автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Методы адаптивного управления информационными потоками в корпоративных сетях связи

Актуальность темы исследования:

Ведомственная корпоративная сеть гражданской авиации в настоящий момент представлена отдельными, экономически самостоятельными предприятиями, обслуживающими телекоммуникационное оборудование и каналы связи передачи аэронавигационного трафика на основе протоколов передачи данных, установленных ЖАО, такими как АЕТК, СШЕМ, АМН8. В тоже время, новые достижения науки и техники позволяют организовать на корпоративных сетях новые дополнительные услуги связи, за счет увеличения эффективности использования существующего, а также внедряемого нового оборудования и каналов связи, что является экономически целесообразным в настоящий момент. Однако, с одной стороны, корпоративная сеть гражданской авиации в первую очередь предназначена для передачи служебной аэронавигационной информации, с другой стороны, выделение большей полосы пропускания для дополнительного информационного потока будет означать большую привлекательность на рынке услуг связи. Таким образом, возникает задача оптимального баланса полосы пропускания между служебным трафиком сети и дополнительным информационным потоком.

Тенденции развития современных сетей передачи данных наглядно демонстрируют их гетерогенную природу, когда для взаимодействия конечных систем используется более одного протокола связи. Как внутреннее, так и внешнее взаимодействие таких сетей предполагает наличие так называемых преобразователей протокола или шлюзов. Выполняя свои функции на прикладном уровне модели 081, шлюз способен учитывать входящий/исходящий поток слулсебных сообщений, транзитный поток служебных сообщений трафик, взаимное влияния соседних центров сети в случае использования ими альтернативных маршрутов, тем самым адаптивно выделяя полосу пропускания для дополнительного информационного трафика. Результатом подобного адаптивного управления может быть экономически обоснованный выбор тех или иных коммуникационных средств.

Цель работы и задачи исследования:

Повышение эффективности использования ресурсов корпоративной сети методом адаптивного управления информационными потоками.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ существующих способов передачи аэронавигационных данных с точки зрения возможности использования современных способов передачи информации, выявление их достоинств и недостатков.

2. Исследование и сравнительный анализ протокола передачи данных АМН8 как подмножества протокола передачи сообщений Х.400.

3. Проведение комплексного исследования шлюза СГОШ/АМН8 с использованием одного из языков формального описания предметной области и рекомендациями по реализации.

4. Разработка и исследование алгоритма адаптивного управления передачей информации в гетерогенной корпоративной сети с учетом дополнительного информационного трафика.

Методы исследования:

Основные результаты диссертационной работы получены с использованием теории конечных автоматов, теории вероятности, теории случайных процессов, используемых для описания процессов, происходящих в сетях передачи данных. На защиту выносятся:

- информационная модель шлюза СГОШ/АМН8;

- математическая модель информационных процессов шлюза;

- метод и алгоритмы адаптивного управления дополнительным информационным потоком в корпоративной сети гражданской авиации.

Научная новизна работы:

Разработана информационная модель шлюза, отображающая внутреннюю структуру и способы преобразования информационных потоков в шлюзе СШ1М/АМН8, и предназначенная для проведения этапов моделирования.

Разработана математическая модель протекания информационных процессов в шлюзе, показавшая их периодический случайный характер.

Разработан метод и алгоритм адаптивного управления дополнительным информационным потоком в корпоративной сети применительно к сетям гражданской авиации, учитывающий особенности существующих протоколов передачи аэронавигационных данных, предназначенный для повышения эффективности использования существующего и внедряемого телекоммуникационного оборудования. Практическая ценность работы заключается:

1. В результате выполнения автором диссертационной работы выявлены и классифицированы проблемы инкапсуляции аэронавигационного трафика существзтощими и внедряемыми сетевыми технологиями.

2. Разработан алгоритм передачи дополнительного информационного потока в корпоративной сети аэронавигации.

3. Разработана библиотека коммуникационных компонентов для реализации программного обеспечения передачи аэронавигационных данных в корпоративной сети гражданской авиации, реализован протокол передачи аэронавигационных данных СШШ.

4. Разработана методика реализации шлюза на базе глобального протокола Х.400.

