автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Разработка методики выбора структуры корпоративной информационно-вычислительной сети

На правах рукописи

Зарвигороз Дмитрий Андреевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА СТРУКТУРЫ КОРПОРАТИВНОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ

СЕТИ

Специальность 05.13.13 -Телекоммуникационные системы и компьютерные сети

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 г

Москва-2008

003457982

Работа выполнена на кафедре «Вычислительные машины системы и сети» Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Данилин Геннадий Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Климанов Вячеслав Петрович

кандидат технических наук, доцент БорчЕнинов Михаил Георгиевич

Ведущая организация: Московский институт радиотехники,

электроники и автоматики (МИРЭА)

Защита диссертации состоится 26 декабря 2008 г. в 16:00 ч. в аудитории Г-306 на заседании диссертационного совета Д 212.157.01 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан « ,27 » УоЗ_2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.01

к.т.н., доц. Фомина М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. В настоящее время выбор структуры корпоративных информационно-вычислительных сетей (КИВС) чаще всего осуществляется импирическим путем. Как правило, это делают специалисты, основываясь на собственном опыте. Таким образом, процесс проектирования КИВС субъективен и зависит от конкретного человека (или фирмы, осуществляющей проектирование). На начальном этапе, когда число КИВС было невелико, такой подход к проектированию был приемлем. Стремительное развитие информационных технологий, их активное внедрение в производство и бизнес привело к резкому увеличению спроса на корпоративные вычислительные сети. Кроме того, назрела необходимость оценки качества и модернизации большого числа КИВС, спроектированных и введенных в эксплуатацию в 90-х годах XX века. Появились компании осуществляющие проектирование, монтаж и техническое сопровождение КИВС. Методики и алгоритмы проектирования в таких компаниях являются основным производственным средством (ноу-хау) и составляют коммерческую тайну. Из-за этого они недоступны для широкого круга специалистов, нельзя оценить их достоинства и недостатки, вносить изменения, направленные на улучшение качества методик и алгоритмов проектирования. Отсутствие общедоступных методик и алгоритмов выбора структур КИВС негативно сказывается на развитии данной области 1Т. Наличие общедоступных методик и алгоритмов выбора структур КИВС сделают эту область открытой для более широкого круга специалистов, что ускорит темп её развития.

Научные исследования и разработки, посвященные данной проблемной области, сделанные как несколько десятилетий назад, так и современные обладают рядом существенных недостатков, основными из которых являются: синтез структуры КИВС без тщательного анализа потребностей организации в информационном обмене, без учета структуры и параметров информационного взаимодействия внутри организации; использование при расчете и оптимизации сетевой инфраструктуры низкоэффективных алгоритмов, делающими практически невозможным получение решений с удовлетворительной точностью за приемлемое время даже на современных вычислительных машинах; несоответствие получаемых проектов сетей требованиям современных стандартов, что существенно снижает их практическую ценность. Такие недостатки присущи большей части работ, за исключением лишь некоторых, например, посвященных проектированию региональных сетей.

Анализ проектных процедур показывает, что наиболее сложными и трудоемкими являются начальные этапы проектирования КИВС, поскольку именно на этих этапах принимаются решения, оказывающие влияние на качество всей сети. Ошибки, допущенные на начальных этапах проектирования, в конечном счете, приводят к необходимости переделки всего проекта, а значит к значительным материальным убыткам. Поэтому представляется актуальным разработка эффективной методики, в рамках

которой осуществляется формализация, алгоритмизация и автоматизация решения задач выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования.

Несмотря на относительную молодость этой области IT, на некоторые ее составляющие (часть протоколов базовой модели OSI, структурированную кабельную систему и т.д.) введены международные стандарты. Кроме того, существует довольно обширный опыт и наработки в сфере проектирования вычислительных сетей (ВС), накопленный ведущими компаниями производителями оборудования для компьютерных сетей, таких как Cisco, 3Com и д.р. Поэтому, для повышения практической значимости и легкой реализации разработанного проекта сети на практике, выбор структуры КИВС в рамках разрабатываемой методики е обязательном порядке должен вестись в соответствии с требованиями международных стандартов в области компьютерных сетей, я также учитывать опыт вед^'щих компаний,

Алгоритмы, реализующие выбор лучшей структуры КИВС должны позволять получать решения за приемлемое время. Особое внимание стоит уделить анализу бизнес-процессов организации с последующей формализации их в информационной модели, которая должна использоваться в качестве главного источника данных при проектирования КИВС.

