автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Модели и метод расчета коммутаторов с общей шиной как устройств сопряжения распределенных автоматизированных систем

оозоь^^Ар

На правах рукописи

Тонг Минь Дык

МОДЕЛИ И МЕТОД РАСЧЕТА КОММУТАТОРОВ С ОБЩЕЙ ШИНОЙ КАК УСТРОЙСТВ СОПРЯЖЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Специальность 05 13 06 - Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2007

003062418

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 Сикарев А А кандидат технических наук, доцент Казак А Ф

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им проф М А Бонч — Бруевича

Защита диссертации состоится " № - ^Лга^Л 2007 г в 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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан - а ■ ф Ч_ 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Яшин А И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Широкое внедрение вычислительных и сетевых технологий в современное производство сопряжено с использованием большого числа типов сетей ЭВМ, имеющих различные архитектурные решения

Возникает практическая необходимость в проведении исследований по межсетевым взаимодействиям в связи с проектированием и вводом в промышленную эксплуатацию разнородных сетей ЭВМ различных предприятий и ведомств, в частности при создании распределенных систем управления (РСУ)

Известны два подхода к решению проблем межсетевого взаимодействия Первый связан с применением сквозного универсального протокола Предпочтительнее считается использование межсетевых устройств (МУ) для согласования неоднородностей взаимодействующих объектов Основным типом МУ на первом, втором и третьем уровнях ЭМ ВОС становятся коммутаторы, заменяя концентраторы, мосты и маршрутизаторы

В коммутаторах с общей шиной связь портов через высокоскоростную шину осуществляется в псевдопараллельном режиме разделения времени Кадр передается по шине небольшими частями В качестве порции данных, переносимых за одну операцию по шине, некоторые производители выбрали ячейку ATM, тем самым как бы «предопределили» коммутатор с общей шиной к использованию в технологии ATM over ADSL В наше время число коммутаторов, приобретаемых для прямого подключения к конечным рабочим станциям, составляет более 85% от общего их числа

Считается, для того, чтобы шина не была узким местом коммутатора, ее производительность должна быть в несколько раз выше скорости поступления данных на входные порты Однако это противоречит принципу статистической достаточности ресурсов Он базируется на хорошо известном выводе теории массового обслуживания для предоставления конкретного сервиса всем имеющемся абонентам достаточно ресурсов, которые позволяют одновременно охватить этой услугой только их часть

Таким образом, разработка метода, моделей и методики расчета характеристик коммутаторов, удовлетворяющих сетевым требованиям, является актуальной задачей

Целью работы является разработка метода, моделей и алгоритмов расчета характеристик коммутаторов с общей шиной, как устройств сопряжения локальных сетей и индивидуальных пользователей с опорной сетью, обеспечивающих требуемую производительность в условиях пульсирующего трафика При этом область исследования ограничивается кругом задач, связанных с определением характеристик коммутационной системы (КС) при установившихся условиях работы системы

Для достижения названной цели необходимо решение следующих задач 1 Провести выбор критериев качества функционирования коммутатора

2 Разработать концептуальную модель коммутатора

3 Разработать аналитические модели для расчета параметров и характеристик коммутатора с общей шиной

4 Оценить влияние фрактального трафика на характеристики буферного пула портов коммутатора

5 Построить процедуру параметрической настройки коммутатора по выбранным критериям качества

6 Провести экспериментальную проверку методики расчета характеристик коммутатора с общей шиной

Объектом исследования являются коммутаторы с общей шиной, как массовые устройства сопряжения и логической сегментации сетей

Предметом исследования является применение аналитических и имитационных моделей для описания функциональных связей между внутренними и внешними параметрами коммутатора и разработка на их основе методики расчета характеристик коммутатора

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

Научные результаты, выносимые на защиту:

1 Метод расчета вероятностно — временных характеристик коммутатора с общей шиной, на основе которого разработана методика оценивания соответствия характеристик коммутатора сетевым требованиям

2 Концептуальная модель, отображающая структуру коммутатора, как мультипроцессорной системы с параллельными каналами приема/передачи и псевдопараллельным режимом распределения пакетов между портами

3 Аналитическая модель зависимости среднего времени задержки пакетов и производительности коммутатора с общей шиной от внешних и внутренних параметров

4 Ограничения при моделировании самоподобной (пульсирующей) нагрузки, влияющей на характеристики очередей в буферных накопителях портов коммутатора

5 Методика оценивания соответствия сетевым требованиям характеристик коммутатора

Научная новизна. С использованием разработанных в диссертации моделей, алгоритмов и методов расчета построена процедура параметрической настройки коммутатора с общей шиной, обеспечивающая научно обоснованный выбор структуры и параметров коммутатора, характеристики которого соответствуют сетевым требованиям

Практическая ценность полученных результатов заключается в разработанной методике и ее математическом и программном обеспечении, позво-

ляющей оценивать соответствие характеристик коммутаторов с общей шиной как устройств корпоративной сети, обеспечивающих требуемое быстродействие и сглаживание пульсаций трафика при сопряжении пользователей с опорной сетью

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 2005 - 2006 г г

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 научных работ, из них — 2 статьи (1 статья — из перечня изданий, рекомендованных ВАК) и 3 работы - в научных трудах международных и Всероссийских конференций Получено Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 7014 «Имитационная модель на базе общей шины» П Федеральное агентство по образованию Отраслевой фонд алгоритмов и программ - 2006

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 98 наименований, и трех приложений Основная часть работы изложена на 132 страницах машинописного текста Работа содержит 29 рисунков, 17 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 проведен анализ принципов построения телекоммуникационных сетей как подсистем распределенных автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ) и современных подходов к интеграции разнородных сетей

Показано доминирующее применение коммутаторов на первом, втором и третьем уровнях ЭМ ВОС для сопряжения разнородных и сегментации локальных сетей Показана возможность массового применения коммутатора с общей шиной в технологии ATM over ADSL Рассмотрены технические реализации и характеристики коммутаторов, соответствующие их назначению

Проведен анализ моделей сетевого трафика В некоторых ситуациях трафик имеет отличия, часто называемые фрактальными или самоподобными свойствами Самоподобность, в общем-то, геометрическое понятие Оно подчеркивает то, что модели, описывающие трафик на разных уровнях, могут иметь одинаковую структуру, задаваемую разномасштабными пульсациями Понятие пульсирующей структуры часто используется именно в этом контексте Пульсирующая структура может сильно влиять на производительность сети В результате оказывается, что традиционный анализ очередей, в основе которого лежит предположение о пуассоновском потоке, не может достаточно точно предсказать производительность системы в условиях пульсирующего трафика

Для описания пульсирующего компьютерного сетевого трафика широко используется ОТУ/^ЖГ-модель или модель серии пакетов

Определены показатели, по которым предлагается оценивать пригодность коммутатора для определенного места в сети пропускная способность, среднее время задержки пакетов, вероятность блокировки принимаемых пакетов Рассмотрены особенности трансляции протоколов канального уровня в коммутаторе

Показатели зависят от структуры и внутренних параметров коммутатора Для подбора внутренних параметров необходима инженерная методика, позволяющая производить их расчет с приемлемой для практических нужд точностью

Построение методики расчета внутренних параметров должно включать в себя следующие основные этапы

— построение и анализ концептуальной модели, выявляющей наиболее существенные черты коммутатора как мультипроцессорной системы, определение перечня внутренних параметров,

— построение на базе концептуальной модели математических моделей, определяющих функциональную связь внутренних параметров и внешних характеристик коммутатора и обеспечивающих аналитический расчет параметров и характеристик коммутатора с общей шиной,

