автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Исследование и разработка методов и программных средств повышения эффективности построения и использования магистралей региональных компьютерных сетей

На правах рукописи

Монастырский Михаил Иосифович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАГИСТРАЛЕЙ РЕГИОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

.13.11 - математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗ162578

Ростоп-на-Допу -2007

003162578

Работа выполнена в Южно-Российском региональном Центре информатизации ЮЖНОГО федерального университета

Научный руководитель:

кап л плат технических наук, доцент Букатов Александр Алексеевич

Официальны« оппоненты:

доктор технических наук, профессор Аграновский Александр Владимирович

кандидат технических наук, доцент Литвиненко Александр Николаевич

Ведущий организации:

Российский НИИ развития общественных сетей, г. Москва

Защита состоится «15» ноября 2007 г. в П часов на заседании диссертационного совета iC.2J2.208.fW по физисо-математкческим и техническим наукам а Южном федеральном университете но адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, нр. Стачки, 200/1, корпус 2, ЮГИНФО, к. 206.

С диссертацией МОЖНО ознакомиться В научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан «_»____2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук

Муратова Г.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Компьютерные (телекоммуникационные) сети (КС), предоставляющие, в частности, широкие возможности доступа к мировым информационным ресурсам, а также к ресурсам распределенных вычислительных сетей и центров высокопроизводительных вычислений, стали в последнее время катализатором прогресса в научно-технической, экономической, политической, социальной и практически всех других областях развития современного общества От уровня развития телекоммуникаций в существенной степени зависит прогресс во всех указанных областях Уровень развития КС существенно зависит не только от уровня развития магистральных КС транснационального и национального масштаба, но и от уровня развития и рационального использования региональных КС, включая коммерческие сети операторов связи, крупные корпоративные и ведомственные КС регионального и городского масштаба В свою очередь, уровень развития и рационального использования указанных сетей зависит от уровня эффективности использования средств, затраченных на создание и развитие сетевой инфраструктуры, и от уровня эффективности использования различных телекоммуникационных ресурсов, таких как внешние каналы сети, внешние информационные серверы, внутренние информационные серверы сети, серверы иных служб и пр

Следует отметить, что вопросы эффективности использования средств, направленных на развитие сетевой инфраструктуры, с 80-х годов прошлого века являлись предметом многочисленных исследований отечественных и зарубежных ученых, направленных на оптимизацию топологической структуры и емкостей каналов КС Однако, в качестве исходной предпосылки таких исследований использовалось предположение об известности (и неизменности) интенсивности информационных потоков между коммуникационными узлами, а также стоимости коммуникационного оборудования и аренды каналов связи Однако, в силу начавшегося в первой половине 90-х годов революционного развития всемирной компьютерной сети Интернет (экспоненциального увеличения числа ее пользователей и, соответственно, емкости используемых каналов и производительности оборудования коммуникационных узлов) это предположение перестало выполняться Между тем этот же период сопровождался бурным развитием различных сетевых технологий, существенно отличающихся не только по предоставляемым функциональным возможностям, но и по показателю «удельной стоимости» коммуникационного оборудования, а также по возможности масштабирования производительности этого оборудования и соединяемых пропускной способности связующих это оборудование каналов передачи данных При этом развитие сетевых технологий было настолько интенсивным, что практика построения КС значительно опередила развитие соответствующих исследовательских работ, не учитывающих последние технологические достижения Автору не известно работ, в которых бы проводился анализ выбора сетевой технологии, используемой для построения локальных или распределенных КС Отметим, что наряду с показателями производительности и стоимости оборудования таких технологий существенное значение имеет показатель масштабируемости основанных на них решений Поэтому выполнение подобного анализа имеет высокую актуальность Между тем, стоимость оборудования коммуникационных узлов сети передачи данных и оконечного оборудования ее каналов, как и пропускная способность этих каналов может в существенной степени зависеть от выбора этой технологии

Отметим также, что, в известных исследованиях не нашел отражения тот факт, что эффективность использования построенной инфраструктуры КС существенно зависит от создания условий равномерной нагрузки на ограниченные ресурсы (внешние каналы и оборудование узлов передачи данных) и может быть существенно улучшена путем

соответствующей «настройки» таких условий Кроме того, эффективность использования КС существенно зависит от уровня интегрированности комплекса программных средств, используемых для технического контроля, повышения эффективности использования и организации взаимодействия (договорного) с абонентами (пользователями) КС Высокий уровень интеграции таких средств позволяет значительно сократить трудозатраты персонала на эксплуатацию КС и, таким образом, внести дополнительный вклад в повышение эффективности эксплуатации КС

Поэтому актуальной проблемой в области развития магистральной инфраструктуры а также математического и программного обеспечения региональных компьютерных (телекоммуникационных) сетей (КС) является разработка базирующихся на обоснованном выборе применяемых сетевых технологий методов эффективного построения магистральной инфраструктуры КС и разработка методов и программных средств, обеспечивающих повышение эффективности эксплуатации региональных магистральных КС

Целью диссертационной работы является анализ и разработка методов эффективного построения магистральной инфраструктуры региональных телекоммуникационных сетей, а также разработка методов и интегрированного комплекса программных средств, предназначенных для повышения эффективности эксплуатации таких сетей Это может быть достигнуто как за счет более полного использования ограниченных сетевых ресурсов, так и за счет повышения уровня интеграции комплекса программных средств, применяемых для управления телекоммуникационной сетью и для предоставления телекоммуникационных услуг, и соответствующего уменьшения объема работы (и численности) персонала, обслуживающего КС

Поставленная цель достигается решением следующих задач

1 Провести сравнительный анализ современных технологий передачи данных с точки зрения эффективности их применения и возможностей масштабирования основанных на них решений при построении рациональной структуры региональных КС и произвести выбор базовой технологии построения магистральной инфраструктуры Выполнить анализ известных методов повышения эффективности использования ограниченных ресурсов КС Выполнить аналитический обзор различных программных средств, используемых при технической эксплуатации КС и для учета предоставленных услуг с целью определения возможности и целесообразности интеграции этих средств в единый программный комплекс

2 На основе результатов анализа современных сетевых технологий разработать методику построения магистральной инфраструктуры эффективных региональных КС

3 Разработать методы, обеспечивающие повышение эффективности использования ограниченных ресурсов (каналов) сети за счет распределения во времени нагрузки на такие ресурсы

4 Разработать методы динамического распределения нагрузки между различными классами абонентов КС с одновременным повышением качества сетевого обслуживания для абонентов низкоприоритетных классов

5 Определить внешние требования (функциональную архитектуру) к интегрированной автоматизированной системе управления компьютерной сетью (ИАСУ КС)

6 Разработать открытую системную архитектуру ИАСУ КС, включающую динамически взаимодействующие средства поддержки управления конфигурацией сети и предоставляемых ею ресурсов, средства повышения эффективности использования ограниченных ресурсов сети, а также средства учета

санкционированного использования ресурсов сети ее индивидуальными и корпоративными абонентами и средств организации финансового взаимодействия с абонентами сети

7 Выполнить реализацию и анализ результатов применения ИАСУ КС

Методы исследований: Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, системного программирования, теории массового обслуживания, а также методы теории графов

Научная новизна работы Научную новизну работы определяют следующие основные результаты

1 Методика построения магистральной инфраструктуры региональной компьютерной сети на базе совместного применения технологий семейства Ethernet и технологии MPLS с применением специальных методов организации магистральной сети при наличии «длинных» контуров в коммуникационном графе сети

2 Методы повышения эффективности использования ограниченных ресурсов (каналов) КС, основанные на распределении во времени нагрузки на ограниченные каналы

3 Метод динамического распределения полосы пропускания ограниченных каналов между абонентами с различными классами качества сетевого обслуживания, обеспечивающий предотвращение сверхнормативных всплесков загрузки канала и повышение качества обслуживания абонентов низкоприоритетных классов

4 Концептуальная организация и функциональные требования к интегрированной автоматизированной системе управления телекоммуникационной сетью (ИАСУ КС), обеспечивающей интегрированное использование средств учета и различных способов регулирования уровня загрузки сетевых ресурсов, средств тарификации предоставляемых услуг, средств ведения договорной документации и финансовых документов для клиентов сети и пр с предоставлением возможности прямого и косвенного гибкого управления временн'ым режимом загрузки ограниченных телекоммуникационных ресурсов сети

5 Системная архитектура и методы открытой реализации ИАСУ КС, обеспечивающие расширяемость ее функциональных возможностей и предоставляющие возможности гибкой настройки функциональных компонентов ИАСУ КС

Практическая значимость

Практическую значимость работы представляет разработанные в рамках диссертации

1 Методика построения эффективной по показателю «производительность/стоимость» магистральной инфраструктуры региональной КС на базе совместного применения технологий семейства Ethernet и технологий третьего уровня модели OSI/ISO/

2 Методы повышения эффективности использования ограниченных внешних каналов КС путем счет распределения во времени нагрузки различных абонентов и динамического распределения емкости каналов между абонентами различных классов

3 Интегрированная автоматизированная система управления КС

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе

2 статьи в журналах перечня ВАК, 2 статей в иных периодических изданиях, 7 статей в сборниках трудов конференций, а также 6 тезисов докладов в сборниках трудов конференций

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах, включающих Научно-методические конференции «Современные информационные технологии в

образовании Южный Федеральный округ», Ростов-на-Дону, 2003, 2005, 2006, 2007 гг , Всероссийские научно-методические конференции «Телематика», Санкт-Петербург, 2004, 2006 гг, Всероссийские научные конференциии «Научный сервис в сети Интернет, Новороссийск, 2003, 2004 гг, Всероссийские конференции представителей региональных научно-образовательных сетей «RELARN», 2004, 2006 гг, Международные научно-технические конференции «Интеллектуальные и многопроцессорные системы - ИМС», Крым, Кацивели 2003, 2005 гг, научные семинары Южно-Российского регионального центра информатизации

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при выполнении следующих НИР проект № 423 «Создание проекта создания научно-образовательной и административно-хозяйственной сети Ростовской области на базе телекоммуникационных узлов Ростовского государственного университета» (в рамках подпрограммы «Высшая школа как важнейший государственный ресурс развития научно-технического потенциала регионов» Программы Минобразования РФ «Государственная поддержка региональной научно-технической политики высшей школы и развитие ее научного потенциала»), № гос регистрации 01 200 118681, проект 1 7 43 «Разработка методов, технологии и специальных программных средств удаленного использования вычислительных ресурсов регионального центра высокопроизводительных вычислений в учебном процессе и научных исследованиях» (в рамках НОП Минобразования РФ «Научное, научно-методическое, материально-техническое обеспечение развития технологий информационного общества и индустрии образования») и проект «Создание системы доступа к распределенным информационным ресурсам учреждений и организаций сферы образования и науки Южного федерального округа» (в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)») Результаты работы внедрены в ООО «Цифровые телефонные сети -Юг»

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается обсуждением результатов диссертационного исследования на авторитетных всероссийских и международных конференциях, а также внедрением результатов работы в организациях, являющихся операторами различных региональных компьютерных сетей

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений Основной текст диссертации содержит 136 страниц, 14 рисунков и 3 таблицы Список литературы насчитывает 101 наименование В Приложении 1 приведен акт о внедрении результатов работы В Приложении 2 приведены примеры оконных интерфейсов ИАСУ КС