Цель работы. Целью диссертации является разработка методики выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, позволяющей осуществлять синтез структуры сети с минимизированной стоимостью.

Достижение поставленной цели предполагает решение в диссертационной работе следующих основных задач:

• разработку метода построения информационной модели организации, расчета параметров информационного взаимодействия её структурных элементов (СЭ) с использованием процедуры иерархической декомпозиции и анализа бизнес процессов;

• исследование и разработку метода использования средств имитационного моделирования для получения параметров работы проектируемой КИВС, разработку способа формирования исходных данных для имитационных моделей КИВС;

• разработку методики выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, основанной на системе взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, обеспечивающей синтез структуры сети с минимизированной стоимостью;

» разработку способа оценки точности методики выбора структуры КИВС;

• разработку инструментального программного обеспечения (ПО) для автоматизации решения задачи получения наилучшей структуры КИВС и оценки точности разработанной методики.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы теории графов, математической логики, теории множеств, теории вероятностей и математической статистики, математического

программирования, имитационного моделирования, современные методологии программирования, CASE технологии.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• разработан метод построения информационной модели организации, расчета параметров информационного взаимодействия её СЭ с использованием процедуры иерархической декомпозиции;

• предложен метод использования средств имитационного моделирования для получения параметров работы К ИВ С, а также способ формирования исходных данных для имитационных моделей КИВС;

• разработана методика выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, основанная на системе взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, проведена оценка её точности;

® разработана система взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, проведена формализация задачи выбора наилучшей структуры сети, разработано ПО, автоматизирующее решение задачи выбора наилучшей структуры сети.

Практическая значимость. Предлагаемая в диссертационной работе методика выбора структуры КИВС позволяет синтезировать минимизированную по стоимости структуру сети, удовлетворяющую потребностям организации в информационном обмене, созданную с использованием современных технологий построения и управления компьютерными сетями и учетом опыта ведущих компаний производителей сетевого оборудования, отвечающую требованиям международных стандартов. Особенности методики позволяют без дополнительной адаптации реализовывать разработанные проекты на практике. Кроме того, учет опыта ведущих компаний и стандартов позволяет значительно улучшить качественные показатели проектируемых сетей (стоимость эксплуатации, масштабируемость, надежность, управляемость и др.). Кроме того, при помощи данной методики можно проводить анализ и оценку уже существующих КИВС, разрабатывать проекты модернизации с различной стоимостью работ, а также оценивать эффективность предложенных решений. Практическая ценность методики подтверждена при её использовании для анализа и модернизации сегментов КИВС Отраслевого центра внедрения Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ОЦВ ВНИИ ЖТ), модели и алгоритмы, входящие в состав методики частично реализованы в виде программного обеспечения, используются в производственных процессах ЗАО «АСТ».

Достоверность. Достоверность полученных результатов основана на использовании современных технологий построения и управления информационными сетями, учете требований международных стандартов, интеграции в методику опыта и наработок ведущих компаний производителей сетевого оборудования, применении адекватных моделей КИВС, практической реализации и апробации работы,

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Информационные средства и технологии» 18-20 октября 2005 г. и 17-19 октября 2006 г. Москва МЭИ (ТУ).

Публикация результатов работы. Результаты диссертационной работы отражены в 3-х печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 52 наименований и приложений. Работа содержит 152 страниц машинописного текста содержательной части, 60 рисунков, 22 таблиц и 5 страниц библиографии.

Положения, выносимые на защиту.

• Методика выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, основанная на системе взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, обеспечивающая синтез структуры сети с минимизированной стоимостью, способ оценки точности разработанной методики.

• Метод построения информационной модели организации и расчета параметров информационного взаимодействия между её СЭ.

• Метод использования средств имитационного моделирования для получения параметров работы КИВС, способ формирования исходных данных для имитационных моделей КИВС.

• Система взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, построенная с использованием современных сетевых технологий, требований международных стандартов и опыта ведущих компаний производителей сетевого оборудования,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, определена область исследований, перечислены полученные в диссертации новые результаты, их практическая ценность, сформулированы положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.

В первой главе рассмотрены особенности корпоративных информационно-вычислительных сетей, как основной части корпоративных информационных систем (КИС). Для определения предмета исследований проанализирована эволюция информационно-вычислительных сетей организации и с использованием ряда признаков (размер сети, вид деятельности организации), идентифицирующих КИВС, сделана классификация и определены требования, предъявляемые к корпоративным сетям. В качестве предмета исследований выступают вопросы оценки качества и выбора структуры малых (расположенных в комплексе рядом стоящих зданий - кампусе) КИВС офисного предназначения. В качестве критерия эффективности используется критерий стоимости КИВС.

