автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математическое моделирование процесса эффективного администрирования систем массового обслуживания

На правах рукописи

АХМЕТШИН ДИНАР АГЗЯМОВИЧ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭФФЕКТИВНОГО АДМИНИСТРИРОВАНИЯ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Специальность 05.13Л8 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 ДЕК 2014

005556226

Казань-2014

005556226

Работа выполнена на кафедре информатики и прикладной математики в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Научный руководитель доктор педагогических наук,

профессор, Нуриев Наиль Кашапович

Официальные оппоненты Смагин Алексей Аркадьевич, доктор

технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет», заведующий кафедрой телекоммуникационных технологий и сетей

Якимов Игорь Максимович, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева», профессор кафедры автоматизированных систем

обработки информации и управления

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Поволжский

го суд ар ств ен ны й тех н ол о гич е с ки й университет», г. Йошкар-Ола

Защита состоится «19» декабря 2014 года в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.13 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета (А—330).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» и на сайте www.kstu.ru

\±

Автореферат разослан « I "/■">> ноября 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.080.13

Клинов

Александр

Вячеславович

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Проблема оптимальной организации работы систем, обслуживающих случайный поток заявок, возникает в различных технических, экономических, социальных системах при ограниченном количестве механизмов обслуживания и при этом требуется, как правило, спланировать эффективный режим их работы с учетом различных условий.

Системы беспроводного доступа заняли прочное место в повседневной жизни человека. Очевидно, что со временем потребность выхода в Интернет будет только возрастать. В настоящее время сеть используется не только как форма организации досуга, но и является обязательным условием успеха бизнес-процессов и управленческой деятельности. В настоящее время Интернет по технологии Wi-Fi получил широкое распространение, начиная от сферы услуг до глобальных бизнес-проектов и в тоже время, в основном, он является платным. Тем не менее, многие организации, работающие в сфере услуг, предоставляют бесплатный доступ в Интернет по технологии Wi-Fi с целью привлечения клиентов, и тем самым надеясь увеличить рентабельность своего бизнеса, однако весьма часто такая услуга оборачивается убытком для этой компании. В целом, рентабельность этой услуги можно достичь за счет увеличения массовости доступа в Интернет путем эффективного администрирования.

В работе предлагается концепция использования промежуточного блока администрирования передачи данных при организации беспроводного доступа в Интернет по технологии Wi-Fi, построение комплекса математических моделей эффективной работы информационной системы с использованием аппарата теории массового обслуживания, создание программного комплекса с эффективной системой администрирования массового доступа в Интернет.

Целью диссертационной работы является разработка программного комплекса промежуточного блока эффективного администрирования передачи данных при организации публичного доступа в Интернет по технологии Wi-Fi на основе реализации результатов расчетов с использованием аппарата теории массового обслуживания.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) построить комплекс математических моделей, позволяющих описать различные возможные режимы администрирования;

2) выполнить численные эксперименты и установить степень адекватности моделей объекту;

3) разработать информационную систему с предоставлением информации из промежуточного блока администрирования;

4) спроектировать серверный программный комплекс для управления программным компонентом промежуточного блока администрирования;

5) произвести анализ работы аппаратно-программного комплекса в режиме реального времени.

Объект исследования - программный комплекс промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного доступа в Интернет, работающий в различных режимах функционирования.

Предмет исследования - аналитические, численные и имитационные модели в

системах массового обслуживания.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы следующие методы:

- аппарат теории массового обслуживания для создания математических моделей;

- прикладного программирования на платформе программного комплекса на языке программирования Python с использованием фреймворка Django.

Научная новизна исследования заключается в:

1) разработке концепции использования промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного беспроводного доступа в Интернет по технологии Wi-Fi;

2) построении комплекса математических моделей информационной системы, описывающей различные режимы администрирования на основе теории массового обслуживания с использованием исходных данных;

3) выполнении численных экспериментов в рамках построенных моделей с целью установления эффективных режимов администрирования;

4) разработке алгоритма работы для управляющей системы блока администрирования, поддерживающего функционирование программного комплекса промежуточного блока администрирования данных при организации беспроводного доступа в Интернет;

5) разработке алгоритма серверного программного комплекса, который позволяет в режиме реального времени контролировать работоспособность коробочных устройств с разработанным программным комплексом.

Достоверность полученных результатов работы подтверждается сравнением результатов экспериментов с практическим использованием созданного программного комплекса промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного беспроводного доступа в Интернет.