Реализация результатов работы:

Основные результаты диссертационной работы использованы ГосНИИ «Аэронавигация» в плане поэтапного перехода существующей корпоративной аэронавигационной сети передачи информации в соответствии с концепцией 1СА0 СК8/АТМ.

Отдельные программные компоненты были использованы при модернизации • узлов центров ЭРТОС ГУДП «Аэронавигация СевероВосточной Сибири» и ГУДП «Башаэронавигация» глобальной сети передачи аэронавигационных данных.

Апробация работы:

Отдельные законченные этапы работы докладывались и обсуждались на различных конференциях: 2-й международной конференции "Моделирование и исследование слолшых систем" (Москва, 1998), международной конференции "Проблемы техники и технологии телекоммуникаций" (Уфа, 2000). Публикации:

Результаты работы отражены в 11-ти научных публикациях: 3-х статьях, в том числе 2-е в центральных изданиях, 5-и трудах мелсдународных и российских конференций, 3-х свидетельствах об официальной регистрациях программы для ЭВМ. Краткое содержание работы.

В первой главе анализируются достоинства и недостатки используемых протоколов передачи аэронавигационной информации, исследуются особенности инкапсуляции аэронавигационного трафика, раскрываются причины перехода к предложенной ICAO концепции CNS/ATM, исследуется транспортный протокол CIDIN с точки зрения семиуровневой модели OSI, исследуются базовые функции систем обработки сообщений MHS и предлагаемой 1С АО системы обработки сообщений AMHS.

Во второй главе разрабатывается схема этапов моделирования телекоммуникационных систем на базе программных моделей на языке формального описания предметной области, разрабатывается схема адаптивного управления дополнительным информационным потоком, выявляются требования к преобразователям протоколов, анализируется логическая и функциональная схема преобразователя протокола CIDIN/AMHS, проводиться сравнительный анализ языков формального описания предметной области и обосновывается использование языка Estelle, разрабатывается программная модель преобразователя протоколов CIDIM/AMHS. В третей главе проводиться обоснование возмолшости и необходимости использования полосы пропускания существующих каналов связи корпоративной сети для передачи дополнительного информационного потока,

12 анализируются статистические данные особенностей передачи аэронавигационного трафика и обосновывается возможность описания процессов передачи данных периодическим случайным процессом, проводиться анализ особенностей передачи приоритезированного аэронавигационного трафика.

В четвертой главе разрабатывается методика и алгоритмы адаптивного управления дополнительным информационным потоком, разрабатывается топология тестируемой сети и описывается ход проведения имитационного моделирования полученной программной модели, анализируется результат использования алгоритма адаптивного управления, исследуются особенности реализации систем обработки сообщений на базе протокола Х.400, приводятся результаты исследование рынка средств разработки систем обработки сообщений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ и РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Предложена модель шлюза, предназначенного для согласования и преобразования существующих и внедряемых сетей на переходном этапе, основанная на использовании специализированных формальных языков описания предметной области и базирующаяся на протоколах глобальных сетей, позволяющая создать вычислительную базу для исследования возможности адаптивного управления в корпоративных сетях.

2. Выбран математический аппарат и разработано математическое описание динамики информационных процессов в телекоммуникационных устройствах на примере шлюза и математической модели баланса полосы пропускания между служебным и дополнительным информационным потоком, используемое для построения алгоритмов адаптивного управления дополнительным информационным потоком, отличительной особенностью которого является учет требований к аэронавигационному трафику в корпоративной сети, что позволит увеличить эффективность использования телекоммуникационного оборудования и каналов связи в сети гражданской авиации.

3. Разработан методика и алгоритм адаптивного управления дополнительным информационным потоком в корпоративной сети применительно к аэронавигационной сети, основанные на анализе информационного потока сообщений через шлюз, в результате чего учитывается приоритетность аэронавигационных сообщений, что позволяет гарантировать доставку служебного трафика корпоративной сети с адаптивным выделением полосы пропускания для дополнительного информационного потока.

4. Разработано программное обеспечение реализации алгоритмов адаптивного управления, разработаны библиотеки программных коммуникационных компонентов реализующих стек протокола СШШ, проведено исследование путей программной реализации стека протокола АМН8, что позволяет создать шлюз СГОШ/АМНЗ для аэронавигационной сети гражданской авиации на этапе перехода к новой сети АТМ в определенные 1СА0 сроки.