Для определения качеств разрабатываемой методики сделан обзор информационных источников, относящихся к данной проблемной области,

осуществлен анализ и оценка существующих, методик проектирования КИВС. В результате проведенного анализа установлено, что одна группа информационных источников, с одной стороны, содержит модели сетей, построенные с использованием устаревших сетевых технологий, а, с другой стороны, содержит подходы к проектированию сложных информационных систем, которые с некоторыми изменениями могут быть использованы при разработке методики выбора структуры КИВС. Другая группа информационных источников посвящена описанию современных сетевых технологий, однако не содержит информации о том, как с их использованием построить большую гетерогенную КИВС. Анализ методик проектирования КИВС (методика на основе эволюционного моделирования, группа методик на основе системы поддержки принятия решений) показал, что проекты сетей, созданные с их использованием, обладают низким качеством, а применяемые в них алгоритмы и реализующий их математических аппарат характеризуются высокой вычислительной сложностью, наличием большого числа ограничений и допущений. Современные сетевые технологии, требования международных стандартов, опыт ведущих компаний производителей сетевого оборудования также практически не нашли отражения в рассматриваемых методиках.

Таким образом, разрабатываемая методика должна основываться на современных сетевых технологиях, использовать опыт ведущих компаний производителей сетевого оборудования, алгоритмы и математический аппарат должны позволять получать решение задачи выбора структуры КИВС за приемлемое время и с высокой точностью, а полученные проекты сетей удовлетворять требованиям международных стандартов и соответствовать потребностям организации в информационном обмене.

Во второй главе сделан обзор стандартов в области компьютерных сетей. Подробно рассмотрены и проанализированы особенности следующих ключевых компонентов КИВС и вариантов их реализации с использованием современных сетевых технологий и опыта ведущих компаний производителей сетевого оборудования: модульная структура кампусных сетей, структурированная кабельная система (СКС), способы соединения активного сетевого оборудования, логические структуры малых КИВС и функциональность активного сетевого оборудования.

Выбор структуры малой КИВС разумно осуществлять в соответствии с подходом, предложенным ведущими производителями сетевого оборудования, получившим название модульной структуры кампусиой сети. Суть этого подхода заключатся в том, что структура кампусной сети (малой КИВС) представляется в виде набора блоков («ядро сети», «сеть отдельного здания», «центр обработки данных - ЦОД», «блок подключения к региональной сети - WAN»), каждый из которых можно рассматривать и специфицировать независимо от других.

Структура любой современной КИВС на физическом и канальном уровнях должна в обязательном порядке соответствовать требованиям стандартов СКС, делящим структуру сети на три подсистемы: магистраль

комплекса (МК), магистраль здания (МЗ), горизонтальная подсистема. А так же регламентирует места размещения относящегося к этим подсистемам активного сетевого оборудования в распределительных пунктах комплекса (РПК), здания (РПЗ), этажа (РПЭ) соответственно. В основу любой СКС положена древовидная топология. Анализ возможных топологий СКС показал, что наиболее гибкой и экономичной является многоуровневая древовидная топология «иерархическая звезда» в отличие от одноуровневых топологий «централизованное управление» и «открытый офис». Структура малой КИВС физического и канального уровней, соответствующая требованиям стандартов СКС и модульной структуре кампусной сети

Другим важным компонентом, оказывающим существенное влияние на стоимость структуры сети, является способ соединения активного оборудования, расположенного в РПЭ и РПЗ, РПЗ и РПК. На сегодняшний день используются две схемы: объединение в стек и прямое подключение. Для первой схемы требуется меньшее количество каналов связи (КС), но с лучшими характеристиками (а значит, и более дорогих). Вторая схема является более требовательной к ресурсам СКС. Кроме того необходимо учитывать технологию агрегирования связей, позволяющей в рамках одного КС объединять несколько линий связи (ЛС) в транк. Таким образом, имеется четыре варианта соединения активного оборудования: объединение в стек, прямое, объединение в стек с агрегированием ЛС, прямое с агрегированием ЛС. Поэтому одной из задач, решаемых входе минимизации стоимости структуры КИВС, является выбор схемы соединения активного оборудования и параметров КС для каждой из подсистем СКС.