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность тематики работы, научная и практическая ценность Сформулированы цели диссертационной работы, определен круг решаемых задач и методов их решения, приведены основные научные и практически значимые результаты, приведено описание структуры работы

В первой главе проведен анализ и рассмотрены методы повышения эффективности затрат на создание и развитие магистральной инфраструктуры региональной КС, и предложено использование технологий семейства Ethernet с применением специальных методов структурной организации топологии сети для построения указанной инфраструктуры Кроме того, проведен анализ методов повышения эффективности использования ограниченных ресурсов КС Сделаны выводы о необходимости разработки дополнительных методов и соответствующих программных средств (ПС) повышения указанной эффективности и о

6

целесообразности реализации соответствующих ПС в составе интегрированной системы управления телекоммуникационной сетью (ИАСУ КС)

При анализе методов повышения эффективности построения и эксплуатации магистральной инфраструктуры ТС отмечено, что традиционные методы минимизации затрат на создание и эксплуатационные расходы по использованию магистральной инфраструктуры основаны на решении задачи минимизации затрат на оборудование телекоммуникационных узлов и оплату использования каналов передачи данных на основе решения задачи оптимизации некоторого размеченного коммуникационного графа магистральной сети Методы такой оптимизации достаточно проработаны, однако они основаны на двух существенных предположениях Во-первых, предполагается априорно известной интенсивность информационных потоков между коммуникационными узлами И, во-вторых, в этих методах стоимость оборудования коммуникационных узлов рассматривается как величина, зависящая только от суммарной пропускной способности каналов передачи данных Между тем, в условиях современного стремительного развития как телекоммуникационных сетей в целом, так и технологий передачи данных в частности, во-первых, интенсивность информационных потоков между коммуникационными узлами сети постоянно возрастает, и, во-вторых, стоимость оборудования коммуникационных узлов существенно зависит от применяемой технологии передачи данных

Поэтому одной из основных задач настоящей работы является анализ и разработка методов эффективного построения магистральной инфраструктуры региональных телекоммуникационных сетей на основе конкретных, наиболее эффективных для создания магистральной инфраструктуры региональных и территориальных КС технологий передачи данных Для решения этой задачи были проанализированы основные современные технологии передачи данных, применимые как в магистральных сетях, так и предоставлении доступа к магистральным сетям К числу этих технологий относятся технологии SDH, WDM, ATM, Frame Relay, FDDI, Ethernet, MPLS и xDSL Однако, поскольку технология SDH и WDM (и DWDM) являются прозрачными по отношению к другим упомянутым технологиям физического уровня, которые могут работать поверх SDH и WDM (DWDM), указанные технологии не участвуют в сопоставлении других магистральных технологий Рассматриваемые технологии оцениваются по следующим основным показателям область применения технологии, пропускная способность каналов передачи данных, стоимость коммуникационного оборудования, КПД каналов передачи данных, возможности масштабирования производительности сети, наличие средств QoS (обеспечения качества сетевого обслуживания), возможность наложения на структуру физической сети нескольких логических сетей и способ предоставления части ресурса в аренду, степень управляемости сетью (наличие развитых средств контроля технического состояния сети транспортного уровня и выполнения автоматической реконфигурации для использования резервных каналов и маршрутов при выходе из строя основных каналов) Обоснование оценки по этим показателям приводится в тексте диссертационной работы Результаты сопоставления приведены в табл 1 В этой таблице некоторые поля содержат ссылки на следующие комментарии

(1) Значение соответствующего параметра применения технологии MPLS определяется значением соответствующего параметра канала (порта) базовой технологии физического уровня, применяемой на соответствующем канале

(2) Пропускная способность порта xDSL может конфигурироваться на устройствах xDSL безусловно или в зависимости от протяженности используемой телефонной линии

Таблица 1

Сопоставление основных телекоммуникационных технологий

Показатель Область применения Скорость каналов (Мбит/сек) Примерная стоим порта (уе) % накл расходов в емкости канала Средства Оов Возможности масштабирования производит сети Возможн наложен логическ. сетей Возможн предост части ресурса в аренду Управляемость и автореконфигурация

Технология коммутатора маршрутизатора

ATM магистрали, ЛВС ограниченно 155 и 622 от 3000 (3) от 3000 («) -10 полный набор средств (ЗоЭ В пределах спектра скоростей нет поток высокая

Frame Relay магистрали, последняя миля 2 уже не выпускаются от 1500 («) ~1 Заказ СП1 нет нет поток низкая

FDM ЛВС, ограниченно магистрали 100 нет сведений 14000 (б) -06-08 заказ СЖ нет нет поток низкая

Ethernet Fast ЛВС, магистрали, последняя миля 100 15-60 W (5) от 150 («) - 1,2 приоритетные очереди на коммутаторах выбор скорости + агрегирование каналов есть VLAN высокая, с ограничен автоматической реконфигурации

Gigabit 1000 120500 W (5) От 6000 (6)

MPLS магистрали (1) - У) -0,53 на одну метку широкий набор средств (ЗоБ (1) нет поток высокая

xDSL последняя миля 0 064 -8 (2) 150 - 0 нет В пределах скоростей нет нет -

(3) Стоимость порта коммутатора ATM и коммутатора телефонных потоков ISDN указана (в отличие от стоимости портов коммутаторов Ethernet) без учета стоимости шасси, которая может составлять порядка 30000 долларов

(4) Стоимость порта коммутатора Ethernet зависит от количества портов в устройстве и от дополнительной функциональности коммутатора, включая функции дистанционного управления, организации независимых VLAN, возможности автоматической реконфигурации резервных каналов с использованием протокола STP и пр

(5) В стоимости портов Ethernet не учтена стоимость конверторов среды передачи сигнала, требуемых, например, для построения территориально распределенных магистральных сетей и протяженных абонентских каналов («последней мили»)

(6) Стоимость портов маршрутизатора для всех технологий указана без стоимости шасси, существенно зависящего от общей производительности маршрутизатора

В результате сопоставления рассмотренных технологий делается вывод о том, что наиболее эффективными технологиями являются технологии семейства Ethernet Главным недостатком этой технологии является отсутствие стандартизованных развитых средств QoS Тем не менее, этот недостаток преодолим, например, путем совместного использования технологии MPLS поверх каналов Ethernet или при использовании решений конкретных производителей, обеспечивающих приоретизацию трафика и ограничение полосы пропускания портов устройства Возможно также применение иных специальных решений, обеспечивающих резервирование, в пределах магистральной сети и ее пограничных каналов, емкости каналов для микропотоков определенных сетевых служб 1 Кроме того, недостатком технологий семейства Ethernet является ограниченная возможность автоматической реконфигурации сети физического уровня после выхода из строя отдельных каналов передачи данных Метод преодоления этих ограничений рассмотрен в гл 2 диссертации

При анализе методов повышения эффективности использования ограниченных ресурсов КС в дополнение к известным методам кэширования внешнего трафика и методам динамического сжатия потока передаваемой по сети информации рассмотрены методы распределения временной нагрузки на внешние каналы региональной телекоммуникационной сети, основанные на введении тарифных планов, поощряющих пользование ресурсов сети во временн'ые интервалы наименьшей загрузки внешних каналов сети и на автоматическом определении времени суток, используемых для периодического считывания из сети больших объемов служебной информации

Традиционные методы снижения загрузки внешних каналов сети включают методы кэширования трафика, создаваемого службами пересылки файлов и гипертекстовой информации, обеспечиваемые PROXY-серверами, и обеспечиваемые маршрутизаторами и/или специальными аппаратными устройствами методы динамического сжатия информации, пересылаемой по внешним каналам Указанные методы позволяют значительно уменьшить объем передаваемой через узкие каналы информации, но они не всегда могут предотвратить или сгладить появление пиковых нагрузок на каналы, превосходящих их пропускную способность В период таких пиковых нагрузок качество предоставления сетевых услуг, осуществляемых с

1 Букатов А А , Шаройко О В Методы и средства резервирования емкости каналов для служб удаленного доступа к вычислительным ресурсам регионального центра высокопроизводительных вычислений // Известия вузов Северокавказский регион Технические науки 2004 № 2, с 3-6

использованием перегруженных каналов, катастрофически уменьшается Поэтому разработка и применение дополнительных методов предотвращения пиковой загрузки каналов позволяет обеспечить более стабильный характер предоставления сетевых услуг

Следующим направлением повышения эффективности использования ограниченных ресурсов (каналов передачи данных) КС является распределение во времени нагрузки на ограниченные ресурсы (каналы) с целью повышения уровня средней загрузки каналов и снижения уровня пиковых нагрузок на канал и, как следствие, повышение качества обслуживания в периоды предотвращения сверхнормативных нагрузок Исследования в данном направлении не отражены в известных автору научных публикациях, но подход к распределению по времени нагрузки на ограниченные каналы достаточно широко применяется в практике использования КС и сетей телефонной связи Операторами указанных сетей широко применяются тарифные планы, в соответствии с которыми стоимость предоставляемых услуг может зависеть от времени суток или дня недели (рабочего или выходного/ праздничного) Таким образом, стимулируется перенос сеансов доступа пользователей сети с периодов высокой ее загрузки на периоды меньшей загрузки Однако, при этом рассматриваются (и поддерживаются в известных системах тарификации сетевых и телефонных услуг, таких как HP UIM, NetUP UTM, CBOSSip, ABACS, Барсум Оператор, Буеръ-Телесеть и др ) лишь два уровня загрузки ресурсов сети низкий и высокий Между тем необходимо особо выделить, по крайней мере, периоды сверхнормативной загрузки (или перегрузки) ресурсов сети, в течение которых качество сетевых услуг резко снижается из-за недопустимо больших задержек в обслуживании и возможных разрывов сетевых соединений, вызванных этими задержками Кроме того, уровень загрузки сети может зависеть как от времени суток, так и от конкретного дня недели (понедельник или суббота, а не рабочий и выходной дни) Поэтому целесообразно создание программных средств (ПС), обеспечивающих применение более сложных тарифных планов Еще одним методом распределения во времени нагрузки на ограниченные ресурсы является планирование сеансов по чтению больших объемов общесистемной информации (данных службы новостей, patch'ей для обновления программного обеспечения) из сетевых источников на периоды минимальной загрузки сети Однако, в условиях, когда уровень загрузки может меняться в зависимости от изменения тарифных планов, представляется необходимым создание специальных методов и соответствующих ПС автоматизации определения времени начала сеансов считывания общесистемной информации

Следует, однако, отметить, что в последнее время пользователям КС стали предлагаться тарифные планы безлимитного (без ограничений объема трафика, но и без гарантий качества сетевого обслуживания) доступа к сети за фиксированную плату Обычно операторы КС используют отдельные каналы для абонентов с гарантированным качеством доступа и абонентов безлимитного доступа, что не позволяет предоставлять резерв свободной емкости канала абонентов первого типа для обслуживания абонентов безлимитного доступа При использовании общих каналов для совместного предоставления сетевых услуг с гарантированным уровнем качества и услуг безлимитного доступа к сети требуется применение специальных средств динамического ограничения полосы пропускания канала, доступной для безлимитного доступа Иначе возможны периоды длительной перегрузки канала, приводящие к ухудшению качества обслуживания всех пользователей сети, в том числе и пользователей, работающих по тарифным планам оплачиваемого

