автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Моделирование и оптимизация сетей передачи данных в САПР информационно-телекоммуникационных систем

\ГГЛ

На правах рукописи

ХАУСТОВИЧ Александр Владимирович

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В САПР ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации

проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1997

Работа выполнена на кафедре "Системы автоматизированного проектирования и информационные системы" Воронежского государст-твенного технического университета

Научный руководитель _ д-р техн.наук, проф.Рындин A.A.

Официальные оппоненты: Д-р техн.наук, проф. Межов В.Е.

канд.техн.наук, доцент Львович И.Я.

Ведущая организация: Ленинградский отраслевой научно-исследовательский институт связи (г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится "1997 г. в 14 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.02 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

11 О й

Автореферат разослан " ^ -J 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Львович Я.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Темпы развития современного общества во многом зависят от достигнутого им уровня информатизации. Именно поэтому в настоящее время большое внимание уделяется решению как научных, так и практических проблем при создании крупномасштабных информационных систем, в частности,общегосударственных и региональных информационно-телекоммуникационных систем (ИТС) и средств их автоматизированного проектирования.

В настоящее время региональные ИТС базируются в основном на аналоговых и цифровых сетях общего пользования, т.е. используют разноскоро-стные линии связи. При этом телефонная сеть общего пользования имеет иерархическую структуру, сочетает как цифровые, так и аналоговые системы. В то же время новые технологии передачи данных в широкомасштабных и глобальных сетях базируются на цифровых и широкополосных системах телекоммуникаций и связи, основанных на внедрении нового поколения систем передачи данных, работающих по оптоволоконным линиям, оборудования синхронных цифровых иерархий SDH, обеспечивающего передачу интегрированной информации.

Стремление к повышению быстродействия компьютерных сетей, базирующихся на телефонных сетях общего пользования, объясняется вполне конкретными требованиями пользователей. Разукрупнение вычислительных систем, переход от текстового к графическому интерфейсу в прикладных программах доступа к базам данных, необходимость передачи интегрированной информации (данные, голос, видео) предъявляет жесткие требования к пропускной способности сети и времени реакции на запросы, необходимости тщательного анализа и оптимизации топологии ИТС, моделирования загруженности сегментов сети и запросов пользователей.

Переход от низкоскоростной технологии передачи данных на основе протоколов Х.25 / Х.28 для обеспечения on-line и off-line доступов к информационным ресурсам, к сетевым технологиям ISDN, Frame Relay и ATM делает вопросы автоматизации проектирования региональных ИТС наиболее актуальными, особенно в части системного проектирования так называемого транспортного уровня таких систем.

Обычно процесс проектирования сети передачи данных состоит из многих последовательных этапов, наиболее важными из которых является прогнозирование объема трафика сегментов сети, определение возможной

структуры сети (мупьтиплексоры, телефонные станции, концентраторы и т.д.), географическая трассировка сети каналов связи, обеспечивающая минимальную стоимость. Для автоматизации проектирования этих этапов необходимо разработать модели и алгоритмы анализа и оптимизации, провести имитационный эксперимент по моделированию узлов сети передачи данных ИТС, построить прогностические модели объема трафика на основе анализа количественных оценок общности информационных запросов пользователей.

Таким образом, актуальность темы исследования продиктована необходимостью создания комплекса математических, программных и организационных средств для автоматизации проектирования сетей передачи данных современных информационно-телекоммуникационных систем регионального уровня, обеспечивающих выбор оптимальных или хотя бы рациональных вариантов, структуры и параметров этих ИТС, функционирующих в условиях ограниченных ресурсов.

Целью работы является разработка моделей и алгоритмов для автоматизации проектирования структуры и топологии сетей передачи данных информационно-телекоммуникационных систем и создание на их основе программного комплекса САПР для проектирования региональных ИТС.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

провести системный анализ процесса проектирования структуры и элементов распределенных региональных ИТС с позиций формализации основных этапов, выбора базовых математических методов, анализа и оптимизации;

осуществить структурный синтез в рамках САПР оптимальной информационной сети передачи интегрированных данных на базе современных технологий ISDN, Frame Relay и ATM;

разработать методику модели прогнозирования объема трафика и количества элементов ИТС на основе количественных оценок степени общности информационных элементов множеств предметных областей пользователей, определяемых на основе теории автоматической классификации и матричных моделей;

оптимизировать топологию распределенной цифровой сети передачи данных ИТС по критерию минимальной стоимости на основе адаптации и модификации алгоритмов волнового типа для синтеза структур древовидного типа;

разработать программные средства САПР для моделирования и оптимизации структуры и топологии интегрированных сетей передачи данных крупномасштабных ИТС.