1. Арсеньев Б.П., Яковлев СЛ. Интеграция распределенных баз данных. -СПб.: Издательство "Лань", 2001. 464с.

2. Бакланов И.Г. ISDN и FrameRelay: технология и практика измерений / Под ред. А.Б. Иванова, М. Эко-Трендз, 1999. - 186с.

3. Булдыгин В.В., Казаченко Ю.В. Метрические характеристики случайных величин и процессов. Киев.: Издательство "TBiMC", 1998. - 248с.

4. Буч Г!, Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя.: Пер. с англ. М.: ДМК, 2000. - 432 с.

5. Ганьжа Д. Абстрактное описание синтаксиса. // LAN №10,1998. с.19-21.

6. Гоциридзе Г.В. Методология анализа надежности сетей передачи данных (алгоритмы и программы)./ Гоциридзе Г.В., Жожикашвилй A.B., Фархадов М.П. М.: Диалог МГУ, 1990. - 30с.

7. Засецкий A.B., Иванов А.Б., Постников С.Д., Соколов И.В. Контроль качества в телекоммуникациях и связи. Часть II, под ред. А.Б.Иванова. М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2001. - 335 с.

8. Куперман М., Лясковский Ю. Х.25 незнакомый знакомец // LAN №7, 1996. -с.24-27.

9. Лившиц М.А. Гауссовские случайные функции. Киев.: Издательство "TBiMC", 1995.-246с.

10. Макаров В. В., Амальник М. С. Анализ и синтез архитектуры сложных аппаратных и программных систем. // Автоматизация проектирования, Хо2, 1999.-С.52-57

11. Малашенко Ю.Е. Математические модели анализа потоковых сетевых систем. М.: ВЦ РАН, 1993. 161с.

12. Марьин Н.П. Традиционные и спутниковые системы радиотехнического обеспечения полетов. // ВКСС Connect, №2, 2000. с. 56-62.

13. Назаров А.Н., Разлшвин И.А., Симонов М.В. ATM: Технические решения создания сетей / Под редакцией А.Н. Назарова. М.:Горячая линия-Телеком, 2002.-376с.

14. Назаров А.Н., Симонов М.В. ATM: Технология высокоскоростных сетей. -М.: "Эко-Трендз", 1999. 252 с.

15. Нейман В.И., Ромашкова О.Н. Основные направления развития корпоративных сетей и систем связи. // ВКСС Connect, №4, 2001. с.66-74.

16. Нерсесян С.Г. Исследование и разработка методов построения и анализа инегрированных систем передачи информации.: Автореф. дис. канд. тех. наук. -М. 1984. -20с.

17. Олифер В.Г., Олифер H.A. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2001. - 672с.

18. Привалов А.Ю. Анализ вероятностных характеристик изменчивости задержки пакета в телекоммуникационных сетях. / Самарский гос. аэрокосмический ун-т., Самара, 2000. 168с.

19. Пугачев B.C. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического управления. М.: Физматгиз, 1962. - 883 с.

20. Рагозин A.C. Генерация и исполнение программ по спецификациям на языке SDL.: Автореф. дис. канд. ф.-м. наук, М., 1999 21с.

21. Реконструкция сетей авиационной связи: анализ, синтез и развитие. / Лазарев В.В., Манабаев Г.Т., Носов М.Н., Лубневский А.И. М.: Транспорт, 1991.- 184с.

22. Седякин Н.М. Элементы теории случайных импульсных потоков. М.: Издательство "Советское радио", 1965. - 264с.

23. Семенов Ю.А. Протоколы Интернет. М.: Горячая линия - Телеком, 2002. -1100с.

24. Халсалл Ф. Передача данных, сети компьютеров и взаимосвязь открытых систем.: Пер. с англ. Т.М.Тер-Микаэляна. М.:Радио и связь, 1995. - 408с.

25. Хендерсон Л., Дженкинс Т. Frame Relay. Межсетевое взаимодействие.: Пер. с англ. К.: Век+, М.: Горячая линия - Телеком, ЭНТРОП. 2000. - 320 с.

