автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Методы и модели расчета вероятностно-временных характеристик коммутирующих сетей в автоматизированных системах

На правах рукописи

Аль-Матарнех Ферас Мухаммед

МЕТОДЫ И МОДЕЛИ РАСЧЕТА ВЕРОЯТНОСТНО - ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОММУТИРУЮЩИХ СЕТЕЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

СИСТЕМАХ

(на примере системы экологического мониторинга)

Специальности 05 13 01—Системный анализ, управление и обработка

информации (технические системы) 05 13 13 - Телекоммуникационные системы и компьютерные сети

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2007

003164340

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им В И Ульянова (Ленина)

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Кутузов О И Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Лукомский Ю А кандидат технических наук, доцент Татарникова Т М

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный Университет водных коммуникаций

Защита состоится " 24 " _Декабря_ 2007 г в 14 00 часов

на заседании диссертационного совета Д 212 238 07 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им В И Ульянова (Ленина) по адресу 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф Попова, 5

1С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан "23_" Ноября_ 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Цехановский В В

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы Основой современного информационного обеспечения крупных объединений, корпораций являются сетевые технологии Сеть становится важнейшим информационным ресурсом любого предприятия, в том числе и системы экологического мониторинга

Система экологического мониторинга является сложной, многопрофильной структурой и вследствие этого имеет распределенную иерархическую информационную систему управления Многочисленные подсистемы, располагающие оперативной информацией экологического профиля и входящие в систему экологического мониторинга, как правило, расположены на значительных расстояниях друг от друга

При создании такой информационной системы важнейшее значение имеют вопросы построения баз данных и организация телекоммуникационной среды В этом направлении предложено решение в виде высокоскоростной сети передачи данных SAN (Storage Area Network), предназначенной для подключения серверов к устройствам хранения информации

Доминирующим аспектом при создании сети становится комплексиро-вание информационной системы готовыми аппаратно-программными решениями На рынке сетевых технологий предлагается широкий спектр стандартных аппаратных и программных средств Естественно, однако, приобретать аппаратно - программное обеспечение для информационной сети следует не «на глазок», а опираясь на расчеты требуемых сетевых характеристик Разработка моделей и методов расчета характеристик корпоративной сети, обеспечивающей распределенное хранение и передачу данных, является актуальной задачей

Развитие распределенных автоматизированных систем актуализировало направление на построение крупномасштабных сетей, исследование которых на этапе системного проектирования методом имитационного моделирования на ЭВМ связано со значительными затратами машинных ресурсов Большая размерность сети и необходимость оценки влияния редких событий требуют поиска и разработки методов повышения эффективности проведения имитационных экспериментов, методов ускорения процесса имитации

Цель диссертационной работы состоит в исследовании и разработке моделей и алгоритмов ускорения статистического моделирования коммутирующих сетей распределенных автоматизированных систем и создании на этой основе аналитико-статистических методов расчета оценок функциональных характеристик корпоративных сетей

В соответствии с указанной целью в работе поставлены, обоснованы и решены следующие задачи

1 Анализ сложившихся методов и средств построения корпоративных сетей автоматизированных систем и разработка концепции математического обеспечения для ускоренного статистического моделирования сетей и их элементов (коммутаторов),

2 Разработка комплекса моделей, обеспечивающих расчет функциональных характеристик коммутирующих сетей распределенных систем методом ускоренного статистического моделирования,

3 Разработка вероятностного эквивалента части сети в виде генератора фоновых потоков, посредством которого осуществляется взаимосвязь с функционированием не рассматриваемой части сети при имитационном моделировании выделенного маршрута,

4 Создание аналитико-статистических методов расчета оценок вероятностно-временных характеристик автоматизированных систем управления

Объектом исследования являются телекоммуникационные сети автоматизированных систем типа Fibre Channel, элементы которых соединены двухточечными линиями между портами индивидуальных устройств и коммутаторов, которые допускают альтернативные (обходные) пути

Предметом исследования является применение аналитико-статистических методов и имитационных моделей для структурно-функционального анализа проектных вариантов названных сетей

Методы исследования. Теоретические исследования при решении поставленных задач проведены с использованием методов теории вероятностей и математической статистики, теории массового обслуживания, теории математического моделирования Экспериментальные исследования проводились на ЭВМ типа PC Pentium 4, 1 7 GHz с применением методов программирования и статистического моделирования

Научные результаты, выносимые на защиту:

1 Аналитико-статистический метод расчета вероятности связности (структурной надежности) сети, как распределенной системы Метод основан на совместном применении многоступенчатой расслоенной выборки и равномерного взвешенного моделирования,

2 Аналитико-статистический метод расчета вероятности установления соединения на сети между пользователями распределенной системы за время, не превышающее допустимого (оценка функциональной надежности системы) Метод основан на совместном применении расслоенной Выборки, равномерного взвешенного моделирования и имитационной модели доставки вызова

3 Аналитико-статистический метод расчета времени доставки пакетов по виртуальному каналу

4 Комплекс моделей, обеспечивающих расчет оценок вероятностно-временных характеристик коммутирующей сети и включающий имитационную модель виртуального канала, имитационную модель доставки вызова по сети с альтернативными маршрутами (имитационная модель направления обмена), модель коммутатора в виде трехфазной СМО

Научная новизна. На основе разработанных в диссертации моделей и алгоритмов построены аналитико-статистические методы расчета вероятностно-временных характеристик коммутирующих сетей распределенных автоматизированных систем, позволяющие эффективно (с меньшими затратами ресурсов ЭВМ) решать задачи структурно-функционального анализа проект-

ных вариантов информационных систем посредством ускоренной машинной имитации

Практическая ценность результатов полученных результатов заключается в расчетных выражениях, алгоритмах и моделях, обеспечивающих и реализующих расчет и анализ характеристик коммутирующих сетей и их элементов ускоренным методом имитации, что позволяет сократить машинное время и дает возможность исследования систем большой размерности

Основные научные результаты диссертации используются в учебном процессе на кафедре Автоматизированных систем обработки информации и управления СПб ТЭТУ при изучении дисциплин ("Моделирование систем", "Сети ЭВМ и телекоммуникации" (для студентов специальности 22 02))

Апробация работы Предлагаемые решения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 2-х международных, одной Всероссийской НТК и на НТК профессорско-преподавательского состава СПб ТЭТУ (ЛЭТИ) в 2006 - 2007 г г

Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 6 научных работ, из них - 3 статьи (2 статьи опубликованы в ведущих журналах и изданиях, определенных ВАК), 3 работы — в материалах научных конференций

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 99 наименований, и двух приложений Основная часть работы изложена на 123 машинописных страницах Диссертация содержит 29 рисунков и 6 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи диссертационного исследования, сформулированы новые основные результаты и положения, выносимые на защиту

В первой главе «Анализ принципов построения и методов моделирования корпоративных сетей распределенных систем» показано, что экологический мониторинг, как объект автоматизации управления, характеризуется многообразием, широким динамическим спектром и большими объемами контрольной информации пространственного характера

Предложена концепция трехуровневой сети в системе экологического мониторинга, обеспечивающей единое информационное поле сведений о субъектах контролируемого региона

Первым уровнем обработки информации являются станции, связанные с первичными пунктами наблюдений и обеспечивающие компьютерную обработку первичной информации Вторым уровнем являются локальные центры обработки информации, связанные со станциями первичной обработки Третий уровень - это головной центр обработки информации, который связан со всеми локальными центрами и имеет выход на межрегиональный уровень

Перспективным решением представляется использование высокоскоростной сети хранения данных SAN (Storage Area Network) SAN группирует

взаимосвязанные устройства и сервера, используя общую коммуникационную структуру и извлекает выгоды из обеих областей хранения и сети Транспортную основу SAN составляет протокол Fibre Channel

Выбор Fibre Channel в качестве транспортной основы для построения сети в системе экологического мониторинга может быть обусловлен следующими соображениями

Во-первых, небольшие расстояния и ограниченный пакетный трафик являются типичными для рабочих групп первичных пунктов и локальных центров сбора и анализа информации Технология Fibre Channel может резко повысить эффективность таких сетей хранения данных