Практическая ценность диссертационного исследования состоит в разработке аппаратно-программного комплекса промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного беспроводного доступа в Интернет по технологии Wi-Fi. В качестве практической реализации выбрано коробочное беспроводное устройство в которое установлен разработанный программный комплекс. Создан серверный программный комплекс, который позволяет владельцу коробочного беспроводного устройства с предустановленным программным комплексом управлять как содержимым, так и рабочим функционалом устройства через глобальную сеть Интернет с любого IBM совместимого компьютера. Результаты работы с закрытым исходным кодом используются в коммерческой деятельности. Полная схема функционирования разработанной информационной системы описана в диссертационной работе. Программный комплекс промежуточного блока администрирования успешно реализован в сфере услуг, в частности, в организациях, предоставляющих бесплатный доступ в Интернет в публичных местах, а именно: ОАО «Таттелеком», ООО «Гетвайдер», ЗАО «Холдинговая компания «Тулпар», ООО «Айти Софт», пиццерия в г. Казани «Пицца Хаус», ООО «Формула», ООО «Етв Казань» рекламное агентство Спектр и

Основные результаты, выносимые на защиту:

1) комплекс математических моделей, описывающих ситуации для различных режимов администрирования;

2) алгоритм работы программного комплекса промежуточного блока администрирования;

3) результаты численных экспериментов, выполненные в рамках построенных моделей, позволяющие установить оптимальные режимы администрирования.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на IX всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и современные информационные технологии» (Россия, г. Томск, ТПУ, 2011 г.); на восьмой научно-технической конференции «Информационные системы и модели в научкых исследованиях, промышленности, образовании и экологии» (г. Тула, 2011); на международной научно-практической конференция «Электронная Казань 2014» (г. Казань, 2014 г.).

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и двух приложений (акты внедрения и исходные коды программной составляющей). Работа изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц и 42 рисунка. Библиографический список включает 117 литературных источника.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 15 работах, в том числе 8 статей - из перечня рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК МОН РФ.

Структура и краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, определены объект и предмет исследования, раскрыты научная новизна и практическая ценность исследования, сформулированы основные результаты, выносимые на защиту, приведены данные апробации.

В первой главе - представлен теоретический обзор современного состояния и перспективы развития беспроводных модулей передачи данных, анализ существующих беспроводных систем, описывается постановка задачи диссертационного исследования. Основу беспроводных сетевых технологий заложил американский изобретатель и художник Сэмюэл Финли Бриз Морзе. В 1837 году он разработал собственную систему электросвязи по металлическому проводу, которую назвал «Телеграф». Позже он так же разработал систему передачи информации и расшифрования ее на конечном приемнике, которой дал название азбука морзе. Система работает по принципу кодирования сигнала, которая используется в настоящее время и является основным фундаментом современных сетевых технологий. Спустя длительное время, после многих экспериментов, выдающийся французский инженер Жан Морис Эмиль Бодо изобрел телеграфный мультиплексор, который стал основой устройств передачи данных в многоканальном режиме и позволял по одному проводу передавать до шести различных телеграфных сообщений одновременно. Согласно цели исследования необходимо выполнить следующие шаги:

1. Разработать общую концепцию работы системы.

2. Произвести анализ работы различных систем по предоставлению беспроводного доступа к сети Интернет по технологии Wi-Fi в публичных местах пользования.

3. Сформировать общий план проекта по разработке программного комплекса.

4. Построить математические модели на основе теории массового обслуживания рабочей информационной системы.

5. Разработать прототип рабочей информационной системы.

6. Произвести численный эксперимент на основе созданных математических моделей.

7. Разработать аппаратно-программный комплекс промежуточного блока передачи данных при организации публичного беспроводного доступа к Интернет по технологии Wi-Fi.

8. Разработать программный комплекс, который в свою очередь, будет выполнять задачи на серверном уровне, т.е. организовать контроль управления над каждым устройством дистанционно в режиме реального времени через глобальную сеть Интернет.

9. Выбрать оборудования для работы системы в целом.

10. На основе полученных данных из практической реализации произвести окончательные расчеты на раннее созданных математических моделях.

11. Составить научное обоснование актуальности и работоспособности разработанного аппаратно-программного комплекса.

12. Составить вывод проделанной работы.

В конце главы представлен анализ функциональных возможностей, решаемых задач, особенностей и архитектуры беспроводных технологий передачи данных, обоснована актуальность разработки системы доступа в Интернет, которая легко интегрируема в любую среду с большим количеством пользователей.

Во второй главе - описана концепция использования промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного беспроводного доступа в Интернет по технологии Wi-Fi, которая предполагает в процессе своей реализации следующую последовательность этапов:

1. Пользователь приходит в место публичного доступа к Интернет с любой технической аппаратурой, поддерживающей технологию Wi-Fi (мобильный телефон, ноутбук, коммуникатор, игровая приставка, и т.д.).