26. Цыбаков Б.С. Модель телетрафика на основе самоподобного случайного процесса // Радиотехника №5, 1999. с.24-31.

27. Чакон М. Служба каталогов: в единстве сила // LAN №10, 1999. - с.31-37.

28. Черемных СВ., Семенов И.О., Ручкин B.C. Структурный анализ систем: IDEF технологии. М.: Финансы и статистика, 2001. - 208с.

29. Щербо В.К. Стандарты вычислительных сетей. Взаимосвязи сетей. Справочник М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2000. - 272с.

30. APTN/CIDIN Switch. EAS Generic Document, Part 5 Communication and Navigation Specification, 1999. Доступно no адресу:http://www. eurocontrol.be/eatmp/ egd

31. Black U.X. X.25 and related protocols. New York: IEEE, 1991. - 287p.

32. Budkowski S., Dembinsky P., Diaz M. ISO standardized description teclinique Estelle. Доступно no адресу: http://www-lor.int-evry.fi-/idemcop/uk/est-lang/ download/ short-estelle-tutorial.pdf

33. CISCO Systems Inc. "Internetworking Teclmology Overview". Доступно no адресу: http://wvvw.jeimtel.com/Tutorials/routing/75818.htm

34. Demystifying CNS/ATM. CANSO CNS/ATM Workgroup Report, 1999. Доступно no адресу: http://www.canso.org3 5. Draft Specification of the CIDIN/AMHS Gateway (Version 0. 5p)

35. Estelle Home Page. Доступно no адресу: http://www.estelle.org

36. EUR CIDIIN Manual (Updated version) (Руководство no CIDIN для европейского региона. Первое изд., (обнов л. вариант). Опубликовано Европейским/Североатлантическим бюро ИКАО, янв. 1996г.)3 8. http://www.cu.mi.it/Sviluppo/Aeronet/documentation.html

37. ITU-T Recommendadon F.400/X.400 (1996), Message handling: System and service overview. Доступно no адресу: http://www.itu.int/itudoc/itu-t/rec/x/x200-499/x400f400 .html

38. ITU-T Recommendation X.200 (1994), Infonnadon Teclmology Open Systems Intercoimection -Basic Reference Model: The basic model. Доступно no адресу: http://www.itu.int/itudoc/itu-t/rec/x/x200-499/x200 .html

39. ITU-T Recommendation X.208 (1988), Specification ofAbstract Syntax Notation One (ASN.l). Доступно no адресу: littp://www.itu.int/itudoc/itu-t/rec/x/x200-499/x208.1itml

40. ITU-T Recoimnendation X.209 (1988), Specification ofbasic encoding rules for Abstract Syntax Notation One (ASN.l). Доступно no адресу: http://www.itu.int/itudoc/itu-t/rec/x/x200-499/x209.1itml

41. ITU-T Recommendation X.413 (1995) | ISO/IEC 10021-5: 1996, Infonnation teclmology Message Handling Systems (MHS) - Message store: Abstract service definition. Доступно no адресу: http://www.itu.int/itiidoc/itu-t/rec/x/x200-499/x413 .html

42. ITU-T Recommendation X.419 (1995) | ISO/IEC 10021-6: 1996, Infonnation technology Message Handling Systems (MHS) - Protocol specifications. Доступно no адресу: http://www.itu.int/itudoc/itu-t/rec/x/x200-499/x419.htinl

43. ITU-T Recommendation X.420 (1996) | ISO/IEC 10021-7: 1996, Infonnation teclmology -Message Handling Systems (MHS) 1п1ефег80па1 messaging system. Доступно no адресу: http://www.itu.int/itudoc/itu-t/rec/x/x200-499/x420.html

44. ITU-T Recommendation Z.lOO Addendum 1. (1999) CCITT Specification and Description Language (SDL). Доступно no адресу:http://www.itu.int/rec/recommendation.asp?type=folders&lang=e&parent=T-REC-Z.IOO

45. ITU-T Recommendation Z. 105 (1996) SDL combined with ASN.l (SDL/ASN.l) Доступно no адресу:http://www.itu.int/rec/recommendation.asp?type=folders&lang=e&parent=T-REC-Z.105

46. Jirachieфattana, A., Lai, R. Verification of ISO ACSE Protocol Specified in Estelle, In Computer Communications, Vol. 17, No.3, Butterworth-Heinemann, March, 1994. .

