автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Экспертная система синтеза компьютерных сетей обработки информации

Оглавление.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Анализ предметной области и постановка задач исследований.

1.1. Развитие локальных вычислительных сетей, их особенности и функционирование.

1.2. Анализ основных характеристик ЛВС и средств выбора ее структуры.

1.3. Использование аналитического и имитационного моделирования для оценки эффективности функционирования ЛВС. Системы моделирования компьютерных сетей.

1.4. Стратегические проблемы построения транспортной системы корпоративной сети.

1.5. Анализ технологии Fast Ethernet.

2. Разработка аналитических и имитационных моделей ЛВС с методами доступа TOKEN-RING, TOKEN-BUS и CSMA/CD.

2.1. Обобщённая модель архитектуры ЛС и основные предположения для синтеза имитационных и аналитических моделей.

2.2. Разработка аналитической модели КС с методом доступа Token Ring

2.3. Разработка аналитической модели ЛВС с методом доступа Token- bus

2.4. Разработка аналитической модели КС с методом доступа CSMA/CD.

2.5. Локальные сети на основе коммутаторов.

2.6. Выводы по главе 2.

3. Функциональное проектирование и разработка гибридной экспертной системы синтеза корпоративных и локальных информационно -вычислительных сетей.

3.1. Структура, принципы организации и способы реализации экспертных систем.

3.2. Представление знаний в экспертных системах.

3.3. Технология разработки экспертных систем.^.

3.4. Обоснование функциональной структуры гибридной экспертной системы синтеза ЛВС.

3.5. Разработка машины вывода ЭС-ЛВС и организация интерфейсного компонента.

4. Реализация экспертной системы выбора структуры локальных вычислительных сетей.

4.1. Анализ альтернативных факторов, влияющих на выбор структуры ЛВС и заполнение БЗ системы-.

4.2. Особенности программной реализации экспертной системы выбора структуры ЛВС.

4.3. Реализация подсистемы анализа вероятностно-временных характеристик ЛВС.

4.4. Пример использования ЭС выбора структуры ЛВС для решения практической задачи.

5. Особенности управления потоками в сетях с виртуальным соединением

5.1. Виртуальное соединение и датаграммы.

5. 2. Модель сети, основные наблюдаемые характеристики.

5.3. Примеры моделирования сетей, использующих методы датаграмм и виртуального соединения.

В настоящее время одним из перспективных направлений развития средств обмена информацией является создание локальных компьютерных сетей (КС). Наличие большого трафика местного назначения на предприятиях и в учреждениях явилось одной из причин их интенсивной разработки. Объединение автоматизированных рабочих мест с помощью недорогостоящих средств передачи данных позволяет резко повысить эффективность их использования, а сравнительно низкая стоимость КС, сочетающаяся с высокой гибкостью и простой эксплуатации, обусловили их широкое распространение.

Разработка локальной сети является многокритериальной задачей, поскольку КС представляет собой сложную систему передачи информации, обладающую рядом взаимосвязанных характеристик, которые необходимо учитывать при её проектировании. При создании КС одной из самых сложных и важных является задача выбора её структуры, которая определяет конфигурацию сети, основные компоненты ее технического и программного обеспечения, алгоритмы работы сети и функциональные требования к ней. Многообразие возможных вариантов построения КС, отсутствие формализованных методов выбора их структур, делают актуальной задачу разработки интеллектуальных средств поддержки выбора их структуры ЛВС в соответствии с требованиями пользователей.

При этом необходимо учитывать вероятностно-временные характеристики функционирования систем для обеспечения требуемой пропускной способности моноканала. Основными методами таких исследований являются аналитическое и имитационное моделирование, которые весьма эффективны на начальных этапах проектирования сети, позволяют быстро получить оценку характеристик ее функционирования и существенно сократить затраты на синтез КС.

В результате моделирования обычно определяются следующие основные показатели функционирования сети: среднее время доставки файлов, эффективную скорость передачи данных, коэффициент использования канала и т.д.

Работа в локальной сети представляет собой совместное использование данных и ресурсов компьютеров, подключенных к сети. Многие крупные сети являются объединением небольших КС и отдельных компьютеров. По мере стремительного роста размеров сети и повышения тарифов на доступ к сетевым ресурсам все большее значение приобретают задачи управления сетью, поддержанию её в работоспособном состоянии, что включает в себя действия, как с аппаратными, так и с программными компонентами сети.

