автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка и исследование оптимальной сетевой структуры телекоммуникационной системы управления базами данных

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТОПОЛОГИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ СХЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

1.1. Файл-сервер и рабочие станции.

1.2. Топология локальных сетей.

1.3. Методы доступа к сетевым каналам данных.

1.3.1 Метод доступа Ethernet.

1.3.2. Метод доступа Arcnet.

1.3.3 Метод доступа Token-Ring.

1.4. Аппаратное обеспечение локальных сетей.

1.4.1. Аппаратура Ethernet.

1.4.2. Аппаратура Arcnet.

1.4.3. Аппаратура Token-Ring.

1.5. Программное обеспечение локальных сетей.

1.5.1. Сети с централизованным управлением.

1.5.2. Одноранговые сети.

1.5.3. Мосты.

1.5.4. Зеркальные диски.

1.5.5. Резервирование дисков и каналов.

1.5.6. Горячее резервирование серверов.

1.6. Различные варианты структур телекоммуникационных систем.

1.6.1. Структура ТС со слабо развитыми первичными каналами связи.

1.6.2. Структура телекоммуникационной системы с развитыми первичными каналами связи.

1.6.3. Реализация ТС на базе электронной почтовой службы.

Выводы.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ СЕТЕВОЙ

СТРУКТУРЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СУБД.

2.1. Создание математической модели для определения полного времени, затрачиваемого на выполнение работы в сети.

2.2. Методика оценки вероятностно-временных характеристик телекоммуникационной сети.

2.3. Оценка производительности телекоммуникационной сети.

2.4. Оценка эффективности методов управления потоками в телекоммуникационной сети.

2.5. Оценка эффективности управления развитием телекоммуникационной сети.

Выводы.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ СЕТЕВОЙ СТРУКТУРЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СУБД.

3.1. Построение графа ветвящегося процесса функционирования телекоммуникационной сети.

3.2. Построение множества приближений.

3.3. Разработка алгоритма декомпозиции общей задачи проектирования оптимальной сетевой структуры телекоммуникационной СУБД.

Выводы.

4. СОЗДАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЕТЕВОЙ СТРУКТУРЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СУБД.

4.1. Создание системы автоматизированного проектирования сетевой структуры телекоммуникационной СУБД.

4.2. Применение разработанной системы автоматизированного проектирования при создании сетевой структуры автоматизированной информационноуправляющей системы городских инфраструктур.

Выводы.

Развитие учетных операционных систем и интегрированных информационных сред (ИИС) в направлении использования распределенных баз данных предъявляет новые требования к телекоммуникационным системам, как в части первичных каналов, так и в части структуры подобных систем.

В настоящее время развитие телекоммуникационных систем связи направлено на построение интеллектуальных сетей связи (ИСС), которые позволяют значительно увеличить набор предоставляемых услуг пользователям. Но использование преимуществ интеллектуальных сетей возможно только на основе правильно построенных транспортных сетей, предоставляющих требуемый сетевой ресурс элементам ИИС и элементам систем сигнализации, посредством которой элементы ИИС обмениваются служебной информацией между собой.

Разработано достаточно много методик формирования сетевых структур телекоммуникационных систем, однако существующие в этих методиках подходы не учитывают целый ряд факторов, основными из которых являются: необходимость формирования топологической и потоковой структуры систем сигнализации в рамках топологической и потоковой структуры транспортной сети, постоянно растущее количество мобильных пользователей сетевых ресурсов, неоднородность обслуживаемого трафика, анализ вероятностно-временных характеристик сети и т.д. Поэтому разработка метода формирования сетевой структуры телекоммуникационной системы управления базами данных (СУБД) с учетом требований по надежности и пропускной способности каналов для стационарных и мобильных пользователей сетевых ресурсов телекоммуникационной системы является актуальной задачей.

Целью работы является разработка метода формирования сетевой структуры телекоммуникационной СУБД и ее реализация в системе автоматизированного проектирования (САПР).

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Построение общей графовой модели телекоммуникационной СУБД.