— построение процедуры параметрической настройки коммутатора по выбранным критериям качества,

— оценивание влияния самоподобного (пульсирующего) трафика на характеристики очередей в буферных накопителях портов коммутатора,

— разработка моделирующих алгоритмов и программной реализации имитационных моделей для экспериментальной проверки полученных результатов

Во второй главе представлен материал, связанный с построением концептуальной модели КС с общей шиной Описаны допущения при построении концептуальной модели, модель технических средств коммутации Излагается математическая постановка задачи оценивания характеристик КС

Концептуальная модель коммутатора включает в себя описание структуры и алгоритмов функционирования коммутатора Основу реализации КС составляет многопроцессорный вычислительный комплекс (МВК) Согласно принятых допущений в модели КС отражены аппаратные средства, реализующие этапы приема-передачи ИК и передачи (коммутации) пакетов через общую шину (ОШ) по маршрутам, связывающим входной/выходной порты В рамках этой задачи в структуре МВК выделены канальные модули (КМ) портов и ОШ коммутации, связывающая КМ между собой

КМ состоит из двух устройств побитовой обработки (УПО) на приеме и передаче, двух блоков буферной памяти (БП), а также двух каналов прямого доступа к ОШ (КПД) с независимыми трактами доступа

УПО представляет собой аппаратное устройство, реализующее операции генерации и выделения межкадровых разделителей, битстаффинга, циклического кодирования - декодирования, побитовой передачи и накопления длиной /э элементов ИК

Блок буферной памяти КМ предназначен для сглаживания кратковременных пульсаций трафика

Общее поле памяти (01 111) КМ накапливает при необходимости как входящие пакеты, так и исходящие ОПП разбивается на участки (БП) для параллельного обслуживания приемного и передающего каналов КМ Запись/считывание пакетов в (из) УПО осуществляется словами за время цикла обращения к ОПП Разрядность слова определяется разрядностью, с которой работает КПД

В алгоритме транспортировки пакетов через коммутатор выделены этапы прием кадров по входящему каналу, передачи пакетов по общей шине, прием пакетов из общей шины, обработка пакетов и передача кадров по выходному интерфейсу Цикл обращения (повторяющееся получение доступа на передачу) зависит от пропускной способности общей шины и количества портов коммутатора

Перед тем, как передать принятый пакет на порт - получатель, выполняются операции, связанные с определением адреса исходящего порта, фрагментация кадра и добавление каждому фрагменту заголовка

Моделью этапа передачи пакета по общей шине принята система массового обслуживания (СМО) с ожиданием, где шина является обслуживающим прибором Источником требований (поступающих ИК и выделенных из них пакетов) является рабочая станция, либо малая JIC, либо магистральный канал, связывающий коммутатор с опорной сетью Время ожидания доступа к шине зависит от соотношения скоростей шины и входящего канала связи (КС)

Поскольку к одному и тому же исходящему каналу порта (каналу ПРД) могут быть адресованы пакеты из разных входящих каналов других портов (каналов ПРМ), то на входе канала ПРД может возникнуть очередь, обусловленная доступом к передающему устройству

Моделью этапа передачи пакета по исходящему каналу может служить СМО с ожиданием, где шина является источником требований (пакетов) а обслуживающим прибором - передатчиком исходящего канала порта Поскольку скорость исходящего КС обычно ниже пропускной способности ОШ, то время ожидания в такой СМО может быть значительным

Таким образом, задержка передаваемых пакетов в коммутаторе складывается из времен обработки на приеме, трансляции через общую шину и передачи по исходящему интерфейсу

Сборка/разборка пакетов и другая обработка (выделение пакета из тела ИК, проверка на наличие ошибок, погружение пакета в ИК и т п ) осуществляется процессорами портов

Запись/считывание пакетов в (из) ОШ осуществляется фрагментами за канальное время (время «окна») циклического обращения КМ к ОШ Разрядность фрагмента произвольная и определяется разработчиком Считаем, что при псевдопараллельном режиме размер фрагмента равен размеру ячейки ATM

Рассмотренный доступ к разделяемой среде передачи - ОШ бесконфликтный, детерминированный

С точки зрения взаимодействия с коммутатором, модель поведения пользователя определяется двумя состояниями активным периодом (ON-период), когда источник передает пакеты/ячейки, и пассивным периодом, когда источник ничего не передает, молчит (OFF-период)

Состояния источников чередуются между ON и OFF состояниями Распределение OFF-периодов полагают экспоненциальным, а для моделирования CW-периодов используют распределения с тяжелыми хвостами (РТХ), причем наиболее часто - распределение Парето Длительность ON-периода может определяться длиной (размером) сообщения (индивидуальный источник-пользователь сети), длиной серии (JIC, подключенные к коммутатору), длиной пакетов, составляющих сообщения в серии, в случае смешанного трафика, что сводится к первому случаю

Для оценивания влияния распределения РТХ на характеристики коммутатора используется сравнение с пуассоновским трафиком Пуассоновский трафик, порождаемый источником, отображается в виде прерывистого пуас-соновского процесса, который тоже является процессом двух состояний

В третьей главе выполняется аналитический расчет коммутатора с общей шиной Для оценивания соответствия той или иной модификации коммутатора предъявляемым к нему показателям качества необходимо формализовать функциональную связь между внешними характеристиками коммутатора и его внутренними и внешними параметрами

В работе выделены те параметры, от которых зависят численные значения характеристик коммутатора К внешним отнесены параметры, отражающие информационные и алгоритмические свойства сети и являющиеся исходными данными при расчете и имитации

В качестве множества внешних параметров в выделены

- длины информационных кадров (ИК), принятых в интерсети,

- процентное соотношение всех типов пакетов, принятых в интерсети,

- весовые коэффициенты всех типов пакетов между входящими и исходящими каналами,

- интенсивности поступления ИК на входы коммутатора,

- коэффициенты загрузки входящих каналов ps,

- скорости приема/передачи дуплексных каналов связи КМ - vs [бит/с]

Таким образом, внешние параметры задают нагрузку, поступающую в коммутатор

В качестве множества внутренних параметров П коммутаторов в соответствии с концептуальной моделью выделены

1 число портов коммутатора — 5,

2 емкость общего буферного пула КМ — Ъ ,

км

3 число временных окон на шине в цикле коммутации — М = 51,

4 скорость передачи данных по шине - ,

5 длина слова при обмене КПД с ОШ - /,

6 распределение по исходящим каналам входящей в коммутатор нагрузки, задаваемой маршрутной таблицей

Р9=[Р9\ =

Задача оценивания характеристик КС с общей шиной сформулирована следующим образом

При заданных значениях внешних параметров в и внутренних П построить математическую модель, обеспечивающую анализ характеристик варианта коммутатора, с тем, чтобы оценить выполнение следующих условий

Л(Я77)>||хр,, (1)

Ь 5=1

где А(в, 77) - производительность коммутатора \_пак/^\, и р5- скорость

^>1"7Ус\ и коэФФиЦиент использования (загрузки) б - го канала связи, 5 = 1,5, Ь — средняя длина пакета, поступающего в порты коммутатора,

7з (в, П )< /|, (2)

где Г3{в,П ) - среднее время задержки пакетов в коммутаторе, (<> - допустимое среднее время задержки пакета в коммутаторе

рб{в,П)<Р>, (3)