2. Пользователь включает адаптер беспроводного модуля Wi-Fi и приступает к поиску доступных беспроводных сетей.

3. При поиске беспроводных сетей пользователь обнаруживает точку доступа с незащищенным подключением.

4. Подключившись к этой точке, он изначально ограничен в доступе к Интернет. При введении любого адреса в программе-браузере, его автоматически перенаправляют на web-страницу, размещенную на посреднической странице, где генерируется содержимое страницы в зависимости от географического расположения устройства.

5. Страница содержит информацию, которую необходимо донести до конечного пользователя. Право составления и изменения предоставляемой информации имеет только рладелец беспроводного устройства.

6. На странице размещена кнопка, которая осуществляет разрешение доступа клиента в Интернет.

7. Пользователь беспроводного подключения может получить доступ в Интернет, только при нажатии кнопки активации.

8. Интернет может быть доступен в течение определенного времени, а так же с ограничением скорости доступа. Во время посещения всех страниц, у пользователя автоматически генерируется в нижней части экрана информационный блок с 15 % заполнением от высоты рабочего окна программы веб-браузера. В отображаемом блоке владелец беспроводного устройства может изменять и добавлять информацию через удалённый сервис путем авторизации учетных данных с привязкой конкретного устройства. Концепция технической реализация выглядит следующим образом:

1) для клиентского подключения используется беспроводное устройство, на котором устанавливается разработанный программный комплекс;

2) для контроля управления устройствами разработан серверный программный комплекс, работающий на операционной системе Linux Debian и установленный на IBM совместимый компьютер с выделенным Интернет каналом.

В этой главе рассматривается в терминах теории массового обслуживания разработанная система программного комплекса промежуточного блока администрирования передачи данных, при организации публичного доступа в Интернет. На вход системы поступает пуассоновский поток требований (заявок) с интенсивностью Я. Каждая заявка, зарегистрированная в системе и получившая с помощью ее технических возможностей связь с сетью Итгёрнет, формирует канал обслуживания, интенсивность работы которого равна

1

сср

где t_cp - среднее время пребывания заявки в системе. Общий объем памяти, предоставляемый для обслуживания клиентов, есть величина постоянная и равная

Q. Отсюда следует, что существует некоторое критическое число заявок

„ _ Q

п0 = —,

Яо

где q0 - минимальный объем памяти, обеспечивающий надлежащий уровень комфорта клиенту.

На действующей системе аппаратно-программного комплекса промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного доступа в сеть Интернет путем экспериментальных исследований было установлено, что имеющийся объем памяти Q распределяется между клиентами приблизительно равномерно. Это позволяет получить соотношение, устанавливающее зависимость между числом клиентов п, находящихся в системе (при условии, что п > п0) и интенсивность обслуживания р

(1)

Следовательно, если число пользователей, подключенных к Интернету посредством системы превышает п0, то интенсивность обслуживания есть убывающая функция дискретной переменной. С учетом различных стратегий

действий администратора рассматриваются три модели системы, как объекта массового обслуживания.

1. Администратор никак не ограничивает количество заявок, и любой клиент имеет возможность беспрепятственного доступа в систему и подключения к сети Интернет. Это система массового обслуживания с бесконечным числом каналов. Граф ее представлен на рис. 1.

И 2ц Зц кц. (4 + Ш

Рис. 1 Гриф системы с бесконечный числом каналов где |1 вычисляется по формуле: (1) если число действующих каналов больше П0 и ц = ц0 " если число каналов не превосходит п0.

Финальные вероятности такой системы Р^ вычисляются по формулам Эрланга

где

х

У = -,а

Р<? =

2

1-к=0

Очевидно, что при п > п0 у — —г является возрастающей функцией

Цо^о

дискретного аргумента, а при п -» со Р0* = е_у. Совершенно ясно, что как только при некотором п = п* наступит момент, когда у > 1, то есть когда интенсивность потока обслуживания отдельного канала станет меньше интенсивности входного потока заявок функционирование системы прекратится.

2. Администратор допускает к соединению с Интернет не более П0 пользователей одновременно, когда все сформированные каналы обслуживания функционируют с неснижаемой интенсивностью ц0. Клиенты, пожелавшие воспользоваться услугой системы аппаратно-программного комплекса промежуточной сети передачи данных при организации публичного доступа в сеть Интернет в которой уже находится П0 заявок, помещаются в очередь, и подключаются к обслуживанию по мере освобождения каналов. Число мест в очереди не лимитируется. Это типичная многоканальная система массового обслуживания с бесконечным ожиданием, граф которой представлен на рис. 2.