Управление сетевыми ресурсами условно можно разделить на пассивное (наблюдение, анализ, предупреждение об ошибках) и активное (управление параметрами, конфигурация или реконфигурация сети и т.д.). На сегодняшний день большинство приложений управления сетевыми ресурсами осуществляют лишь функцию пассивного наблюдения и не предпринимает активных действий, если с ними что-либо происходит или может произойти.

При управлении сетью любой фирмы, независимо от ее масштаба, сетевому администратору приходится держать в поле зрения целый ряд аспектов, связанных с работой локальных сетей и организацией межсетевого обмена, функционированием кабельных систем, сетевого ПО, серверов и оборудования межсетевого взаимодействия, ПК с их системным и прикладным программным обеспечением. В силу важности информации, передаваемой по сети, системы сетевого управления приобретают первостепенное значение, так как финансовые издержки, вызванные простоями сети, могут быть очень в г лики.

В настоящее время интенсивно развиваются корпоративные сети, образованные путем объединения разнородных компьютерных сетей (Ethernet, Token Ring и т.д.). Объем трафика, проходящего через корпоративную сеть, растет день ото дня, в связи с чем растет время реакции корпоративной сети на запросы удаленных пользователей, которые, как правило, винят во всем недостаточную полосу пропускания.

В этом случае можно увеличить емкость буферов на маршрутизаторах или перейти на другие приложения. Прежде чем что-то менять стоит воспользоваться системой, предназначенной для моделирования сети. Она позволит оценить, к чему приведут планируемые изменения в работе сети.

Основными требованиями к такой системе моделирования являются: ясность схемы, иллюстрирующей моделируемую сеть; гибкость и простота использования системы; возможность импорта данных о трафике в режиме, близком к реальному времени; производительность моделирующего «ядра»; наличие библиотеки моделирования устройств корпоративной сети.

Построение систем моделирования, удовлетворяющих вышеуказанному ряду требований, является актуальной задачей из-за увеличения количества корпоративных сетей и непрерывно увеличивающегося трафика.

Целью диссертации является разработка гибридной экспертной системы синтеза и анализа моделей структур КС обработки информации.

Научная новизна диссертации заключается в разработке набора аналитических моделей КС с различными методами доступа("Токеп- ring", "Token-bus", "CSMA/CD") в виде замкнутых стохастических сетей массового обслуживания с функциональной зависимостью параметров, учитывающих в явном виде основные этапы обработки сообщений в локальной сети.

Практическая ценность работы заключается в разработке библиотеки аналитических моделей КС и методик аналитического и имитационного моделирования, обеспечивающих рациональный выбор структуры и анализ КС. Экспертная система позволяет существенно сократить затраты при выборе структуры КС для конкретного применения. Она реализована в виде пакета программ, включающего библиотеку аналитических моделей типовых КС и базу данных по существующим компьютерным сетям.

Результаты диссертационной работы использовались для выбора структуры локальной вычислительной сети кафедры ЭВМ ТГТУ.

На защиту выносятся следующие результаты:

1) Аналитические модели КС с методами доступа "Token-ring", "Token-bus" и "CSMA/CD" в виде замкнутых стохастических сетей массового обслуживания с функциональной зависимостью параметров, учитывающие в явном виде основные этапы обработки сообщений в локальной сети;

2) Результаты исследования адекватности разработанных аналитических моделей КС с помощью математического и имитационного моделирования и результатов натуральных измерений;

3) Пакет программ реализации прототипа гибридной ЭС КС, включающий базу данных по существующим КС и библиотеку их аналитических моделей.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Заключение

В диссертационной работе решены следующие основные задачи:

1. Установлено, что для выбора структуры ЛВС целесообразно использовать идеологию гибридных экспертных систем, включающих наряду с традиционным представлением знаний, библиотеку математических моделей ЛВС и сочетающих достоинства использования обоих подходов.

2. Разработан подход включения аналитических моделей ЛВС в базу знаний гибридной ЭС путем использования представления "псевдозначения" с учетом специфики решаемой задачи.

3. Разработаны общая структура, составные компоненты и алгоритм функционирования ГЭС, применяющей метод продукционных правил в качестве способа представления знаний, обратную цепочку рассуждения в качестве способа логического рассуждения экспертной системы и использующей библиотеку аналитических моделей в процессе решения задачи выбора структуры ЛВС.

4. Разработаны аналитические модели ЛВС с методами доступа'Токеп-ring", "Token-bus" и "CSMA/CD" в виде замкнутых стохастических сетей массового обслуживания с функциональной зависимостью параметров, учитывающие в явном виде основные этапы обработки сообщений в локальной сети.