где рб{в,П) - вероятность блокировки пакетов в коммутаторе по причине отсутствия свободных буферов в ОПП, р<> - допустимая вероятность блокировки пакета в коммутаторе из-за отсутствия свободной памяти БП Решение сформулированной задачи распадается на два этапа На первом этапе на соответствующих моделях находятся зависимости

?3(#,77) и объем буферной памяти канального модуля Ь , обеспе-

км

чивающий выполнение условия (3)

На втором этапе строится процедура последовательного подбора внутренних параметров коммутатора для удовлетворения условиям (1) и (2)

В коммутаторе в реальном масштабе времени выполняется ряд процессов, реализующих прием, коммутацию через ОШ и передачу пакетов Соответственно, среднее время задержки пакета в коммутаторе определяется как

и=т"рм+т0ш+тпр\ (4)

где Тпрм — усредненное по всем портам (КМ) время приема ИК,

Тош - усредненное по всем портам (КМ) время "коммутации" пакетов через разделяемую шину,

Т"рд - усредненное по всем портам (КМ) время передачи ИК по исходящим каналам

Для расчета времен приема, передачи пакета по общей шине из КМ, в исходящий КМ , l,J = \,S,г¥=J и передачи по исходящему каналу введены переменные /, — длина пакета, выделенного из РЖ, поступившего в КМ,, р'к - коэффициент загрузки входящего канала связи КМ,, у'к — скорость передачи данных во входящем и исходящем каналах КМ,, [бит/с], Гми - межкадровый интервал в потоке кадров, поступающих на вход КМ,, Л/ — размер

кванта пакета, коммутируемого шиной за один цикл, Б - количество портов коммутатора, \>ш — скорость шины коммутатора [бит/с], А,, — интенсивность поступления ИК по входящему каналу связи КМ,

Время приема ИК, содержащего пакет I,, определено в виде

тпрм=Ь-, , = П5 (5)

v1

к

Аналогично, время передачи коммутированного (пересланного) через

ОШ пакета по ] — му исходящему каналу определено в виде

/ _

т«рд=_2_г} = (6) VJ

к

Время Тош, коммутации пакета через ОШ из приемного канала г-го порта в передающий (исходящий) канал у-го порта в псевдопараллельном режиме складывается из времен передачи фрагментов, на которые разбивается принятый пакет Это время определено как

Тош,=— Я {п,-0,5), (7)

где п, — количество фрагментов, на которые разбивается пакет I, при передаче по ОШ

Поскольку транспортировка принятого пакета по ОШ моделируется однолинейной СМО с ожиданием, то выражение (7) определяет значение времени обслуживания Тоии

Используя формулу Полячека — Хинчина, среднее время задержки запроса (пакета) в такой системе определено в виде

т

ошт outi

1 + 0,5-

l-Pa

,m~i = 1 ,M,

(8)

где рошт - к1 Тош, - коэффициент загрузки СМО, моделирующей передачу пакета по ОШ, а Тошг определено (7) Для достаточно распространенного случая, когда /, » А/, рошт = р^ 5

V

ОШ

Поскольку по исходящему каналу передача ИК выполняется в едином формате с фиксированной длительностью пакетов I], то процесс передачи моделируем СМО с ожиданием и фиксированным временем обслуживания Для этого случая

1 J J

прд

1 + 0,5

1-Р

, j=l,S.

(9)

OIUJ у

где рош j = j"pà y^a, fy - коэффициент загрузки СМО, моделирующей пере-1

дачу пакета по j-у исходящему каналу, a jnpà определено (6) Соответственно, среднее время задержки пакета в коммутаторе оценивается в следующем виде

S s S

- = ^тТмр, ++ Z tTPj ' <10)

» = 1 '=> 7=1

/S s /s

ЕЛ, и P = s \ p I \ (11)

/ = 1

/ = 1

/ = 1

В общем случае полученные выражения для составляющих задержки в

коммутаторе (5), (8), (9) включают зависимость от /,, , Усреднение

значений этих времен проведено в зависимости от частоты выполнения процессов, которых они характеризуют

Производительность определяется через среднее время задержки заявки в системе замкнутых сетей массового обслуживания (ЗСеМО) В коммутаторе в реальном масштабе времени выполняется К процессов, реализующих прием ИК, коммутацию (транспортировку пакетов через ОШ) и передачу ИК Через Тзк, к = 1, К обозначено среднее время задержки в системе к-го

процесса Для расчета применяется рекурсивная процедура для V — 1, Т] рассчитывается

Т^рм, k=\,S"pM, SnpM =S—dnn процессов приема (12)

k~S+\,2S+M -для остальных процессов

T,(y) = eT3k(v), (13)

= (14)

nk{v)=\{v).ekT3k{v), (15)

nk (v) — среднее число запросов в к-м процессе при наличии в системе v запросов, v = \,tj, «t(0) = 0, £ = 1,2S + M Вектор & = \ к=\,К является

К

решением уравнения е, = X pkl ,

k= 1

где pfa - вероятность перехода заявки от процесса к к процессу i

Значения Тк в выражении (12) являются временами обслуживания и определены выражениями (5), (6) и (7) Для расчета составляющих Тк(v),к~\,К используется двухфазная система ЗСеМО с конечным числом источников В системе имеется 2S источников, где первые S = S"pM источников моделируют КМ в режиме приема, вторые S = S"pà — КМ в режиме передачи В системе также имеется M одноканальных обслуживающих приборов, моделирующих ОШ (M - число временных окон для мультиплексирования фрагментов пакетов по OUI, М = S)

Матрица вероятностей Рош перехода заявок для модели описывает взаимодействие КМ портов с временными окнами ОШ и включает Р^— план

распределения входящей нагрузки по исходящим каналам, задается ТМ, Ptm— задается распределением входящих каналов по временным окнам OUI plm= 1, i = m, 0, i^m ,р = Ру> поскольку исходящий канал может

взаимодействовать с любым временным окном ОШ, когда содержимое окна nojдежит передаче по этому исходящему каналу, Р= ], k =\,2S, причем к = i=\S , к - j = S + \,2S , т=\,М .

Вероятности pmf. рассчитываются из предположения, что частота взаимодействия окна m с источником к пропорциональна частоте заявок, генерируемых источником к и проходящих через т~& временное окно ОШ Решая систему уравнений

K=2S + M К

ек= -л*. Х>*=1> О6)

v=l к=\

получаем вектор еош =

Используя рекуррентную процедуру (12) - (15) для к =1,25 +М, вы-чис ления ведутся до тех пор, пока не станет выполняться неравенство (1) ли-

1 ( — 1)

бо пока система не войдет в состояние насыщения , . > е,, где б, > 0,9

Щ)

определяет численное значение насыщения

Порядок расчета производительности коммутатора с ОШ оформлен в виде последовательного алгоритма

На основе многократного вычисления показателей качества при целенаправленном изменении производительности ОШ построена процедура параметрической настройки коммутатора

Определены шаги человеко-машинной методики построения межсетевого устройства - коммутатора с разделяемой шиной

Методика расчета коммутатора включает в себя ряд последователь!-ых шагов и носит итеративный характер Некоторые шаги, такие как выбор типа вычислительного средства, формализация которых затруднена, выполняются непосредственно разработчиком Другие шаги, в частности процедура параметрической настройки, выполняются ЭВМ Таким образом, рассматриваемая методика является человеко-машинной ЭВМ выполняет процедуры расчета, а человек принимает решения в выборе вычислительных средств, в способе их комплексирования, в повторении процедуры настройки Методика включает следующие шаги