47. Jirachiefpattana, A., Lai, R., Uncovering ISO ROSE Protocol Errors Using Estelle, in Computer Standards & interfaces, Elsevier Science B.V. (North-Holland), Vol. 17, No. 5-6, 1995.

48. K. Okuimira. A fonnal protocol conversion method. ACM SIGCOMM '86, Stowe, VT, 1986.

49. K.L.Calvert, S.S.Lam. Deriving a protocol converter: a top-down method. ACM SIGCOMM '89, Stowe, VT, 1989.

50. L.Leonard, G.Leduc A fonnal definition of time in LOTOS Fonnal Aspects of Computing, 1998. Доступно no адресу:http://www.linlc.springer.de/link/service/joumals/00165/siipp/l 998/8010030248.p df

51. Latko Y. Ukraine Faces to Free Flight. Доступно no адресу: http://www.quantum.naverex.kiev.ua/Aliead/UkrATME.htm

52. Manual of Teclmical Provision for the Aeronautical Telecoimnunication Network (ATN) ICAO DOC 9705/AN956, 1999. Доступно no адресу: http://www.fans-is.org

53. Nicholls I. Off-line CIDIN Management: Specification of the Routing Algoritlun. Version 1.0,04/08/2000

54. RFC 1208 Glossary ofnetworking tenns, 1991. Доступно no адресу: ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfcl208.txt

55. Richard L.Teimey. Tutorial on Estelle and Early Testing. Доступно no адресу: http://www. cs.umb. edu/~rlt/cs646/tut. pdf

56. S.S.Lam. Protocol conversion correctness problem. ACM SIGCOMM '86, Stowed, VT, 1986

57. Study on new fimctions added to Estelle Simulator/Debugger to facilitate the automatic simulation of complex scenarios. Доступно no адресу: http://www-lor.int-evry.fr/idemcop/uk/edu-cs/nf-edb/download/kit98tl-lf.pdf

58. The ATN SARPs. Subvolume One. Introduction and System Level Requirement. Second Edition. (Final Editor's Draft). Доступно no адресу: http://www.fans-is.org

59. The ATN SARPs. Subvolume Tliree. Ground/Ground Application. Second Edition. (Final Editor's Draft). Доступно no адресу: http://www.fans-is.org

60. Публикации по теме диссертации:

61. Султанов А.Х., Низамов Ш.Р. Возможность использования алгоритмов нейронных сетей в протоколах передачи данных. // Сб. статей "Вычислительная техника и информационные технологии", У Г АТУ, Уфа, 1999,0.69-73.

62. Султанов А.Х., Низамов Ш.Р. Предпосылки и концепции построения средств разработки для автоматизации проектирования протоколов передачи данных. Сб. статей "Вычислительная техника и информационные технологии", УГАТУ, Уфа, 1999, с.73-76.

63. Султанов А.Х., Низамов Ш.Р. О возможности использования VPN в наземной сети передачи данных. // Доклады международной н-тколференции "Проблемы техники и технологии телекоммуникаций", УГАТУ, Уфа, 2000, с.34-36.

64. Султанов А.Х., Пизамов Ш.Р. Сжатие информации в наземной сети передачи данных. // XXVI международная молодежная научная конференция "Гагаринские чтения", МАТИ, Москва, 2000, с.472-473.

65. Пизамов Ш.Р. Развитие аэронавигационной сети связи. // Ведомственные и корпоративные сети связи, №1, 2002. с.58-63.

66. Пизамов Ш.Р. Развитие протоколов аэронавигационной сети связи. // Ведомственные и корпоративные сети связи, №2, 2002. с.41-47.

67. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ "Библиотека коммуникационных компонентов для разработки приложений передачи данных" №2000610147 от 23.02.00, Роспатент, Москва, 2000г.

68. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ "Программная реализация сетевого и транспортного уровня протокола ICAO-CIDIN" № 2000610518 от 16.06.00, Роспатент, Москва, 2000г.

69. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ "Программная модель шлюза CIDIN/AMHS" №2002610631 от 26.04.02, Роспатент, Москва, 2002г.