Л _ Л Л Л л А

■ (впд)_■ " ■ (Згы-к)_« ■

ЗДо ("о+1)^о (п0+Юм а (ло+*+Я«о

Рис.2 Граф системы с бесконечным ожиданием

Все расчетные соотношения для определения функциональных характеристик систем подобного типа известны и здесь приводятся только те из них, которые были использованы в ходе численного эксперимента, не касаясь технических потребностей их получения. Финальная вероятность состояния 50, когда система свободна, вычисляется по формуле

р.= у , Упз+1

0 к! п0!(п0-у) ,где

к=0 ] X

а вероятность всех прочих состояний

Р0* если 1 < к < п0 рк = { ' ук (3)

(к-п0, Ро е^и к > п0 П0 По!

Средняя длина очереди (клиентов ожидающих подключения к Интернет) для этой системы

^ = (4)

а среднее время пребывания в очереди

Но

Из формулы (4) видно, что и для этого варианта конфигурирования системы

возможна, хотя и маловероятна, ее блокировка вследствие перегрузки. Это у

происходит, когда--» 1, т.е. при высокой интенсивности входного потока

По

требований, или в случае низкой скорости работы каналов. При этом Ь,. -> оо, т.е. число заявок в очереди стремительно растет, а время ожидания обслуживания становится неприемлемо большим.

3. Количество формируемых каналов обслуживания не превышает п0, что обеспечивает комфортные условия работы, однако, клиенты, попавшие в очередь, ведут себя не столь пассивно, как в варианте 2. Потеряв какое то время в очереди, часть клиентов уходит из системы, не дождавшись предоставления канала подключения к Интернет. Это, так называемая, модель с «нетерпеливыми» заявками.

Для анализа работы систем с «нетерпеливыми» заявками, как правило, принимается гипотеза о том, что время ожидания клиента в очереди есть случайная величина, подчиняющаяся экспоненциальному закону распределения с параметром V. Иначе говоря, среднее время пребывания заявки в счерёди

*ож = ~ ■

Таким образом, V - имеет смысл интенсивности потока заявок, покидающих систему, но не получивших обслуживания. На рис.3 представлен граф такой системы

Но 2ц0 зц0 "°»<>

Рис.3 Граф системы с «нетерпеливыми» заявками Математические модели подобных систем так же известны и доведены до удобных расчетных соотношений. Так финальная вероятность пребывания системы

ук я

в состоянии Эк при к < п0 определится по формуле Р^ = — Р0*, где у = —.

к! Но

Если же все каналы сформированы и имеет место накопление очереди, то

, _ уПо+к _ ^

Р"о+к = л0!(по+Ч>)(по + 2<р)...(по+кф) о . где Ф - — ' а

р. Гупо + +_г!_+... +_£_-и! 1 (5)

гО |^к=<Лк! т По! *п0+Ф (п0+Ч>)(п0+2ф) (по+<р)(по + 2<р)...(по+г<рГ-'.1

Ряд в квадратных скобках сходится при любом у, что исключает возможность неограниченного возрастания числа заявок в очереди и нарушения функционирования системы аппаратно-программного комплекса промежуточной сети передачи данных при организации публичного доступа в сеть Интернет по этой причине.

Однако, в отличие от модели 2, часть заявок будет потеряна по причине ухода «нетерпеливых» клиентов из очереди.

В этой главе так же описан программный комплекс и проведен численный эксперимент с использованием вышеуказанных моделей. В результате численного эксперимента для первой модели было установлено, что при увеличении интенсивности входного потока система в скором времени прекратит функционировать, т.е. вследствие снижения интенсивности обслуживания среднее время пребывания заявки в системе станет неприемлемо большим и процесс обслуживания фактически прекратится, если администратором не будут приняты соответствующие меры. В ходе численного эксперимента для второй модели показано, что при росте интенсивности входного потока и при уменьшении интенсивности обслуживания ц0, величина — -» 1 и длина очереди Ьг при этом

По

неограниченно возрастает. Это приводит к прекращению функционирования системы вследствие ее переполнения. Следовательно, администратор системы должен контролировать работоспособность системы и в случае достижении критической длины очереди необходимо в принудительном порядке перезапустить систему. В ходе численного эксперимента для третьей модели было установлено, что если среднее время ожидания подключения к Интернету составляет приблизительно от 2 мин до 10 мин, то при увеличении X процент потерянных заявок будет расти при условии постоянной интенсивности обслуживания. Следовательно, администратор системы может вмешаться в работу, если решит уменьшить процент потерянных заявок путем установки ограничений в пребывании пользователей в системе. В некоторых случаях, когда администратор коммерческой сети стремится привлечь как можно большее число клиентов и сократить время ожидания, а администратор сети, обслуживающей производство, хочет ограничить использование Интернет для личной переписки и посещения новостных форумов, то может быть установлено фиксированное время 0, по истечению которого пользователь отключается от сети. Это переводит систему, как объект массового обслуживания, в качественно новое состояние, поскольку поток обслуживания перестает быть случайным и оценивается не величиной математического ожидания, а фиксированным значением Д=1/0 одинаковым для всех подключений. Подобные потоки носят название вырожденных и при анализе без всякой потери общности можно положить Д=1.