1 Определение значений внешних параметров на основе сетевых требований

2 Определение внешних параметров, отражающих информационные и алгоритмические свойства коммутатора как элемента сети

3 Уточнение структуры технических средств

4 Реализация на ЭВМ алгоритма параметрической настройки

В четвертой главе излагается материал, связанный с расчетом емкости буферного пула портов коммутатора с ОПТ

Исходя из заданного значения допустимой вероятности блокиров-

ки пакета из-за отсутствия свободной памяти для модели экспоненциальной СМО с неограниченной очередью получено выражение необходимого объема буферного пула IV канального модуля в виде

N

и=

In

p(w) 1 -р

1

1пр

гкм

(17)

где [х] - ближайшее целое, не меньшее х

В диссертации проведено исследование влияния трафика на характеристики очереди, поступления в котором определяются при помощи распределений с «тяжелыми хвостами» (heavy-tailed distributions) РТХ Распределение Парето - самое распространенное РТХ с плотностью распределения вероятностей (ПРВ) вида

аГ

ма

<Ф0 = —^,а>0,х>0,

где а - параметр формы, к - нижний граничный параметр, т е минимальное значение для случайной переменной х

Произвольная выборка такой случайной переменной содержит множество относительно малых значений, группирующихся в пики, хотя некоторые значения будут относительно велики, что подтверждается визуальными свойствами сгенерированного трафика (Рис 1)

120 000 100 000 , 80 000 60 000 40 000 20 000

444.

1

1.1,

\Щ'М>

039236 115695 200202 284708 ЗВ9215 453722 538229 622736 707243 731750 876257 960764

I

Рис 1 Выборка с распределением Парето (а = 1,1, к = 1) Дисперсия случайных переменных с ПРВ Парето является бесконечной, если а < 2, и математическое ожидание является бесконечным, если а < 1 В противном случае среднее значение и дисперсия отклонения определяются как

' ^ (18)

а-1

и а

(а-1)>-2)

Для значений а > 2 теоретически получено пороговое значение а = (1 + 1/2), при превышении которого для экспоненциальной СМО М/М/1 средние длина очереди и время ожидания оказываются большими, чем для СМО с пуассоновским входным потоком и распределенным по Парето временем обслуживания При выполнении этого условия расчет емкости буферного пула КМ коммутатора можно провести с использованием формулы (17), т е опираясь на классическую модель

С помощью численного эксперимента выполнено исследование влияния Парето-распределения поступлений при значениях параметра 1,1<а<2 на характеристики очереди Показано, что при масштабировании поступлений (ОЫ-периодов) к диапазону размеров поступающих сообщений средние и максимальные значения очереди при экспоненциальном и Парето распределениях поступлений одного порядка с некоторым превышением со стороны последнего Данный результат подтверждает адекватность применения аппарата экспоненциальных СМО и СеМО для расчета ВВХ коммутаторов с ОШ при выполнении такого масштабирования

Если имеются достоверные данные о самоподобной структуре трафика, можно использовать в качестве модели источник, активное состояние которого характеризуется РТХ типа Парето, и, если а <2, применить численное моделирование при обязательном масштабировании выборочных значений

у — 1 = ^ ^ к диапазону размеров поступающих сообщений Здесь

.Г"' - обратная функция распределения Парето

В этом случае мы заведомо получаем требуемое значение емкости буферного пула с превышением Тем самым гарантируем не превышение допустимой вероятности сброса трафика

Для ускоренного проведения численных экспериментов разработана имитационная модель виртуального канала коммутации (ВКК) как эквивалент полной (топологически подобной) модели коммутатора с ОШ

В пятой главе для проверки расчетов среднего времени задержки пакета и коммутационной производительности, получаемых аналитическим путем, построена имитационная модель коммутатора с общей шиной Имитационная модель выполнена в двух модификациях- «топологически подобной» и в виде виртуального канала коммутации (ВКК) через ОШ

Предложено рассматривать модель коммутатора с общей шиной как комбинацию компонентов, переменных, параметров, спецификаций, ограничений и целевой функции Такой подход обеспечивает адекватность структуризации имитационной модели в рамках поставленной задачи по оцениванию вероятностно временных характеристик (ВВХ) коммутатора В процессе имитации варьируемыми являются группы параметров модели, описывающие рабочую нагрузку, структуру и параметры КС

Выполнена программная реализация имитации процесса коммутации по полной (топологически подобной) модели, которая позволяет определить ВВХ (среднее время и гистограммы плотности распределения вероятностей и загрузки буферов КМ) транспортировки сообщений через коммутатор

Требование многократных прогонов модели для получения убедительных статистических выводов, а также размерность моделируемой КС, с ростом которой увеличиваются затраты машинного времени, обуславливают применение метода ускоренного моделирования

Ускорение моделирования достигается за счет исследования КС по частям с последующей увязкой частных характеристик В качестве такой части КС целесообразно выделить виртуальный канал коммутации (ВКК), отображающий процесс транспортировки протокольных блоков (ПБ) из приемного КМ порта I в передающий КМ порта_/, г,у = 1,5,; Ф у (Б - число портов коммутатора) (рис 2) Это тем более целесообразно сделать, поскольку «прозрачность, пропускная способность и доступность гарантируются для отдельного потока, а не для всей совокупности» Конкретные значения /, у можно выбрать случайным образом, можно назначить принудительно

км,

I' I

км,

- Г -I

I_

км,

ц—г

— — ■*- —1 »- — "

кмк

—Г ' I

_I

кмк

---------— ___

Шр^

кмЬ1

км,

4-

_ л _ .

км5,

км5

Рис 2, Модель виртуального канала коммутации Пв - выделенный поток, Пф — фоновый поток

Модель ВКК включает модель КМ, на приеме, модель КМ} на передаче и модель транспортировки фрагментов выделенного потока (ВП) по ОШ из порта I в порт у Остальные порты коммутатора образуют фоновый поток (ФИ), поступающий на входу-го КМ в соответствии с матрицей маршрутизации Поступление ПБ фонового потока на входу-го КМ влияет на ВВХ выделенного маршрута, поскольку может увеличивать очередь в исходящем канале

Результаты всех трех моделей (расчетной и двух имитационных) дали хорошую сходимость. Модели чувствительны к нагрузке, к асимметрии трафика, к размеру поступлений (длине сообщения), к производительности (скорости) общей шины

С целью оценки эффективности ускоренной имитации по отношению к имитации с использованием топологически подобной (полной) схемы комму! атора сравнивались затраченные машинные ресурсы

Так, для схемы коммутатора на 16 портов затраченное процессорное время на имитацию составило для модели ВКК — 670 мс, полной модели -2424 мс

Для 64-портовой модели коммутатора занимаемый программой объем оперативной памяти составляет в статике 5,2 Мбайт и 403 Мбайт, в динамике (имитации) - 23 Мбайт и - 747 Мбайт соответственно для модели ВКК и то-пог огически подобной

Экспериментальные исследования проводились на ЭВМ типа РС Реп-Ъига 4, 1

Основные результаты работы

В ходе диссертационного исследования получены следующие основные результаты, обеспечивающие достижение поставленной цели

1 Разработан метод расчета вероятностно — временных характеристик коммутатора с общей шиной на основе предложенных в диссертации моделей и алгоритмов

2 Построена концептуальная модель коммутатора с разделяемой оби,ей шиной, отображающая структуру технических средств, алгоритм транспортировки пакетов через ОШ и модель источника Модель отличается представлением источника в виде полумарковского процесса с распределением Парето