Во-вторых, Fibre Channel все чаще применяется в качестве опорной телекоммуникационной сети Пятый уровень протоколов Fibre Channel определяет отображение различных канальных и сетевых протоколов на протоколы Fibre Channel, включая IEEE802, ATM, IP и интерфейс SCSI

В третьих, сеть Fibre Channel основана на коммутирующей сети (не возникает вопроса доступа к несущей) Сеть легко масштабируется

По целевому назначению к сетям предъявляются три основных требования к доставке сообщений по надежности, времени и верности Различают структурную и функциональную надежность Вместе с показателем верности и стоимости структурная и функциональная надежность выступают как ограничения, и главным параметром оптимизации выступает время задержки сообщений в сети Оценивание названных показателей требует соответствующего модельного обеспечения

Одним из наиболее эффективных методов реализации моделей технических систем, подверженных случайным воздействиям, является статистическое моделирование В основе его лежит метод Монте-Карло Известный недостаток метода Монте-Карло — медленная сходимость, который особенно проявляется при моделировании редких событий и в задачах большой размерности, что характерно при моделировании корпоративных сетей Для ускорения, сокращения количества численных экспериментов, представляется возможным использовать идею метода расслоенной выборки и взвешенного моделирования, относящихся к классу методов понижения дисперсии

Таким образом, для расчета вероятностно-временных характеристик (ВВХ) проектных вариантов корпоративных сетей необходимы модели, обеспечивающие оценку связности и установления соединения в распределенной системе Для оценивания времен доставки протокольных единиц от узла-источника до узла- получателя требуется модель виртуального канала (ВК)

Построение такого модельного обеспечения должно включать следующие основные этапы

- адаптацию равномерного взвешенного и расслоенного моделирования к решению задач по оцениванию структурной и функциональной на-дежностей сетевых структур,

- разработку концептуальной модели и метода расчета структурной надежности системы,

- разработку модели процесса установления соединения и аналитико-статистический метода расчета оценки вероятности установления (неустановления) соединения на сети, обеспечивающей оценивание функциональной надежности системы

- построение модели виртуального канала и исследование временных характеристик транспортировки пакетов по виртуальному соединению

Во второй главе "Аналитико-статистический метод оценивания связности распределенной системы" задача расчета структурной надежности системы сведена к задаче оценки математического ожидания двоичной случайной величины £=Г(а)

Структурная надежность часто оценивается вершинной у - связностью соответствующего сетевого графа Применение у - связности в качестве ограничения по надежности связано с простотой использования показателя структурной надежности в алгоритмах оптимизации, что, однако, не снимает необходимости оценки вероятностных характеристик синтезируемой сети, которые отражают возможность сети предоставить связь абонентам в произвольный момент времени

В условиях классической задачи теории надежности множество X значений СВ а имеет вид Х={б) О) = (¿у,, ,<£)), 6{°Л> 1 = 1> ,г}, и распределение р(ю) вероятностей для СВ а задается формулой

р(а>)= п а^Х

\<}<Г у

где q = р/ ~ \ р =1- д Будем полагать, что система содержит

большое число г элементов, вероятности отказа д ^ малы, и система по

меньшей мере у-связанная, у>1, те из ¡а|<у вытекает £(а)=0, где ]а ]'-,(СС },•■■, а г)\ = а 1 + •• + а г ' число отказавших элементов

Рассмотрим расслоение г=0> >г> в котором

Х]={со |а>|=г }, те хг состоит из исходов с г отказавшими элементами Число элементов в X, составляет с \ Для такого расслоения

М£ = р(х,) (1)

О <1<г

{^/(а,). а.еХ, а,~Р,№) = Р

В формуле (1) при I < ^заведомо = О С учетом этого

Щ= Е Е М^Р(Х}) + е^т<г,

У<1<Г у<1<1т

где

0<£= £ М£г Р(ХЕ Р(Х,) = 1- ЕДХг) = £шах

гт<1<г 1т<х<г

При некотором ¿m значение мажоранты £ таково, что величиной s можно пренебречь и положить

PW (2)

У-г—1т

В силу малости q обычно в (2) достаточно иметь 2 4 слагаемых

Метод расчета включает следующие шаги

1 Вначале для каждого значения i=y, ,¡m производится разбиение

множества х, на слои Для этого элементы системы делятся на C(i) групп, в каждую из которых включаются элементы с равными или близкими вероятностями отказа

2 Слой 7,çzxl задается фиксированным распределением ?7Ь.. ?77с(г) числа г отказов элементов по выделенным С(г) группам +,+,+ Vq^) =г> ?7i =16»ij, ,?7с(;)H(?c(/)l > где в1, , 0c(i) - векторы состояния элементов ц-ой, , С(|)-ой групп, соответственно

3 Поскольку при каждом i=y, разбиение множества элементов системы на группы проводится так, что внутри групп объединяются близкие по надежности элементы, то вероятности исходов coeZ в любом слое Z также будут близки Число С(г) групп элементов при r=y,.,i выбирается так, чтобы общее число слоев в наборе A={Z Zcj?u и xlm} не превосходило числа N опытов

4 В каждом слое Z еА проводится равномерное взвешенное моделирование (РВМ) и рассчитывается оценка yyiz условного математического

ожидания ^ = M(£/Z)

В процессе равномерного моделирования вычисляется также статистическая оценка 0~(fnz) среднеквадратического отклонения о(mz) оценки

jñz Рассчитывается общая оценка ^ = £ ñz для Mç оценка

Z<aA

2 2

дисперсии Diño (70 = Р и оценка коэффициента вариации

ZG/I

Р = (Пт0)'2/т0

Применение описанного метода к решению тестовой задачи подтверждает полученные теоретические результаты Разработанный на их основе метод имеет хорошую точность в смысле малости коэффициента вариации оценки

Тест состоял в расчете надежности системы, представленной в виде случайного графа Вершины (элементы системы) 1, ,15 в графе заданы с вероятностями отказов Ю-5, 2 Ю-5, 3 Ю-5, 5 Ю-5, в соответствии с

которыми расслоены на четыре группы Дуги абсолютно надежны Система работоспособна, если из глобального центра есть пути во все локальные центры ц1, ц2, цЗ, связность каждого из которых с глобальным одинакова Оценивались вероятности отказа системы при равенстве дисперсий оценок, полученных при непосредственном моделировании и при совместном применении расслоения и РВМ Сокращение в числе испытаний при расслоении и РВМ по сравнению с непосредственным моделированием по методу Монте-Карло составило 2 84 1 о ^ Раз

В третьей главе « Статистическое моделирование функциональной надежности распределенной системы» выполняется моделирование доставки вызова и установление соединения на сети Установление требуемого соединения, несмотря на повреждения или отказы отдельных элементов, позволяет сохранять работоспособность, т е обеспечивает функциональную надежность (живучесть) системы Для оценки функциональной надежности системы количественным показателем может служить вероятность установления (неустановления) соединения на сети по поступлению соответствующего требования В свою очередь процесс установления соединения на сети во многом определяется принятой стратегией маршрутизации Практически любая стратегия маршрутизации обеспечивает дерево альтернативных путей ("гамак") для каждой пары корреспондирующих абонентов (Рис 1)

Рис 1 Дерево (а) и гамак кратчайших путей (б) между истоком г и стоком ]

С точки зрения установления соединения направление обмена (дерево путей) пары станций (г,/) можно представить в виде графа (Рис 1 а) 0=(А,Ь),где А=(Р,8) - множество узлов (станций), входящих в направление обмена, Р=={ р к )' к=1,к - множество узлов, отображающих станции, допускающие альтернативные исходящие пути, }, а) = 1,6} - множество узлов, отображающих станции, допускающие единственный исходящий путь в соответствии с адресом вызова, Ь - множество ветвей, отображающих линии связи (транзиты), соединяющие узлы направления обмена

Факт установления-неустановления соединения реализуется имитационным моделированием В качестве критерия функциональной надежности

3

а

б

принята вероятность неустановления соединения при возможных отказах элементов сети