В этой модели представляет интерес оценка вероятности подключения клиента к сети Интернет непосредственно в момент обращения. Ниже приведено расчетное соотношение для вычисления этой величины.

In

k=l

i=0 *

-e

k=l i=ks

где s - допустимое число одновременных подключений к сети Интернет, т.е. число канаюв.

Финштьная вероятность Р*, характеризующая стационарное состояние, которое достигается при t -» оо, имеет смысл доли клиентов, получивших подключение к Интернет сразу же после прохождения процедуры регистрации. Величина q* = 1 — Р* имеет смысл доли клиентов вынужденных до получения доступа к Интернет провести какое-то время в очереди.

Полученная формула для вычисления Р весьма громоздка и в практическом применении мало пригодна. Поэтому для больших s в качестве расчётного соотношения рекомендуется использовать приближенную формулу

1 yse(1_Y)s ---Л

а* = ---V 2tts, где у = - < 1.

1-у у s

Посредством численного эксперимента, реализованного с помощью имитационной модели, установлено, что при увеличении интенсивности входного потока X заявок/час при конкретных заданных параметрах, (лимитированное время подключения пользователя к сети Интернет 9 и допустимое количество одновременных подключений п0) администратор системы может повлиять на работоспособность системы путем увеличения технических ресурсов системы, а в случае невозможности, указать меньшее значение времени подключения к сети Интернет 9.

В третьей главе подробно описаны этапы разработки программного комплекса, выстроена общая концепция работы системы, построен алгоритм клиент-серверного приложения. В процессе разработки и создания программного комплекса промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного доступа в Интернет были выделены следующие ключевые элементы: пользователь беспроводной сети, модуль беспроводной связи, серверный программный комплекс с разработанным программным компонентом обработки данных. В этой главе так же описываются этапы и разработки программной составляющей самой информационной системы, выбираются инструментарии для разработки программного продукта, в качестве основного языка программирования использовался Python. На рис. 4 представлен такой вариант организации системы, когда программный комплекс обработки данных является самостоятельной структурной единицей, подключенной к беспроводному устройству через глобальную сеть Интернет. На рис. 5 представлена блок схема работы этой системы. В разработке использовались следующие технические и программные компоненты: DHCP-сервер, система управления базой данных, ргоху-сервер, firewall, веб-сервер, язык программирования, планировщик задач.

> Пользователь с мобильным устройством

Ра тюка нал ; Роугер с

| предустановленным

> програлшкым _ ,

/Прошло заданное компонентой времени польэоваки,

_ „ Чсегью Интернет?

■ Проводкой канал 4

X . Е Интернет

•; Серверный ■ программный ; комплекс обработки

Рис. 4 Структура системы Рис. 5 Блок-схема работы системы

В этой главе формулируются цели разработанной системы и предлагается способ ее реализации. Главной целью разработанного программного комплекса является возможность контроля всех устройств. Вторая цель состоит в разработке программного комплекса промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного доступа в Интернет. Для получения результатов решены следующие задачи:

создан программный комплекс, работающий в беспроводном устройстве на ядре Linux-2-6.22.19;

создан программный комплекс, который осуществляет перенаправление всех подключенных пользователей на промежуточную страницу;

создан программный комплекс, который отображает всем активированным пользователям системы на всех страницах статичный информационный блок с 15% заполнением от всей высоты программы веб-браузера пользователя,"

создан программный комплекс системы геотаргетинга, который определяет тип подключенного устройства к беспроводной системе, место подключения пользователя к программному комплексу, операционную систему, разрешение дисплея, шгатформу и т.д.; создан программный комплекс, который в режиме реального времени анализирует существующую нагрузки системы и в зависимости от

12

выбранного режима работы на основе построенных математических моделей осуществляет автоматическую разрешающую пропускную способность для конечного пользователя;

создан программный серверный комплекс, который управляет всеми устройствами дистанционно в автоматизированном режиме (обновление программного продукта, выдача электронных информационных материалов конечному пользователю и т.д.).