3 Построена аналитическая модель зависимости производительности коммутатора и среднего времени задержки пакета в нем от внешних и вн /т-ренних параметров коммутатора Модель отличается учетом времени ожидания при псевдопараллельном доступе к разделяемой общей шине

4 Предложена методика оценивания соответствия характеристик коммутатора с разделяемой общей шиной сетевым требованиям

5 Получены ограничения при моделировании самоподобной нагрузки с распределением типа Парето, при выполнении которых оправдано применение аппарата экспоненциальных СМО и СеМО для расчета ВВХ коммута го-ров с ОШ в условиях пульсирующего трафика Для модели буферного п>ла КМ в виде СМО М/М/1 получено выражение для оценки значения дли -¡ы очереди, вероятность превышения которого не более допустимого-

6 Разработаны алгоритмы и выполнена их программная реализация имитационной модели виртуального канала коммутации, которая обеспечивает реализацию метода ускоренного анализа ВВХ коммутатора Имитационная модель виртуального канала коммутации предложена впервые

Публикации по теме диссертации

1 Кутузов, О И Подход к расчету коммутатора с доступом порто! к общей шине по прерываниям [Текст]/ О И Кутузов, Тонг Минь Дык // Ин-форм сети, системы и технологии материалы междунар науч Ко? ф МКИССиТ-2006, г Санкт-Петербург, 30 окт - 02 нояб 2006 г - СПб 2006 -С 29-30

2 Кутузов, О И Самоподобность входной нагрузки и ее влияние на характеристики системы обслуживания [Текст]/ О И Кутузов, Тонг Минь Дик // Приборостроение в экологии и безопасности человека ПЭБЧ'07 тр 5-ой междунар конф , г Санкт-Петербург, 31 янв - 02 февр 2007 г - СПб , 2007 -С 127-133

3 Татарникова, ТМ Аналитическая модель коммутатора с общей шиной [Текст]/ Т М Татарникова, Тонг Минь Дык // Автоматизация, информа-

тизация, инновация в транспорт системах сб науч - техн. ст - СПб СПбГУВК, 2006 -Вып 1 -С 44-50

4 Тонг Минь Дык К оцениванию эффективности мультиплексного доступа в моноканал [Текст]/ Тонг Минь Дык, О И Кутузов // Управление и ин-форма технологии УИТ - 2005 тр Всерос науч конф , г. Санкт-Петербург, 30 июня - 02 июля 2005 г - СПб , 2005 - С 84-89

5 Тонг Минь Дык Оценка влияния самоподобной нагрузки на характеристики очереди [Текст]/ Тонг Минь Дык, О И Кутузов // Изв СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (Известия Государственного электротехнического университета) Сер Информатика, упр и компьютер технологии — СПб , 2006 Вып 3 — С 35-38

6 Имитационная модель на базе общей шины свидетельство об отраслевой регистрации разработки/ Татарникова Т М , Кутузов О И, Тонг Д М , федерал агентство по образованию ГКЦИТ, отрасл фонд алгоритмов и программ регистр 05 10 06 -№7014

Подписано в печать И 04 07 Формат 60*84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Печ л 1,0 Тираж 100 экз Заказ 16

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

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

Перечень сокращений.

Введение.

Глава I. Анализ принципов построения корпоративных сетей.

1.1. Структуризация сетей в распределенных автоматизированных системах

1.2. Межсетевые устройства сопряжения сетей и сегментов.

1.2.1. Архитектура интерсети в терминах ЭМВОС/МОС.

1.2.2. Структуры КС при быстрой коммутации пакетов.

1.3. Анализ моделей сетевого трафика.

1.3.1. Самоподобие сетевого трафика.

1.3.2. Пульсирующая структура трафика и ее описание.

1.3.3. Самоподобие модели сетевого трафика

1.4. Характеристики производительности коммутаторов.

1.4.1. Скорость фильтрации и продвижения кадров.

1.4.2. Объем буфера.

1.4.3. Трансляция протоколов канального уровня.

1.5. Формулировка задачи исследования

Выводы по первой главе.

Глава II. Концептуальная модель коммутатора с общей шиной.

2.1. Допущения при построении концептуальных моделей МУ.

2.2. Модель технических средств коммутации.

2.3. Транспортировка пакетов через коммутатор.

2.4. Модель источника.

2.5.Формализация задачи и схема расчета характеристик коммутатора с общей шиной.

2.5.1. Задание параметров коммутатора.

2.5.2. Схема расчета замкнутой Семо.

Выводы по второй главе.

Глава III. Аналитический расчет характеристик коммутатора с общей шиной.

3 Л. Математическая постановка задачи расчета характеристик коммутатора

3.2. Расчет среднего времени задержки в коммутаторе с общей шиной

3.3. Расчет производительности коммутатора с общей шиной.

3.4. Алгоритм расчета производительности коммутатора с ОШ.

3.5. Общий алгоритм настройки коммутатора с ОШ.

3.6. Методика расчета коммутатора

Выводы по третьей главе.

Глава IV. Расчет емкости буферного пула портов коммутатора с общей шиной.

4.1. Модель экспоненциальной СМО с неограниченной очередью.

4.2. Влияние самоподобной входной нагрузки на характеристики очереди

4.3. Анализ влияния самоподобной нагрузки на характеристики очереди при значениях 1 < а < 2.

4.3.1. Анализ влияния самоподобия при генерировании нагрузки в виде отдельных поступлений.

4.3.2. Анализ влияния самоподобия при генерировании нагрузки в виде К-серий поступлений.

4.4. Влияние ограничения длины очереди.

Выводы по четвертой главе.

Глава V. Имитационная модель коммутационной системы на основе общей шиной.

5.1. Структурные элементы имитационной модели

5.2. Имитационная модель виртуального канала коммутации через ОШ

5.3. Результаты аналитического и имитационного моделирования.

Выводы по пятой главе.

Актуальность темы. Основой современного информационного обеспечения корпораций, холдингов, офисов являются сетевые технологии. Корпоративная сеть становится важнейшим информационным ресурсом предприятия [42, 65, 67].

Являясь сложной многопрофильной структурой, корпорация имеет распределенную иерархическую систему управления. Кроме того, предприятия, отделения и административные офисы, входящие в корпорацию, как правило, расположены на значительных расстояниях друг от друга.

Наличие информационных связей внутри и между организациями, где установлены ЭВМ, входящие в состав различных сетей, актуализирует проведение исследований по межсетевым взаимодействиям и объединением сетей при создании распределенных систем управления (РСУ) [2, 8, 15, 16, 30, 33, 51, 61, 62, 65, 67].

Несмотря на то, что существуют уже сети, объединенные межсетевыми устройствами (МУ), вопрос их взаимного соединения до сих пор остается актуальным и находится в состоянии постоянного развития [38, 40, 41, 46, 50, 55, 56, 75]. Не в последнюю очередь это связано с расширением сетевой инфраструктуры за счет «персональных сетей» [51].

Возможности высокоскоростной передачи данных долгие годы не распространялись на миллионы представителей малого бизнеса и частных абонентов, которые по экономическим соображениям не могли позволить себе содержать выделенную оптико-волоконную линию.

Решением данной проблемы стало использование на абонентской кабельной сети современной технологии ADSL [18, 19, 66]. Для конечных пользователей технология ADSL обеспечивает высокоскоростное соединение с сетью Интернет и позволяет одновременно использовать одну медную пару, как для обычной телефонии, так и для высокоскоростной передачи данных.