2. Разработка математической модели для определения полного времени выполнения сеанса связи и анализ вероятностно-временных характеристик телекоммуникационной сети на основе этой модели.

3. Анализ эффективности телекоммуникационной СУБД в целом

4. Разработка методики анализа гибкости системы управления на основе вероятностно-временных показателей сети и её эффективности.

5. Разработка алгоритма автоматизированного проектирования сетевой структуры телекоммуникационной СУБД.

6. Реализация метода формирования сетевой структуры телекоммуникационной СУБД.

Методы исследования. В качестве методов исследований применялись теория множеств, теория вероятностей, системный анализ, характеризационный анализ, а также теоретико-графовые модели.

Научная новизна и значимость работы заключается в следующем:

1. Разработана общая графовая модель телекоммуникационной СУБД.

2. Разработана математическая модель для определения полного времени выполнения сеанса связи.

3. Предложен метод анализа вероятностно-временных характеристик сети.

4. Разработан метод формирования сетевой структуры телекоммуникационной СУБД.

5. Разработан алгоритм автоматизированного проектирования сетевой структуры телекоммуникационной СУБД в целом.

6. Разработана методика анализа эффективности телекоммуникационной СУБД.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- результатами вычислительных экспериментов;

- результатами экспериментальных исследований;

- соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований;

- работоспособностью разработанного метода формирования оптимальной сетевой структуры телекоммуникационной СУБД.

Практическая значимость работы состоит в разработке и внедрении в САПР программного инструментария реализации предложенных методов и алгоритмов проектирования оптимальной сетевой структуры телекоммуникационной СУБД с учетом требований по надежности и пропускной способности для стационарных и мобильных пользователей сетевых ресурсов.

Реализация разработанных методов и алгоритмов позволяет:

- значительно повысить эффективность телекоммуникационной СУБД в целом;

- повысить гибкость системы управления к разного рода изменениям, происходящим в системе;

- исключить неоднородность структуры и значительно сэкономить время на разработку оптимальной сетевой структуры телекоммуникационной СУБД

Реализация результатов работы. Разработанная САПР использована при проектировании сетевых структур для автоматизированной информационно-управляющей системы управления жилищно-коммунального хозяйства (УЖКХ) г. Владикавказа и автоматизированной банковской информационной системы РСО-Алания. Экономический эффект от внедрения системы в УЖКХ составил 52 тыс. руб. в год, а в Национальном банке РСО-Алания - 75 тыс. руб. Основные результаты выполненной работы внедрены в учебный процесс в рамках курса "САПР", а также используются в курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях СКГТУ (г. Владикавказ, 1999 - 2001 г.г.), на межрегиональных конференциях "Студенческая наука - экономике научно-технического прогресса" (г. Ставрополь, 2000 г.) и

Студенческая наука - экономике России" (г. Ставрополь, 2001 г.), а также на международных конференциях " Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения " (г. Новочеркасск, 2001 г.), "Развивающиеся интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления" (г. Новочеркасск, 2001 г.), "Актуальные проблемы современной науки" (г. Самара, 2001 г.)

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 14 печатных работах.

Выводы

1 .Разработанный программный инструментарий позволяет реализовать предложенные методы и процедуры. Созданная САПР сетевых структур телекоммуникационных СУБД внедрена в практику проектирования в ряде организаций.

2.На примере проектирования сетевой структуры автоматизированной информационно-управляющей системы городских инфраструктур показана эффективность разработанной САПР: снижение времени разработки сетевой структуры; уменьшение затрат на проектирование ядра АПК.

-106

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложена общая графовая модель телекоммуникационной СУБД.

2. Разработана математическая модель для определения полного времени выполнения сеанса связи, используя которую можно объективно оценивать вероятностно-временные показатели системы.

3. Разработан метод проектирования оптимальной структуры телекоммуникационной СУБД.

4. Сформулированы основные критерии выбора оптимальной сетевой структуры.

5. Разработан и реализован на практике алгоритм автоматизированного проектирования оптимальной сетевой структуры телекоммуникационной СУБД.

6. Проведена оценка эффективности использования разработанных методов и алгоритмов в общей структуре САПР.