качественного доступа Известные средства обеспечения QoS, такие как IntServ (протокол RSVP) и DiffServ не предоставляют возможностей, обеспечивающих решение требуемой задачи Известные методы трафик инжиниринга решают задачу лишь частично, требуя при этом высоких затрат на программные и аппаратные средства, эти задачи реализующие Методы решения требуемой задачи и построения соответствующих средств впервые были разработаны автором и рассматриваются в гл 3 диссертации О других разработках подобных средств автору не известно

По ряду причин (таких, например, как использование общей базы первичных данных о графике загрузки телекоммуникационных каналов и базы данных пользователей, работающих по тарифным планам различных типов) упомянутые средства должны быть интегрированы со средствами тарификации предоставляемых пользователям сети услуг, которые, в свою очередь должны быть интегрированы со средствами ведения договорной документации (договоров, счетов на оплату и пр ) по договорам с абонентами сети В гл 4 диссертации детально рассматриваются требования к интегрированной автоматизированной системе управления телекоммуникационной сетью (ИАСУ КС), архитектура и реализация ИАСУ КС, а также анализ результатов ее применения рассмотрены в гл 5

Во второй главе рассматривается методика и методы эффективного построения магистральной инфраструктуры региональной КС на базе преимущественного использования технологий семейства Ethernet, технологии MPLS (поддерживаемой коммутаторами Ethernet) и специальных технологий производителей оборудования с использованием специальных методов построения магистральной инфраструктуры больших территориальных сетей с многосвязным коммуникационным графом Как показано в 1-й главе диссертации, указанная технология при относительно невысокой по сравнении с другими сетевыми технологии стоимостью коммуникационного оборудования является достаточно универсальной технологией (может применяться для построения как локальных так и магистральных сетей) обеспечивает высокие скорости передачи данных, большие возможности масштабирования Для сетей Ethernet, построенных на коммутаторах, может быть обеспечен достаточно высокий уровень качества сетевого QoS для макропотоков Этот уровень может быть повышен путем применения технологии MPLS поверх Ethernet Кроме того, применение технологии MPLS и фирменных технологий поставщиков оборудования обеспечивает развитые возможности создания виртуальных «локальных» сетей (VLAN), которые могут быть предоставлены в аренду сторонним организациям

В соответствии с предложенной методикой построения магистральной инфраструктуры региональной КС, она разделяется на междугороднюю магистральную (ММ) КС и соединяемые этой сетью магистральные территориальные (МТ) КС

Топология ММ КС может определяться в соответствии с известными ранее методами построения оптимальной топологии региональной КС, но достаточно типичным случаем указанной топологии является топология типа «иерархическая звезда» Центром звезды первого уровня обычно является административный центр региона Центрами звезд второго и возможных последующих уровней являются центры кластеризации информационных потоков между населенными пунктами региона и его административным центром Это обусловлено тем, что для региональных КС наиболее интенсивными являются информационные потоки типа «административный центр - населенный пункт» В большинстве случаев емкость междугородних каналов не превышает 2 Мбит/сек, поэтому в качестве технологий передачи данных для таких каналов используется непосредственно технология

передачи синхронных последовательных потоков В случаях более высокой емкости каналов или при необходимости организации междугородних VLAN на этих каналах рекомендуется использование технологий семейства Ethernet

МТ КС рекомендуется строить на базе волоконно-оптических линий связи (BOJIC) с максимально возможной степенью использования ВОЛС операторов телефонной связи и с размещением в АТС этих операторов коммуникационных узлов КС (для обеспечения широких возможностей подключения компьютерных сетей абонентов КС по существующим телефонным линиям связи) Оборудование указанных коммуникационных узлов (КУ) должно включать управляемые коммутаторы Ethernet, оконечное оборудование каналов передачи данных и необходимое оборудование каналов последней мили для подключения абонентских компьютерных сетей Во внешних КУ, связанных каналами передачи данных с внешними сетями, естественно, должны быть установлены маршрутизаторы В качестве оконечного оборудования передачи данных должны использоваться соответствующие конверторы среды передачи данных или оптические модули коммутаторов Основными рекомендуемыми способами организации каналов последней мили являются оптоволоконные каналы и каналы, основанные на применении технологии ADSL Подключение к магистральной КС по технологии ADSL может быть выполнено лишь оператором телефонной связи, располагающим оборудованием цифровых АТС (и подключенными к ним концентраторами ADSL) Поскольку не каждый оператор региональной КС является одновременно оператором телефонной связи, в диссертации предложен основанный на использовании известных средств policy routing метод маршрутизации трафика пользователя региональной КС между оборудованием оператора телефонной связи и оборудованием оператора региональной КС Естественно, что организационным условием применения такого метода является заключение соответствующего соглашения между оператором телефонной связи и оператором региональной КС

Поскольку в соответствии с предложенной методикой территориальные магистральные (ТМ) КС строятся на базе волоконно-оптических каналов, соединяющих множество АТС города с преимущественным использованием существующих каналов, топология ТМ КС крупного города представляет собой достаточно сложный коммуникационный граф, содержащий ряд контуров (неориентированных циклов) Наличие контуров обеспечивает повышение уровня надежности транспортной сети за счет имеющегося вследствие наличия контуров резервирования каналов При выходе из строя единичного канала, входящего в любой из контуров, сохраняется полная связность графа При этом возможность перехода на резервные маршруты должна поддерживаться используемой технологией канального уровня Технологии семейства Ethernet поддерживают возможность такого резервирования путем применения специального протокола STP (и его дальнейшего развития - RSTP), обеспечивающего автоматическое построение при изменении состояния работоспособности каналов остового дерева (spanning tree) коммуникационного графа, обеспечивающего полную связность этого графа Однако в случае наличия в коммуникационном графе сети контуров, длина которых превышает некоторое ограничение, протокол SPT не обеспечивает требуемой скорости изменения остового дерева при выходе из строя резервируемых каналов Автором предложен способ преодоления указанного ограничения, основанный на разбиении «плоской» сети физического уровня на сегменты, взаимодействующие через маршрутизаторы или маршрутизирующие коммутаторы (коммуникационные устройства третьего уровня OSI), и не включающие длинных контуров Поставлена

задача минимизации числа таких сегментов (и стоимости требуемых для разбиения на сегменты маршрутизаторов) С участием автора диссертации разработаны методы и средства решения данной задачи

Таким образом, во второй главе диссертации предложена методика построения магистральной инфраструктуры региональной телекоммуникационной сети на базе технологий семейства Ethernet с применением специальных методов построения топологии магистральной сета при наличии множественных резервных каналов

В третьей главе выполнена разработка методов повышения эффективности использования наиболее ограниченных ресурсов (междугородних каналов) региональных КС и предложен состав программных средств (ПС), поддерживающих применение указанных методов Предлагаемые методы основаны на распределении во времени нагрузки на ограниченные каналы КС и на динамическом распределении полосы пропускания каналов между различными классами абонентов КС

Первый из предложенных методов является развитием широко применяемого операторами телекоммуникационных и телефонных сетей тарифных планов, поощряющих пользование услугами сети в периоды низкой загрузки каналов (путем уменьшения стоимости услуг в указанные периоды) При этом развитие делается в двух направлениях

Во-первых, кроме периодов низкой загрузки канала особо рассматриваются периоды сверхнормативной пиковой загрузки, в течение которых потребность в скорости передачи данных через канал равна или превышает величину пропускной способности канала В такие периоды размер очередей пакетов, предназначенных к пересылке через канал может неограниченно расти, вызывая большие задержки и потери пакетов (буферные области памяти очередей имеют конечный размер), порою приводящие даже к разрывам сеансов сетевого взаимодействия Логичным способом предотвращения сверхнормативных пиковых уровней загрузки канала является повышение стоимости услуг в соответствующие периоды времени Обобщая ситуацию предлагается при необходимости вводить несколько уровней загрузки сети и соответствующих им уровней оплаты в тарифных планах (ТП) Соответствующая возможность не обеспечивается известными программными средствами тарификации

Во-вторых, необходимо учитывать тот факт, что распределение во времени нагрузки на каналы различно в разные рабочие дни недели и неодинаково для каждого из последовательности выходных и/или праздничных дней Поэтому средства задания тарифных планов должны предусматривать возможности задания различных схем тарификации услуг для различных рабочих дней недели и выходных/праздничных дней

Естественно, что при введении новых тарифных планов ставится задача повышения привлекательности для пользователя и вытекающей их этого суммарной стоимости предоставляемых услуг при ограничении, что обеспечивается приемлемое качество услуг, предоставляемых с определенными гарантиями QoS В конечном итоге, уровень гарантий качества определяется уровнем максимальной загрузки полосы пропускания канала Более подробно эти вопросы рассмотрены в тексте диссертации

Второй метод основан на широко применяемом операторами КС способе считывания из сети больших объемов общесистемной информации в периоды низкой загрузки сети Однако, при применении первого метода и возможного многократного изменения тарифных планов, влияющих на времени' ые интервалы наименьшей загрузки сети, возникла потребность в динамическом (периодическом) определении и изменении указанных интервалов Реализация рассмотренных ниже средств

удовлетворения этой потребности составляет суть второго метода

И, наконец, наиболее значимым из предложенных методов является метод динамического (в режиме реального времени) распределения пропускной способности (емкости) канала между различными классами абонентов (корпоративных или индивидуальных) сети Аналоги применения подобных методов теми или иными операторами КС автору неизвестны Принадлежность абонентов в сети к тому или иному классу определяется уровнем 0>о8, запрашиваемым (в соответствии с договором на предоставление сетевых услуг) абонентом сети В простейшем случае абоненты сети разбиваются на два класса абоненты, оплачивающие сетевой трафик при условии обеспечения определенных параметров (ЗоБ (далее - абоненты с оплачиваемым трафиком) и абоненты, оплачивающие услуги доступа сети через канал определенной пропускной способности без оплаты трафика (безлимитный доступ), но и не предъявляющих сколь либо жестких требований к Оой (далее - абоненты с безлимитным доступом или безлимитные абоненты) При необходимости метод может быть обобщен на случай распределения пропускной способности канала между несколькими классами абонентов, запрашивающими различные уровни ОоЭ

Рассмотрим суть предлагаемого метода Для простейшего случая наличия двух классов абонентов с оплачиваемым трафиком и абонентов с безлимитным доступом в едином ограниченном канале, используемом для передачи трафика абонентов обоих классов, изначально резервируется специальная полоса пропускной способности Ьъ предназначенная для передачи трафика абонентов с оплачиваемым трафиком Пропускной способности этой полосы должно быть достаточно для выполнения требуемых параметров Оов даже в периоды пиковой загрузки канала трафиком абонентов соответствующего класса Оставшаяся часть полосы пропускания Ьц,=Ь-Ь\ (где Ь — общая полоса пропускания канала) предоставляется исключительно для трафика безлимитных абонентов Затем в процессе работы сети в режиме реального времени (с интервалом 1 мин ) определяется фактическая загрузка каждой из полос и, если загрузка полосы Ь\ ниже критической (например, ниже 95%), свободный резерв этой полосы пропускания динамически выделяется в дополнение к полосе пропускания 10 При этом, дополнительная емкость канала, добавляемая к Ь0, может распределяться между отдельными безлимитными абонентами (с точностью до индивидуального 1Р-адреса) на основе информации об активных в данный момент сеансах связи с абонентами и в соответствии с некоторой политикой предоставления резерва дополнительной емкости активным абонентам В простейшем случае эта политика может основываться на величине пропускной способности канала, доступной каждому из безлимитных абонентов или группе таких абонентов (с учетом явно заданного приоритета абонентов и/или групп абонентов Поскольку распределение резервной емкости осуществляется в режиме реального времени, то любое изменение уровня загрузки полосы ¿1 приведет к перераспределению дополнительной емкости, предоставляемой безлимитным абонентам