Интеграция Web-навигаторов в операционные системы персональных компьютеров приводит к трактовке каждого объекта системы как документа, наделенного необходимыми интерфейсами для подключения к нему изображений, речи и видео. Создание персональных, зачастую домашних, страниц с приложениями или данными, полезными для других сотрудников компании, превращает такие компьютеры в неофициальные корпоративные серверы.

Цифровая абонентская линия (xDSL) и режим асинхронной передачи (ATM) сегодня относятся едва ли не к самым популярным сетевым технологиям. Изначально (в конце 78-х г.г.) упомянутые технологии были предназначены для решения разных задач. Однако постепенно проникали во все новые сетевые инфраструктуры, что привело к постановке вопроса о взаимодействии сетей доступа на основе xDSL с сетями ATM и, в конечном итоге, к технологии ATM over ADSL [55].

Комплексирование готовых технических решений при интеграции разнородных сетей требует соответствующих методов и средств оценивания их характеристик требуемому качеству обслуживания при заданном либо прогнозируемом трафике. Эта проблема особенно остро стоит при подборе межсетевых устройств (МУ), в частности коммутаторов [34, 48]. Если первоначально коммутаторы применялись для сегментации сети, то в наше время число коммутаторов, приобретаемых для прямого подключения к конечным рабочим станциям, составляет более 92% от общего их числа [33].

Из-за различий во внутренней организации разных моделей коммутаторов трудно предвидеть, как тот или иной коммутатор будет передавать кадры какого-то конкретного образца трафика. В специальной литературе [48] отмечается, что лучшим критерием остается практика, когда коммутатор ставится в реальную сеть, и измеряются вносимые им задержки и количество потерянных кадров, поскольку не существует общепринятых тестовых образцов трафика [33, 48]. Однако, это, прежде всего, дорого. И метод «тыка» здесь вряд ли подходит.

По вопросам использования коммутаторов большинство опубликованных работ являются обзорами по материалам зарубежной печати [3, 24, 41, 46, 50,

56, 75], анализ которых показал, что требуются методы и средства, поддерживающие обоснованный выбор структуры и параметров коммутаторов как МУ, обеспечивающих требуемые сетевые характеристики [12,16, 21, 34,47, 51].

Таким образом, разработка моделей и методики расчета характеристик коммутатора, удовлетворяющих сетевым требованиям, является актуальной задачей.

В коммутаторах с общей шиной связь портов через высокоскоростную шину осуществляется в режиме разделения времени. Для уменьшения задержек при передаче кадр должен передаваться по шине небольшими частями. Размер такой ячейки данных определяется производителем коммутатора. Некоторые производители, например, LANNET (сейчас подразделение компании Madge Networks), выбрали в качестве порции данных, переносимых за одну операцию по шине, ячейку ATM с ее полем данных в 48 байт, тем самым как бы «предопределили» коммутатор с общей шиной к использованию в технологии ATM over ADSL.

Считается, для того, чтобы шина не была узким местом коммутатора, ее производительность должна быть в несколько раз выше скорости поступления данных на входные порты [33]. Однако это противоречит принципу статистической достаточности ресурсов. Он базируется на хорошо известном выводе теории массового обслуживания: для предоставления конкретного сервиса всем имеющемся абонентам достаточно ресурсов, которые позволяют одновременно охватить этой услугой только их часть. Действительно, трудно представить себе, что все компьютеры, подключенные к сети, в одно и тоже время начнут передавать данные с максимальной скоростью. При работе с Internet, когда наиболее типичным клиентским приложением является Web-браузер, «нисходящий» трафик возникает только при загрузке новой страницы. В результате отношение числа абонентов к количеству входных портов оборудования центрального офиса может составлять 8:1,10:1 и даже больше [55].

Целью диссертационной работы является исследование и разработка метода, моделей и алгоритмов расчета характеристик коммутаторов с общей шиной, как устройств сопряжения локальных сетей и индивидуальных пользователей с опорной сетью, обеспечивающих требуемую производительность в условиях пульсирующего трафика.

Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:

1. Провести выбор критериев качества функционирования коммутатора.

2. Разработать концептуальную модель коммутатора.

3. Разработать аналитические модели для расчета параметров и характеристик коммутатора с общей шиной.

4. Оценить влияние фрактального трафика на характеристики буферного пула портов коммутатора

5. Построить процедуру параметрической настройки коммутатора по выбранным критериям качества.

6. Провести экспериментальную проверку методики расчета характеристик коммутатора с общей шиной.

Объектом исследования являются коммутаторы с общей шиной, как массовые устройства сопряжения и логической сегментации сетей.

Предметом исследования является применение аналитических и имитационных моделей для описания функциональных связей между внутренними и внешними параметрами коммутатора и разработка на их основе расчета характеристик коммутатора и оценивания их на соответствие сетевым требованиям.

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

Научная новизна. В результате проведенного исследования построена процедура параметрической настройки коммутатора с общей шиной, обеспечивающая научно обоснованный выбор структуры и параметров коммутатора, характеристики которого соответствуют сетевым требованиям. Процедура построена с использованием разработанных в диссертации моделей, алгоритмов и методов расчета характеристик коммутатора.

В процессе решения перечисленных задач получены и выносятся на защиту следующие новые основные результаты:

1. Метод расчета вероятностно - временных характеристик коммутатора с общей шиной, на основе которого разработана методика оценивания соответствия характеристик коммутатора сетевым требованиям

2. Концептуальная модель, отображающая структуру коммутатора, как мультипроцессорной системы с параллельными каналами приема/передачи и псевдопараллельным режимом распределения пакетов между портами.

3. Аналитическая модель зависимости среднего времени задержки пакетов и производительности коммутатора с общей шиной от внешних и внутренних параметров.

4. Ограничения при моделировании самоподобной (пульсирующей) нагрузки, влияющей на характеристики очередей в буферных накопителях портов коммутатора.

5. Методика оценивания соответствия сетевым требованиям характеристик коммутатора.

Практическая ценность полученных результатов заключается в разработанной методике и ее математическом и программном обеспечении, позволяющей оценивать соответствие характеристик коммутаторов с общей шиной как устройств корпоративной сети, обеспечивающих требуемое быстродействие и сглаживание пульсаций трафика при сопряжении пользователей с опорной сетью.

Апробация работы. Предлагаемые решения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 2-х Международный, одной Всероссийский научно-технических конференциях и научно-технических конференциях Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, Санкт-Петербург, 2005-2007 г.г. ситета, Санкт-Петербург, 2005-2007 г.г.

Публикации. Результаты опубликованы в научно-технических статьях, на трудах международных и всероссийских научных конференций. Опубликованы 5 печатных работ, из них 2 статьи [74, 75] и 3 работы - в научных трудах международных и Всероссийских конференций [37, 38, 76]. Получено Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 7014 «Имитационная модель на базе общей шины» // Федеральное агентство по образованию. Отраслевой фонд алгоритмов и программ. - 2006.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 98 наименований, и трех приложений. Основная часть работы изложена на 132 страницах. Работа содержит 29 рисунков и 17 таблиц.

Выводы по пятой главе

1. Предложено рассматривать модель коммутатора с общей шиной как комбинацию компонентов, переменных, параметров, спецификаций, ограничений и целевой функции (р. 5.1). Такой подход обеспечивает адекватность структуризации имитационной модели в рамках поставленной задачи по оцениванию ВВХ коммутатора.

2. Выполнена программная реализация (приложение №2) имитации процесса коммутации по полной модели, которая позволяет определить ВВХ (среднее время и гистограммы плотности распределения вероятностей и загрузки буферов КМ) транспортировки сообщений через коммутатор.

