автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Математическое и программное обеспечение моделирования распределенных систем с гетерогенными потоками данных

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. КОМПЛЕКСНАЯ МОДЕЛЬ ИНТЕГРИРОВАННОЙ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ.

1.1 Развитие распределенных вычислительных сетей с интеграцией услуг.

1.2 Моделирование вычислительных и телекоммуникационных сетей.

1.3 Узел распределенной вычислительной сети, как система массового обслуживания.

1.4 Проблемы моделирования и параметры входного потока трафика узла распределенной сети.

1.5 Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ДЕКОМПОЗИЦИЯ МОДЕЛИ УЗЛА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ С ИНТЕГРАЦИЕЙ УСЛУГ.

2Л Постановка задачи декомпозиции модели узла распределенной вычислительной сети.

2.2 Проведение декомпозиции модели.

2.3 Построение имитационной модели узла вычислительной сети.

2.4 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ УЗЛА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ.

3.1 Служба передачи данных GPRS как пример СИУ.

3.2 Моделирование мобильной сотовой сети, работающей под управлением стандарта GPRS.

3.2.1 Описание программы моделирования GSM/GPRS системы.

3.2.2 Методика моделирования и результаты.

3.3 Анализ результатов моделирования и их применение для оптимизации соты сети, использующей протокол GSM/GPRS.

3.4 Выводы по главе 3.

В последние десятилетия мир переживает переход от "индустриального" к "информационному " обществу. Степень информатизации общества стала важнейшим фактором, определяющим состояние экономики страны. Информация в значительной степени стала обусловливать поведение людей, формировать политическую ситуацию, влиять на стабильность страны.

За последние годы наметился значительный прогресс в развитии отечественной телекоммуникационной инфраструктуры. Активно развиваются федеральные и региональные территориально распределенные сети. Создаются специализированные и общедоступные базы и банки данных, отраслевые и межотраслевые системы сбора, обработки и распространения информации. Строятся сети, предназначенные для обслуживания частных фирм, банков и предприятий. Появилось большое число операторов связи, предоставляющих телекоммуникационные услуги (доступ в Интернет, мобильная связь и другие).

По мнению большинства аналитиков рынка, производителей оборудования и операторов связи, на данный момент в телекоммуникационной отрасли присутствуют две тенденции развития: широкое внедрение цифровых сетей и конвергенция (слияние) телекоммуникационных услуг.

Цифровая передача данных становится универсальным методом коммуникаций, что позволяет обеспечивать полный спектр услуг посредством одной сети. Конвергенция услуг является естественным шагом в развитии потребительского спроса, так как пользователи предпочитают использовать минимальное количество терминального оборудования и путей доступа к обмену информацией.

Исторически сложилось, что современные сети связи характеризуются высокой степенью специализации: для каждого вида связи (услуги) 4 существует своя сеть, передающая информацию этой службы. Так, например, телефонная сеть и сеть передачи данных существуют параллельно, каждая требуя своих сервисных затрат на поддержание работоспособности. При этом свободные ресурсы одной сети не могут быть использованы другой сетью, что определяет их малую эффективность. Большинству современных сетей также недостает гибкости, поскольку они ориентированы и оптимизированы на передачу трафика определенной службы. Это означает, что при появлении нового приложения или услуги, эффективность сети может снизиться ещё больше.

Если в начале информационной эры рынок оборудования и услуг связи определялся в основном доступными технологиями, то в настоящее время определяющую роль играет потребность общества в новых информационных и телекоммуникационных услугах. На мировом рынке телекоммуникаций наблюдается тенденция к слиянию различных видов связи (услуг). Этот процесс обусловлен несколькими причинами:

- Снижаются затраты на разработку, поскольку сеть становится проще с точки зрения числа используемых технологий.

- Снижаются затраты на развертывание инфраструктуры. Требуется меньшее число линий связи, оборудования и площадей для его размещения.

- Снижаются затраты на техническое обслуживание.

- Такая универсальная сеть имеет более длинный жизненный цикл, поскольку потенциально сеть способна к передаче не только существующих, но и будущих услуг.

- Оператор связи может предложить полный спектр услуг, что привлекательно для потенциального клиента. Уменьшается количество терминального оборудования, используемого клиентом.

На практике это означает использование одной сети для передачи трафика различных видов связи, а также новых служб взамен традиционных.

Общие выводы

8. В работе построена структура обобщенной модели узла вычислительной сети с гетерогенными потоками данных.

9. Проведена декомпозиция структуры обобщенной модели на подмодели услуг с генерацией гомогенных потоков данных и модель взаимодействия потоков в канале.

