанных алгоритмов и математических моделей к оценке эффективности функционирования конкретного объекта и проведение такой оценки.

Предметом исследования. является совокупность теоретических, методологических, методических и практических положений, связанных с оценкой эффективности функционирования СОВ и внедрения НТТ.

Объектом исследования. является система установления и обеспечения взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС, а также новая техника и технологии, внедряемые с целью совершенствования и развития СОВ.

Методы исследования, источники информации. Исследование базировалось на принципах системного анализа, обобщения, статистической обработки данных и методах математического моделирования.

В процессе исследований использованы работы отечественных и зарубежных ученых, научные обзоры, общегосударственные и отраслевые методические материалы, регламентирующие механизм проведения расчетов эффективности применения в народном хозяйстве новой техники и технологий.

Научная новизна результатов, полученных лично автором работы:

• разработаны методологические основы и методика оценки эффективности функционирования СОВ как человеко-машинной системы и внедрения НТТ с целью ее совершенствования и развития:

• предложена система показателей для оценки целевой и экономической эффективности функционирования СОВ и внедрения НТТ;

• разработаны алгоритмы определения основных показателей целевой эффективности и частных показателей экономической эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС;

• предложена обобщенная структура математической модели оценки эффективности функционирования СОВ;

• разработаны математические модели - типовые функциональные модули для оценки целевой и экономической эффективности функционирования СОВ и внедрения НТТ;

• проведена адаптация полученных алгоритмов и математических моделей к оценке эффективности функционирования конкретного объекта.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты исследований позволяют предприятиям и организациям проводить анализ и оценку процессов и результатов взаимодействия удаленных пользователей и своих локальных вычислительных сетей, функционирующих в составе сетей более высокого уровня, принимать обоснованные и экономически целесообразные решения по внедрению НТТ с целью совершенствования и развития эксплуатируемых СОВ.

Апробация работы. Основные научные результаты полученные в ходе диссертационного исследования, прошли апробацию в ходе исследования СОВ, функционирующей в составе портовой компьютерной сети в г. Луанде(Ангола), а также в рамках плановой НИР "Теория оценки эффективности и оптимизации процессов функционирования телекоммуникационных вычислительных сетей" (код 1.3.96П., МЭСИ, руководитель Пятибратов А.П., 1996- 1998г.). В отчете по этой НИР результаты исследований нашли отражение.

Основные результаты работы по мере их получения докладывались на постоянно действующем научном семинаре кафедры вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций МЭСИ.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4-х статьях и в итоговом отчете по НИР 1.3.96П в 1998 году.

Достоверность научных результатов и выводов подтверждается использованием научных методов исследования, современного математическог аппарата и практикой применения при управлении крупной корпорацией.

Основные результаты работы

1. В результате анализа существующих способов и средств установления и обеспечения оперативного, надежного и многофункционального доступа к информационным и программным ресурсам телекоммуникационных вычислительных сетей со стороны удаленных пользователей показана необходимость разработки математического аппарата для оценки эффективности альтернативных решений по организации такого доступа.

2. Разработаны методологические и методические основы оценки эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС, функционирующих в составе региональных или глобальных ТВС.Система обеспечения такого взаимодействия рассматривается как человеко-машинная система .Методика оценки эффективности функционирования СОВ и внедрения новой техники и технологий с целью ее совершенствования представляет собой совокупность логически и функционально связанных операций, последовательное выполнение которых приводит к определению значений показателей целевой и экономической эффективности.

3. Для полной и всесторонней оценки целевой эффективности функционирования СОВ предлагается система показателей и алгоритмы определения их значений. Для оценки экономической целесообразности принимаемых решений по организации СОВ и внедрению НТТ предлагается система интегральных и частных показателей экономической эффективности функционирования СОВ, а также алгоритмы определения значений этих показателей.

4. В результате анализа возможных методов моделирования процессов функционирования СОВ как человеко- машинной системы и с учетом сформулированных требований к математическим моделям оценки их эффективности выбран обобщенный структурный метод, позволяющий с общих позиций описывать процессы функционирования эргатических и

1Щ неэргатических элементов системы. Разработана обобщенная структура математической модели функционирования СОВ, построенная путем компиляции из отдельных типовых функциональных модулей и структур.