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, теории автоматизации проектирования, имитационного моделирования, теории автоматической классификации, теории вероятностей, математического программирования, теории массового обслуживания.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Формализованное описание основных этапов процесса проектирования интегрированных сетей передами данных крупномасштабных ИТС: оценки трафика, синтеза и анализа структуры сети и синтеза топологии минимальной стоимости, отличающееся использованием прогностических и оптимизационных моделей и алгоритмов,

2. Модели и алгоритмы синтеза структуры сети передачи данных, отличающиеся использованием количественных оценок степени общности информационных элементов пользователей ИТС и позволяющие определить оптимальное количество и размещение узлов и элементов ИТС в процессе автоматизированного проектирования.

3. Алгоритмы оценки объема трафика в сети передачи данных крупномасштабных ИТС, отличающиеся сочетанием использования имитационного моделирования и теории очередей, и позволяющие оптимизировать структуру сети в зависимости от количества пользователей.

4. Модели и алгоритмы оптимизации топологии интегрированной сети передачи данных современных ИТС, отличающиеся параметризацией способа определения весов в алгоритмах и позволяющие синтезировать с использованием САПР одно- и двухуровневую древовидную структуру сети минимальной стоимости.

5. Комплекс программных и организационных средств для автоматизации проектирования сетей передачи данных крупномасштабных ИТС на основе известных и разработанных пакетов программ моделирования и оптимизации, обеспечивающий автоматизацию этапа системного проектирования транспортного уровня ИТС.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

В рамках нового подхода к формализации основных этапов процесса автоматизированного проектирования интегрированных сетей передачи данных крупномасштабных ИТС осуществлена алгоритмизация процедур анализа и синтеза структуры ИТС древовидного типа.

Создано методическое обеспечение САПР для оценки объема трафика в крупномасштабных сетях передачи данных при использовании современных средств коммутации данных Х.25, Frame Relay и ATM.

Разработана методика имитационного эксперимента для оценки объема ^ трафика и загруженности узла ИТ С с использованием пакета программ в среде GPSS/PC.

Разработаны и программно реализованы новые алгоритмы синтеза древовидной топологической структуры сети передачи данных ИТС с ограничениями типа минимальной стоимости, в том числе и с концентраторами данных.

Реализация и внедрение работы.

Результаты диссертационной работы используются в проектной деятельности ведущих информационных компаний региона "Информсвязь-Черноземье", "Аргонавт-Черноземье", а также в производственной деятельности головной организации связи Воронежской области ОАО "Воронежсвязь-информ", осуществляющей проектирование и эксплуатацию линий связи общего пользования в области, используются в учебном процессе Воронежского государственного технического университета. Программно-методический комплекс автоматизации системного проектирования сетей передачи интегрированных данных крупномасштабных ИТС был использован при создании проекта региональной информационно-телекоммуникационной системы (РИТКС) Воронежской области, что подтверждено соответствующим актом внедрения.

При проектировании информационной сети связи территорий Воронежской области в задачах создания крупномасштабной ИТС с интеграцией услуг типа ISDN получены лучшие результаты по сравнению с существующими методами в среднем на 3,5% в стоимостном выражении.

Годовой условный экономический эффект от внедрения результатов диссертации составил 562,3 млн рублей в ценах 19Э6 года.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине", Воронеж, 1995; Всероссийской научно-технической конференции

"Перспективные информационные технологии в высшей школе", Тамбов, 1995; III научно-практическом семинаре Роскоминформа РФ "Методология и практика информатизации управления территорией", С.Петербург, 1996; Всероссийской научно-методической конференции "Телематика-96", С.Петербург, 1996; Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине", Воронеж, 1996, а также на научных семинарах Воронежского государственного технического университета и АО "Воронежсвязьинформ".

Публикации. Основные результаты диссертации нашли свое отражение в 10 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня библиографических источников и приложений. Она изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 8 таблиц. Библиографический список содержит 119 наименований на 12 страницах. Приложения на 24 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертации, цели и задачи исследования, научная новизна основных результатов, практическая значимость.