Ю.Построена имитационная модель взаимодействия трафиков с коммутацией каналов (КК) и коммутацией пакетов (КП) в распределенных вычислительных системах с гетерогенными потоками данных

11. Разработано программное обеспечение для моделирования узла распределенной вычислительной сети с гетерогенными потоками данных.

12. Проанализированы природа и характер влияния параметров и режимов работы системы на показатели эффективности функционирования вычислительной сети.

13. Разработаны методы анализа и оценки качества функционирования распределенных вычислительных систем с гетерогенными потоками данных для создания новых технологий их проектирования и модернизации.

1. Башарин Г.П., Харькевич А.О., Шнепс-Шнеппе М.А. Теория очередей в телефонии. Москва, 1968.

2. Булгак В.Б., Варакин JI.E. и др. Основы управления связью Российской Федерации. Под ред. А.Е.Крупнова и Л.Е.Варакина. -М.: Радио и связь, 1998.

3. Вентцель Е. С. Исследование операций. М.: Советское радио, 1972.

4. Вентцель Е.С., Овчаров П.А. Теория вероятностей и ее инженерное приложения. М.: Высш. 111к., 2000.

5. Вишневский В.ML, ПороцкийС.М. "Моделирование ведомственной сис-темы электронной почты", Автоматика и телемеханика, 1996, N 12, с. 48-60.

6. Гершман И.Р. Модели и методы рассчета абонентской нагрузки в сотовых сетях, www.members.tripod.com/telecomprojecty Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Высш. Шк., 1998.

7. Демьянов А.И. "Оценка параметров скачков нагрузки в сотовыхсетях подвижной связи", Электросвязь, 2002, N 1.

8. Ершов В.А., Ершова Э.Б., Щека А.Ю. "Метод оценки качестваобслуживания на мультисервисной сети с учетом числапользователей услуг", Электросвязь, 2001, N 8.

9. Ершов В.А., Ершова Э.Б., Щека А.Ю."Метод расчета потерьвызовов в атм-сети при конечном числе источников нагрузки",1. Электросвязь, 2001, N 9.

10. Зубарев Ю.Б. "Основные подходы к внедрению систем подвижнойсвязи 3-го поколения", "Вестник связи" №07/2000.

11. Иванов А.Б. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи.

12. Часть I М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2000.

13. Клейнрок J1. Вычислительные системы с очередями. —М.:1. Мир, 1976.

14. Клещев Н.Т., Федулов A.A. и др. Телекоммуникации. Мир и Россия. Состояние и тенденции развития; Под ред. Н.Т.Клещева. -М.: Радио и связь, 1999.

15. Кокорев Н.В., Курс лекций по менеджменту. Учебное пособие. -Барнаул 1997.

16. Коней A.A., Маркетинг: ценовой анализ конкурентов и постащиков. М: 2000.

17. Константинов Е.А. "Дорога в онлайн. и обратно", "Вестник связи" №03/2000.

18. Коренев И.В. Использование GPRS для реализации информационной сети. Межвузовский сборник научных трудов "Программное и информационное обеспечение систем различного назначения на базе персональных ЭВМ". Вып. 4. М.: МГАПИ, 2001. Сс. 109-110.

19. Коренев И.В. Математическое описание гибридной телекоммуникационной системы. Межвузовский сборник научных трудов "Программное и информационное обеспечение систем различного назначения на базе персональных ЭВМ". Вып. 4. М.: МГАПИ, 2001. Сс. 103-104.

20. Крем ер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.

21. Кучерявый А.Е., Кучерявый Е.А., Харью Я. "Качество обслуживания в сети Интернет", Электросвязь, 2002, N 1. Лагутин B.C., Степанов С.Н. Телетрафик мультисервисных сетей связи. М.: Радио и связь. 2000.

22. Ламекин В.Ф. Сотовая связь. Ростов.на.Дону: Изд-во "Феникс", 1997.

23. Михалевич И.Ф., Сычёв К.И. "Моделирование процессов функционирования и управления трафиком в системах мобильной связи", Электросвязь, 2002, N 1.

24. Назаров А.Н., Симонов М.В., ATM: технология высокоскоростных сетей. -М.: Эко-трендз 1998.

25. Назаров C.B., Степанов С.Н, Инженерные методы оценки характеристик совместного обслуживания речевого, интернетовского и пейджингового трафика пучком СЛ // Сборник депонированных работ. Московский технический университет -связи и информатики. 2000.

26. Невдяев Л.М. Мобильная связь 3-го поколения. Серия изданий «Связь и бизнес», М., ООО «Мобильные коммуникации», 2000. Нейман В.И. Организация управления в сотовых сетях связи. Радио, 1999, № 1

27. Рижиков Ю.И. Теория очередей и управление запасами. СПб: Питер, 2001.