7. Разработан пакет прикладных программ, реализующий предложенные методы на практике в ряде организаций.

1. Клейнрок J1. Теория массового обслуживания: Пер. с англ. М., 1979.

2. Kleinrock L, Kamoun F. Data Communications Through Large Packet Switching Networks. «Proc. 8th Jnt. Teletrafic Congr. Melbourn», 1976, v. 2, p. 521/1 -521/10.

3. Гольц Г. Рабочие станции и информационные сети / Пер. с англ. В.П.Нестерова; Под ред П.В.Нестерова. М.: Машиностроение, 1990. - 240 е.: ил.

4. Самойленко С.И. Вычислительные сети в управлении развитием систем. В кн.: Вопросы кибернетики. Управление развитием систем. М., 1979, с. 47-65.

5. Поспелов Д.А. Сети передачи данных: проблемы и ближайшее будущее. В кн.: Информация и информационные сети. М., «Наука» 1977, с. 66-73.

6. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Проблемы разработки информационно-вычислительных систем коллективного пользования. В кн.: Автоматизированные системы переработки информации и управления. Д., 1977, с. 3-15.

7. Советов Б.Я., Рухман E.JL, Яковлев С.А. Системы передачи информации от терминалов к ЦВМ. Л., изд. ЛГУ, 1978, 240 с.

8. Beser, Eric. "Implementing Х.25 Communication protocol", Microsystems, June 1984.

9. Xenakis, John J., "How Multi- User Systems Share Work and Cut Costs", List, April 1984.

10. Interface between Data Terminal Equipment (DTE) and Data Curcuit-Terminating Equipment (DCE) for Terminals operating in the Packet Mode on Public Data Networks. Draft Recommendation. X.25. Geneva, CCJTT, 1976.

11. П.Шэнк Д. Технология клиент сервер и ее приложения. М.: «Лори», 1995. -425с.

12. Захаров Г.П. Сети передачи данных с коммутацией пакетов (сети ПД-КП). -«Проблемы кибернетики», 1979.

13. Кармоков Х.М., Суворов A.B. Информационно телекоммуникационная система Счетной палаты Российской Федерации. В акад.сб.научн.трудов «Проблемы характеризационного анализа и логического управления», Москва, 1999, с.55.

14. Глушков В.М., Калиниченко JI.A., Лазарев В.Г., Сифоров В.И. Сети ЭВМ. Под ред. акад. В.М.Глушкова. М. «Связь», 1977.

15. Бутрименко А., Секстон Дж. Проколы в коммуникационных сетях передачи цифровой информации. «Автоматика и вычислительная техника», 1978, вып. 6, с. 56-65.

16. A proposal for addition of Data Transfer function to Call Set Up and Clearing Phase (Fast Select Facility). CCJTT, Study Group VII, Doc. № 29, 1976.

17. Захаров Г.П. Сети передачи данных. Часть I. Л. ЛЭИС, 1976.

18. Элементы теории массового обслуживания и её приложения. М., «Сов. радио», 1971.

19. Горбатов В.А. Теория частично упорядоченных систем. М.: Советское радио, 1979.-352с.

20. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейс. Пер.с англ.: М.: Мир, 1990.-501с.

21. Фрэнк Г., Фриш И. Сети, связь и потоки. М., «Мир», 1978.

22. Свами М., Тхуласираман К. Графы, сети и алгоритмы. М.: Мир, 1984, с.54.

23. Богуславский Л.Б., Дрожжинов В.И. Основы построения вычислительных сетей для автоматизироанных систем. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 253с.

24. Ивашкин Ю.А., Дворак A.M. Структурные характеристики АИС. «Приборы и системы управления», 1977, вып. 6, с. 17-18.

25. Рябов В.Ф., Советов Б.Я., Яковлев С.А. Машинное моделирование при проектировании больших систем. JL, изд. ЛЭТИ, 1979, 102 с.

26. Валиев Т.А. Выбор параметров СПД для сети каналов методом оптимальных статистических решений с последовательными оценками. VII Всесоюзная конференция по теории кодирования и передачи информации, часть III, Москва-Вильнюс, 1979, с. 124-131.

27. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных: в 2-х кн. -М.:Мир, 1985. -Кн.1: 287с, кн.2: 320с.

28. Трамбле Ж, Соренсон П. Введение в структуры данных: Пер.с англ. М.: Машиностроение, 1982. 782с.

29. Ульман Дж. Основы систем баз данных. М.: Финансы и статистика, 1983. -343с.

30. Ope О. Теория графов. М.: Мир,1968, с.35.

31. Харари Ф. Теория графов. М.: Мир, 1973. 230с.

32. ЗЗ.Эндрюс Д, Мак-Лоун Р. Математическое моделирование. М.: Мир, 1977. -341с.

33. Когаловский М.Р. Абстракции и модели в системах баз данных // СУБД №45, 1998, с.73.

34. Пржиялковский В.В. Абстракции в проектировании баз данных. // СУБД №1-2, 1998, с.93.

35. Бритов П.А, Липчинский Е.А. Практика построения Хранилищ Данных: Система SAS. // СУБД, №4-5, 1998, с.60.

36. Бирюков А. Системы принятия решений и хранилища данных // СУБД, №4, 1997, с.37.

37. Дедегкаев В.Е. Разработка и применение графовой модели телекоммуникационной СУБД в условиях городской инфраструктуры // Сборник научных трудов аспирантов СКГТУ, Владикавказ, 1999 г., с.90-95.

38. Гришкин И.И. Исследование теоретико графовых моделей при управлении организационными структурами. В акад.сб.научн.трудов «Проблемы харак-теризационного анализа и логического управления, Москва, 1999, с.230.

39. Дедегкаев А.Г., Яровая Бабанова Н.И. Анализ информационных потоков и построение канонической структуры базы данных для подсистемы «База данных городских инфраструктур»./ Труды СКГТУ, выпуск 6, Владикавказ: Терек, 1999.

40. Дедегкаев А.Г., Бабанова Н.И. Проектирование распределенных баз данных с оптимальными характеристиками./ Сб.трудов аспирантов, Владикавказ, 2000.

41. Горбатов В.А. Фундаментальные основы дискретной математики. М: Наука, 1999,- 174с.

42. Пугачев B.C. Введение в теорию вероятностей. М.: Наука, 1968. 367с.

43. Кофман A.B. Введение в прикладную комбинаторику / Пер. с англ., М.: Наука, 1975.- 479 с.

44. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981. -488с.4 8. Осу га С. Обработка знаний. М.: Мир, 1989. 200с.

45. Болтянский В.Г. Математичекие методы оптимального управления. М.: Наука, 1968. -408с., ил.

46. Алексеев О.Г. Комплексное применение методов дискретной оптимизации. М.: Наука, 1987.-248с.

47. Фрэнк Г., Чжоу В. Топологическая оптимизация сетей ЭВМ. В сб.: «Системы передачи данных и сети ЭВМ». М., «Мир», 1974, с. 147-162.

48. Подиновский A.B., Гаврилов В.М. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. М., «Сов. радио», 1975.

49. Шастова Г. А., Коекин А.И. Выбор и оптимизация структуры информационных систем. М.: Советское радио, 1975. 200с.

50. Валиев Т.А., Иноятов А.Х. К вопросу об оптимизации информационных систем. В сб. «Теория информационных систем и устройств с распределенными параметрами», Уфа, 1974, с. 19-20.

51. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. М.: Мир, 1981. -167с.

52. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. М: Финансы и статистика, 1989.- 351с.

53. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование информационной базы автоматизированной системы на основе СУБД. М.: Финансы и статистика, 1982. -174с.

54. Воропинов В.Н., Рейдер В.М. Перспективы развития информационных си-тем коммунального хозяйства. Тезисы докладов Межрегиональной научной конференции «Студенческая наука экономике научно - технического прогресса». - Ставрополь. - 2000.

55. Горбатов В.А. и др. Логическое управление распределенными системами. М.: Энергоатомиздат, 1991. 286с.