Первая глава посвящена анализу объекта проектирования процесса и современных средств автоматизированного проектирования сетей передачи данных крупномасштабных ИТС, методам и подходам к формализации основных этапов проектирования ИТС, базирующихся на новейших телекоммуникационных технологиях с пакетной коммутацией.

Крупномасштабные информационно-телекоммуникационные системы (ИТС), создаваемые в настоящее время как правило на базе телефонных сетей общего пользования, являются специфическим объектом проектирования, имеющим ряд особенностей, связанных, во-первых, с высокой размерностью решаемых задач синтеза при выборе структуры сети передачи данных (СПД), во-вторых, с трудностью прогнозирования телетрафика в цифровых сетях, обусловленную разделением сообщений в сетях с пакетной коммутацией, стохастическим характером времени доставки информации.

В первом разделе проводится анализ современных САПР коммуникационных сетей, базирующихся на пакетах дискретного событийного моделирования. Формируются требования к средствам моделирования коммуникационных систем, дается сравнительная характеристика семи наиболее распространенных пакетов САПР коммуникационных систем: DESIGNER, BONeS, PLanNet, COMNET III, L.NET II.5, NET WORK 1I.5, OPNET Modeler, SES/workbrench. При рассмотрении характеристик систем основное внимание уделяется анализу методов генерации трафика, средствам генерации отчетов и описания структуры ИТС.

Из приведенного сравнительного анализа пакетов САПР коммуникационных сетей делается вывод о том, что все они предназначены для моделирования структур и трафика локальных и глобальных компьютерных сетей и не позволяют решить в комплексе задачу проектирования крупномасштаб-

ных ИТС. Процесс проектирования таких систем имеет ряд особенностей и^1 включает в себя, кроме этапа моделирования структуры, другие важные этапы: выбор телекоммуникационной технологии, топология сети, прогнозирование трафика и другие.

Проводится системотехнический анализ процесса проектирования сетей передачи данных крупномасштабных информационно-телекоммуникационных систем с точки зрения выделения основных этапов, подлежащих формализации, проблем создания таких сетей в условиях повышения требований к пропускной способности, помехоустойчивости и применения новых сетевых телекоммуникационных технологий. Среди множества этапов проектирования выделяются основные - синтез структуры сетей передачи данных на основе анализа общности информационных полей пользователей и их расположения; прогнозирование объема трафика в сети передачи данных древовидного типа с центральным узлом и двухуровневой структурой с концентраторами данных; синтез топологической структуры сети передачи данных по критерию минимальной стоимости. Анализируются существующие методы синтеза и оптимизации структуры сетей передачи данных и прогнозирования объема трафика в них. Делается вывод об отсутствии единого подхода к формализации этого этапа проектирования сетей передачи данных ИТС, предлагается методика синтеза, основанная на сочетании методов теории автоматической классификации, теории очередей и методов имитационного моделирования узлов и элементов ИТС для прогнозирования загруженности сегментов сети и объема трафика в сегментах сети. Обсуждаются используемые в настоящее время методы синтеза топологической структуры сетей передачи данных ИТС, методы модификации топологии аналоговых сетей, оптимизации топологии интегрированных. Обсуждаются используемые в настоящее время телекоммуникационные технологии и линии связи, делается вывод об использовании оптоволоконных линий связи с оборудованием SDH (Synchrorus Digital Hierarchy) и протоколов Frame Relay для организации сетей с интеграцией обслуживания ISDN. Формулируется актуальность, цель работы, а также реализующие эту цель задачи.

Вторая глава содержит математические модели и оптимизационные задачи, сформулированные применительно к этапу синтеза структуры сетей передачи данных ИТС, определению основных элементов и связей между ними, оценке и оптимизации объема трафика в сети.

Рассматривается концепция построения и проводится системотехнический анализ базовых структур задачи проектирования таких объектов, обеспечивающие эффективность и минимальную стоимость крупномасштабных ИТС. Анализируются основные базовые варианты построения структуры се-

ти, делаются предпочтения в пользу вариантов с использованием базовой транспортной подсети.

Предлагается осуществлять рациональный выбор структуры сети передачи данных на основе анализа количественных оценок общности информационных элементов множеств предметных областей пользователей, рассчитываемых с использованием методов теории автоматической классификации и совокупности матричных моделей. В результате решения этой задачи выделяются множества территориально-распределенных пользователей ИТС, характеризующихся заданной степенью общности информационных элементов. При этом задача выбора узлов коммутации сети ставится как задача группирования (кластеризации) пользователей по общности информационных элементов и запросов.