28. Шнепс-Шнеппе М.А. Информационные системы: численные методы. Москва, 1979.

29. Шнепс-Шнеппе М.А. Численные методы в теории телетрафика. Москва, 1974.

30. Цыбаков Б.С. Вычислительные и телекоммуникационные сети с фрактальным трафиком. Числа, Информация, Сложность. Eds, 2000, с. 197-219.

31. Цыбаков Б.С. Модель телетрафика на основе самоподобногослучайного процесса. Радиотехника, 1999, N5.

32. Bagain К., Erme! М., Performance of internet traffic over GPRS, 2000.

33. Bolotin V.A., Telephone Circuit Holding Time Distributions., Bell Comm. Research., ITCH, 1994.

34. Chlcbus E., "Empirical validation of call holding time distribution in cellular communications systems'" Proc. 15 the International Teletraffic Congress, Elsevier Scicncc B.V., 1997.

35. Deng S., Emperical model of WWW Document Arrivals as Access Link., 1996.

36. ETSI Recommendation ETS 300 527, "Handover procedures (GSM 03.09)", February 1995.

37. ETSI Recommendation TS 101 351 V8.7.0, "Digital cellulartelecommunications system (Phase 2+);Gcncral Packct Radio Scrvicc

38. GPRS);Mobile Station Serving GPRS Support Node (MS-SGSN)1.gical Link Control (LLC) layer specification", 1999.

39. Feldmann A., Gilbert A.C., Willinger W., Kurtz T.G., The changingnature of network traffic: Scaling phenomena. Computer

40. Communication Review 28 , No. 2, April 1998.

41. Flood J.E. Telecommunication networks, Prentice-Hall, 1975.

42. Fowler H., Leland W., "Local area network traffic characteristics, withimplications for broadband network congestion management", IEEE

43. J.Select areas Commun., vol.9, Sept. 1991.

44. Freeman R.L. Telecommunication system engineering: Analog and digital network design, 1980.

45. Garret M., Willcngcr WM "Analysis modelling and generation of self-similar VBR video traffic" in Proc. SIGCOMM, Sept. 1994.

46. Hyytia E., "Characterisation of Internet Traffic", Postgraduate course in

47. Teletraffic theory, Oct. 1999.1.ternetwork planing. Internet site: www.cisco.com1.crsen V.B. Tclctraffic theory. DTU, Lyngby, 1999.

48. Jagerman D.L., Melamed В., Willinger W., Stochastic modelling oftraffic processes., 1999.

49. Mapinfo professional. User's guide. Mapinfo corporation. Troy, New York, 1996.

50. Meller D. Methods for analysis and design of heterogeneous networks. Volumes 1 and 2. DTU, Lyngby, 1994.

51. Nabe M., Hideo Miyahara M.M., Analysis and modelling of World Wide Web traffic for capacity dimensioning of Internet access lines. Performance evaluation 34, 1998.

52. Rasmussen K.E., Resourse Allocation for Mobile Communication System., Ph.D thesis. DTU, January 1999.

53. Schwartz M. Computer communication design and analysis. Prentice-Hall, Inc, 1977.

54. Sharma R.L. Network systems: modeling, analysis and design. New York, 1982.

55. Shugard M.H., Fontenay A., Sibley D.S., Telecommunications Demand Modelling. North-Holland, 1990.

56. Stalling W. Data and computer comunication. Prentise-Hall.Inc, 1997. Tutschu, K., Gerlich, N. and Tran-Gia, P.: An integrated approach to cellular networks planning. Networks 1996, Nov. 1996, Sydney, Australia, pp. 185-190.

57. Tylor J., FAX in an e-world., Computer Telephony Europe, April 2000.

58. Wellar V., Cameron N., Sawada M. Progress in building linkages between GIS and methods and techniques of scientific inquiry// Comput., Environ and Urban Syst. -1994. -18.N2. -P.67-80.