Как и при оценке вероятности связности сети, задача расчета характеристик установления-неустановления соединения сведена к задаче оценивания математического ожидания Mí; двоичной с в £=f (а ), причем с в а — (сС\ > otd) имеет закон распределения вероятностей р (т е а~р), который известен В данной задаче £,е{0,1}, £=0 соответствует установлению соединения, - неустановлению соединения М^=Р{^=1} имеет смысл вероятности неустановления соединения С в \ невырождена, т е 0<М£<1

С в а интерпретируем как вектор (cc¡, OC¿), отображающий состояние ветвей (транзитов), входящих в моделируемый гамак, с точки зрения наличия или отсутствия отказов в каналах С в (xt е{0,1}, ¡=l,d, d - число ветвей (транзитов) в моделируемом гамаке Значение cc¡—l имеет смысл

отсутствия свободных каналов с требуемой скоростью в z-ой ветви (соответствует отказу i-го канала связи) С в ¿%г считаются невырожденными и

независимыми В этом случае с в а имеет конечное множество значений а е X, Х={ Xj,J=l,~nln~ 2^} Для нее распределение р(х), х еХ задается набором вероятностейр(х ) — Р(СС = % ) = (р > 0,j = 1, п В общем случае, в J J

силу большой размерности сети для решения задачи оценки вероятности установления (неустановления) соединения на сети используем двухступенчатую выборку На первой ступени из генеральной совокупности станций сети {Ai}, i= i,k + w выбирается пара станций (г,у), z,/=i,k + w , i^J, для которой должна быть оценена возможность установления соединения На второй ступени производится расслоение по числу т|, T1=/7mm'77max полностью занятых

нагрузкой на необходимой скорости (либо находящихся в отказовом состоянии) транзитов в гамаке Дг^) Имитируется на получаемых реализациях T(i,j) процесс доставки вызова адресату По факту доставки вызова фиксируются число транзитов, пройденных вызовом при его доставке к адресату, число транзитов в установленном соединении и число рестартов, являющиеся случайными величинами По результатам экспериментов вычисляются необходимые статистики

С учетом расслоения по г| оценку Мс, находим в виде

^ Wmax.

М£ = £М|(77) P(xv ) Vmm

где М £ (7) - оценка вероятности неустановления соединения при условии, что tj ветвей (транзитов) являются непроводящими (не содержат свободных каналов требуемой скорости либо находятся в отказе), P{Xr¡) - вероятность слоя, в котором r¡ ветвей (транзитов) непроводящие

Оценка М £( '/?) находится методом РВМ Новая усредняемая функция при этом имеет вид

?(*) [0, ю(х) ф 1]

Для задания состояния гамака ГчСп) на к-м розыгрыше применяем

случайный выбор г| номеров непроводящих ветвей (транзитов) В результате вектор а получает конкретную реализацию х, содержащую г) единиц и с!-г| нулей, оценка вероятности неустановления соединения между парой станций (г,]) при т) непроводящих ветвей (транзитов) в гамаке гч определяется в виде

Л 1 Щ 1 Щ

1*4 к=1 Кг} к=1

где Ыг/ - число разыгранных состояний (реализаций) гамака гв котором Т| ветвей оказались непроводящими для установления соединения,

- исход доставки-недоставки вызова при к-м испытании (к-

й реализации г у), <^(х/ Г})к е(0,Г), р(х) = - вероятность полу-

ченной реализации, которая вычисляется по формуле

Р(Г#Ъ = ПЯ (а,=1)аП%-9(^ = \)]

у г = 1 } = 1

Значение имеет место, если вызов не дошел до адресата (все

пути гамака оказались непроводящими) либо вызов дошел до адресата и установлено соединение, но за время, превышающее допустимое Вероятности р(с£г=1), /=1,с1 заданы при решении задачи распределения потоков Окончательная оценка вероятности неустановления соединения между парой станций (у) имеет вид

^ тах

МЦ= £ Р(т] )у М§ч(17)

^ тт

Если в модели исключить ограничение числа рестартов, то показатель ^тах *(3)„

£ Р( ту -- есть оценка вероятности пот ери связности в направ-

Т1 N п

'I тт '

лении обмена (^ (3) —число испытаний из общего числа N ^ , в которых

вызов не достиг адресата из-за отсутствия в гамаке хотя бы одного безотказного сквозного соединения, с; =1)

Предложенные методы расчета структурной и функциональной надежности распределенной системы отличаются высокой эффективностью за счет сочетания расслоенной выборки с равномерным взвешенным моделированием в слоях Расслоение обеспечивает высокую точность, а равномерное взвешенное моделирование простоту и скорость получения реализаций при моделировании редких событий

В главе четвертой « Концептуальная модель виртуального канала» излагается подход к построению имитационной модели, обеспечивающей в логическом канале влияние фоновых потоков на выделенный поток, характеристики которого оцениваются

Смысл создания ВК заключается в следующем Маршрутные таблицы содержат глобальные адреса конечных узлов, которые имеют длину 14-15 десятичных цифр (до 8 байт) в служебном поле пакета После установления виртуального соединения эти адреса заменяются номерами входящего и исходящего портов в каждом УК, между которыми будет коммутироваться поток передаваемых данных между корреспондирующими оконечными устройствами Номер ВК - 12 бит В результате пакеты не несут длинных адресов И работа сети маршрутизации пакетов ускоряется решение по продвижению пакетов принимается быстрее из-за меньшего размера таблицы коммутации и уменьшается доля служебной информации Режим продвижения пакетов на основе готовой таблицы коммутации портов называют не маршрутизацией, а коммутацией

Факторными признаками, влияющими на время доставки пакетов по ВК, являются число транзитных участков, образующих составной физический канал между источником и адресатом, и возможные задержки в узлах коммутации (УК) и каналах связи (КС)

Особенностью имитационной модели ВК является отображение в модели потоков, циркулирующих по сети и влияющих на процесс прохождения пакетов по выделенному (моделируемому) пути

Ресурсы коммутаторов и каналов используются не только протокольными блоками выделенного логического канала, но и протокольными блоками других потоков, циркулирующих по сети Влияние этих потоков в концептуальной модели ВК предлагается отобразить посредством генератора фоновых (транзитных) потоков Структурная модель дифференцирует выделенный (индивидуальный) поток и фоновые потоки, поступающие в узлы коммутации ВК (Рис 2)

Рис 2 Структура модели виртуального канала

Формализация коммутатора (УК) выполнена в виде трехфазной СМО фазы приема, транспортировки пакетов через среду коммутации и передачи пакетов в исходящий канал. Фазы коммутации и передачи в исходящий канал моделируются как СМО с очередью Фаза приема информационного кадра (РЖ) из входящего канала вносит фиксированное время задержки пакета, зависящее от длины ИК и скорости приемного канала порта Задержка в коммутаторе оценивается суммой трех составляющих ^пРм + у тР +

Предложена имитационная модель коммутатора, реализующая взаимодействие выделенного и фоновых потоков и обеспечивающая ускорение ста-тисгических экспериментов (Рис 3).