размещены по географически распределенным узлам сети. Пусть ={01 к}, /'=1, /к - множество информационных элементов, описывающих предметную область к-го пользователя. Полное множество информационных элементов рассматриваемой совокупности пользователей образуется путем объединения информационных элементов множества Ок. Отношение каждого пользователя к полному множеству информационных элементов О представляется в виде строки бинарной матрицы N = ||, проиндексированной по осям множеством пользователей и~{и и} и полным множеством информационных элементов ¡}. Элементы матрицы N = Ц«^ || принимают единичные значения, если информационный элемент относится к информационному множеству пользователя и к, в противном случае

Я К; ~ Матрица N = | является разновидностью матрицы Коффера,

эффективно применяется для анализа предметных областей пользователя.

Степень общности предметных областей к-го и т-го пользователей определяется методом последовательного получения и анализа попарных пересечений их информационных множеств. Количественная характеристика общности (мощности пересечения) предметных областей к-го и гп-го пользователей определяется с использованием понятия меры подобия, применяемого в теории автоматической классификации .

Пусть заданы информационные множества к-го и т-го пользователей О^ и От, описывающие их предметные области. Тогда меры подобия предметных областей пользователей будем называть отображением пересечения

множество пользователей ИТС, которые

к

множеств Dkm=Dk<^Dm на некоторое множество вещественных чисел,^ выраженное не отрицательной вещественной функцией S km, значению которой удовлетворяют условия 1 <S кт ¿0. Результатом попарного сравнения информационных множеств предметных областей пользователей является

матрица подобия S = ¡|, которая представляет собой квадратную матрицу, проиндексированную по осям множеством U={u fj.

Путем задания на множестве пользователей V = \üк} отношения принадлежности R, соответствующего критической мере подобия S*

(Uk,um) gR{S*) Skw>S*, (i)

приводится классификация пользователей ИТС. Классификация осуществляется методом транзитивного замыкания отношения принадлежности, с последующим отождествлением классов эквивалентности, методами вроцлав-ской таксономии или другими известными методами теории автоматической классификации.

Прогнозирование трафика в сети предлагается осуществлять на основе сочетания методов теории очередей и имитационного моделирования. Причем на первом этапе - этапе системного проектирования - используются методы теории очередей для быстрой оценки параметров сети для различных конфигураций ИТС, а имитационное моделирование проводится на более поздних стадиях, когда конфигурация системы уже выбрана.

Для оперативной оценки параметров сети и расчета требуемого числа каналов связи между объектами сети предлагается методика, основание я на оценке вероятности поступления вызовов в заданный интервал времени при описании каналов связи уравнениями теории очередей со многими приборами обслуживания, определенных допущениях и вероятности потери вызова. Эти вероятности служат для расчета объема трафика в сети.

Предложена следующая методика оперативной оценки трафика сети.

Определяется вероятность поступления вызовов в заданный интервал времени (поток Эрланг-1):

Р{п)^{е'Нп)Е"{п))!п\, (2)

где Р(п) -вероятность поступления п - сообщений в заданный интервал времени, Е(п) -среднее значение п для заданного временного интервала.

Из уравнения теории телетрафика в матричной форме

с1Р(0 _ лТ

л

л' Р(О, (3)

где АТ - транспонированная матрица интенсивностей переходов, находится

рЦ)=еА> при £ р-- = 1 - (4)

для стационарного состояния при (=да решение будет

Атр=0. (5)

Рассмотрены практические случаи использования уравнения телетрафика: 1.Система массового обслуживания (СМО) с отказами, описываемая однородным марковским процессом с конечной вероятностью перехода в одно из состояний.

Из решения уравнения (2) получим

ак I к\ Л -(6)

I>/'!)

Из (3) определяется пропускная способность (1- р,), среднее число заявок

Л

обслуживаемых одновременно ~(1 - р,), абсолютную пропускную способность Л(1-рг) , если известна интенсивность потока заявок Л и потока освобождений р.

2. СМО с отказами с ограниченным числом источников нагрузки, если N -число источников нагрузки, а - суммарная нагрузка, г - средняя длительность занятия, то решение (5) дает решение для стационарного режима

XIV"'

К

1 = 0

(?)