5. Проверена адекватность разработанных аналитических моделей ЛВС с помощью моделирования и установлено, что погрешность моделей для определения основных временных характеристик функционирования ЛВС не превосходит 17%. Это позволяет использовать разработанные аналитические модели в процессе выбора структуры ЛВС на начальных стадиях проектирования сети.

6. Проведен анализ основных характеристик ЛВС и факторов, влияющих на выбор структуры локальных сетей, на основе которых разработана база знании ГЭС, включающая в себя 66 конкретных правил и другие знания по технологии ЛВС. Создана база данных ГЭС по существующим ЛВС, содержащая записи главных параметров известных коммерческих ЛВС. С помощью базы данных система может выбрать один самый подходящий коммерческий продукт ЛВС для конкретного применения в соответствии с требованиями пользователя.

7. Программно реализована спроектированная ГЭС, включающая базу знаний, библиотеку аналитических моделей и базу данных существующих ЛВС, в виде универсального программного пакета.

8. Приведен пример использования разработанной системы для решения практической задачи и установлено, что результаты использования ГЭС для выбора структуры ЛВС хорошо совпадают со структурой и характеристиками реальной сети, предложенной экспертами, что позволяет внедрить систему в других областях применения.

1. Арон Бренер. Локальные сети от А до Я: курс обучения. -КомпьютерПресс 1' 89, Т 89,3л 90-10Л 90.

2. Брукинг А. Экспертные системы: принципы построения, 1987 г.

3. Жураслев Ю.И. Об алгебраическом подходе к решению задач распознования и классификации //Проблемы кибернетики. М.:Наука, 1978. - Вып.ЗЗ. - с.5-68.

4. Захаров Г.П., Ревельс В.П., Спокойнова С.Ф. Метод оптимизации структуры локальных сетей связи. В журн. Автоматика и вычислительная техника, Рига: Зинатне, 1988, №1, с.34-42.

5. Закревский А.Д. Логика распознавания. Мн.: Наука и техника, 1988.118с.

6. Интегральная система для создания прикладных систем с базами данных и знаний ИНТЕР-ЭКСПЕРТ: Справ.руководство М.: Интерпрограммсистем, 1987. 252 с.

7. Качалин JI.H. Организация работы аппарата учреждения. М.'Финансы и статистика, 1980. - 160с.

8. Кожарский Л.А. Экспертные системы интеллектуальное ядро ЭВМ. Мн. Наука и техника, 1986. - 98с.

9. Крисевич B.C., Кузмич Л.А. и др. Экспертные системы для персональных компьютеров: методы, средства, реализации: Справ.пособие. Мн. Выщ.шк., 1990. - с.5-33.

10. Ларичев О.И. Выявление экспертных знаний М.: Знание, 1990. с.72.

11. Логика рассуждений и ее моделирование /Под.ред В.Н.Агафонова. -Мир, 1988.-368 с.

12. Минский М. Фреймы для представления знаний: Пр. с англ. -М.:Энергия, 19987.- 151с.

13. Мосейков А.С. Использование нового подхода при проектировании локальной вычислительной сети. В кн. I1, ч.1. с.218-221.

14. Попов Э.В. Экспертные системы: решение неформализованных задач в диалоге с ЭВМ. М.: Наука, 1987. 238с.

15. Поспелов Д.А. Экспертные системы: состояние и перспективы. М.-.Знание, 1989.-с. 16.

16. Поспелов Г.С. Искусственный интеллект основа новой информационной технологии. М.: Наука, 1988. - 69 с.

17. Поспелов Г.С., Поспелов Д.А., Искусственный интеллект прикладные системы. - М.: Знание, 1985. - 48 с.

18. Прангишвили И.В., Подлазов B.C., Стецюра Г.Г. Локальные микроопроцессорные вычислительные сети. -М.: Наука, 1984. 176с.

19. Пятнадцатая всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям: тезисы докладов. -Ленинград, 19901. Москва

20. Редько В.А., Самченко А.В. О варианте скоростной станции локальной сети с детерминированным доступом. В журн. Автоматика и вычислительная техника, Рига, 1983, №5, с.29-35.

21. Сборник под ред Васильева. Экспертные системы. М.: Наука, 1990. 45с.

22. Сетевые операционные системы. В журн.КомпьютерПресс, 1 '89, с.26-30.

23. Спокойнова С.Ф. Сравнительные характеристики методов доступа в локальных сетях связи. В кн.2, ч.1., с240-244.