Рис 3 Модель коммутатора (Пв - выделенный и Пф - фоновый потоки)

Исходя из плана распределения нагрузки, предложен алгоритм подсчета интенсивностей транзитных (фоновых) потоков, и построена схема функционирования имитационной модели ВК Схема включает пять особых состояний требование на передачу пакетов (поступление пакетов от генераторов в систему), требование к ожиданию пакетов в буферах УК или КС, требование к обработке пакетов в УК или КС

Таким образом, исходя из основной задачи анализа, связанной с оценкой вероятностно-временных характеристик процесса доставки пакеюв между корреспондирующими узлами, в имитационной модели ВК учитываются состояния очередей узлов и каналов, дисциплины обслуживания очередей, действия транзитных потоков, отображающих влияние на рассматриваемый путь не рассматриваемой в модели части сети

Имитационная модель виртуального канала является общим элементом модельного обеспечения расчета системных характеристик информационной сети и модифицируется в зависимости от решаемой задачи

Способность модели ВК настраиваться на любые направления обмена дает возможность использовать ее при построении алгоритмов маршрутизации, при параметризации конкретного пути обмена, при параметризации протоколов транспортного уровня

Глава 5. "Имитация процесса транспортировки пакетов по виртуальному каналу" Целью данной главы является применение имитационной модели для построения временных характеристик доставки пакетов по ВК среднего времени доставки пакетов, ширины изменения времени доставки пакетов, минимумов/максимумов от времени доставки пакетов и 99% времени доставки пакетов

Процесс моделирования ВК ускорен за счет применения модели коммутаторов с фоновыми потоками (Рис 3) и рационального построения программной реализации имитационной модели (ПРИМ) ВК

Ускорение ПРИМ достигается двумя путями Первый путь за счет структуризации программы так, чтобы обеспечивать переход к нужному модулю непосредственно или с минимальной затратой времени Для этого механизм системного времени сведен к механизму системного перехода, который обеспечивает переход к нужному модулю и позволяет выполнять несколько особых состояний при очередном просмотре модулей ПРИМ Практически такой подход означает применения схемы процессов для построения моделирующего алгоритма

Второй путь ускорение ПРИМ возможно за счет более удобного размещения элементов базы данных и сокращения количества процессорных циклов при выполнении одного действия В ПРИМ размещение и представление буферов в памяти машины выполнено в виде кольцевых очередей, которые представляют собой связные списки

Построенная программная имитационная модель ВК состоит из программных модулей, реализующих алгоритмы обработки имитируемых физических действий, и модулей обслуживания моделирования К алгоритмам обслуживания относятся алгоритмы построения генераторов фоновых (транзитных) потоков, механизма системного перехода, ведения базы данных, сбора и обработки статистик Обрабатывающие модули реализуют алгоритмы, обеспечивающие имитацию процесса движения пакетов по маршруту

Для проведения экспериментов использовалась модель ВК, состоящая из трех узлов Целью постановки имитационных экспериментов являлось определение среднего времени и 99% времени транспортировки пакетов по ВК Спецификой решаемой задачи является корреляция между пакетами, передаваемыми по ВК При анализе ВВХ сетей, в том числе и высокоскоростных, достаточно широко используется гипотеза независимости Клейнрока Как сказывается на временных характеристиках применение гипотезы независимости при достаточно больших нагрузках (р>0 5), характерных для широкополосных сетей7 Этот вопрос определил подход к проведению численных экспериментов на имитационной модели ВК воспроизводится два процесса доставки — процесс, адекватный естественной транспортировке пакетов по ВК, и процесс с независимой обработкой пакетов на каждом узле ВК В последнем случае модель состоит из одного узла Определение времени доставки отдельного пакета, проходящего по маршруту как бы из трех узлов, реализуется суммированием трех времен доставки пакетов, выходящих подряд из одноузловой модели Это обеспечивает независимость в обслужива-

нии и в пребывании пакетов в узлах ВК

В модели, построенной по предлагаемым методу и алгоритмам, и в модели, реализующей гипотезу Клейнрока, соблюдается идентичность входящих и проходящих потоков по узлам Производительность КС задавалась в двух вариантах бесконечной, т е КС задержку не выносят, и конечной, равной или меньшей производительности УК

При адресации пакетов соблюдается идентичность нагрузки на всех узлах Поскольку входные данные заданы произвольно, то эксперименты проведены для разных вариантов адресации входных транзитных пакетов при условии сохранения одинаковой нагрузки

Идентичность нагрузки соблюдалась как в узлах коммутации, так и в каналах связи Нагрузка в каналах связи составляла половину нагрузки УК, что обеспечивает идентичность нагрузок во всех узлах

Результаты показывают малое влияние выбора адресации входящих транзитных пакетов при условии сохранения нагрузки

Сравнительные результаты с использованием и без использования гипотезы Клейнрока по среднему времени доставки и по 99% времени доставки пакетов по ВК показаны на рис 4 рис 5

нагрузка р

Рис 4 Зависимость среднего времени Т и 99% времени доставки Т от нагрузки при /гук =100, =оо, х=100 1

(Т-К — соответствует процессу с независимой обработкой пакетов в узлах, Т-11 — соответствует процессу, адекватному естественной транспортировке пакетов по ВК)

нагрузка р

Рис 5 Зависимость Т и 99% времени доставки Т от нагрузки при //ук=Ю0, (=90,х=10(Н

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы

1 Вид зависимостей соответствует физике явления с увеличением нагрузки на узлы коммутации и каналы связи время доставки пакетов по ВК увеличивается Модель ВК реагирует на изменение параметров адекватно при учете времени задержки в КС время доставки пакетов увеличивается по сравнению с вариантом, когда это время принимается равным нулю

2 Использование гипотезы Клейнрока для оценки 99% времени доставки пакетов по ВК в области малых нагрузок (р<0 4) занижает, а в области больших нагрузок (р>0 5) существенно завышает этот показатель (примерно в 1 5 раза)

Занижение времени доставки может привести к сбою речевого устройства При завышении времени доставки к производительности сети будут предъявлены избыточные требования, что может быть сопряжено с большими дополнительными затратами

3 Использование гипотезы Клейнрока слабо сказывается на оценке среднего времени доставки пакетов

Экспериментальные исследования проводились на ЭВМ типа РС Реп-Ниш 4, 1 7СНг

Заключение

Входе диссертационного исследования получены следующие основные результаты, обеспечивающие достижение поставленной цели По специальности 05 13 01

1. Разработаны аналитико-статистические методы расчета оценок:

- вероятности связности (структурной надежности) распределенной автоматизированной системы. Метод основан на совместном применении многоступенчатой расслоенной выборки и равномерного взвешенного моделирования,

- вероятности установления соединения между пользователями распределенной системы за время, не превышающее допустимого (оценка функциональной надежности системы) Метод основан на совместном применении расслоенной выборки, равномерного взвешенного моделирования и имитационной модели доставки вызова,

2 Предложена методика совместного использования при имитации расслоенной выборки и взвешенного равномерного моделирования для оценивания структурной и функциональной надежности сетевых структур, расслоение обеспечивает сокращение циклов имитации, а равномерное взвешенное моделирование упрощает процедуру получения реализаций случайного графа распределенной системы

3 Предложена формализация коммутатора в виде трехфазной СМО, обеспечивающего распределение информационных потоков Формализация отличается применением схем СМО с ожиданием для моделирования внутренней среды коммутации и исходящих портов коммутатора

по специальности 05 13 13

4 Построены имитационные модели виртуального канала и доставки вызова по сети с альтернативными маршрутами (имитационная модель направления обмена - фаза установления соединения)

• имитационная модель виртуального канала предназначена для оценивания временных характеристик транспортировки пакетов между корреспондирующими оконечными узлами и отличается встроенным модулем генератора фоновых потоков, реализующего вероятностный эквивалент не рассматриваемой части сети при моделировании выделенного направления Имитационная модель ВК является программой, копии которой могут быть использованы для моделирования различных по параметрам путей со своими порциями данных,

• имитационная модель доставки вызова по сети используется при оценивании структурной и функциональной надежности сети и отличается возможностью передачи повторных вызовов как от узла-источника, так и от промежуточных предыдущих узлов с альтернативными исходящими путями,

5 Разработан аналитико-статистический метод расчета оценки времени доставки (среднего и 99%) пакетов по виртуальному каналу Метод основан на предложенной имитационной модели виртуального канала

6 Разработаны алгоритмы и выполнена их программная реализация имитационной модели коммутатора, как элемента виртуального канала, которая обеспечивает реализацию метода ускоренного анализа временных характеристик виртуального канала Алгоритмы и программы имитации учитывают особенности взаимодействий фонового и выделенного потоков в портах коммутаторов

Разработанное модельное обеспечение статистического моделирования коммутирующих сетей отличается повышенной эффективностью вычислительных алгоритмов, что в совокупности обеспечивает увеличение размерности решаемых задач анализа и синтеза распределенных систем методом машинной имитации

Публикации по теме диссертации

1 Кутузов, О И Модель установления соединения на сети / О И Кутузов, Д И Старчак, Ф Матарнех // Проблемы подготовки кадров в сфере ин-фокоммуникационных технолой Материалы науч -практич конф , Санкт-Петерб , 1-3 марта 2005 г - СПб СПОИСУ, 2005 - С 91-94