■V) „ N1

=с£------

V ш-к)\

Другим подходом к оценке загруженности сети является имитационное моделирование. Предлагается имитационная модель, состоящая из еле-

дующих подмоделей: абонентских пунктов (АП) отражающих связь АП и сетей передачи данных (СПД) и функционирование терминалов в различных регионах; сети передачи данных, состоящей из центров коммутации пакетов, связанных с абонентскими и магистральными каналами, вычислительными системами и между собой. Эта модель позволяет исследовать величины времени отклика в зависимости от алгоритмов управления потоками, режима соединения, числа абонентских пунктов и вычислительных систем, интенсивности входного потока, длин сообщений, пропускных способностей абонентских и магистральных каналов связи, производительности функциональных узлов, величины кванта времени обслуживания заявок.

Показывается возможность использования стандартной среды имитационного моделирования GPSS/PC для моделирования структуры и трафика сети передачи данных региональной информационно-телекоммуникационной системы, включающей многоканальные устройства, модемы, маршрутизаторы, распределенные базы данных, факсимильные устройства, соединенные выделенными ТЧ - каналами связи. Приводится имитационная модель коммуникационного узла ИГС, результаты моделирования и исследования адекватности модели.

Третья глава посвящена рассмотрению новых методов и алгоритмов синтеза оптимальной топологии сети передачи данных. При этом основной задачей данного этапа проектирования является географическая трассировка сети, которая ставится как задача структурного синтеза по критерию минимальной стоимости в классе древовидных структур при ограничениях на максимальный трафик в каждой ветви.

Проводится анализ известных алгоритмов синтеза сетей минимальной стоимости, основанных на идеях волновых алгоритмов и ближайшего соседа. Постановка задачи синтеза топологической структуры сети передачи данных ИТС формируется следующим образом.

Пусть имеется множество объектов X={Xj}, характеризуемых географическими координатами (а,, Р,) и объемом информации h„ генерируемой объектом, одним из объектов является "центральный" узел, известны затраты Cnep.ij на передачу информации от объекта Х-, к Xj, зависящие от трафика hy в данном направлении и длины линий связи I ¡j. Требуется синтезировать топологическую структуру минимальной стоимости в классе древовидных структур при ограничениях на максимальный трафик f ,у в каждой ветви (7jy < &тах)> где fij определяется как сумма информационных потоков от всех

узлов, предшествующих узлу / на путях от концевых вершин к корню дерева, и потока hj, формируемого объектом Xj.

Делается выбор в пользу базового алгоритма Исау-Вильямса SNDP, в котором "центральный узел" фиксируется под номером 1 и считается, что пропускные способности всех ветвей равны d.

Базовый алгоритм CNDP положен в основу предлагаемого нового алгоритма синтеза одноуровневой сети.

Особенностью предлагаемого алгоритма является изменение порядка подключения узлов к "центральному" и учет дополнительной экономии от подключения узлов между собой, а не к "центральному". Вводится величина экономии от подключения узла / к узлу j вместо подключения к "центральному" узлу." EEij =Cij -Vj. Затем определяется такая пара (l,m), что

Е,т = {тгп(Ец,ЕЕц)} . (8)

V(iJ):h,+h ¡,d

Предлагается метод модификации сети передачи данных на основе введения дополнительных концентраторов в узлах сети, что делает ее двухуровневой, позволяет существенно увеличить объем трафика сети, увеличить количество пользователей без прокладки дополнительных магистральных линий связи. Для этой конфигурации предложена модификация базового алгоритма, позволяющая синтезировать двухуровневую сеть минимальной стоимости с учетом ограничений на емкость концентраторов, и их расположение. Пусть заданы множество мест размещения объектов и объемов трафика, генерируемый каждым из них; место размещения "центрального" узла; функции стоимости для низко- и высокоскоростных ЛС, фиксированная стоимость концентратора данных (КД) СКОн и вводятся ограничения на максимальное число объектов, которые можно подключить к многопунктооой ЛС (Нтзх); на максимальный трафик в многопунктовой ЛС (А/шах КД должны размещаться в пунктах нахождения объектов. Требуется найти места размещения КД, их число, привязки объектов к КД и, как следствие, оптимальную структуру сети по критерию минимума ее стоимости.

Приводятся результаты работы алгоритма синтеза древовидной тополо-____

гической структуры с ограничениями типа минимальной стоимости на примере оптимального выбора топологии сети передачи данных для ИТС Воронежской области.