56. Горбатов В.А. и др. Логическое управление информационными процессами. М.: Энергоатомиздат, 1984, с.86.

57. Горбатов В.А. Характеризационное управление при оптимизации систем. Сб. «Оптимизация дискретных систем управления», Москва, 1979, с.З.

58. Дейт К. Введение в системы баз данных: Пер. с англ.: М.: Наука, 1980 -463с.

59. Дейт К. Руководство по реляционной СУБД DB2: Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1988, с. 123.

60. Джексон Г. Проектирование реляционных баз данных для использования с микроЭВМ: Пер.с англ. М.: Финансы и статистика, 1988, 256с.

61. Ивелев В., Попова Т., Павлов JI. Реорганизация АСУ промышленных предприятий. // Компьютер пресс №7, 1997, с.23.

62. Инмон У.С., Фридман JI.M. Метрология экспертной оценки проектных решений для систем с базами данных. М.: Финансы и статистика, 1986. 150с.

63. Калихман И.И., Войтенко М.С. Динамическое программирование в примерах и задачах. М.: Высшая школа, 1979. 123с.

64. Каратыгин С.Г., Тихонов A.M. Работа в dBASE для Windows на примерах. М.: Бином, 1995, с.312.

65. Кини Р., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. М.: Радио и связь, 1981. 559с.

66. Кокорева Л.В., Мапашинин И.И. Проектирование банков данных. М.: Наука, 1984.-256 с.

67. Логиновский О.В. Теория и практика автоматизированного проектирования и управления городскими структурами. Автореф. дисс. на соискание уч. степени докт. техн. наук. Москва, 1995.

68. Мамиконов А.Г., Ашимов А.А. и др. Оптимизация структур данных в АСУ. М.: Наука, 1988, с.32.

69. Мартин Д. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1980.-662с.

70. Михновский С.Д. Автоматизация проектирования баз данных: Общий анализ проблемы // Управляющие системы и машины №6, 1979, с.29.

71. Парасюк И.Н., Сергиенко И.В. Пакеты программ анализа данных: технология разработки. М.: Финансы и статистика, 1988. - 159с.

72. Попов А.А. Программирование в среде СУБД FoxPro2.0. Построение систем обработки данных. М.: Радио и связь, 1993. 352с.

73. Прангишвили И.В., Амбарцумян А.А. Основы построения АСУ сложными технологическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1994. 152с.

74. Пуха Ю. Объектные технологии построения распределенных информационных систем. // СУБД №3, 1997, с.4.

75. Работа с FoxPro в интерактивном режиме. М.: "И.В.К. Софт", 1991. - 60с.

76. Хаббард Дж. Автоматизированное проектирование баз данных // Пер.с англ. под ред. A.JL Церса. М.: Мир, 1984. 296 с.

77. Хендерсон К. Руководство разработчика баз данных в Delphi 2.0. Киев: Диалектика, 1996. 543с.

78. Цурков В.И. Декомпозиция в задачах большой размерности. М.: Наука, 1981. -350с.

79. Зорин А.В. Структура автоматизированной системы поиска оптимального процесса преобразования ресурсов. В акад.сб.научн.трудов «Проблемы ха-рактеризационного анализа и логического управления», Москва, 1999, с. 165.

80. Чаудхари С. Методы оптимизации запросов в реляционных системах. // СУБД №3, 1998, с.22.

81. ANSI/X3/SPARC. Study group on data base management systems interim report FDT // Bull. ASM SIGMOD. 1975. Vol.7, №2.

82. CASE современная технология проектирования программного обеспечения. // Компьютер пресс №2, 1991, с.47.-115

83. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов: В 9 кн. М.:Высш.шк., 1986.

84. Грувер М.О., Зиммерс Э.Н. САПР и автоматизация производства. М.: Мир, 1987.-450с.

85. Губич Л.В., Лившиц Э.Г., Махнач В.И. Построение интегрированной САПР из готовых и создаваемых вновь программных компонентов. Сб. «Математическое обеспечение интегрированных систем САПР ГАП», Устинов, 1987, с.7.-1161. АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