2 Кутузов, О И Концепция сети в системе экологического мониторинга/ О И Кутузов, С Амари, Ф Матарнех// Известия СПбГЭТУ « ЛЭТИ» (Известия Государственного электротехнического университета), Сер «Информатика, управление и компьютерные технологии» - 2006 - № 2 - С 31-34

3 Кутузов, О И Статистическое оценивание связности сети / О И Кутузов, Ф Матарнех // Автоматизация, информатизация, инновация в транспортных системах Сб науч -техн статей - СПб СПГУВК 2006 - Вып 1 -С 27-32

4 Kutuzov, ОI Choosing structure nodes network, ecology momtoring system / ОI Kutuzov, A A Kuznetsov, F Matarneh//International conférence "Instrumentation m ecology and human safety"(Bbi6op структуры сети в системе экологического мониторинга), St Peterb , 31 jan - 02 feb ,2007. - SPb , 2007 -P 91-93

5 Матарнех, Ф Подход к расчету производительности локальной сети /А Матарнех, С Амари // Технические средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях Междунар межвуз сб науч трудов/ Под ред А А Сикарева - СПб, СПГУВК - Судостроение, 2006 Вып 7 -с 103-108

6 Матарнех, Ф Концепция распределенного имитационного моделирования, основанного на модели параллельных вычислений SPMD /Ф Матарнех// Анализ и прогнозирование систем управления- Труды 8-й междунар науч -практич конф молодых ученых, студентов и аспирантов - СПб Изд-во СЗТУ, - 2007 - С 174-177

Подписано в печать 22 11 07 Формат 60*84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Печ л 1,0 Тираж 100 экз Заказ 132

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 197376, С -Петербург, ул Проф Попова, 5

1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОРПОРАТИВНЫХ СЕТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ.

1.1. Экологический мониторинг как объект автоматизации управления.

1.2. Архитектура интерсети с опорной подсетью.

1.3. Концепция сети в системе в системе экологического мониторинга

1.4. Анализ задач моделирования при системном проектировании информационных сетей автоматизированных систем управления.

1.5. Методы моделирования информационных систем и их элементов.

1.6. Формулировка задач исследования.

Выводы по главе.

2. АНАЛИТИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНИВАНИЯ СВЯЗНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ.

2.1. Метод равномерного взвешенного расслоенного моделирования.

2.2. Концептуальная модель и предварительный анализ задачи расчета надежности структурно-сложных систем.

2.3.Аналитико-статистический метод расчета структурной надежности распределенной системы.

2.4. Пример расчета структурной надежности системы.

2.5. Эффективность совместного применения РВМ и расслоения.

Выводы по главе.

3. СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ.

3.1. Понятие гамака кратчайших путей.

3.2. Модель процесса установления соединения.

3.3. Аналитико-статистический расчет оценки вероятности установления (неустановления) соединения на опорной сети.

3.4. Тестовый пример.

Выводы но главе.

4. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ВИРТУАЛЬНОГО КАНАЛА.

4.1. Принцип коммутации с использованием техники ВК-в.

4.2. Концептуальная модель виртуального канала.

4.3. Путь транспортировки транзактов как объект моделирования.

4.4. Формализация узла коммутации.

4.5. Алгоритм формирования интенсивностей фоновых потоков.

4.6. Структура имитационной модели виртуального канала.

Выводы по главе.

5. ИМИТАЦИЯ ПРОЦЕССА ТРАНСПОРТИРОВКИ

ПАКЕТОВ ПОВК.

5.1. Структура программы моделирования ВК.

5.2. Алгоритмы обслуживания моделирования.

5.3. Алгоритмы обрабатывающих модулей.

5.4 Экспериментальная оценка ВВХ ВК методом машинной имитации.

Выводы по главе.

Актуальность темы. Основой современного информационного обеспечения крупных объединений, корпораций являются сетевые технологии [31, 38, 69, 79. 81]. Сеть становится важнейшим информационным ресурсом любого предприятия, в том числе и системы экологического мониторинга[19, 44, 48, 56]. Без современной телекоммуникационной сети оперативный подход к целому ряду управленческих задач невозможен, сопряжен с неоправданным финансовым риском, зачастую с потерями [75].

Специфической особенностью создания корпоративных сетей является стремление сохранить имеющийся ресурс, провести масштабирование и с помощью опорной сети объединить разрозненные J1C служб, рабочих групп, отдельных производств, офисов в единую интегрированную сеть.

Современные коммуникационные технологии, например ATM, Fibre Channel позволяют реализовать интеграцию разных услуг (передачу данных, голоса, видео) в одной сети. Однако на практике очень немногие компании готовы отказаться от существующих ЛВС Ethernet, Tokin Ring, чтобы установить сквозную ATM. В подавляющем большинстве случаев компании хотят подключить свои традиционные ЛВС к опорной магистрали для создания быстродействующих сетей рабочих групп, объединенных в единую интерсеть [8].

Все это в определенной степени предопределяет состав и геометрию корпоративной сети.

Характерной тенденцией российского рынка информационных технологий является проникновение коммуникаций глобальных и распределенных сетей [8, 13, 30, 38]. Это связано с огромными площадями, занимаемыми российскими предприятиями.

Система управления таким распределенным объектом требует весьма обширной системы коммуникаций. Особенностью таких корпораций является то, что для организации опорной сети необходимо арендовать магистральные каналы какой-либо ведомственной сети, число которых должно обеспечить надлежащую связность создаваемой корпоративной сети, т.е. ее структурную и функциональную надежность.

В том же случае, когда опорная сеть создается самостоятельно, география ее предопределена структурой корпорации, но остальные задачи, связанные с оценкой эффективности сети, приходится решать в полной мере, и, соответственно, оценивать производительность и другие вероятностно-временные характеристики (ВВХ) проектных вариантов.

Система экологического мониторинга является сложной, многопрофильной структурой и вследствие этого имеет распределенную иерархическую информационную систему управления. Многочисленные подсистемы, располагающие оперативной информацией экологического профиля и входящие в систему экологического мониторинга, как правило, расположены на значительных расстояниях друг от друга [2, 14, 18, 56].

При создании такой информационной системы важнейшее значение имеют вопросы построения баз данных и организация телекоммуникационной среды. В этом направлении предложено решение в виде высокоскоростной сети передачи данных SAN (Storage Area Network), предназначенной для подключения серверов к устройствам хранения информации. Транспортную основу SAN составляет протокол Fibre Channel [1, 41, 83, 96]

Развитие корпоративной сети может иметь два варианта: масштабирование действующих J1C и включение в интеграцию новой J1C (например, при вводе в действие принципиально нового производственного подразделения).

В последнем варианте обычно закупается соответствующее программно-аппаратное сетевое оборудование. Доминирующим аспектом становится комплексирование информационной системы готовыми аппаратно-программными решениями.

На рынке ИТ имеется широкий спектр унифицированных аппаратно-программных средств, обеспечивающих реализацию стандартных функций и процедур, составляющих скелет и механизм функционирования ИС управления. Однако приходится задумываться над емкой английской фразой: "Think

SAM, not SAN". И причиной тому выступает неприязнь к "слепому" приобретению все новых и новых серверов и систем хранения, сетевых устройств, которое должно смениться обоснованным выбором интеллектуальных решений в области управления. Такие решения должны стать ключом к оптимизации и сокращению затрат на приобретение нового оборудования [83].

Таким образом, при построении корпоративной сети, а также на этапах настройки, доводки и модернизации сети комплексирование готовых аппаратных решений требует соответствующих методов и средств (моделей, расчетных методик) оценивания их характеристик на предмет соответствия требуемому качеству обслуживания при заданном либо прогнозируемом трафике.

Таким образом, разработка моделей и методов расчета характеристик корпоративной сети, обеспечивающей распределенное хранение и передачу данных, является актуальной задачей.

Современная информационная технология ориентирована на разработку математических моделей проектируемых объектов с последующей их алгоритмизацией и реализацией на ЭВМ.