В четвертой главе на примере создания сети передачи данных региональной ИТС показано применение аппарата структурного синтеза и

имитационного моделирования, методов проектирования топологических структур этих сетей. Приводится описание программно-методического комплекса САПР, построенного на базе известных, широко применяемых пакетов программ моделирования и автоматической классификации и разработанных под руководством автора программ, реализующих предложенные алгоритмы оптимального проектирования, топологии прогнозирования объема трафика, анализа и рационального выбора элементов сетей передачи данных ИТС, реализованного на ЭВМ класса IBM РС/АТ-486 в операционной среде Windows 95.

Общая организация программного комплекса САПР сетей передачи данных крупномасштабных ИТС показана на рисунке.

Монитор САПР СПД наряду с функциями управления модулями моделирования и синтеза топологии осуществляет контроль наличия файлов, необходимых к данному сеансу проектирования, например, таблицу значений трафика в ветвях сети, и выполняет в интерактивном режиме операции направленные на создание соответствующей вычислительной среды для работы каждой программы. При этом в разработанных подсистемах используется принцип информационной локализованное™, благодаря которому достигнута независимость программных средств от источника входных данных.

Оригинальными подсистемами САПР СПД являются разработанные для моделирования и оптимизации структуры и топологии сети программные комплексы SSSPD и STSPD, являющиеся базовыми структурами для автоматизации проектирования соответствующих этапов разработки ИТС. При этом комплекс SSSPD включает в себя подсистемы, синтеза вариантов структуры СПД и оптимизации варианта структуры СВД.

Комплекс STSPD также включает в себя две подсистемы: синтеза топологии одноуровневых древовидных сетей и синтеза топологии двухуровневых сетей.

Для оценки адекватности имитационных моделей элементов сети в системе предложена специальная подсистема, имеющая стандартный интерфейс с пакетом GPSS/PC. В подсистеме реализованы базовые алгоритмы, основанные на оценке дисперсий отклонений откликов модели от среднего значения по критерию Фишера. Приводятся примеры моделирования телекоммуникационного узла ИТС Администрации области с использованием пакета имитационного моделирования GPSS/PC, анализируется динамика роста очередей к многоканальным устройствам, имитирующим модемы, в зависимости от увеличения числа поступающих заявок по сетям Relcom, Роспак и Faxnet.

Результаты работы разработанного комплекса САПР СЛД показываются на примерах проектирования сети передачи данных компьютерной системы органов и субъектов управления г. Воронежа на основе протокола Frame Relay и проектировании топологии региональной распределенной ИТС Администрации Воронежской области. Приводятся выбранные в результате моделирования и оптимизации проектные решения на организации технических средств и каналообразующей аппаратуры, требования к каналам связи и системе управления сетью.

Применение различных алгоритмов оптимального синтеза топологии сети в рамках разработанного комплекса САПР дало возможность улучшить стоимостные характеристики проекта на 3,5%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОМ

1. Проведен системотехнический анализ процесса проектирования сетей передачи данных и современных средств их автоматизированного проектирования. Определены основные этапы и методы формирования процесса проектирования ИТС на основе имитационного моделирования, теории классификации и волновых алгоритмов.

2. Проанализированы базовые варианты структур сетей передачи данных ИТС и даны рекомендации по организации крупномасштабных телекоммуникационных систем на основе цифровых сетей с коммутацией пакетов. Сделан выбор рационального варианта структуры ИТС исходя из экономичности, лучших значений показателей эффективности,надежности и достоверности обмена информацией.

3. Сформулирована и формализована задача прогнозирования объема трафика в ИТС, позволяющая оценить значение трафика на этапе системного проектирования на основе аналитических моделей теории очередей и получать статистические оценки из имитационного эксперимента на этапе технического проектирования ИТС.

4. Формализована задача определения оптимальной структуры сети передачи данных ИТС на основе анализа количественных оценок степени общности информационных множеств предметных областей пользователей, рассчитываемых с использованием методов теории автоматической классификации и совокупности матричных моделей.

Пакет программ имитационного моделирования СР58/РС

Подсистема оптимизации

варианта структуры СПД

Подсистема

синтеза вариантов структуры СПД

Синте 7 структуры СПД ЗЯЗРО

Подсистема прогнозирования объема трафика в СПД

Подсистема анализа адекватности моделей узлов ИТС

Подсистема синтеза

топологии одноуровневой сети

Г Монитор САПР СПД

Организация программно-методического комплекса САПР сетей передачи данных крупномасштабных ИТС

5. Показана возможность использования стандартных средств имитационного моделирования GPSS/PC для анализа структуры и объема трафика крупномасштабной ИТС, получена имитационная модель

базового компонента сети коммуникационного узла ИТС, проведены исследования адекватности этой модели.