5. Разработаны типовые функциональные модули для оценки целевой эффективности функционирования СОВ по основным временным показателям и экономической эффективности по интегральным и частным показателям.

6. Апробация и внедрение полученных решений, алгоритмов и математических моделей осуществлена в ходе исследования СОВ, функционирующей в составе портовой компьютерной сети, создаваемой и развивающейся в г. Луанде (Ангола). Проведена адаптация основных разработанных алгоритмов и ТФМ к оценке эффективности функционирования СОВ и осуществлена оценка ее целевой эффективности по временным показателям.

Таким образом, в диссертационной работе решена актуальная научно-практическая задача формирования математического аппарата для оценки эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС, обеспечивающего оперативный, надежный и многофункциональный доступ к общесетевым ресурсам.

СПИСОК СОКРАЩЕНИИ СОВ- Система обеспечения взаимодействия. ТСС- Территориальная сеть связи. ЛВС- Локальная вычислительная сеть. ТВС- Телекоммуникационные вычислительные сети. НТТ- Новая техника и технология. УПК- Удаленный персональный компьютер. FR - Frame Relay. ПК - Персональный компьютер. ЦКП- Центр коммутации пакетов. МПК- Мультимедийные пакетные коммутаторы. ISDN- Integrated Services Digital Network-цифровая сеть интеграцией услуг.

АТС- Автоматическая телефонная станция.

ATM- Asynchronous Transfer Mode- режим асинхронной передачи. АС- Абонентская система. Ч-О- Человек-оператор.

ПХД- Производственно-хозяйственная деятельность. СЭОРЭ- Система эргономического обеспечения разработки и эксплуатации.

ВЛВС- Виртуальная ЛВС.

КВС- Корпоративная вычислительная сеть.

ОСМ- Обобщенный структурный метод.

ТЕФ- Типовая единица функционирования.

ТФМ- Типовые функциональные модули.

СЧМ- Система человек- машина.

ПЭЭ - Показатель экономической эффективности.

ПЦЭ- Показатель целевой эффективности.

ПЭ - Показатель эффективности.

ПКС - Портовая компьютерная сеть.

1. А.Алешандре.Алгоритмы оценки эффективности процессов функционирования корпоративных вычислительных сетей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по спец. 05.13.13.-М.: МЭСИ, 1999.

2. Губин Н.М. Добронравов A.C. Дорохов Б.С. Экономико-математические методы и модели в планировании и управлении в отрасли связи. Учебник для вузов. -М: Радио и связь, 1993.

3. Губинский А.И. Надежность и качество функционирования эргатических систем. -Л.: Наука, 1982.

4. В.В.Епихин. Некоторые характеристики сетей связи и методы их исследования // Проблемы распределения информации. М., 1984.

5. Г.П.Захаров, В.Г.Лазарев, Ле Моли Дж., Г.В.Николаева, Е.И.Пийль, А.В.Ховен // Интеллектуальные коммуникационные технологии информационных сетей. Тез. Докл. Всемирного конгресса "Информационные коммуникации, сети, системы и технологии". -М.,1993.

6. Корпоративные территориальные сети связи. Выпуск 3. Под ред. Купермана М.Б.- М. Индорисвязь, 1997.

7. Ю.А.Кулаков, Г.М.Луцкий, Компьютерные сети. Киев. "Юниор" 1998.

8. В.Г.Лазарев, В.А.Горбатов, Цифровые сети интегрального обслуживания. Основы концепции и принципов построения.// Автоматика и вычислительная техника. - Рига. Зинатне, 1991 - N1.

9. В.Г.Лазарев, Ю.В.Лазарев. Динамическое управление потоками информации в сетях связи. — М.: Радио и связь, 1989.

10. В.Г.Лазарев, Автоматный подход к оптимизации протокольной модели системы взаимодействия удаленных объектов телекоммуникационных сетей // Proceeding of ICINAS 94. - St.Petersburg, LONIIS, SUT, 1994.

11. С.В.Назаров, Локальные вычислительные сети.Книги 1,2 и 3. М.: Финансы и статистика-1994,1995.

12. Пятибратов А.П, Л.П.Гудыно, А.А.Кириченко. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. М.: "Финансы и статистика" 1998.