В текущей главе так же описываются выбор технического оборудования и характеристики беспроводных устройств. Беспроводное устройство является частью основной системы, через которое пользователи подключаются к системе через беспроводной канал передачи данных. Второе устройство системы работает на ГОМ совместимом компьютере с установленной операционной системой Linux debian squeeze 7, и действует на разработанном серверном программном комплексе. Оно предназначено для осуществления контроля по заполнению и изменению информации на устройствах. В разработке серверного программного комплекса промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного доступа в Интернет использованы следующие программные инструментальные средства: язык программирования Pytbori; фреймворк Django; веб сервер Nqinx; СУБД SQLite; СУБД PostgreSQL; планировщик задач Cron; firewall - программа iptables; ргоху-сервер Privoxy; командный интерпретатор Linux bash. Далее в этой главе представлены все этапы разработки программного продукта в исходных кодах. Вначале выстроен общий план разработки проекта: разработка программного комплекса промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного доступа к Интернет на беспроводном устройстве (описан полный этап сборки прошивки работающей на операционной системе Linux; затем, описаны все этапы установки библиотек и программных инструментарий на беспроводное устройство, произведены соответствующие настройки установленных пакетов); после описаны последовательности действий в разработке серверного программного комплекса для управления беспроводными устройствами (разработанный серверный программный комплекс позволяет управлять дистанционно программным комплексом в беспроводных устройствах). В этой главе представлены все исходные разработанные программные компоненты для каждой программной составляющей. На рис. 6,7 представлены скриншоты функционирования системы, ядром которой является разработанный программный комплекс промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного доступа к Интернет по технологии Wi-Fi.

При подключении к беспроводной сети пользователь изначально ограничен в доступе Интернет, поскольку все его запросы перенаправляются на промежуточную сеть передачи данных, где возможно размещение информации произвольного характера по желанию администратора. На этой странице пользователь активирует доступ в сеть Интернет нажатием кнопки входа. После нажатии этой клавиши, запрос пользователя передается в контроллер управления доступом в сеть Интернет и он получает правило пользования сетью Интернет через прокси сервер.

Как только пользователь, нажавший клавишу «войти» в Интернет, переадресовывается системой на порт 8118. Данный пользователь имеет приоритетное право, и все http запросы перенаправляются на порт 8118, а для остальных ip-адресов действует правило переадресации на внутреннюю промежуточную страницу, т.е. все пользователи системы, подключившись к беспроводной сети и получившие ¡р-адрес системы подсети заданным администратором, при введении любого http запроса перенаправляются на внутреннюю промежуточную страницу. После перенаправления с промежуточной сети передачи данных на порт 8118, к системе подключается программный комплекс, который отображает всем активированным пользователям системы на всех страницах статичный информационный блок с 15% заполнением от всей высоты программы веб-браузера (рис. 7.). Параллельно со всеми основными программными комплексами контроллер информационной системы по расписанию (в данном случае каждые 5 минут) планировщика заданий сгоп запускает синхронизацию с удаленным сервером и передает текущие конфигурационные настройки в виде хэша с идентификационном номером, и в случае нахождения на сервере отличительные данные хэш записей, программный комплекс на устройстве автоматически скачивает изменения.

В этой главе так же реализовано клиент-серверное приложение, которое в автоматизированном режиме имеет синхронизацию с удаленным сервером, где возможно контролировать ход работы беспроводных устройств, осуществлять обновление программного обеспечения дистанционно в автоматизированном режиме.

Реализованы следующие техническое возможности системы: контролирование работоспособности устройства удаленно; обновление контентного содержимого как по расписанию, так и в режиме онлайн; объединение нескольких устройств и управление группами устройств; генерирование разных видов отчетов(посещение, трафик, нагрузка Интернет Канала). Управление устройств реализуется для администраторов (владельцев) беспроводных устройств посредством браузера методом подключения (авторизации) в специальной административной панели. Во время подключения пользователя к беспроводному устройству программный комплекс автоматически получает все выходные данные устройства: тип устройства (мобильное устройство или компьютер), операционная система устройства, место подключения пользователя к беспроводному устройство. Следовательно, владелец

беспроводного устройства может воздействовать на загрузку и показ определенных материалов, попавших под фильтр пользователя.

)} четвертой главе описано внедрение результатов диссертационной работы. Внедрение было осуществлено в следующих компаниях: ОАО «Таттелеком», ООО «Гетвайдер», ЗАО «Холдинговая компания «Тулпар», ООО «Айти Софт», пиццерия в Казани «Пицца Хаус», ООО «Формула», ООО «Етв Казань» рекламное агентство «Спектр», и т.д. В этой главе описаны возможности использование данной системы в различных областях. Ввиду роста количества мобильных пользователей Интернет и роста количества информации в компьютерных системах передачи данных, применение и развитие беспроводных систем является очень актуальным и перспективным полем для действия и развития бизнеса и прочих сфер деятельности человека, таких как образование, электронный документооборот и справочная информация по конкретным регионам.