Применение данного метода позволяет снизить суммарные затраты на оплату каналов, используемых для предоставления услуг различным классам абонентов и повысить качество услуг, предоставляемых безлимитным пользователям, что повышает привлекательность таких услуг и способствует увеличению дохода от их предоставления

Перейдем к рассмотрению организации основных программных средств, требуемых для реализации предложенных методов повышения эффективности

использования ограниченных ресурсов (каналов) Для поддержки применения первого из указанных методов предлагаются средства анализа интенсивности загрузки каналов, а также средства специализированные средства тарификации предоставляемых услуг Эти средств должны обеспечивать применение тарифных планов (ТП), допускающих требуемые методом возможности задания нескольких (более чем 2-х) уровней оплаты предоставляемых услуг, а также - схем тарификации услуг, учитывающих отличия графика загрузки канала в различные рабочие дни недели и различные выходные/праздничные дни Более подробно функциональные требования к указанным средствам рассматриваются в 4 главе диссертации

Для поддержки применения второго метода необходимы программные средства автоматизации анализа усредненных суточных графиков загрузки канала и определения кратчайших интервалов времени, в течение которых может быть прочитан требуемый объем общесистемной информации Фактически речь идет о поиске начала интервала времени t0> такого, что выполняются следующие соотношения

У" Mna,~L{t))dt

'о

L(T)<Lm „

где V - объем общесистемной информации, считываемой из сети, a ¿max и L(t) -соответственно уровни максимально допустимой и текущей загрузки канала Метод решения указанной задачи основан на дискретном представлении функции L(t) с относительно невысокой (1 мин) частотой дискретизации Это позволяет решить требуемую задачу методом простого перебора, поскольку данная задача решается не в режиме реального времени, а эпизодически при изменении тарифных планов и/или при увеличении суммарного объема услуг, предоставляемого абонентам КС

Поддержка динамического распределения емкости канала между различными классами абонентов КС может осуществляться двумя различными методами

Первый метод - полустатическое выделение полосы пользователям различных классов При первом подходе поток пакетов безлимитных пользователей маршрутизируется обычным порядком Разбиение канала на полосы задается на входном порте маршрутизатора, к которому подключен канал с распределяемыми полосами, путем задания требуемого размера полосы пропускания для списков IP-адресов (IP Access Control Lists - ACL) абонентов средствами операционной системы маршрутизатора Размер требуемой полосы пропускания может быть задан средствами CAR (Committed Access Rate), входящими в состав Advanced IP services операционной системы IOS маршрутизаторов Cisco Для получения информации об уровне загрузки полосы и об активных соединениях безлимитных пользователей (их IP-адреса и информация об объеме переданных данных) запрашивается сервером с маршрутизатора, например, по протоколу Netflow фирмы Cisco Systems Однако, поскольку механизмы регулирования емкости полос пропускания средствами CAR базируются на применении механизма обратной связи TCP, основанного на отбрасывании (удалении) части принятых пакетов для снижения темпа их поступления (что приводит к тому, что отбрасывается полезный и оплаченный трафик) Поскольку в соответствии с возможностями рассматриваемого метода количество классов абонентов, использующих такие полосы, может достаточно велико, этот подход был отвергнут

Второй подход представляют собой сервер динамического распределения

емкости канала, постоянно функционирующий при работе КС При втором подходе сервер распределения строится на базе выделенного компьютера, который является мостом (bridge) между маршрутизатором и сетями (компьютерами) безлимитных абонентов сети Весь трафик между внешним каналом сети и безлимитными пользователями сети маршрутизируется через сервер При таком подходе Естественно, количественные параметры этих ограничений, вычисляются как сумма ограничений, динамически определенных (сервером резервирования) для активных сеансов доступа к сети безлимитных абонентов При этом вся информация об активных соединениях получается сервером маршрутизации от локальных сетевых программных средств, а не запрашивается с маршрутизатора

Все принятые от маршрутизатора пакеты пересылаются сервером распределения по их назначению и, при перегруженности канала к абоненту, сохраняются в выходных очередях этого сервера, размещаемых в его оперативной памяти, которая может иметь объем, многократно превышающий объем памяти маршрутизаторов Таким образом, обеспечивается сглаживание пиковых всплесков потоков данных к отдельным безлимитным абонентам без отбрасывания пакетов, поступивших в периоды пиковых всплесков на маршрутизаторе, только за счет справедливого распределения информации в выходных очередях сервера Поскольку не возникает сброса пакетов, не возникает и повторных запросов на передачу, что повышает качество услуги при той же пропускной способности Кроме того, реализованный на сервере распределения алгоритм позволяет выделять полосу для каждого IP-адреса, независимо от количества одновременно открываемых абонентом сетевых соединений (ТСР-сессий)

Таким образом, методы, предложенные в настоящей главе, позволяют повысить эффективность использования ограниченных каналов сети Это достигается совместным применение методов перенесения сверхнормативной загрузки на каналов абонентами с оплачиваемым трафиком (и гарантируемым качеством доступа) на периоды мёньшей загрузки каналов и методов динамического распределения емкости каналов между абонентами с оплаченным трафиком, и безлимитными абонентами Кроме того, эти методы способствуют повышению качества предоставления сетевых услуг за счет исключения периодов перегрузки каналов

В четвертой главе разработаны основные требования к ИАСУ КС, рассмотрены основные типы предложенных автором и других известных программных средств, используемых для обеспечения эксплуатации телекоммуникационных сетей и предоставления телекоммуникационных услуг, и рассмотрена возможность и целесообразность их реализации в составе ИАСУ КС Затем на основе структурной модели предметной области применения ИАСУ КС, обеспечивающей реализацию сформулированных требований, разработана функциональная архитектура ИАСУ КС, определяющая состав, назначение и взаимодействие основных объектов «участвующих» в предоставлении телекоммуникационных услуг, а также -требования, предъявляемые к этим объектам

Основным требованием, предъявляемым к ИАСУ КС в целом, является повышение эффективности использования КС Это повышение достигается, во-первых, путем реализации в составе ИАСУ КС предложенных в главе 3 средств повышения эффективности использования ограниченных сетевых ресурсов (каналов) с одновременным повышением качества предоставляемых услуг, и, во-вторых, путем комплексной автоматизации работы различных категорий персонала, обслуживающего региональную компьютерную сеть (КС)

К основным программным средствам, используемых для организации процесса

эксплуатации и предоставления услуг региональных КС помимо не рассматриваемых здесь средств, обеспечивающих непосредственное функционирование КС и их прикладных служб, входят

- Средства анализа технического состояния и состояния информационной безопасности сети Такие средства представлены рядом классов развитых программных систем, назначение которых рассматривается в диссертационной работе Реализация функций этих систем в составе ИАСУ КС или их тесная интеграция с ИАСУ КС не представляются целесообразными

- Средства учета уровня загрузки ресурсов сети (загрузки каналов, объемов переданного трафика) Необходимы для обеспечения работы ряда других средств, таких как средства тарификации, средства распределения во времени или динамического распределения уровня текущей загрузки ограниченных каналов сети Включение средств учета в состав ИАСУ КС является необходимым

- Средства распределения во времени нагрузки на ограниченные ресурсы сети Должны обеспечивать повышение среднего уровня использования ресурсов, а также объема и качества предоставляемых услуг на основе предложенных в предыдущей главе методов и, безусловно, должны войти в состав ИАСУ КС Средства динамического распределения емкости каналов между различными классами абонентов КС с повышением качества обслуживания абонентов Указанные средства являются принципиально новыми и, безусловно, должны войти в состав ИАСУ КС

- Средства тарификации предоставляемых абонентам КС услуг Эти средства должны обладать возможностью определения и применения гибких тарифных планов (как средства распределения во времени нагрузки на ограниченные ресурсы сети) и должны войти в состав ИАСУ КС

- Программные средства (ПС) организации выполнения сеансов доступа абонентов КС к предоставляемым ею ресурсам Указанные средства должны обеспечивать установление сеанса только при наличии денежных средств на финансовом счете абонента и автоматически прерывать сеанс по исчерпании средств на указанном счете Поэтому средства организации сеансов должны быть интегрированы со средствами тарификации предоставляемых услуг и должны быть включены в состав ИАСУ КС

Средства ведения договорной документации с абонентами (индивидуальными и корпоративными) сети должны быть интегрированы со средствами тарификации услуг, средствами регистрации в операционных системах серверов доступа к сети учетных записей об абонентах сети, и их правах доступа, а также со средствами создания виртуальных сетевых ресурсов (почтовых ящиков, виртуальных сайтов и пр ) Поэтому указанные средства должны войти в состав ИАСУ КС

Для разработки более детального, структурированного внешнего описания (функциональной архитектуры) ИАСУ КС, обеспечивающей комплексную автоматизацию деятельности по предоставлению телекоммуникационных услуг, построим структурную модель соответствующей предметной области Функциональная архитектура ИАСУ КС создается путем анализа модели «сущность -связь - атрибут» (ЕЯ-модель) 2 предметной области коммерческого или возмездного предоставления услуг доступа к КС К основным базовым сущностям рассматриваемой предметной области относятся телекоммуникационные ресурсы,

2 Чен П Модель «сущность-связь» - шаг к единому представлению о данных // СУБД, № 3, 1995

услуги предоставляемые с использованием этих ресурсов и получаемые абонентами сети в ходе выполнения сеансов работы в сети При этом услуги предоставляются абонентам в рамках условий определенных договоров с провайдерами (операторами связи, в качестве которых могут выступать определенные лица, имеющие соответствующие лицензии), в число этих условий входят тарифные планы (далее ТП или тарпланы) предоставления услуг Обязательным условием предоставления услуг абоненту является наличие средств на его лицевом счете (атрибут абонента), который пополняется посредством внесения абонентом платежей и уменьшается при предоставлении абоненту тех или иных услуг Указанная модель представлена на рисунке 1

Рис 1 ЕЯ-модель области предоставления услуг доступа к региональным КС

Вкратце остановимся на характеристике основных сущностей и их взаимосвязей, представленных на Рис 1 Основными субъектами взаимоотношений, учитываемых и контролируемых ПАСУ КС, являются лица или стороны взаимоотношений При этом одна из сторон, предоставляющая услуги, называется провайдером, а другая, потребляющая услуги в рамках конкретного договора - абонентом Между абонентом и провайдером может быть заключено несколько договоров В рамках одного договора могут предоставляться несколько типов услуг Лицо, выступающее в рамках одного договора в роли абонента, может выступать в другом договоре в качестве провайдера Договоры могут принадлежать одному или нескольким типам, включая, например, договор на предоставление определенного набора услуг, дилерский договор на распространение Интернет-карт или договор коммерческого представительства Состав возможных типов договоров может расширяться