КИВС являются сложными гетерогенными сетями, при выборе структуры которых необходимо учитывать логику взаимодействия составляющих её элементов, их функции. В результате исследования

идеологий построения сетей от ведущих компаний производителей сетевого оборудования (Cisco, HP, D-Link и т.д.) были предложены две универсальные логические структуры, обладающие сходной стоимостью реализации и отличающиеся функциональностью оборудования, располагающегося в РПЗ и РПК: «структура с выделенным маршрутизатором» и «структура с коммутацией на третьем уровне». В условиях использования технологии виртуальных локальных сетей (VLAN), оказывающей существенное влияние на маршруты распространения информационных потоков, выбор лучшей логической структуры и определение функциональности оборудования, является важнейшей задачей, решаемой в рамках выбора структуры КИВС. Правильное определение логической структуры позволяет минимизировать нагрузку на элементы КИВС.

Для повышения качества проектов сетей, все вышеперечисленные особенности реализации компонентов КИВС интегрированы в модели и алгоритмы разрабатываемой методики выбора структуры КИВС.

В третьей главе детально рассматривается предлагаемая методика выбора структуры КИВС. Методика включает в себя следующие ключевые компоненты: процедура иерархической декомпозиции, система взаимосвязанных иерархических моделей, принципы использования средств имитационного моделирования и формирования исходных данных для имитационных моделей.

Суть процедуры иерархической декомпозиции состоит в упорядочении организационной структуры предприятия и соответствующей КИВС путем её представления в виде иерархической древовидной системы. Структурные элементы (СЭ) организации образуют три логических уровня: уровень отдела, департамента и организации - рисунок 2. Каждому СЭ соответствует своя подсеть: отделу - ЛВС, департаменту - кампусная сеть, организации -КИВС (малая КИВС включает два уровня: уровень отдела и департамента).

Рисунок 2. Декомпозированная структура организации

Декомпозиция КИВС означает, что проектирование корпоративной сети сводится к проектированию ряда подсетей при условии совпадения или близости оптимальных решений задачи проектирования КИВС и соответствующих решений для подсетей. К числу таких условий относятся следующие: подсети по области ограничений должны быть независимы;

целевая функция КИВС является строго монотонной функцией от целевых функций подстей.

Основным недостатком подхода, основанным на процедуре иерархической декомпозиции является то, что не обеспечивается целостность декомпозированной КИВС в процессе проектирования, подсети получаются никак не связанными друг с другом. Необходима модификация данного подхода. Обеспечение целостности декомпозированной КИВС в процессе проектирования возможно путем использованием системы иерархических взтшосвязанных моделей подсетей. Взаимосвязь обеспечивается передачей данных между моделями: часть входных данных для модели подсети уровня а является выходными данными и формируется с использованием модели подсети уровня а-1. Таким образом, все иерархические уровни окажутся взаимосвязанными и проектные решения одного уровня будут оказывать влияние на структуру подсетей других уровней.

Средства имитационного моделирования, реализованные в пакете Comnet 3 University Edition v 2.05, используются для получения параметров работы малых КИВС с целью оценки их качества, а также для определения лучшей логической структуры. Используется многокритериальная оценка исследуемой системы, куда входят следующие параметры:

1. Коэффициент загрузки КС сети - позволяет оценивать насколько рационально и эффективно используются ресурсы сетевой структуры;

2. Задержка в передаче сообщений между узлами сети - служит для оценки производительности сети;

3. Доля широковещательного трафика - позволят судить о корректности определения функциональности активного сетевого оборудования и адекватности разбиения КИВС на VLAN.

Для того, чтобы имитационная модель адекватно отражала физическую и логическую структуру малой КИВС она должна иметь древовидную топологию типа «иерархическая звезда», КС и активное оборудование соответствующие трем подсистемам СКС. Кроме того, в имитационной модели должны найти отражение конфигурация VLAN и физическое размещение компонентов сети в рамках кампуса.