3. Разработана алгоритмическая и программная модели виртуального канала коммутации (приложения №1) как эквивалента полной схемы коммутатора с ОШ (р. 5.3), обеспечивающие существенное сокращение размерности модели и, соответственно, времени моделирования (см. табл. 5.2 и 5.3). Анализ и сравнение результатов моделирования полной модели и ее упрощенного аналога (модели ВКК) показывают хорошую сходимость (с. 128), что говорит о высокой степени доверия к модели ВКК.

4. Результаты численного эксперимента показывают соответствие измеренного времени задержки с расчетным (табл. 4.8). Полученные данные и гистограммы показывают чувствительность исследуемых внутренних параметров коммутатора к изменению его внешних характеристик.

139

Заключение

Большое разнообразие сетей обмена информацией для АСУ и желание пользователей иметь доступ к общим информационным ресурсам обуславливают необходимость объединения сетей различных предприятий и ведомств. Эта проблема находит свое решение в создании специальных межсетевых устройств - коммутаторов, обеспечивающих согласования разнородных сетей на 2-м и 3-м уровнях ЭМ ВОС.

Основной целью диссертационной работы в связи с этим является разработка инженерной методики расчета характеристик коммутатора с общей шиной для оценивания их соответствия сетевым требованиям при логической сегментации либо/и объединении сетей.

В ходе диссертационного исследования получены следующие основные результаты, обеспечивающие достижение поставленной цели.

1. Разработан метод расчета вероятностно - временных характеристик коммутатора с общей шиной на основе предложенных в диссертации моделей и алгоритмов.

2. Построена концептуальная модель коммутатора с разделяемой общей шиной, отображающая структуру технических средств (разд. 2.2) , алгоритм транспортировки пакетов через ОШ (разд. 2.3), модель источника (2.4), формализацию и схему расчета характеристик коммутатора (разд. 2.5). Модель отличается представлением источника в виде полумарковского процесса с распределением Парето.

3. Построена аналитическая модель зависимости производительности коммутатора и среднего времени задержки пакета в нем от внешних и внутренних параметров коммутатора (разд. 3.1, 3.2). Модель отличается учетом времени ожидания при псевдопараллельном доступе к разделяемой общей шине.

4. Предложена методика оценивания соответствия характеристик коммутатора с разделяемой общей шиной сетевым требованиям.

5. Выполнено исследование влияния самоподобной нагрузки с распределением типа Парето на характеристики очереди. Получены ограничения, при выполнении которых оправдано применение аппарата экспоненциальных СМО и СеМО для расчета ВВХ коммутаторов с ОШ в условиях пульсирующего трафика (разд. 4.2, 4.3). Для модели буферного пула КМ в виде СМО М/М/1 получено выражение (4.4) для оценки значения длины очереди, вероятность превышения которого не более допустимого значения.

6. Разработаны алгоритмы и выполнена их программная реализация имитации процесса коммутации в КС с общей шиной и имитационная модель виртуального канала коммутации, которая обеспечивает реализацию метода ускоренного анализа ВВХ коммутатора. Имитационная модель виртуального канала коммутации предложена впервые.

1. Авен, О.И. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем/ О.И. Авен, H.H. Турин, Я.А. Коган. М.: Наука, 1992. 464с.

2. АСУ. Обзор информации / ЦНТИ "Информсвязь", вып.1, 1992.

3. Александр Нежуренко. Коммутаторы Fast/Gigabit Ethernet для "большой" сети / СЕТИ и Телекоммуникации

4. Олифер, Н. Базовые технологии локальных сетей/ Н. Олифер, В. Олифер// Центр информационных технологий/ www.CITForum.ru

5. Башарин, В.Г. Анализ очередей в вычислительных сетях. М.: Наука, 1989. 334 с.

6. Башарин, Г.П. Модели информационно вычислительных систем. Сборник научных трудов. -М.: Наука, 1994. 78 с.

7. Богуславский, Л.Б. Основы построения вычислительных сетей для автоматизированных систем/ Л.Б. Богуславский, В.И. Дрожжинов// М.: Энергоатом-издат, 1990.-256 с.

8. Черноморов, Г.А. Вычислительные сети распределенных сетей обработки информации/ Г.А. Черноморов, В.И. Ковалевский// Новочеркасск: НТИ, 1991-111 с.

9. Бушуев, П.А. 1 : 0 в пользу ATM./ Сети и системы связи. № 9. 1998. С. 108111.

10. Ю.Бурцев, B.C. Новые принципы организации вычислительных процессов высокого параллелизма // Методы и средства обработки информации: Труды первой Всероссийской научной конференции/ Под ред. Л.Н. Королева.- М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2003, с. 17-31

11. Вентцель, Е.С. Теория вероятности. Ф.М. М., -1962. 564 с.

12. Вишневский, В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003. 512 с.

13. Владимиров, H.A. Технология ATM: основные положения// Сети. 1996. -№2(45).-С. 62-71.

14. М.Варжапетян, А.Г. Системы управления. Исследование и компьютерное моделирование/ А.Г. Варжапетян, В.В. Глущенко// М.: Вузовская книга, 2000.328 с.

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

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

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

18. Горальски, В. Технологии ADSL и DSL. М.: Лори, 2000.

19. Гургенидзе, А. Мультисервисные сети и услуги широкополосного доступа/ А. Гургенидзе, В. Кореш// СПб.: Наука и Техника, 2003.

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

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

22. Ершов, В. А. Телекоммуникационные сети тенденции развития/ В.А. Ершов, Э.Б. Ершова, H.A. Кузнецов// Положение к журналу "Электросвязь". М.: Радио и связь, 1997. - № 4. - С. 2-8.

23. Емельянов, A.A. Имитационное моделирование экономических процессов/

24. A.A. Емельянов, Е.А. Власова, Р.В. Дума// Под. Ркд. А.А.Емельянова.- М.: Финансы и статистика. 2002.-368 с.

25. Евгений Патий. Коммутаторы уровня SOHO// «Экспресс Электроника»/ www.citforum.ru/nets/hard/sohoswitches

26. Жожикашвили, В.А. Сети массового обслуживания/ В.А. Жожикашвили,

27. B.М. Вишневский // М.: Радио и связь, 1988. 192 е.: ил.

28. Захаров, Г.П. Службы и архитектура широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания/ Г.П. Захаров, М.В. Смирнов, Г.Г. Яновский// Технология электронных коммуникаций. Т. 41. М.: 1993.

29. Клименко, C.B. Internet. Среда обитания информационного общества: обзор-пересказ/ C.B. Клименко, В. Уразметов// Протвино, 1994. 327 с.

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

31. Компьютерная сеть Relcom: Международная конференция / Под ред. Горностаева Ю. М., 1992.-107 с.

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

33. Корнеев, В.В. Современные микропроцессоры/ В.В. Корнеев, A.B. Киселев// М.: Нолидж, 1998. 240 с.

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

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

36. Кутузов, О.И. Коммутаторы в корпоративных сетях. Моделирование и расчет/ О.И. Кутузов, В.Г. Сергеев, Т.М. Татарникова// Под общ. Ред. проф. Кутузова О.И. СПб.: Судостроение, 2003. 171 с.

37. Кутузов, О.И. Аналитико-статистический метод расчета малых вероятностей потерь в буфере конечной емкости/ О.И. Кутузов, М. Хаддад// Телекоммуникационные технологии. 1994. Вып. 1. С. 36 48.