Математической базой методологии структурно - функционального анализа мультипроцессорных систем и сетей стали сети массового обслуживания - СеМО. Наиболее разработана теория экспоненциальных СеМО. Разработаны практические формы расчета ВВХ экспоненциальных СеМО. Экс-поненциальность, однако, довольно сильное ограничение. Поэтому для анализа СеМО используют и алгоритмические методы, реализуемые с помощью имитационных моделей.

Как правило, под имитационной моделью понимается специальный программный комплекс, который позволяет имитировать деятельность какого-либо сложного объекта [22, 27]. И это действительно так. Однако не следует забывать, что еще в середине 80-х годов, выступая на всесоюзном совещании по информатике, академики А.А. Дородницин и А.А. Самарский определили информатику как триединство «модель - алгоритм - программа»

За период 1990-2000-х гг. в поколении систем имитационного моделирования разработан достаточно обширный ряд специализированных пакетов [22]. Есть пакеты с имитационными моделями, воссоздающими информационные процессы, протекающие в сетях [58].

Практика, однако, показывает, что зачастую при построении моделирующих программ используют те пакеты и те языки, с которыми работают при решении и других задач. В вузах, например, широко используют Паскаль и его расширения, в задачах обработки данных в распределенных системах -С++, и т.п.

Поэтому в диссертации сделан акцент на модельную и алгоритмическую составляющие при изложении вопросов, связанных с имитационным моделированием.

Использование имитационного моделирования вызвано необходимостью учета динамических и стохастических характеристик функционирования исследуемых систем. Возникающие при этом задачи приводят к моделям, в которых критерии и ограничения, накладываемые на параметры системы, задаются не аналитически [33, 47, 65, 70, 88].

Решение задач такого типа применительно к системам со значительным числом варьируемых параметров исключительно сложно и на практике часто сводится к многократно повторяющимся циклам моделирования, анализа и оценки полученных данных, корректировки параметров.

Развитие распределенных автоматизированных систем актуализировало направление на построение крупномасштабных корпоративных сетей, исследование которых на этапе системного проектирования методом имитационного моделирования на ЭВМ связано с большими затратами машинных ресурсов.

Большая размерность и необходимость оценки влияния редких событий обуславливают трудоемкость моделирования сети и требуют поиска и разработки методов повышения эффективности проведения имитационных экспериментов, методов ускорения процесса имитации.

Цель диссертационной работы состоит в исследовании и разработке моделей и алгоритмов ускорения статистического моделирования коммутирующих сетей и создании на этой основе аналитико-статистических методов расчета оценок функциональных характеристик корпоративных сетей.

В соответствии с указанной целью в работе поставлены, обоснованы и решены следующие задачи:

1. Анализ сложившихся методов и средств построения корпоративных сетей и разработка концепции математического обеспечения для ускоренного статистического моделирования сетей и их элементов (коммутаторов);

2. Разработка комплекса моделей, обеспечивающих расчет функциональных характеристик коммутирующей сети методом ускоренного статистического моделирования;

3. Разработка вероятностного эквивалента части сети в виде генератора фоновых потоков, посредством которого осуществляется взаимосвязь с функционированием не рассматриваемой части сети при имитационном моделировании выделенного маршрута;

4. Создание аналитико-статистических методов расчета оценок вероятностно-временных характеристик коммутирующей сети.

Объектом исследования являются телекоммуникационные сети типа Fibre Channel, элементы которых соединены двухточечными линиями между портами индивидуальных устройств и коммутаторов, которые допускают альтернативные (обходные) пути.

Предметом исследования является применение аналитико-статистических методов и имитационных моделей для структурно-функционального анализа проектных вариантов названных сетей.

Методы исследования. Теоретические исследования при решении поставленных задач проведены с использованием методов теории вероятностей и математической статистики, теории массового обслуживания, теории математического моделирования. Экспериментальные исследования проводились на ЭВМ типа PC Pentium 4, 1.7GHz. с применением методов программирования и статистического моделирования.

Научная новизна. В результате проведенного исследования предложены методы расчета ВВХ корпоративных сетей. Исследование выполнено на основе разработанных автором аналитико-статистических методов и моделей, позволяющих эффективно (с меньшими затратами ресурсов ЭВМ) решать задачи структурно-функционального анализа проектных вариантов информационных систем управления посредством ускоренной машинной имитации.

Основные новые результаты, полученные в работе и выносимые на защиту:

1. Аналитико-статистический метод оценивания вероятности связности (структурной надежности) сети. Метод основан на совместном применении многоступенчатой расслоенной выборки и равномерного взвешенного моделирования;

2. Аналитико-статистический метод оценивания вероятности установления соединения на сети за время, не превышающее допустимого (оценка функциональной надежности сети). Метод основан на совместном применении расслоенной выборки, равномерного взвешенного моделирования и имитационной модели доставки вызова

3. Комплекс моделей, обеспечивающих расчет оценок вероятностно-временных характеристик коммутирующей сети и включающий имитационную модель виртуального канала, обеспечивающую оценивание временных характеристик коммутирующей сети; имитационную модель доставки вызова по сети с альтернативными маршрутами (имитационная модель направления обмена); модель коммутатора в виде трехфазной СМО.

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в полученных расчетных выражениях, алгоритмах и моделях, обеспечивающих и реализующих ускоренный расчет и анализ характеристик корпоративных сетей и их элементов ускоренным методом имитации, что позволяет сократить машинное время и дает возможность исследования сетей большой размерности.

Основные научные результаты диссертации используются в учебном процессе на кафедре Автоматизированных систем обработки информации и управления СПб ТЭТУ при изучении дисциплин ("Моделирование систем", "Информационные сети" (для студентов специальности 22.02)).

Апробация работы. Предлагаемые решения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 2-х международных, одной Всероссийской НТК и на НТК профессорско-преподавательского состава СПб ТЭТУ (ЛЭТИ) в 2006 - 2007 г. г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, из них 3 статьи, из которых 2 в рекомендуемых ВАКизданиях, и Зпубликации в научных трудах международных и российской конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы (всего 99 источников) и 2-х приложений. Общий объем работы - 167 страниц сквозной нумерации, в том числе основного текста - 132 машинописных страницы, 29 рисунков и графиков, 6 таблиц.

Выводы по главе

1. Построена программная имитационная модель ВК, отличающаяся универсальностью задания режимов работы и обеспечивающая получение временных характеристик передачи пакетов между узлом-источником и узлом получателем.

2. По результатам имитации транспортировки пакетов по ВК получены оценки среднего и 99% времени доставки пакетов по ВК с учетом корреляции между транспортируемыми пакетами.

3. УСТАНОВЛЕНО, что расчет задержек пакетов на основе гипотезы независимости Клейнрока заметно смещает оценку 99% времени доставки пакетов по ВК. Этот факт может иметь важное практическое значение - увеличение времени доставки предъявляет более жесткие требования к ресурсам и производительности сети, чем это может потребоваться.

122

Заключение

В соответствии с целыо работы в диссертации разработан комплекс моделей и методов аналитико-статистичсского моделирования и оценивания вероятностно-временных характеристик коммутирующих сетей, как подсистем распределенных АСУ.

В работе получены следующие основные результаты.

По специальности 05.13.01:

1. Разработаны аналитико-статистические методы расчета оценок: вероятности связности (структурной надежности) распределенной автоматизированной системы. Метод основан на совместном применении многоступенчатой расслоенной выборки и равномерного взвешенного моделирования;

- вероятности установления соединения между пользователями распределенной системы за время, не превышающее допустимого (оценка функциональной надежности системы). Метод основан на совместном применении расслоенной выборки, равномерного взвешенного моделирования и имитационной модели доставки вызова;

2. Предложена методика совместного использования при имитации расслоенной выборки и взвешенного равномерного моделирования для оценивания структурной и функциональной надежности сетевых структур; расслоение обеспечивает сокращение циклов имитации, а равномерное взвешенное моделирование упрощает процедуру получения реализаций случайного 1рафа распределенной системы

3. Предложена формализация коммутатора в виде трехфазной СМО, обеспечивающего распределение информационных потоков. Формализация отличается применением схем СМО с ожиданием для моделирования внутренней среды коммутации и исходящих пор тов коммутатора. по специальности 05.13.13:

4.Построены имитационные модели виртуального канала и доставки вызова по сети с альтернативными маршрутами (имитационная модель направления обмена - фаза установления соединения)

• имитационная модель виртуального канала предназначена для оценивания временных характеристик транспортировки пакетов между корреспондирующими оконечными узлами и отличается встроенным модулем генератора фоновых потоков, реализующего вероятностный эквивалент не рассматриваемой части сети при моделировании выделенного направления. Имитационная модель ВК является профаммой, копии которой могут быть использованы для моделирования различных но параметрам путей со своими порциями данных;

• имитационная модель доставки вызова по сети используется при оценивании структурной и функциональной надежности сети и отличается возможностью передачи повторных вызовов как от узла-источника, гак и от промежуточных предыдущих узлов с альтернативными исходящими путями;

5. Разработан аналитико-статистический метод расчета оценки времени доставки (среднего и 99%) пакетов по виртуальному каналу. Метод основан на предложенной имитационной модели виртуального канала.