24. Стефик М. И др. Организация экспертных систем// Кибернетический сборник. М.:Мир, 1985. Вып.22.-с. 170-220.

25. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам: Пер. с англ. М.: Мир.1991. - 388с.

26. Файнберг В. Сети ЭВМ что в будущем?. - В журн. КомпьютерПресс, 7*90, с.45-47.

27. Форсайт Р. Экспертные системы: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1987. -224с.

28. Хайес-Рот Ф., Уотермен Д., Ленат Д. Построение экспертных систем: Пер. с англ. М.:Мир. 1991. -441 с.

29. Якубайтис Э.А. Информационно-вычислительные сети. М.: Финансы и статистика, 1964. - 32с.

30. Яковцев О.П. Сотояние и тенденции развития зарубежного рынка вычислительных сетей. В журн. Информатика и вычислительная техника.

31. Т.А.Гаврилова, В.Ф.Хорошевский. Базы знаний интеллектуальных систем. Учебник. СПб.изд-во №Питер», 2001.

32. Осипов Г.С., Приобретение знаний интеллектуальными системами. М.: Наука, 1997.

33. Поспелов Д.А., Три шага на пути к официальному признанию //Новости искусственного интеллекта. №1. 1997. с.99-115.

34. Попов Э.В., Фоминых И.Б., Кисель Е.Б., Шапот М.Д., Стратегические идинамические ЭС. М.:Финансы и статистика. 1996.

35. Wiig, Expert Systems: A manager's guid. Geneva: The International labour office of the United Nations.

36. Воинов А., Гаврилова Т., 1994, Инженерия знаний и психосемантика: об одном подходе к выявлению глубинных знаний// Извести РАН Техническая кибернетика.

37. В.Г. Олифер., Н.А.Олифер, Компьютерные сети, принципы технологии, протоколы. Учебник. СПб, изд-во «Питер», 2000.

38. Computer networks. Andrew S. Tanenbaum, Prentice Hall, 1996.

39. Fast Ethernet. Л.Куинн, Р.Рассел BHV - Киев, 1998.

40. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Пятибратов и др. -Финансы и статистика, 1998.

41. Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях связи. А.Б.Семенов. Айти. -М.: КомпьютерПресс, 1998.

42. Data Communications, Computer Networks and опер systems. Fred Halsall Adisson-wesly, 1996.

43. Step up to Networking, Microsoft Press, Arabic Copyright, 1999.

44. А. Осадчук, «Сетевые архитектуры современных информационно-вычислительных сетей». Компьютер Пресс, №11, 1995.

45. Ф. Брежнев, Р. Л. Смелянский, «Семейство протоколов TCP/IP». Сервер Центра Информационных Технологий (http://www.citforum.ru).

46. Александр Авдуевский, «Такие реальные виртуальные сети». LAN, №2, 1997.

47. Борис Сатовский, «Введение в эмуляцию ЛВС». Сети, № 6, 1996.

48. Борис Сатовский, В. Юрин, «Gibabit Ethernet против ATM». Сети, № 1, 1997.

49. Виктор и Наталья Олифер, «Введение в IP-сети». Сервер Центра Информационных Технологий (http://www.citforum.ru).

50. Виктор и Наталья Олифер, «Локальные сети на основе коммутаторов». Сервер Центра Информационных Технологий (http://www.citforum.ru).

51. Комер, «Межсетевой обмен с помощью TCP/IP». Сервер Центра Информационных Технологий (http://www.citforum.ru).

52. Дмитрий Ганьжа, «Маршрутизаторы в распределенных сетях». LAN, № 5, 1997.

53. Евгений Евдокименко, «По пакету всему свету». Сети, № 8, 1997.

54. Игорь Сунчлей, «Сети FDDI -принцип действия, применяемое оборудование, варианты использования», Открытые Системы, № 3, 1994.58. «Классификация коммутаторов». Сервер Центра Информационных Технологий (http://www.citforum.ru).

55. Майк Гурвиц, «В поисках идеальной глобальной сети». LAN, №1, 1997.

56. Максим Кульгин, «Использование маршрутизирующих коммутаторов фирмы Bay Networks при построении сети». Компьютер ИНФО, № 16, 1998.

57. Максим Кульгин, «Качество обслуживания в локальных сетях». Компьютер ИНФО, № 26, 27, 28, 1998.

58. Максим Кульгин, «Корпоративная сеть на коммутаторах». Экспресс Электроника, ноябрь, 1997.

59. Максим Кульгин, «Маршрутизация и сигнализация». LAN, №7-8, 1998.