ИАСУ КС должна поддерживать работу с несколькими типами (классами) лиц, в число которых входят юридические лица, физические лица, предприниматели БОЮЛ, общественные организации Список типов лиц может расширяться В БД ИАСУ КС для каждого лица должен храниться ряд атрибутов лица независящих от его типа, а также атрибуты, зависящие от типа Так обязательной информацией является контактная информация Примером атрибутов, присущих не всем лицам, являются банковские реквизиты или паспортные данные Способ представления в БД ИАСУ КС информации о лицах должен позволять учесть все отмеченные нюансы

По своей роли в ИАСУ КС лица могут быть провайдерами или пользователями (абонентами) Указанная роль конкретного субъекта определяется по отношению к

некоторому договору на предоставление телекоммуникационной услуги, заключенному между двумя лицами Кроме договоров на предоставление услуги возможны также иные, специфичные для провайдерской (операторской) деятельности типы договоров, например дилерский договор, или договор коммерческого представительства Каждый из указанных субъектов договора на предоставление услуги (провайдер и абонент) имеет соответствующий его роли специальный набор атрибутов В частности, одним из главных атрибутов пользователя является лицевой счет, на котором отражается объем свободных средств, которые могут быть использованы для оплаты услуг Сумма, отраженная на лицевом счета абонента, автоматически уменьшается ИАСУ КС в процессе предоставления услуг и может увеличиваться путем выполнения платежей абонентом

Коммуникационным ресурсом в ИАСУ КС является любой источник предоставления пользователю некой услуги, имеющей определенный смысл при использовании телекоммуникационных сетей Получение услуги возможно в рамках некоторого сеанса работы с ресурсом, включение которого требует выполнения некоторой процедуры авторизации Выключение (прерывание) сеанса может происходить либо по инициативе пользователя, либо по исчерпанию средств на его счете

Примерами ресурсов является выделенный канал или VLAN, используемые для подключения к сети провайдера, dialup-логин, почтовый ящик или Веб-сайт пользователя, и пр Список возможных типов ресурсов должен быть расширяем Так, например, при необходимости удаленного доступа пользователя к вычислительному серверу или иному специализированному серверу приложений может быть заведен ресурс типа «логин доступа к специализированному серверу» Каждый ресурс обладает набором обязательных атрибутов Кроме того, для ресурсов определенного типа могут иметься специфичные для этого типа ресурса атрибуты К числу предопределенных типов ресурсов должны относиться dialup-логин, выделенный канал передачи данных, почтовый ящик, алиас (псевдоним) почтового ящика (используется для перенаправления почты), домен имен, веб-сайт (расположенный на физических ресурсах провайдера), фиксированный IP-адрес, диапазон IP-адресов или IP-подсеть (для подключения по выделенному каналу) и некоторые другие Перечень типов ресурсов может расширяться, и разработанная ИАСУ КС поддерживает эту возможность

Как отмечалось выше, обязательным атрибутом ресурса является тарифный план (ТП), определяющий возможности (условия) использования ресурса и схему оплаты этого использования ТП, наряду с ресурсом, является самым сложным понятием в ИАСУ КС Обязательными атрибутами ТП являются краткое и развернутое имена ресурса, а также тип ресурса, к которому применим данный ТП Дополнительными атрибутами ТП являются параметризованные базовые схемы использования и/или оплаты ресурсов В качестве типичных схем упомянем следующие количество дней, в течение которых можно пользоваться ресурсом с момента первого применения ТП к ресурсу (используется для поддержки обслуживания различных абонплат), количество секунд, которые ресурс может быть использован абонентом до блокировки этого ресурса (эта возможность обычно применяется к dialup-пользователям), стоимость секунды dialup-сеанса, стоимость байта входящего трафика Указанные базовые схемы могут сочетаться друг с другом в конкретном ТП Набор базовых схем ТП должен быть расширяем

Таким образом, в настоящей главе на базе определения основного требования к ИАСУ КС, анализа целесообразности включения в состав ИАСУ КС программных

средств различного типа и анализа структурной модели предметной области услуг доступа к КС и неформального определения используемых в ней сущностей понятий разработаны базовые функциональные требования к ИАСУ КС

В пятой главе рассматривается архитектура реализации ИАСУ КС, методы построения ее основных подсистем и анализ результатов применения ИАСУ КС для повышения эффективности использования ограниченных ресурсов сети

Основу системной или внутренней архитектуры ИАСУ КС составляет интегрированная БД этой системы В работе предложены основные принципы построения схемы этой БД на основе ЕЯ-модели предметной области Вкратце сформулируем эти принципы Для каждой сущности ЕЯ-модели в схеме реляционной БД создается соответствующее отношение, атрибутами которого являются атрибуты сущности, при необходимости дополненные внутренним ключевым атрибутом Для связи ЕЯ-модели в схеме БД создается бинарное отношение, атрибутами которых являются внутренние ключевые атрибуты сущностей, между которыми установлена соответствующая связь Кроме того, предлагается оригинальный метод реализации множественности и расширяемости типов определенных сущностей, к числу которых относится, например, сущность ресурс Суть метода состоит в разделении таблиц общих для всех типов сущности атрибутов и атрибутов, специфичных для определенных типов в различные таблицы Рассмотренная интегрированная БД ИАСУ КС является ее внутренней, подсистемой, обеспечивающей функционирование других подсистем Эта БД не имеет непосредственного интерфейса ни с пользователями ИАСУ КС, ни с управляемыми системой объектами и ресурсами К числу основных функциональных подсистем ИАСУ КС относятся интерфейсные подсистемы взаимодействия ИАСУ КС с различными классами ее пользователей (оператор клиентской службы провайдера КС, абонент КС, сотрудник бухгалтерии провайдера, сетевой администратор КС провайдера, системный администратор ИАСУ КС),

подсистема подготовки, заключения и сопровождения типовых договоров на предоставление услуг доступа к КС,

подсистема управления объектами операционной системы, связанными с предоставлением услуг доступа к КС (средства создания, модификации и уничтожения учетных записей пользователей, файлов почтовых ящиков и пр ) подсистемы управления (создания, контроля состояния, уровня загрузки, уничтожения и пр) виртуальных (программно-реализуемых) телекоммуникационных ресурсов (ВТР), средства определения тарифных планов,

подсистема организации сеансов работы абонентов в сети (установление и разрыв сетевых соединений, контроль потребления ресурсов с автоматическим контролем объема потребляемых услуг и состояния счета абонента и принудительным завершением сеанса по исчерпанию средств на счете и пр ), - подсистема сбора и информации о потребляемом входящем трафике,

подсистема управления ресурсами (средства внешней установки состояния ресурса и средства применения тарифных планов к сеансам работы абонентов), сервер динамического распределения полосы пропускания канала между сетевыми абонентами различных классов (профилировщик) , подсистема поддержки анализа режима загрузки ограниченных ресурсов КС, подсистемы ведения текущей БД информации о предоставленных услугах и архивирования этой информации,

- подсистема резервного копирования состояния БД ИАСУ КС

Вкратце остановимся на организации взаимодействия и принципах построения основных подсистем ИАСУ КС Как было отмечено выше, интегрирующим ядром ИАСУ КС является БД этой системы Важным моментом является то, что в указанной БД хранится не только представление текущего состояния сущностей проблемной области предоставления услуг доступа к КС, рассмотренной в гл 4, но и определенные структуры данных, используемые для организации взаимодействия подсистем ИАСУ КС Для этого в структуре БД ИАСУ КС предусматриваются соответствующие таблицы (отношения) и текстовые файлы Взаимодействие подсистем по событиям, связанным с изменениями полей тех или иных таблиц БД, осуществляется через соответствующие триггеры БД Взаимодействие каждой из подсистем с БД выполняется на основе открытого стандарта ODBC В некоторых случаях применяются и иные механизмы взаимодействия подсистем Перейдем к краткому описанию основных подсистем

Интерфейсные подсистемы основаны на преимущественном использовании Web-интерфейсов, ориентированных на пользователей соответствующего типа и предполагающих обязательную авторизацию пользователей перед предоставлением им доступа к подсистеме Исключение представляет интерфейс ИАСУ КС с ее администратором, включающий ряд скриптов (файлов на командном языке ОС), предназначенных для выполнения специальных действий, и символьных файлов, описывающих конфигурацию различных объектов системы

Подсистема управления ресурсами включает средства внешней установки состояния ресурса и средства организации сеансов работы абонентов Последние средства в процессе авторизации абонента проверяет не только его пароль, но и состояние его лицевого счета Для контроля потребления ресурсов данная подсистема обращается к средствам применения тарифных планов для порождения соответствующего процесса Процессы средств применения тарифных планов построены как интерпретаторы описаний тарифных планов С заданной периодичностью они обращаются к подсистеме сбора первичной информации и обновляют состояние лицевых счетов соответствующих абонентов в БД системы При уменьшении состояния некоторого счета до уровня, определяемого заданным порогом, вызывается триггер БД, автоматически прерывающий сеанс работы соответствующего абонента и выполняющий некоторые другие действия

Подсистема поддержки анализа режима загрузки ограниченных ресурсов КС включает интерактивную утилиту построения усредненных графиков загрузки указанных каналов за указанный период по заданной категории дня недели и утилиту поиска наиболее подходящего времени выполнения системной загрузки (с определенным объемом пульсации) канала

Организация сервера динамического распределения емкости канала между абонентами различных классов рассмотрена в гл 3 автореферата и в тексте диссертации Схема его функционирования представлена на рис 2

Рассмотренная архитектура реализации ИАСУ КС обладает свойством открытости Это позволяет расширять эту систему новыми функциональными возможностями

Реализация ИАСУ КС в соответствии с рассмотренной архитектурой была выполнена под руководством и при непосредственном участии автора работы и успешно применена для автоматизации эксплуатации нескольких региональных компьютерных сетей

Сервер распределения нагрузки

Г"

Вжоднйй и": II J В |8ызсолэ1сЛ ННТ&рфеАС ■

к яЗсчонгаи

Рис,2. Схема функционирования Сервера распределения

Результаты внедрения ИАСУ КС н ООО «Цифровые телефонные сети - Юг» показали* что применение этой системы позволило заменю снизить объем сверхурочных работ сотрудников группы работы с договорами абонентов и группы сетевых администраторов. Кроме того, за счет применения средств динамического распределения емкости внешнего канала между абонентами различных классов было обеспечило возрастание (без расширения емкости внешнего капала) количества договоров безлимитного доступа к сети ориентировочно на 20% за счет более полной утилизации ресурса внешнего канала и повышения качества услуг, предоставляемых безлимитным абонентам.

1. Па базе анализа современных технологий передачи данных Доказана эффективность построения магистральной инфраструктуры региональных компьютерных сетей (КС) на базе технологий семейства lillu;rneI и разработана методика построения магистральной инфраструктуры региональной КС сети на базе совместного применения технологий семейства Ethernet и технологии MPLS с применением рпёщЩйьных методов организации магистральной сети при наличии «длинных» контуров в коммуникационном графе сети.