6. Разработаны алгоритмы и выполнена их программная реализация имитационной модели коммутатора, как элемента виртуального канала, которая обеспечивает реализацию метода ускоренного анализа временных характеристик виртуального канала. Алгоритмы и программы имитации учитывают особенности взаимодействий фонового и выделенного потоков в портах коммутаторов.

Разработанное модельное обеспечение статистического моделирования коммутирующих сетей отличается повышенной эффективностью вычислительных алгоритмов, что в совокупности обеспечивает увеличение размерности решаемых задач анализа и синтеза распределенных систем методом машинной имитации.

1. Александр Горловой. Интеграция IP и Fibre Channel //"Экспресс-Электроника". 2006 г.

2. Алексей Архипов, Юрий Голованов, "Ками-Север" Интернет как основа для создания ГИС» Журнал «ИнфоБизнес» Издательский дом «КОМПЬЮТЕРРА», 2005

3. Бабасюк A. J1., Велик Т. А., Каргин А. А., Тесля В. Я., Тютюнник В. В. Сетевая интелгектушьная система хранения и обработки информации (NIS) // Зв'язок.- 2003.-№ 3.- С. 70-73.

4. A. JI. Бабасюк, В. В. Нужных. От централизации к рспределенным системам. "ЗВ'ЯЗОК", № 1,2005

5. Д.Б. Бертсекас, Р. Галлагер Сети передачи данных/Пер, с англ. М.: Мир, 1990-506 с.

6. Башарин В. Г. Модели Информационно-вычислительных систем. М.: Наука, 1993.-69 с.

7. Богуславский JT. Б., Дрожжинов В. И. Основы построения вычислительных сетей для автоматизированных систем. М.: Энергоатомиздат, 1990 - 256 с.

8. Бушуев П. А. 1: 0 в пользу ATM./ Сети и системы связи. № 9. 1998. С. 108-111.

9. И.В. Бычков, E.JI. Кухаренко, В.Н. Сергеева. Распределенная ГИС "Банк знаний о Байкале". Пилотный проект "Современное состояние экосистемы озера Байкал" Институт динамики систем и теории управления СО РАН, Лимнологический институт СО РАН, Иркутск, 2003.

10. Васильев Д.В., Сабинин О.Ю. Ускоренное статистическое моделирование систем управления.-Л.: Энергоатомиздат, 1987.-136 с.

11. Вишневский, В.М. Теоретические основы проектирования компьютерныхсетей. М.: Техносфера, 2003. 512 с.

12. Вопросы построения распределенных информационно вычислительных сетей. // Монитор. - 1995. - N5. - С. 3 - 11.

13. Вячеслав Ковалев. Реконструкция систем хранения //LAN, #07/2004

14. Гаскаров Д. В., Истомин Е. П., Кутузов О. И. Сетевые модели распределенных автоматизированных систем. СПб.: Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отделение, 1998. 353 с.

15. Генри Балтазар. Коммутатор Vixel Fibre Channel повышает гибкость сетей хранения данных, http://hsi.web.cern.ch/ HSI/fcs/spec/ over-view.htm

16. Герасимов А.И. Методы анализа и сравнения сетей передачи данных./ "Электросвязь", N.12, 1993, с. 23-24.

17. Гриншпан J1.A. Методы анализа стохастических сетевых моделей вычислительных систем /под ред. В.С.Танаева.Минск: Наука и техника, 1988-128 с.

18. Горбачев, В.Г. ИнМета инструментальный ГИС-комплекс для создания территориальных информационных систем масштаба города, региона// Бизнес и ГИС (www.integro.ru), Уфа. 2005.

19. А.В. Давыдов, В.С.Шиндер Теоинформационные технологии в INTERNET" Журнал «СЮ» Издательский дом «КОМПЬЮТЕРРА», 2005 г.

20. Дансмор, Б. Справочник по телекоммуникационным технологиям/ Б. Дансмор, Т. Скандьер// М.: Издательский дом Вильяме, 2003.

21. Дубинин Виктор. Проектирование и реализация распределенных систем на основе ЛВС. Пензенский государственный университет, 2005

22. Емельянов А.А. Власова Е.А., Дума Р.В. Имитационное моделирование экономических процессов / Под. ред. А.А.Емельянова.- М.: Финансы и статистика. 2002.-368 с.

23. Жилкина I I. IP проникает в сети хранения // LAN.- 2002- № 3,

24. Захаров Г.П. Методы исследования сетей передачи данных. М.: Радио и связь, 1982, 208 с.

25. Илья Сироткин. Разработка ГИС региональных, муниципальных и отраслевых образований// Журнал «СЮ» Издательский дом «КОМПЬЮТЕРРА», 2005

26. Информатика и проектирование. / П.С. Краснощекое, А.А. Петров, В.В. Федоров. М.: Знание, 1986.- 48 с. - (Сер. «Математика, кибернетика; № 10).

27. Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование в среде AnyLogic.- СПб, 2005.

28. Кассел, JI. Компьютерные сети и открытые системы/ Л. Кассел, Р. Ос-тинг// М.: Техносфера, 2003. 592 с.

29. Клейнрок Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979 598 с.

30. Ковалерчик И. ATM в реальном мире / Сети.- № 7. 1997. с. 14-23

31. Клименко С. В., Уразметов В. Internet. Среда обитания информационного общества: обзор-пересказ. Протвино, 1994 327 с.

32. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном моделировании. М., Статистика, 1978, с.221-335.

33. Кобелев Н.Б. Основы имитационного моделирования сложных экономических систем. М.: Дело, 2003

34. Коваленко И.Н., Кузнецов Н.Ю. Методы расчета высоконадежных систем. М.: М.: Радио и связь 1988. 176 с.

35. Компьютерные сети. 4-е изд. / Э. Таненбаум. СПб.: Питер, 2003 - 992 с.

36. Крейн М., Лемуан О. Введение в регенеративный метод анализа моделей. -М.: Наука, 1983, 104 с.

37. Кристофидис Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978, -432с.

38. Крюков В.А. Коммуникации в распределенных системах Лаборатория Параллельных Информационных Технологий, НИВЦ МГУ на сайте http://www.rnpi-forum.orR.

39. Кульгин Максим. Технологии корпоративных сетей. СПб.: Питер, 2000 -704 с.

40. Кульгин М. Виртуальные соединения в ATM // LAN журнал сетевых решений. -1998. - Том 4. - № 9. - С. 115-121.

41. Куртис-Престон, Зачем нужны сети хранения, LAN #10,2001 г.

42. Кутузов О.И., Матарнех Ф. Статистическое оценивание связности сети // АВТОМАТИЗАЦИЯ, ИНФОРМАТИЗАЦИЯ, ИННОВАЦИЯ В ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМАХ. Сборник научно-технических статей. Выпуск 1, СПб.: СПГУВК. 2006.- с. 27-32.

43. Kutuzov О.1., Kyznetsov А.А., Matarneh F. Choosing structure nodes network, ecology monitoring system //International conference "Instrumentation in ecology and human safety", Pr. St. Peterburg, 31.01 02.02,2007. p. 91-93

44. О.И.Кутузов. Применение метода расслоенной выборки для анализа характеристик сети обмена информацией// Техника средств связи Вып.2. 1989 , с. 10-17.