Е! результате проделанной работы на базе беспроводной сети ОАО «Таттелеком» совместно с рекламной компанией «Спектр» и компанией «Гетвайдер» реализован масштабный проект по трансляции рекламных материалов через промежуточный блок администрирования, с возможностью управления рекламным содержимым через удаленный интерфейс администратора. В среднем ежедневный трафик, проходящий через промежуточный блок администрирования составляет 90000 посетителей в день по Республике Татарстан (данные представлены в рис. 8).

Рис. 8. Количество посетителей по дням 01.09.2014-30.09.2014 г.

Так же в главе описаны возможности использования данной системы на масштабируемом уровне через составляющие DNS сервера. Данный способ обладает следующими преимуществами перед стандартным межсетевым экраном: возможностью, переадресовать пользователя, даже если он обращается к веб сайту через https; возможностью переадресовать пользователей на различные http сервера (распределение нагрузок); возможностью переадресовывать запросы на другой DNS сервер (снижение нагрузки). На масштабируемом уровне предлагается использовать четыре компонента работы информационной системы. Первый компонент включает

в себя автоматизированную систему по управлению рекламным содержимым, имеющий функциональную особенность размещать и контролировать вывод информации конечному пользователю по диапазонам сети, операционным системам устройств, используемыми браузерами устройств, типами устройств, возможность ротации рекламных материалов в заданный промежуток времени. Данный компонент позволяет через удобную веб административную панель самостоятельно рекламодателю по вышеуказанным параметрам управлять своим рекламным содержимым. Второй компонент предназначен для клиентских устройств, который взаимодействует с первым компонентом, в результате чего пользователю, подключившемуся к системе, на промежуточной странице транслируются рекламные материалы в заданный период времени. Третий компонент включает в себя организацию беспроводной технологии на масштабируемом уровне с техническими параметрами по управлению, как с внутренней страницей, так и внешней. Четвертый компонент работает в том же диапазоне сети, что и третий компонент, служит для хранения информация и трансляции конечному пользователю, т.е. данный компонент предназначен для хранения медиафайлов с возможностью трансляции пользователю на неограниченной скорости. В этой главе так же представлены возможности использования данной системы в образовательном процессе, в качестве промежуточной страницы предлагается разметить дидактический образовательный портал с возможностью быстрого интерактивного способа получения информации. Предложенная виртуальная среда «Организационная система управления всем учебным процессом» состоит из 3 уровней: система электронного документооборота между участниками системы; организационная система управления всем учебным процессом посредством как проводного, так и беспроводного канала передачи данных; применении терминальных устройств для улучшения и расширения образовательного процесса. Выделены плюсы при использовании электронного учебно-информационного портала образовательного учреждения: возможность выложить избыточную образовательную программу, которая не помещается во временные рамки аудиторных занятий; возможность объективно оценить уровень знаний учащихся с помощью электронного тестирования и метрических показателей; наблюдение за активностью учащихся и их интересами в научной сфере; размещение справочной информации в электронном виде (расписания экзаменов, мероприятий, новости, объявления); физическая эффективность (т.е. не нужно выделять огромные помещения под хранение литературы, а проблема с ограниченным количеством экземпляров книг в библиотеке не будет беспокоить пользователей); высокая мобильность (пользователь может пользоваться порталом практически из любого места образовательного учреждения); возможность обсуждения учебного процесса между пользователями системы в реальном времени; файловый обмен, хранение пользовательских учебных файлов; возможность объединения внутренней беспроводной сети с сетью Интернет для наиболее полного процесса получения информации и знаний.

В заключении изложены основные результаты и выводы исследования:

1. Разработана концепция использования промежуточного блока администрирования передачи данных при организации публичного

беспроводного доступа к Интернет по технологии Wi-Fi.

2. Построены три математические модели с пуассоновскими потоками для разных режимов администрирования.

3. В результате численного эксперимента в рамках этих моделей сформулированы соответствующие выводы о работоспособности системы.

4. Построена математическая модель с вырожденным потоком обслуживания.

5. В рамках этой модели с помощью численного эксперимента, сформулированы соответствующие выводы о работоспособности системы.

6. Разработан алгоритм и программный комплекс системы промежуточного блока администрирования данных при организации публичного доступа в сеть Интернет.