2. Разработаны методы повышения эффективности использования ограниченных ресурсов (каналов) КС, за счет распределения во времени нагрузки на ограниченные каналы.

3. Разработан метод динамического распределения полосы пропускания ограниченных каналов между абонентами е различными классами качества сетевого обслуживания, обеспечивающий как предотвращение сверхнормативных пиковых нагрузок на канал, так и повышение качества обслуживания абоненток низкоприоритетных классов.

4. Разработана концептуальная организация и Определены функциональные требования к интегрированной автоматизированной системе управления компьютерной сетью (ИАСУ КС), обеспечивающей интегрированное использование средств учета и различных способов регулирования уровня загрузки сетевых ресурсов, средств тарификации предоставляемых услуг, средств ведения договорной документации и финансовых документов для клиентов сети и пр. с предоставлением возможности прямого и косвенного гибкого управления временн ым режимом загрузки ограниченных ресурсов сети.

5. Разработаны архитектура и методы открытой реализации ИАСУ КС, обеспечивающие расширяемость ее функциональных возможностей и предоставляющие возможности гибкой настройки функциональных компонентов

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

ПАСУ КС

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Монастырский М И Методы построения транспортной инфраструктуры магистральных территориальных и региональных сетей // Тез докладов «Современные информационные технологии в образовании Южный федеральный округ», Ростов-на-Дону, 2003, С 123-126

2 Букатов А А, Монастырский М И Методы построения магистральной инфраструктуры распределенных телекоммуникационных сетей // Искусственный интеллект Научно-технический журнал Академии наук Украины, № 3'2003, Изд «Наука 1 осв1та», 2003, С 483-490

3 Букатов А А, Монастырский М И Методы построения магистральной транспортной инфраструктуры распределенных телекоммуникационных сетей // Материалы Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные и многопроцессорные системы - ИМС'2003», том 1, Изд ТРТУ, 2003, С 226-228

4 Букатов А А, Монастырский М М Методы и технологии эффективного построения магистралей распределенных научно-образовательных сетей // Труды Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет», М Изд МГУ, 2003, С 104-107

5 Букатов А А , Букатов С А , Монастырский М И , Шестаков С А Методы построения физической структуры территориальных Ethernet сетей с множественными резервными каналами Труды Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет», М Изд МГУ, 2003, С 122-123

6 Букатов А А, Монастырский М И, Шаройко О В Способы эффективного построения магистрального ядра региональной научно-образовательной сети // Тез докладов XI конференции представителей региональных научно-образовательных сетей «RELARN-2004», Самара изд СамГУ, 2004, С 11-14

7 Букатов А А, Монастырский М И Методы эффективного построения ядра магистральной инфраструктуры распределенной научно-образовательной сети // Труды XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2004», Том 1, С 68-69

8 Букатов А А, Букатов С А, Монастырский М И, Шаройко О В Анализ эффективных методов построения транспортной инфраструктуры региональных научно-образовательных телекоммуникационных сетей // Известия вузов Северокавказский регион Технические науки, № 3, 2004, С 12-17

9 Букатов А А, Монастырский М И Разработка и применение эффективных методов построения транспортной инфраструктуры региональных научно-образовательных телекоммуникационных сетей // Известия вузов Северокавказский регион Технические науки, 2004, № 4, С 3-7

10 Букатов АА, Лазарев АК, Монастырский МИ Принципы построения автоматизированной системы учета и контроля ресурсов, предоставляемых пользователям телекоммуникационной сети // Труды Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет», М Изд МГУ, 2004 г, С 34-35

11 Букатов А А, Монастырский М И Лазарев А К Общая организация автоматизированной системы учета и контроля ресурсов, предоставляемых пользователям телекоммуникационной сети // Материалы Международной научно-технической конференции «Искусственный интеллект Интеллектуальные и многопроцессорные системы», Украина, Крым Изд Таганрогского

радиотехнического университета, 2004, С 307-310

12 Букатов А А Монастырский М И, Лазарев А К Организация автоматизированной системы учета и контроля ресурсов, предоставляемых пользователям телекоммуникационной сети // Искусственный интеллект Научно-технический журнал Академии наук Украины, № Г2005, Изд «Наука 1 освпа», 2005, С 153161

13 Букатов А А, Монастырский МИ Организация системы контроля доступа и учета объема потребления телекоммуникационно вычислительных ресурсов // Материалы научно-методической конференции «Современные информационные технологии в образовании Южный Федеральный округ», Ростов-на-Дону изд «ДВВР», 2005 г, С 43-47

14 Монастырский М И Подход к построению системы контроля доступа и учета потребления телекоммуникационно-вычислительных ресурсов //Тезисы докладов XII конференции представителей региональных научно-образовательных сетей "RELARN-2005", Нижний Новгород, 2005, С 42-45

15 Монастырский МИ Обзор системной архитектуры интегрированной АСУ телекоммуникационной сети // Материалы научно-методической конференции «Современные информационные технологии в образовании Южный федеральный округ», Ростов-на-Дону ЦВВР, 2006, С 179-180

16 Монастырский МИ Разработка интегрированной АСУ телекоммуникационной сети // Материалы XIII конференции представителей региональных научно-образовательных сетей «RELARN-2006» Барнаул Изд-во АлтГТУ, 2006, С 44-46

17 Монастырский МИ Интегрированная АСУ телекоммуникационной сети как инструмент повышения эффективности ее эксплуатации // Материалы научно-методической конференции «Современные информационные технологии в образовании Южный федеральный округ», Р н/Д ЦВВР, 2007, С 180-183

В работах, выполненных в соавторстве, лично автором получены следующие результаты

В [2-4,6,7] предложены основные моменты методики построения магистралей региональных КС на базе совместного применения технологий Ethernet и MPLS

В [5] сформулирована задача обеспечения полноценной возможности использования резервных каналов в многосвязной сети Ethernet и предложен способ ее решения

В [8] выполнен сравнительный анализ эффективности различных сетевых технологий по ряду показателей Результаты анализа аргументируют выбор технологий семейства Ethernet в качестве базовой технологии построения магистралей региональных КС

В [9] предложены основные моменты методики построения магистралей региональных КС на базе совместного применения технологий Ethernet и MPLS и метод повышения динамического распределения емкости ограниченных каналов между различными классами пользователей

В [Ю-13] предложены принципы и методы построения ИАСУ КС и основанный на ее применении метод распределения во времени нагрузки на ограниченные каналы

Печать цифровая Бумага офсетная Гарнитура «Тайме» Формат 60x84/16 Объем 1,0 уч -иэд -л Заказ № 442 Тираж 100 экз Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г Ростов-на-Дону, ул Суворова, 19, тел 247-34-88

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ 12 ЗАТРАТ НА СОЗДАНИЕ, РАЗВИТИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЮ РЕГИОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

1.1. Краткий обзор подходов к оптимизации инфраструктуры 12 компьютерных и телекоммуникационных сетей

1.2. Анализ телекоммуникационных технологий для выбора 16 базовой технологии построения магистральной инфраструктуры региональных компьютерных сетей

1.3. Анализ методов повышения эффективности использования 29 ограниченных ресурсов компьютерных сетей

1.4 Необходимость в интеграции различных программных 36 средств, поддерживающих повышение эффективности использования компьютерных сетей

1.5 Выводы по главе

2 МЕТОДИКА ЭФФЕКТИВНОГО ПОСТРОЕНИЯ 39 МАГИСТРАЛЕЙ РЕГИОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

2.1 Типовая структурная организация региональной 39 компьютерной сети

2.2 Технологические решения построения магистрального ядра 44 региональной компьютерной сети

2.3 Методы построения магистральной инфраструктуры больших 49 территориальных сетей с многосвязным коммуникационным графом

2.4 Выводы по главе

3 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ 57 ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОГРАНИЧЕННЫХ

РЕГИОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

3.1. Общая характеристика методов и средств повышения 5 7 эффективности использования ограниченных каналов региональных компьютерных сетей

3.2. Методы тарифного регулирования уровнем загрузки каналов

3.3. Метод переноса системной нагрузки на каналы на периоды 65 наименьшей загрузки сети

3.4. Метод динамического распределения емкости внешнего 68 канала между абонентами различных классов

3.5. Сравнение предложенного метода динамического 74 распределения емкости внешнего канала с известными методами обеспечения качества сетевого обслуживания

3.6. Выводы по главе

4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К 86 ИНТЕГРИРОВАННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ

4.1. Обоснование целесообразности включения в состав 87 ИАСУ КС различных средств поддержки эксплуатации региональных КС

4.2. Модель предметной области предоставления услуг 91 региональной компьютерной сети

4.3. Виды коммуникационных ресурсов и требования к средствам 93 поддержки работы с ресурсами разных типов в ИАСУ КС

4.4. Требования к возможностям задания тарифных планов 97 использования ресурсов региональной КС ее абонентами

4.5. Выводы по главе

5. АРХИТЕКТУРА РЕАЛИЗАЦИИ ИАСУ КС И АНАЛИЗ 101 РЕЗУЛЬТАТОВ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ

5.1. Назначение и принципы построения интегрированной базы 101 данных ИАСУ КС

5.2. Архитектура реализации ИАСУ КС и методы реализации ее 110 подсистем

5.3 Анализ результатов применения ИАСУ КС

Актуальность работы. Компьютерные (телекоммуникационные) сети (КС), предоставляющие, в частности, широкие возможности доступа к мировым информационным ресурсам и ресурсам распределенных вычислительных сетей и центров высокопроизводительных вычислений, стали в последнее время катализатором прогресса в научно-технической, экономической, политической, социальной и практически всех других областях развития современного общества. От уровня развития телекоммуникаций в существенной степени зависит прогресс во всех указанных областях. Уровень же развития телекоммуникаций существенно зависит не только от уровня развития магистральных КС транснационального и национального масштаба, но и от уровня развития и рационального использования региональных компьютерных сетей, включая коммерческие сети операторов связи и крупные корпоративные и ведомственные КС регионального и городского (территориального) масштаба. В свою очередь, уровень развития и рационального использования указанных сетей зависит от уровня эффективности использования средств, затраченных на создание и развитие сетевой инфраструктуры, и от уровня эффективности использования различных телекоммуникационных ресурсов, таких как внешние каналы сети, внешние информационные серверы, внутренние информационные серверы сети, и серверы иных служб и пр.

Следует отметить, что вопросы эффективности использования средств, направленных на развитие сетевой инфраструктуры, с 80-х годов прошлого века являлись предметом многочисленных исследований отечественных и зарубежных ученых (см., напр., [33,52,58,59]), направленных на оптимизацию топологической структуры и емкостей каналов КС. Однако, в качестве исходной предпосылки таких исследований использовалось предположение об известности (и неизменности) интенсивности информационных потоков между коммуникационными узлами и стоимости коммуникационного оборудования и аренды каналов связи. Однако, в силу начавшегося в первой половине 90-х годов революционного темпа развития всемирной компьютерной сети Интернет (экспоненциального увеличения числа ее пользователей и, соответственно, емкости используемых каналов и производительности оборудования коммуникационных узлов) это предположение перестало выполняться. Между тем этот же период сопровождался бурным развитием различных сетевых технологий, существенно отличающихся не только по предоставляемым функциональным возможностям, но и по показателю «удельной стоимости» коммуникационного оборудования, а также по возможности масштабирования производительности этого оборудования и пропускной способности связующих это оборудование каналов передачи данных. При этом развитие сетевых технологий было настолько интенсивным, что практика построения КС значительно опередила развитие соответствующих исследовательских работ, не учитывающих последние технологические достижения. Автору не известно опубликованных работ, в которых бы проводился анализ выбора сетевой технологии, используемой для построения локальных или распределенных КС. Отметим, что наряду с показателями производительности и стоимости оборудования таких технологий существенное значение имеет показатель масштабируемости основанных на них решений. Поэтому выполнение подобного анализа имеет высокую актуальность. Между тем как стоимость коммуникационного оборудования коммуникационных узлов сети передачи данных и оконечного оборудования ее каналов, так и пропускная способность этих каналов могут в существенной степени зависеть от выбора этой технологии.