45. Кутузов О.И., Задорожный В.II. Аналитико-статистический метод расчета высоконадежных систем связи./Техника средств связи", серия Техника проводной связи. Л.: 1990, с. 121-130.

46. Кутузов О.И., Задорожный В.Н., Олзоева С.И. Имитационное моделирование сетей массового обслуживания. Улан-Удэ: ВСГТУ. 2001. 228 с.

47. О.И.Кутузов, С. Амари, Ф. Матарнех. Концепция сети в системе экологического мониторинга// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Серия «Информатика, управление и компьютерные технологии», № 2, 2006. с. 31-34

48. Кутузов О.И. Хаддат Муфид К оценке влияния транзитных потоков на характеритики виртуального канала.// Семнадцатая международная школа-семинар по вычислительным сетям Москва-Алма-Ата, 1992 с 114120.

49. Лазарев В.Г. Интеллектуальные цифровые сети, Справочник под ред. ак-демика II.А. Кузнецова. М.: Финансы и статистика, 1996.- 223 с.

50. Людмила Старикова, компания WldeXs. Взгляд фиксированного оператора на будущее сетей связи 3G и NGN. // "Мобильные системы" №7, 2005г

51. Мельник О. Геоинформационные системы: частные и корпоративные применения// Журнал «ИнфоБизнес» Издательский дом «КОМПЬЮТЕРРА», 2002

52. Моделирование систем с использованием теории массового обслуживания/Под ред. д.т.н. Д.Н.Колесникова: Учеб. Пособие / СПбГПУ. СПб, 2003. -180 с.

53. Назаров, А.Н. Модели и методы расчета структурно-сетевых параметров сетей ATM. М.: Издательство «Горячая линия-Телеком», 2002. -256 с.

54. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М.:ФАИР-ПРЕСС, 2003.-560 с.

55. Овчинников Г. Р. К расчету среднего времени задержки пакета в центре коммутации // Техника средств связи. М., 1984. с. 23-33. - Сер. Технологии информационных сетей.

56. Олифер II. А., Олифер II. Г. Средства анализа и оптимизации локальных сетей.- Центр информ. технологий, 1998/ Статья получена с сайта http:// www.dtforum.ru

57. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 1999.;

58. Олифер, В. Локальные сети на основе коммутаторов/ В. Олифер, Н. Оли-фер.// Web-страница: http://cf.viplast.ru/nets/lsok/contents.shtml

59. Отчет о научно-исследовательской работе по теме "Алгоритмическое программное обеспечение таблиц маршрутизации ИС 17 Книга 2 Описание применения АПОТМ Л.: ЛЭТИ, 1991 - с. 50.

60. Павел Нагибин. Коммутаторы третьего уровня универсальное средство решения проблем сетей / «Экспресс-Электроника» № 11/2003

61. Ю.Г. Полляк, В.А. Филимонов Статистическое машинное моделирование средств связи. М.: Радио и связь (статистическая теория связи. Вып 30), 1988 -с175

62. Плакс Б. И. Имитационное моделирование систем массового обслуживания: Учебн. пособие. СПбГААП. СПб., 1995. 64 с.

63. Плакс Б.И. Расчет надежности систем со сложной структурой ускоренным/ методом Монте-Карло. Изв. АН СССР. Техн. кибернетика, 1983 N.6 с. 158-162.

64. Протоколы и методы управления в сетях передачи данных / Под ред. Серф В. и др. М.: Радио и связь, 1990. - 480 с.

65. Протоколы информационно вычислительных систем / Под ред. Аничкина. - М.: Радио и связь, 1990. - 502 с.

66. Ростовцев Ю.Г. Основы построения автоматизированных систем сбора и обработки информации,- СПб.: ВИКИ, СПб.: -717 с.

67. Рыжиков Ю.И. Имитационное моделирование. Теория и технологии. -СПб.: КОРОНА принт. 2004. - 384 с.

68. Рябинин И.А., Черкесов Г.Н. Логико-вероятностные методы исследования структурно-сложных систем. М.: Радио и связь, I981.-264 с.

69. Саякин Вадим. Управление сетями хранения данных. //Открытые системы. № 3, 2003. Режим доступа: http//www.citforum.ru/nets, свободный.-Загл.с экрана.

70. Сетевое программное обеспечение: Методическое пособие. М.: Центр информационных технологий, 1994. -41.

71. С.М. Амари. Транспортная сеть, как основа для построения интегральной сети комплексного представления услуг населению // Региональная информатика- 98: труды конференции. VI СПб междунар. конф., Санкт-Петербург, 2-6 июня 1998 г. СПб., -1999. с. 49-50

72. Сергеев В.Г. Стратегическое планирование работы предприятия водного транспорта. СПб.: Изд-во «Петровский фонд».- 1999. 424 с.

73. Сетевая надежность. М.О. Ball, C.J. Colbourn, J.S. Provan Network Reliability, Авторизованный перевод Семенова Ю.А. и Гончарова А.Л. (ИТЭФ/ЦНТК). book.itep.ru

74. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем М.: Высшая школа, 1998,315 с.

75. В. Столлингс Современные компьютерные сети. СПб: Питер, 2003

76. Таненбаум Э. Распределенные системы. Принципы и парадигмы /Пер.с англ. -СПб.:Питер,2003.-877с.

77. Технология коммутации куда идем? / Покатаева Е.//Компьютер Пресс. -1999.-№ 1.-С. 60-61.

78. Тим Грин. Cisco укрепляет корпоративные сети //Сети, #13/2003

79. Уиллис Девид. Магистральные коммутаторы ATM для распределенных корпоративных сетей // Сети и системы связи. 1998. № 2 (24). - С. 76-82.

80. Л.Черняк. Новые архитектуры систем хранения. Открытые системы, №3 ,2003

81. Цимбал А. А., Аншина М. Технологии создания распределенных систем. Питер" ISBN: 5-94723-413-0, 576 с.

82. Шварц Г. Выборочный метод. М.: Статистика, 1978, 213 с.

83. Шмидт Б. Искусство моделирования и имитация / Пер.с нем. Ю.А. Ивашкин, B.JI. Конюх М.: Франтера, 2003. - 550 с.

84. Ушаков И.А. Вероятностные модели надежности информационно-вычислительных систем. М.: Радио и связь, 1991. 132 с.

85. Экономическая доктрина Российской Федерации (концепция) проект. «Поиск» - еженедельная газета научного сообщества. М.: Изд-во «Поиск», 2001

86. Яшков С.Ф. Анализ очередей в ЭВМ. М.: Радио и связь, 1989 - 216 с

87. Andersen, А.Т. A Markovian approach for modeling packet traffic with long-range dependence/ A.T. Andersen, B.F. Nielsen// IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 16(5): 719-732, June 1998.

88. Hirokasu Ohnishi, Tadan Nobu Okada, and Kiyohiro Nguchi Flow control schemes and delay/loss tradeoff in ATM networks//IEEE journal on selected areas in communications, vol. 6. N.9, 1988. P. 1609-1616.

89. James W. Roberts and Jorma T. Virtano. The superposition of periodic cell arrival streams in an ATM multiplexer // IEEE Transaction on communications. Vol. 39, N2, 1991. P. 298-303.95. http://hsi.web.cern.ch/HSI/fcs/spec/overview.html

90. Michael G. Hluchyj, Mark J. Karol Queueing in high-performance packet switching//IEEE. Journal on selected areas in communications vol. 6. N.9,1988. P. 1587-1597.

91. Michel Devault, Jean-yues Cochennec, and Michel Srvel. The "Prelude" ATD experiment: Assessments and future prospects//IEEE Journal on selected areas in communications vol. 6 N.9, 1988. P. 1528-1537.

92. Tarif Zein, Gerard Maral, and Dominique Seret. Performance modelling ofa cellmultiplexer for bursty ATM traffic//INT.J.Electtronics, vol. 71, N.6, 1991. -P. 967-975.

93. VMEbus Systems/ March-April 2000/ pp.35 45 < Fibre ► < Channel: A Tutorial.