7. Внедрена информационная система в различные компании для поддержки бизнес-процессов.

8. Реализован способ организации беспроводной системы на масштабируемом уровне, с возможностью размещения рекламных материалов в системе геотаргетинга.

9. Предложен способ использования беспроводной системы в образовательном процессе.

Основные результаты исследования отражены в следующих публикациях: Статьи в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ

1. Ахметшин, Д.А. Использование промежуточных беспроводных сетей передачи данных с учетом географического положения пользователя / Д.А. Ахметшин // Фундаментальные исследования. - 2014. -№ 6 (часть 5). - С. 1163-1166.

2. Ахметшин, Д.А. Концепция использования промежуточных сетей передачи данных при организации публичного доступа в сеть Интернет / Д.А. Ахметшин, Д.Р. Курмангалиев // Вестник Казанского технологического университета - № 24.-2011 -С. 56-59.

3. Ахметшин, Д.А. Математическое и имитационное моделирование работы системы беспроводной передачи данных с вырожденным потоком обслуживания / Д.А. Ахметшин, Е.А. Печеный, Н.К. Нуриев // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. №10 - С. 216-221.

4. А> :метшин, Д.А. Математическое моделирование системы аппаратно-программного комплекса промежуточной сети передачи данных / Д.А. Ахметшин, Е.А. Печеный, Н.К. Нуриев // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. №4. - С. 283-285.

5. Ахметшин, Д.А. Математическое моделирование эффективного администрирования системы доступа в интернет / Н. К. Нуриев, Е.А. Печеный, Д.А. Ахметшин // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 9 (часть 12). - С. 2650-2654.

6. Ахметшин, Д.А. Перспективы развития дистанционных технологий в образовательном пространстве университета / Д.А. Ахметшин, Д.Р. Курмангалиев // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (EducationTechnology&Society)" - 2010. - V.13. №4. -

С.397-402. - ISSN 1436-4522. URL:

http://ifets.ieee.org/russian/depository/vl3_i4/html/13r.htm.

7. Ахметшин, Д.А. Применение терминальных устройств с сенсорным дисплеем в образовательном процессе / Д.Р. Курмангалиев, Д.А. Ахметшин // Вестник Казанского технологического университета - № 24. - 2011 - С. 59 - 63.

8. Ахметшин, Д.А. Эскизный проект аппаратно-программного комплекса промежуточной сети передачи данных / Д.А. Ахметшин // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 2; URL: www.science-education.ru/116-12583 (дата обращения: 08.04.2014).

Публикации в других научных изданиях:

9. Ахметшин, Д.А. Инфраструктура публичного доступа студентов и сотрудников образовательных учреждений к внутренним электронно-информационным ресурсам / Д.А. Ахметшин, Д.Р. Курмангалиев // IX Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и современные информационные технологии Россия», г. Томск, ТПУ, 2011 г. - С.126-127.

10. Ахметшин, Д.А. Модель техногенной образовательной среды / Д.Р. Курмангалиев, Д.А. Ахметшин // Восьмая научно-техническая конференция «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии» г. Тула 2011. — С. 109-113.

11. Ахметшин, Д.А. Организация беспроводного доступа в сеть Интернет через промежуточную сеть передачи данных с возможностью ротации рекламных материалов/ Д.А. Ахметшин // Международная научно-практическая конференция «Электронная Казань 2014», выпуск №1(12), часть 1, 2014. - С. 2026.

12. Ахметшин, Д.А. Применение беспроводных технологий для увеличения прибыли коммерческих организаций в сфере обслуживания / Д.Р. Курмангалиев, Д.А. Ахметшин // Восьмая научно-техническая конференция «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии» г. Тула 2011. -С.8-10.

13. Ахметшин, Д.А. Применение терминальных устройств в образовательном процессе / Д.Р. Курмангалиев, Д.А. Ахметшин // Восьмая научно-техническая конференция «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии» г. Тула 2011. - С. 113-116.

14. Ахметшин, Д.А. Программно-аппаратная система для беспроводного доступа в Интернет по технологии Wi-Fi с функцией принудительной демонстрации рекламных материалов для получении прибыли: монография / Д.А. Ахметшин, Д.Р. Курмангалиев - Казань: Изд-во Центр инновационных технологий, 2009. -87 с.

15. Ахметшин, Д.А. Проектирование электронной образовательной среды быстрого развития инженеров / Н.К. Нуриев, С.Д. Старыгина, Д.А. Ахметшин, A.A. Али // Международная научно-практическая конференция «Электронная Казань 2014», выпуск №1(12), часть 1, 2014. - С.312-318.

Заказ № ^^__Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория Казанского национального исследовательского технологического университета 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68