Отметим также, что, в известных исследованиях не нашел отражения тот факт, что эффективность использования построенной инфраструктуры КС существенно зависит от создания условий равномерной нагрузки на ограниченные ресурсы (внешние каналы и оборудование узлов передачи данных) и может быть существенно улучшена путем соответствующей «настройки» таких условий. Кроме того, эффективность использования КС существенно зависит от уровня интегрированное™ комплекса программных средств, используемых для технического контроля, повышения эффективности использования и организации взаимодействия (договорного) с абонентами (пользователями) КС. Высокий уровень интеграции таких средств позволяет значительно сократить трудозатраты персонала на эксплуатацию КС и, таким образом, внести дополнительный вклад в повышение эффективности эксплуатации КС.

Поэтому актуальной проблемой в области развития магистральной инфраструктуры, а также математического и программного обеспечения региональных компьютерных сетей (КС) является разработка базирующихся на обоснованном выборе применяемых сетевых технологий методов эффективного построения магистральной инфраструктуры КС и разработка методов и программных средств, обеспечивающих повышение эффективности эксплуатации региональных магистральных КС.

Целью диссертационной работы является анализ и разработка методов эффективного построения магистральной инфраструктуры региональных телекоммуникационных сетей, а также разработка методов и интегрированного комплекса программных средств, предназначенных для повышения эффективности эксплуатации таких сетей как за счет более полного использования ограниченных сетевых ресурсов, так и за счет повышения уровня интеграции комплекса программных средств, применяемых для управления телекоммуникационной сетью и для предоставления телекоммуникационных услуг, и соответствующего уменьшения объема работы (и численности) персонала, обслуживающего КС.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Провести сравнительный анализ современных технологий передачи данных с точки зрения эффективности их применения и возможностей масштабирования основанных на них решений при построении рациональной структуры региональных КС и произвести выбор базовой технологии построения магистральной инфраструктуры. Выполнить анализ известных методов повышения эффективности использования ограниченных ресурсов

КС. Выполнить аналитический обзор различных программных средств, используемых при технической эксплуатации КС и для учета предоставленных услуг с целью определения возможности и целесообразности интеграции этих средств в единый программный комплекс.

2. На основе результатов анализа современных сетевых технологий разработать методику построения магистральной инфраструктуры эффективных региональных КС.

3. Разработать методы, обеспечивающие повышение уровня средней загрузки ограниченных ресурсов сети (с одновременным повышением качества сетевых услуг) за счет обеспечения более равномерного характера нагрузки на такие ресурсы и динамического распределения нагрузки между различными классами абонентов КС в периоды сверхнормативной загрузки.

4. Определить внешние функциональные требования к интегрированной автоматизированной системе управления телекоммуникационной сетью (ИАСУКС).

5. Разработать открытую системную архитектуру ИАСУ КС, включающую динамически взаимодействующие средства поддержки управления конфигурацией сети и предоставляемых ею ресурсов, средства повышения эффективности использования ограниченных ресурсов сети и качества предоставляемых услуг, а также средства учета санкционированного использования ресурсов сети ее индивидуальными и корпоративными абонентами и средств организации финансового взаимодействия с абонентами сети.

6. Выполнить реализацию и анализ результатов применения ИАСУ КС.

Методы исследований: Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, системного программирования, теории массового обслуживания, а также методы теории графов.

Научная новизна работы. Научную новизну работы определяют следующие основные результаты:

1. Методика построения магистральной инфраструктуры региональной телекоммуникационной сети на базе совместного применения технологий семейства Ethernet и технологии MPLS с применением специальных методов построения топологии магистральной сети при наличии множественных резервных каналов.

2. Методы и программные средства повышения уровня средней загрузки ограниченных ресурсов сети и повышения качества сетевых услуг за счет обеспечения более равномерного характера нагрузки на такие ресурсы и снижения вероятности пиковых нагрузок.

3. Концептуальная организация и функциональные требования к интегрированной автоматизированной системе управления телекоммуникационной сетью (ИАСУ КС), обеспечивающей интегрированное использование средств учета уровня загрузки сетевых ресурсов и тарификации предоставляемых услуг, средств ведения договорной документации и финансовых документов для клиентов сети и пр. с предоставлением возможности прямого и косвенного гибкого управления времени'ым режимом загрузки ограниченных телекоммуникационных ресурсов сети.

4. Системная архитектура и методы открытой реализации ИАСУ КС, обеспечивающие расширяемость ее функциональных возможностей и предоставляющие возможности гибкой настройки на правила тарификации стоимости предоставляемых телекоммуникационных услуг.

Практическая значимость

Практическую значимость работы представляет разработанные в рамках диссертации:

1. Методика построения эффективной по показателю «производительность/стоимость» магистральной инфраструктуры региональной КС на базе совместного применения технологий семейства Ethernet и технологии.

2. Методы повышения эффективности использования ограниченных ресурсов КС за счет динамического распределения полосы пропускания ограниченных каналов между абонентами с различными классами качества сетевого обслуживания.

3. Интегрированная автоматизированная система управления КС.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ [19-30,41-45],, в том числе 2 статьи в журналах перечня ВАК [20,27], 2 статьи в иных периодических изданиях [22,29], 7 статей в сборниках трудов конференций, а также 6 тезисов докладов в сборниках трудов конференций.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах, включающих: Научно-методические конференции «Современные информационные технологии в образовании: Южный Федеральный округ», Ростов-на-Дону, 2003, 2005, 2006, 2007 гг.; Всероссийские научно-методические конференциии «Телематика», Санкт-Петербург, 2004, 2006 гг.; Всероссийские научные конференциии «Научный сервис в сети Интернет, Новороссийск, 2003, 2004 гг.; Всероссийские конференции представителей региональных научно-образовательных сетей «КЕЬА1Ш», 2004, 2006 гг.; Международные научно-технические конференции «Интеллектуальные и многопроцессорные системы - ИМС», Крым, Кацивели 2003, 2005 гг.; научные семинары ЮжноРоссийского регионального центра информатизации.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при выполнении и вошли в результаты выполнения следующих НИР: проект № 423 «Создание проекта создания научно-образовательной и административно-хозяйственной сети Ростовской области на базе телекоммуникационных узлов Ростовского государственного университета» (в рамках подпрограммы «Высшая школа как важнейший государственный ресурс развития научно-технического потенциала регионов» Программы Минобразования РФ «Государственная поддержка региональной научно-технической политики высшей школы и развитие ее научного потенциала»), № гос. регистрации 01.200.118681; проект 1.7.43 «Разработка методов, технологии и специальных программных средств удаленного использования вычислительных ресурсов регионального центра высокопроизводительных вычислений в учебном процессе и научных исследованиях» (в рамках НОП Минобразования РФ «Научное, научно-методическое, материально-техническое обеспечение развития технологий информационного общества и индустрии образования») и проект «Создание системы доступа к распределенным информационным ресурсам учреждений и организаций сферы образования и науки Южного федерального округа» (в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)»). Результаты работы внедрены в ООО «Цифровые телефонные сети - Юг».

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается обсуждением результатов диссертационного исследования на авторитетных всероссийских и международных конференциях, а также внедрением результатов работы в организациях, являющихся операторами различных региональных компьютерных сетей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст диссертации содержит 136 страниц, 24 рисунка и 3 таблицы. Список литературы насчитывает 101 наименование. В Приложении 1 приведен акт о внедрении результатов работы. В Приложении 2 приведены примеры оконных интерфейсов ИАСУ КС.

5.4. Выводы по главе 5

1. В настоящей главе предложена открытая архитектура ИАСУ КС, рассмотрены принципы построения и организация интегрированной БД этой системы а также схема взаимодействия и организация работы ее подсистем.

2. Открытость системной архитектуры ИАСУ КС обеспечивается, во-первых, построением ее на основе расширяемой открытой модели предметной области (могут вводиться как новые типы или подклассы ряда определенных в модели сущностей, так и новые сущности), во-вторых, использованием интегрированной БД ИАСУ КС в качестве главного интерфейса между ее подсистемами (что делает эти подсистемы практически независимыми по управлению и упрощает добавление новых подсистем), и, в-третьих, использованием для взаимодействия подсистем открытых сетевых протоколов в случаях невозможности или нецелесообразности их взаимодействия через БДИАСУКС.

3. Результаты применения ИАСУ КС показали, во-первых — высокую эффективность предложенной методики построения региональных компьютерных сетей (почти 6-кратное удешевление реорганизации крупной сети по сравнению с предложениями ведущих производителей сетевого оборудования), во-вторых — повышение эффективности использования ограниченных внешних каналов региональной сети (увеличение ориентировочно на 30 % количества договоров с «без лимитными» абонентами) с одновременным повышением (^оБ, и, в-третьих — повышение эффективности работы персонала, обеспечивающего работу с абонентами сети (при трехкратном росте размеров сети и количества абонентов количество обслуживающего персонала возросло лишь на 10-15%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенных в рамках настоящей диссертационной работы исследований получены следующие основные результаты.

1. На базе анализа современных технологий передачи данных показана эффективность построения магистральной инфраструктуры региональных компьютерных сетей (КС) на базе технологий семейства Ethernet и разработана методика построения магистральной инфраструктуры региональной КС сети на базе совместного применения технологий семейства Ethernet и технологии MPLS с применением специальных методов организации магистральной сети при наличии «длинных» контуров в коммуникационном графе сети.

2. Разработаны методы повышения эффективности использования ограниченных ресурсов (каналов) КС, за счет распределения во времени нагрузки на ограниченные каналы.

3. Разработан метод динамического распределения полосы пропускания ограниченных каналов между абонентами с различными классами качества сетевого обслуживания, обеспечивающий как предотвращение сверхнормативных пиковых нагрузок на канал, так и повышение качества обслуживания абонентов низкоприоритетных классов.

4. Разработана концептуальная организация и определены функциональные требования к интегрированной автоматизированной системе управления компьютерной сетью (ИАСУ КС), обеспечивающей интегрированное использование средств учета и различных способов регулирования уровня загрузки сетевых ресурсов, средств тарификации предоставляемых услуг, средств ведения договорной документации и финансовых документов для клиентов сети и пр. с предоставлением возможности прямого и косвенного гибкого управления времени'ым режимом загрузки ограниченных ресурсов сети.

5. Разработаны архитектура и методы открытой реализации ИАСУ КС, обеспечивающие расширяемость ее функциональных возможностей и предоставляющие возможности гибкой настройки функциональных компонентов ИАСУ КС.