59. Козтшиииснт использования пссупсов

60. Сотя п 14 кянягтоя. Вкгпегтенные кяняпы: К К" 0: КП - 1кп траффик.112.6131,31501 166.6кбитс1. ККтраффж,нагрузкаэрланг0,8850.9030.9020 7331. О.МО0.877и.бЗБ0.502о.эоа0.9090.9100.668

61. Коэффициент использования ресурсов,1. Сота в 14 каналов

62. Выделенные каналы: КК 0; КП - 11. КК нагр.= 01. КК нагр.= 0,11. КК наф.= 0,21. КК нат.= 0,31. ККнагр.= 0,41. КК нагр.= 0,51. КК наф.= 0,61. КК наф.= 0,71. КК наф.= 0,81. КК наф.= 0,91. КК наф.= 1,0шпека

63. Коэффициент использования ресурсов,1. Сота в 22 каналов1. КК нагр.= 01. КК нагр.= 0,11. КК нагр.= 0,21. КК нагр.= 0,31. ККнаф.= 0,41. КК нагр.= 0,51. КК нагр.= 0,61. КК нагр.= 0,71. КК нат.= 0,81. КК нагр.= 0,9

64. Коэффициент использования ресурсов,1. КПнаф.= 01. КП наф.= 0,11. КП нагр.= 0.21. КПнагр.= 0,31. КПнаф.= 0,41. КП наф.= 0,51. КП наф.= 0,61. КП наф.= 0,71. КП наф.= 0,8

65. Коэффициент времени полной загрузки каналов доступных для КК трафика. Сота в 7 каналов. Выделенные каналы: КК 0; КП - 3.93,8

66. КПтраффик, кбигс 0 9.4 18,8 28,1 37,5 46,9 56,3 65,7 75 84.4

67. Коэффициент в ремени полной загрузки каналов доступных для КК трафика. Выделенные каналы: КК 0; КП - 3.0,4 0,5 о.е1. К Г) нагрузка

68. Коэффициент времени полной загрузки каналов доступных для КК трафика. Выделенные каналы: КК 0; КП - 3.

69. Сота в 7 каналов -КК нагр.= 0 « - КК нагр.= 0,1 КК нагр.= 0,2 -Х- - КК нагр.= 0,3 -ж— КК нагр.= 0,4 -•— КК нагр.= 0,5 ч—КК нагр.= 0,6 — ККнагр.= 0,7 г КК нагр.= 0,8 КК нагр.= 0,9 КК наф.= 1,00,2 0,3 0,4 0,5 о.е1. КК нагрузка0,8 0,5

70. Сота в 7 каналов • -КПнагр.= 0 ш -КПнагр.= 0,1 КП нагр.= 0,2- КП наф.= 0,3 ■ КП наф.= 0,4- КП наф.= 0,5- КП наф.= 0,6- КП наф.= 0,7- КП наф.= 0,81. КП наф.= 0,9 КП наф.= 1,0117

71. Коэффициент времени полной загрузки каналов доступных для КК трафика. Сота в 14 каналов. Выделенные каналы: КК 0; КП - 3.

72. КП траффик, кбкгс • 18,8 37,5 56,3 75 93.8 112,8 131,3 150,1 168,8 187,8

73. Коэффициент времени полной загрузки ка доступных для КК трафика. Выделенные каналы: КК 0; КП - 3.полной загрузки каналовпя КК трафика. С01"3 8 14 каналовалы: КК О: КП - 3. * КК пят = 00,1 0,2 0,3

74. КК нагр.: КК нагр.= 0,1 КК нагр.= 0,2 КК нагр.= 0,3 КК нагр.= 0,4 КК нагр.= 0,5 КК нагр.= 0,6 КК нагр.= 0,7 КК нагр.= 0,8 КК нагр.= 0,9 КК наф.= 1,01,0 . 0,9 ч 0,8 I 10,7 /0,6 ^ 0,5 | 0,4 " 0,3 0,2 0,1 ■ 0,0

75. Коэффициент времени полной загрузки каналов доступных для КК трафика. Выделенные каналы: КК 0; КП - 3.0,10,2 0,3 0,4 0,5 0,61. КК нагрузка0,7 0,8 0,9

76. Сота в 14 каналов -Ф—КП нагр.= О -■— КПнагр.= 0,1 КП нагр.= 0,2 -к— КПнагр.= 0,3 -ж— КП нагр.= 0,4 КПнаф.= 0,5 ч— КП наф.= 0,6 — КПнаф.= 0,7 -X— КП наф.= 0,8 КП наф.= 0,9 КП наф.= 1,0

77. Коэффициент времени полной загрузки каналов доступных для КК трафика.

78. Г^/чтп 1 > «оттпттлп ТЗт тттлттаттттттт тл тгпттлтттг» ЛГЛГ п. Т/-ТТ 1 иМг|к нъ и VI IЦ VI л .

79. Г\ КП траффик, кбитс 0 29.5 59 88,4 117,9 147,4 178,9 206,4 235,8 265,8 294,8

80. Коэффициент времени полной загрузки каналовдоступных для КК трафика. Выделенные каналы: КК 0; КП -1.■ I'1. М 1,1