6. Обоснована постановка задачи и проведен анализ методов синтеза оптимальной топологии сети передачи данных ИТС. Показано, что интегральным критерием эффективности сети может быть стоимость при ограничениях на производительность, трафик и надежность сети.

7. Определены базовые алгоритмы синтеза сети минимальной стоимости на основе известного алгоритма Прима и пути их модификации для решения задач синтеза топологии древовидной сети с одним центральным узлом и ограничениях на трафик в ветвях сети.

8. Разработан и программно реализован новый алгоритм синтеза древовидной топологической структуры с ограничениями типа минимальной стоимости, который на примере ИТС Воронежской области показал лучшие результаты по сравнению с существующими.

9. Приведено решение проблемы субоптимального синтеза двухуровневой топологической структуры сети передачи данных с концентрирующими узлами в условиях наличия разноскоростных каналов связи. Показано, что применение концентраторов (ведомственных при районных АТС) позволяет снизить стоимость сети.

10. Разработан программно-методический комплекс САПР сетей передачи данных крупномасштабных ИТС на основе пакета программ имитационного моделирования GPSS/PC и оригинальных подсистем моделирования и оптимизации.

11. Проведено внедрение результатов исследований и разработанного комплекса САПР для проектирования структуры и топологии цифровой сети передачи данных на основе протокола Frame Relay и аппаратуры SDH г. Воронежа и региональной ИТС на базе АТС Администрации области.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I. Оптимизация структуры построения региональной информационной телекоммуникационной сети с интеграцией усл.уг связи /В.М.Петров, А.А.Рындин, А.В.Хауетович, А.Г.Юрочккн // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Метауз. сб. науч.тр. Воронеж: ВГТУ, 1995. C.I3I-I36.

2. Петров В.М., Хаустович A.B. Концепция построения региональной информационной телекоммуникационной сети с интеграцией услуг связи // Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине: Тез.докл. Всероссийского совещания-семинара, Воронеж, 28 июня - 1 июля 1995 г. - Воронеж: ВГТУ, 1995.С.186-188.

3. Петров В.М., Хаустович A.B. Метод модернизации телекоммуникационных сетей на базе корпоративных АТС /Там же,С. 189-190.

4. Рындин A.A., Хаустович AB., Юрочкин А.Г. Оптимальный выбор топологической структуры распределенной цифровой сети с интеграцией услуг связи Л Высокие технологии в технике, образовании и медицине: Межвуз. сб. науч.тр. - Воронеж: ВГТУ, 1995. -С ..€3-68.

5. Рындин A.A., Хаустович A.B., Юрочкин А.Г. Принципы оптимального проектирования региональной распределенной информационно-телекоммуникационной сети / Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара, г. Воронеж, 26-29 июня 1996г. С.165-167.

6. Яандсберг С.Е., Рындин А А., Хаустович A.B. Методы моделирования и оптимального проектирования распределенных информационно-телекоммуникационных сетей с интеграцией обслуживания //Моделирование и оптимизация в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч.тр. - Воронеж: ВГТУ, 1996.С. 96-101.

7. Яандсберг С.Е., Рындин A.A., Хаустович A.B. Синтез двухуровневой топологической структуры распределенной информационно-телекоммуникац! онной сети / Телематика-96: Тез. докл. Всероссийской научно-методической конференции. - С.-Петербург, 13-17 мая 1996.С.68-69,

8. Яандсберг С.Е., Рындин A.A.,' Хаустович A.B. Технология оптимального проектирования распределенных информационных телекоммуникационных систем управления регионом //Методология и практика информатизации управления территорией: третьего научно-практического семинара: Тез. докл., Санкт-Петербург, 15-18 мая 1996. С.101-102.

9. Яандсберг С.Е., Хаустович A.B. Использование существующих средств связи регионального уровня для создания корпоративных и локальных телекоммуникационных сетей на базе ПК //Перспективные информационные технологии в высшей школе: Тез.докл. Всероссийской научно-технической конференции.-Тамбов, 10-13 октября 1995г.С,46.

10. Ситников О.В., Хаустович A.B. К вопросу о методах проектирования распределенных систем обработки информации // Оптимизация и моделирование в автоматизированных^ системах: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж, 1996, С. 79-85.