38. Кутузов, О.И. Имитационное моделирование сетей массового обслуживания/ О.И. Кутузов, В.Н. Задорожный, С.И. Олзоева// Учебное пособие.- Улан-Уде: Изд-во ВСГТУ, 2001.- 228 с.

39. Лазарев, В.Г. Интеллектуальные цифровые сети, Справочник под ред. акде-мика H.A. Кузнецова. М.: Финансы и статистика, 1996.- 223 с.

40. Лапшинский, В. А. Локальные сети персональных компьютеров: учебн. Пособие для вузов. М.: МИФИ, 1994. - Ч. 2. - 143 с.

41. Кассел, Л. Компьютерные сети и открытые системы/ Л. Кассел, Р. Остинг// М.: Техносфера, 2003. 592 с.

42. Ложкин, С. Технологии коммуникации Ethernet // Компьютер Пресс. 1998. -№ 3. - С. 2-8.

43. Лощилов, И.Н. Коммутаторы широкополосных сетей интегрального обслуживания// Зарубежная электроника. 1993. - № 7, 8, 9. - С. 3-17

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

45. Моделирование систем с использованием теории массового обслужива ния/Под ред. д.т.н. Д.Н.Колесникова: Учеб. пос./СПбГПУ. СПб, 2003.-18Q.C.

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

47. Недашковский, В. М. Организация и программирование межмашинного обмена данными в компьютерных информационных системах. М.: МГТУ, 1994.-50 с.

48. Николай Малых. Классификация коммутаторов. BiLiM Systems LtD/ http://wwwl .citforum.ru/nets/switche/switchel .shtml

49. Опыт создания сетей ЭВМ на базе разнотипных ЭВМ. М.: ЦЭМИ, 1992. -07 с.

50. Основы современных компьютерных технологий: Учебн. Пособие./ Под ред. проф. Хомоненко А. Д. СПб.: КОРОНА принт, 1998. - 448 с.

51. Павел Иванов. ATM over ADSL: основы технологии и варианты реализации. Журнал «Сети», # 1/2000

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

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

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

55. Рыжиков, Ю.И. Имитационное моделирование. Теория и технологии. СПб.: КОРОНА принт; М.: Альтекс-А, 2004.

56. Саати, Т. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М.: Сов. радио, 1971. 520 с.

57. Сетевое программное обеспечение: Методическое пособие. М.: Центр информационных технологий, 1994. - Ч.

58. Советов, Б.Я. Информационная технология. М.: Высшая школа, -1994. -368 с.

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

60. Советов, Б.Я. Построение сетей интегрального обслуживания/ Б.Я. Советов, С.А. Яковлев// JL: Машиностроение, -1990. 332с.

61. Средства создания смешанных сетей предприятия // Сети. 1993. - N 3.

62. В. Столлингс Современные компьютерные сети. СПб: Питер, 2003.69.0лифер, H.A. Стратегическое планирование сетей масштаба предприятия

63. Электронный ресурс./ H.A. Олифер, В.Г. Олифер, П.Б. Храмцов, В.И. Артемьев, С.Д. Кузнецов// Электрон, журн. М.: CIT Forum, 1997.- Режим доступа: http://www.citforum.ru/nets/spsmp/index.shtml, свободный.- Загл.с экрана.

64. Сети и телекоммуникации. Стратегия персональных сетей/ Компьютер пресс. № 10,1997.-с. 11-18.

65. Суздалев, A.B. Передача данных в локальных сетях связи/ A.B. Суздалев, О.С. Чугреев// М.: Радио и связь, 1987. 168 с.

66. Телекоммуникационные компьютерные сети России / СП "Эко-Тренз". М., 1992. -176 с. - Технологии электронных; Т. 31.

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

68. Татарникова, Т.М. Аналитическая модель коммутатора с общей шиной/ Т.М. Татарникова, Тонг Минь Дык// Автоматизация, информатизация, инновация в транспортных системах. Сборник научно-технических статей. Выпуск 1, СПБ. :СПГУВК, 2006, с.44-50.

69. Тонг Минь Дык Оценка влияния самоподобной нагрузки на характеристики очереди/ Тонг Минь Дык, О.И. Кутузов// Известия СПБЭТУ "ЛЭТИ" (Известия государственного электротехнического университета), выпуск 3/2006, с. 35-38.

70. Тонг Минь Дык К оцениванию эффективности мультиплексного доступа в моноканал/ Тонг Минь Дык, О.И. Кутузов// Труды Всероссийской научной конференции 30.06 02. 07 Управление и информационные технологии УИТ- 2005 СПб 2005, с. 84-89

71. Тормышов, С. А. Технология ATM для профессионалов // Компьютер Пресс.- 1997. № 3. - С. 168-170.

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

73. Филипповски, Р. Многоканальная система передачи импульсов с автоматическим изменением числа импульсов. / «Osterreichische Zeitschr. Telegraf, Telefh, Funk, Fernsehetechnick»,№ 9-12. 1955

74. Шелухин, О.И. Фрактальные процессы в телекоммуникациях/ О.И. Шелу-хин, A.M. Тенякшев, A.B. Осин// Под ред. О. И . Шелухина. М.: Радиотехника, 2003.

75. Bridges and routers standards// IEEE Network. 1988. - Vol. 2. -Nl. - p. 56-64.

76. CCITT Draft recomendation I. 121 Broad band aspects of ISDN//CC1TT, TD49 (plen) Seul, Korea, Feb. 1988.

77. CC1TT WG 18/wp: Draft Recomendations I. 150. Geneva, January, 1990.

78. Crossing the TR4/TR0 gateway.// Computer Communication Rev. -1990. Vol. 20.-N2.-P. 16-21.

79. David Gensburg. ATM; solutions for enterprise internetworking. USA: Addison-Wesley, 1996.-557 p.

80. Leland, W.E. On the self-similar nature of Ethernet traffic (Extendet version)/ W.E. Leland, M.S. Taggu, W. Willinger, D.V. Wilson// IEEE/ACM Transactions on Networking, 2:1-15,1994.

81. Raatikainen, K. E. E. Symptoms of self-similarity in measured arrival process of ethernet packets to a lile server: Technical Report Series of Publications C-1994-4, University of Helsinki, Dept. of Computer Science, 1994.

82. Crovella, M.E. Self-similarity in world wide web traffic: evidence and possible causes/ M.E. Crovella, A. Bestavros// In Proceedings of the 1996 ACM SIGMET-RICS. International Conference on Measurement and Modeling of Computer Systems, May 1996.

83. Beran, J. Long-range dependence in variable-bitrate video traffic/ J. Beran, R. Sherman, M.S. Taqqu, W. Willinger// IEEE Transactions on Communications, 43:1566-1579,1995.

84. Paxson, V. Growth trends in wide-area TCP connections. IEEE Network, page 817, July/August 1994.

85. Crovella, M.E. Explaining World Wide Web Traffic Self-Similarity/ M.E. Crovella, A. Bestavros// Technical Report: TR-95-015, Computer Science Department, Boston University, 1995.

86. Paxson, V. Wide-Area traffic: The Failure of Poisson Modeling/ V. Paxson, S. Floyd// IEEE/ACM Transactions on Networking 3 (1995). 226-244.

87. Gibbens, R. J. The statistical analysis of broadband traffic. This volume, 1996.

88. Willinger, W. Self-similarity in high-speed packet traffic: analysis and modeling of Ethernet traffic measurements/ W. Willinger, M.S. Taqqu, W.E. Leland, V. Wilson// Statistical Science, 10:67-85, 1995.

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