Полученные результаты могут быть рекомендованы к применению с целью повышения эффективности построения региональных компьютерных сетей за счет применения предложенной методик и для повышения эффективности эксплуатации таких сетей за счет повышения уровня использования ограниченных сетевых ресурсов и за счет комплексной автоматизации деятельности по обеспечению эксплуатации региональной компьютерной сети и по работе с ее абонентами.

1. Андерсон Т., Статистический анализ временных рядов, М.: Мир, 1976.

2. Барсум оператор // http://www.barsum.ru/index.cfm?tid=26

3. Бендат Дж., Пирсол А., Измерение и анализ случайных процессов. Пер. с англ. Матушевского Г.В. и Привальского В.Е., М.: «Мир», 1974.

4. Березовский А.Н. Система выявления аномальных режимов работы телекоммуникационных каналов // Труды XIII Всероссийской научно-методической конференции "Телематика 2006" Том 1, Санкт-Петербург, 2006, с. 242-243.

5. Биллинговая система «Билл-Мастер» // http://www.bill-master.ru/

6. Биллинговая система TIZONA // http://www.tizona.ru/

7. Бобер В.И., Янбых Г.Ф. Комплексная оптимизация размещения вычислительных центров и межцентровой сети передачи данных // Автоматика и вычислительная техника, 1981, №5, с. 3-7.

8. Бокс Дж., Дженкинс Г., Анализ временных рядов, прогноз и управление, М.: Мир, 1974.

9. Бордман Б. Многоликие MPLS VPN // Сети и системы связи, № 9, 2002.

10. Бугай А.И., Калинина Э.В., Ретинская И.В., Скуратов А.К. Статистический анализ информационных потоков в глобальных сетях. Информационные технологии, №1,2002, с. 11-15.

11. Буеръ-Телесеть //http://www.buer.wsnet.ru/

12. Букатов A.A., Букатов С.А. Оптимизация разбиения на сегменты коммутируемой сети Ethernet с множественными резервными каналами // Известия ТРТУ, № 10,2005, с 140-145.

13. Букатов A.A., Монастырский М.И. Методы построения магистральной инфраструктуры распределенных телекоммуникационных сетей // Искусственный интеллект. Научно-технический журнал Академии наук Украины, № 3'2003, Изд. «Наука i освгга», 2003, с. 483-490.

14. Букатов A.A., Монастырский М.М. Методы и технологии эффективного построения магистралей распределенных научнообразовательных сетей // Труды Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет», М: Изд. МГУ, 2003, с. 104-107.

15. Букатов A.A., Монастырский М.И. Методы эффективного построения ядра магистральной инфраструктуры распределенной научно-образовательной сети // Труды XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2004», Том 1, с. 68-69.

16. Гузик В.Ф., Решетняк В.Н. Система NET-PRO как универсальное средство проектирования топологии распределенных вычислительных сетей // УсиМ № 1/2, 1995, с. 44-49.

17. Долгих Д.Г., Сухов A.M. Системы резервирования трафика. Аналитическая модель // Телекоммуникации, № 4, 2007, с. 8-11.

18. Долгих Д.Г., Сухов A.M. Системы резервирования трафика. Экспериментальные данные и их обработка // Телекоммуникации, № 4, 2007, с. 22-24.

19. Долгих Д.Г., Сухов A.M. Системы резервирования трафика. Эффект изменения документов в глобальной сети // Телекоммуникации, № 5, 2007, с. 24-27.

20. Кендалл М. Дж., Стьюарт А., Многомерный статистический анализ и временные ряды, М.: Наука, 1976.

21. Корпорация СиБОСС Интернет-платформа // http://www.cboss.ru/products/cbossip.html

22. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход //М.: «Мир», 1978,432 с.

23. Кульгин М.В. Коммутация и маршрутизация IP/IPX трафика // М: Компьютер пресс, 1998, 320 с.

24. Монастырский М.И. Методы построения транспортной инфраструктуры магистральных территориальных и региональных сетей // Тез. докладов «Современные информационные технологии в образовании: Южный федеральный округ», Ростов-на-Дону, 2003, с. 123-126.

25. Монастырский М.И. Построение внутренней архитектуры интегрированной АСУ телекоммуникационной сети // Труды XIII Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2006», Том 1,2006, с. 246-248.

26. Монастырский М.И. Разработка интегрированной АСУ телекоммуникационной сети // Материалы XIII конференции представителей региональных научно-образовательных сетей, «RELARN-2006», Барнаул: изд. АлтГУ, 2006, с. 44-46.

27. Нетес В.А. Основные принципы синхронной цифровой иерархии // Сети и системы связи, 1996, № 6.

28. Олифер В.Г., Олифер H.A. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб: Питер, 2001 г., 668 с.

29. Олифер В.Г., Олифер Н.А Новые технологии и оборудование IP-сетей. СПб: BHV, 1999,512 с.

30. Олифер В.Г., Олифер Н.А Искусство оптимизации трафика // LAN, №12, 2001.

31. Павлюков Ю.А. Подходы к формализации выбора биллинговой системы // Сети и системы связи, № 11, 2003.

32. Робачевскиий А. Операционная система UNIX . // СПб: ВХВ- Санкт-Петербург, 2002.

33. Уолренд Дж. Телекоммуникационные и компьютерные сети. Вводный курс. Москва: Постмаркет, 2001, 476 с.

34. Чен П. Модель «сущность-связь» шаг к единому представлению о данных//СУБД, №3,1995.

35. Шварц М. Сети ЭВМ. Анализ и проектирование // М: Радио и связь, 1981,336 с.

36. Шестаков С.А. Модели и алгоритмы оптимизации структур локальных вычислительных сетей информационных систем // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новочеркасск, 2002,19 с.

37. Штайке С. ATM и альтернативы на магистрали глобальной сети // LAN, №9, 1999.

38. Янбых Г.Ф. Оптимизация размещения телеконцентраторов информации в централизованной сети передачи данных с учетом надежности каналов связи // Автоматика и вычислительная техника, 1986, №4, с. 10-19.

39. Янбых Г.Ф., Столяров Г.А. Оптимизация многоярусной централизованной сети передачи информации // Автоматика и вычислительная техника, 1974, № 6, с. 49-54.60. «ABACS» биллинговая система // http://www.abacs.ru/

40. Asynchronous Transfer Mode // http://en.wikipedia.org/wiki/AsynchronousTransferMode

41. Awduche, D. Malcolm J., Agogbua J., O'Dell, M. McManus J. Requirements for Traffic Engineering Over MPLS, RFC2702, September 1999, http://tools.ietf.org/html/rfc2702

42. Bates Т., Chandra R., Katz D., Y. Rekhter Y. Multiprotocol Extensions for BGP4 // RFC 2283, February 1998

43. Blake S., Black D., Carlson M. fit al. An Architecture for Differentiated Services // RFC2475, December 1998, http://tools.ietf.org/html/rfc2475

44. Bowman C., Danzig P., Hardly D. at al. The Harvest Information Discovery and Access System // Computer Networks and ISDN Systems, v. 28,1.2, 1995

45. Braden R., Clark D., Shenker S. Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview // RFC 1633, June 1994,http ://tools.ietf.org/html/rfc 163 3

46. Case J., Fedor M., Schoffstall M., Davin J. A Simple Network Management Protocol (SNMP), RFC1157, May 1990, http://tools.ietf.org/html/rfcl 157

47. Cisco Works LAN Management Solution http.7/www.cisco.com/en/US/products/sw/cscowork/ps2425/index.html

48. Cisco Works // http://en.wikipedia.org/wiki/CiscoWorks

49. Committed Access Rate Feature Summary // http://www. cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/software/iosl 11/ccl 11/car.htm

50. Compression Service Adapters Feature Module // http://www.cisco.com/en/US/products/sw/iosswrel/psl820/productsfeature guide09186a00800807e0.html#xtocid58626

51. Digital Subscriber Line // http://en.wikipedia.org/wiki/DSL

52. Dolgikh D.G., Shabalin A.A., Sukhov A.M. Cost benefit analysis // Reports 2-nd Web Cache Managers Workshop, TERENA and Desire: Budapesht, 2000, p. 126-131.

53. Dolgikh D.G., Sukhov A.M. Parameters of cache systems dizzied on a Zipf like distribution // Computer Networks, v. 37, # 6, 2001, h. 711-716.

54. Ethernet // http://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet

55. Fiber distributed data interface // http://en.wikipedia.org/wiki/FDDI

56. Frame Relay //http://en.wikipedia.org/wiki/FrameRelay78. // http://en.wikipedia.org/wiki/OpenView

57. Hyperic HQ Open Source Systems Management Software // http ://www.hyperic. com/

58. IBM Tivoli NetView// www-306.ibm.com/software/tivoli/products/netview/81. IBM Tivoli Framework //http :// en. wikipedia. org/wiki/IBMTivoliFrame work

59. List of network management systems // http://en.wikipedia.org/wiki/ListofNetworkManagementSystems

60. Luotonen A., Frystyk H., Berners-Lee N. CERN HTTPD public domain full featured hypertext/proxy with cashing, 1994

61. McDysan, D., Sphon, D., ATM Theory and Application, McGraw Hill, 1995.

62. Minoli D., Vitella D., ATM and Cell Relay Service for Corporate Environments, McGraw-Hill, 1994.

63. Multiprotocol Label Switching I I http://en.wikipedia.org/wiki/MPLS

64. Nagios // http://www.nagios.org/

65. K. Nichols, S. Blake, F. Baker, D. Black, Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers, RFC2474, December 1998, http://tools.ietf.org/html/rfc2474

66. NimBUS for Network Monitoring // http://www.nimsoft.com/solutions/network-monitoring/index.php

67. Rosen E., Rekhter Y. BGP/MPLS VPNs // RFC 2547, March 1999

68. Rosen E., Viswanathan A., Callon R. Multiprotocol Label Switching Architecture // RFC3031, Januaiy 2001, http://tools.ietf.org/html/rfc3031

69. Shenker S., Partridge C., Guerin R., Specification of Guaranteed Quality of Service, RFC2212, September 1997 //http://tools.ietf.org/html/rfc2212.

70. Synchronous optical networking // http://en.wikipedia.org/wiki/SynchronousDigitaIHierarchy

71. Traffic shaping // http://en.wikipedia.org/wiki/Trafficshaping

72. Umesh L., Lancy L. MPLS Configuration on Cisco IOS Software, Cisco Press, 2005.

73. Understanding Rapid Spanning Tree Protocol (EEEI 802. lw), 2007 // http://www.cisco.com/warp/public/473/146.html

74. Usage Manager. Overview and Features // http://www.openview.hp.com/products/usage/index.html

75. UTM: профессиональная биллинговая система, http://www.netup.ru/

76. Wavelength-division multiplexing // http://en.wikipedia.org/wiki/Wavelength-divisionmultiplexing

77. Zhang L., Deering S., Estrin D., Shenker S., Zappala D. RSVP: A New Resource ReSerVation Protocol // IEEE Networks, 1993.

78. Zhang L., Braden R., Estrin D., Herzog S., Jamin S. Resource ReSerVation Protocol (RSVP) Version 1 Functional Specification, 1993.