13. Пятибратов А.П.Информатизация общества. -К: Наукова думка,1993.

14. Пятибратов А.П. Человеко-машинные системы: эффект эргономического обеспечения.-М.: Экономика, 1987.

15. Дж. Челлис, Ч.Перкинс, М.Стриб. Основы построения сетей. М.: Лори, 1987.

16. С.Шатт, Мир компьютерных сетей, перевод с английского С.М. Тимачева, под редакцией М.А.Мазина. Киев. 1996.

17. Г.Ф.Янбых, Б.Я.Эттингер. Методы анализа и синтеза сетей ЭВМ. Л.: Энергия, 1980.

18. Журнал."Сети и системы связи ", №5, -М: изд." Сети и системы связи 1997.

19. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рациональных предложений. М. : Экономика, 1997.

20. Методика по определению экономической эффективности автоматизированных систем управления предприятиями. М.: Экономика, 1987.

21. Рабочие методики и алгоритмы комплексной оценки ТЭЭ системы эргономического обеспечения СЧМ специального назначения. Отчет по НИР 93. МЭСИ, п/я Ю - 9539,1998.

22. Теория оценки эффективности и оптимизации процессов функционирования телекоммуникационных вычислительных сетей.Отчете по НИР, код 1.3.96 п, МЭСИ, руководитель Пятибратов А.П., 1996-98г.

23. Blair,G.S., Shepherd,D., A Performance Comparison of Ethernet and the Cambridge Digital Communication Ring, Computer Networks 6,1988.

24. Bux,W., Closs, F., Janson, P.A., Kuemmerle, K., Mueller, H.R., Rothauser,T.H., A Local-Area Communication Network Based on a Reliable Token-Fing System, Proc. International Symp. On Local Computer Networks, 1986.

25. Digital Equipment Corporation, Introduction to Local Area Networks. Digital Equipment Corporation, Maynard, 1984.

26. Digital Equipment Corporation, et al., The Ethernet. A Local Area Network, Data Link Layer and Physical Layer Specification,Vereoin 2.0, Digital Equipment Corporation, Maynard, November, 1992.

27. J.A.Field and J.W.Wong. "A Carrier Sense Multiple Access System with Global Information", Proceedings IEEE COMPCON-82. 1982.

28. A.Goyne, discussions on Ethernet operation, October 1984.

29. R. Hendel, Interworking of ATM with Other Network Technologies // Telcom International.- 1995 V.18 - N.l.

30. J.Shoch and J.Hupp,"Measured Performance of an Ethernet LAN,"Communications of the ACM, Vol. 23, number 12, December 1984.

31. М. Мехер.Алгоритмы определения времени доставки сообщения от отправителя к получателю при организации различных способов их связи между собой с соединением и без соединения. Деп. в ВИНИТИ № 3554-В99.Руков. проф.Пятибратов А.П. - М: МЭСИ, 1999.

32. М. Мехер. Методологические основы оценки эффективности взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС.Деп. в ВИНИТИ № 3556-В99.Руков. проф.Пятибратов А.П. М: МЭСИ, 1999.167

33. М. Мехер. Структура математической модели оценки эффективности функционирования системы обеспечения взаимодействия удаленных пользователей и ЛВС. Деп. в ВИНИТИ №3555-В99.Руков. проф.Пятибратов А.П. М: МЭСИ, 1999.

34. Зав. кафедрой вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций д.т.н., профессор

35. Декан факультета по работе с иностранными специалистами к.э.н., доцент1. Подписи Пятибратова1. Жал.

36. А.П. Пятибратов. " 'Ноября 1999

37. Зав. кафедрой вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций д.т.н., профессор1. М " Ноября 19991. Подписи Пятибратова А.к.э.н., доцент

38. Декан факультета по раб< с иностранными специал---1. Шщашки^р.А. удостоверяю

39. УНИВЕРСИТЕТ \яГ у ЭКОНОМИКИ Ы У^ЫТИСЖИ и /I/о/ГС СУДАРСТВ ЕН Н Ы Й\ Ш\ УНИВЕРСИТЕТ \|.\ ° I /ЭКОНОМИКИ, 5 IаК сшистики и /Шагадатских В.А.лшформатики /&/та» /£/1. Ноября 1999