Наиболее ответственным шагом в процессе создания имитационной модели КИВС является формирование исходных данных, описывающих источники сетевого трафика и их поведение. При формировании системы взаимосвязанных иерархических моделей использовались постоянные во времени «средние» значения трафиков. Такие значения удобно использовать для расчетов пропускных способностей КС, расчетов физической структуры подсетей уровней отдела и департамента. Однако для получения параметров работы и оценки качества структуры КИВС, определения логической структуры используются методы имитационного моделирования, где параметры трафика (рабочей нагрузки сети) описываются случайными величинами (СВ). Для задания параметров трафика в имитационной модели КИВС необходимо определить закон и параметры распределения этих СВ. Помимо этого информационный обмен между узлами сети в имитационной

модели носит вероятностный характер. Необходимо установить связь и согласованность в рамках имитационной модели между реально измеренными параметрами трафика, усредненными параметрами, используемыми при расчете физической структуры сети и вероятностными параметрами информационного взаимодействия. Имитационная модель КИВС с входными данными (стохастическими параметрами трафика) полученными с соблюдением вышеописанных принципов позволит получать достоверные параметры работы КИВС. Поэтому, для использования средств имитационного стохастического моделирования разработан метод корректного перехода от усредненных параметров трафика к вероятностным.

Выбор структуры КИВС осуществляется в две стадии: Стадия 1 «Сверху - вниз» (декомпозиция)

Как показывает практика, на начальных этапах проектирования КИВС основной проблемой, с которой сталкивается разработчик, является отсутствие большого количества необходимых для проектирования данных в формализованном виде. Для решения этой проблемы, а также для синтеза структуры КИВС, максимально удовлетворяющей потребностям организации в информационном обмене, на данной стадии с использованием процедуры иерархической декомпозиции и анализа бизнес процессов осуществляется построение информационной модели организации, расчет параметров информационного взаимодействия между СЭ, реализуется переход от организационной структуры предприятия к соответствующим ей моделям КИВС. Формируется большинство необходимых для выбора структуры сети данных. Реализуется разбиение КИВС на VLAN. Построение информационной модели осуществляется с использованием CASE-технологий.

Стадия 2 «Снизу - вверх» (интеграция)

На данной стадии выполняется последовательность шагов для подсетей каждого уровня. Реализуется выбор лучшей структуры КИВС, минимизация её стоимости, получение параметров функционирования КИВС. Опишем подробнее каждый шаг.

шаг 1\ построение математической модели и формализация задачи выбора лучшей структуры подсети с минимизированной стоимостью.

Для интеграции в методику современных сетевых технологий предложен следующий подход к построению моделей и формализации задачи выбора лучшей структуры. Пусть современные сетевые технологии физического и канального уровней и их реализация в конкретном оборудовании составляет базис. Задача выбора лучшей структуры подсети сводится к выбору элементов базиса таким образом, чтобы с одной стороны структура сети обладала минимальной стоимостью, а с другой стороны удовлетворяла потребностям организации в информационном обмене. Задачи выбора лучшей структуры составлены в терминах целочисленного программирования (ЦП) с булевыми переменными и смешанно-

целочисленного программирования (СЦП).Требования к производительности сети, требования стандартов выступают как ограничения.

В качестве иллюстрации рассмотрим модель и формализацию задачи выбора лучшей структуры блока «ядро сети» (используется модульная структура кампусной сети), входящего в состав подсети уровня а=2 (департамента). В структуре СКС ядро сети соответствует подсистеме «магистраль комплекса». При проектировании ядра кампусной сети для повышения надежности часто прибегают к дублированию оборудования. Задача выбора лучшей структуры блока «ядро сети» состоит в определении типа и параметров КС и определении некоторых параметров активного сетевого оборудования. Входные данные для блока «ядро сети»:

1. Общее число блоков («сеть здания», «ЦОД», «WAN»), входящих в физическую структуру сети кампуса (количество узлов), п\

2. Расстояние от РПЗ каждого здания до РПК. Для «ЦОД» - расстояние от «ЦОД» до РПК. В одном из зданий возможно совмещение помещений РПЗ и РПК, в этом случае расстояние принимается равным 10 м. Поскольку блок «WAN» физически располагается в РПК, то расстояние до него также принимается равным 10 м. 1Ь k=l, п\

3. Множество сетевых технологий (протоколы физического и канального уровней) и их характеристики, Q;

4. Характеристики активного сетевого оборудования уровня ядра; Данные, передаваемые от других блоков:

5. Трафик, между блоком «сеть здания» и ядром сети,/г ,g- 1, а;

6. Трафик, между блоком «ЦОД» и ядром сети,/

7. Трафик, между блоком «WAN» и ядром сети,/WAN; Критерий оптимальности: минимальная стоимость.

Требуется найти наименьшую по стоимости структуру сети: выбрать протоколы канального и физического уровней. Пропускная способность ядра сети должна удовлетворять требованиям организации в информационном обмене с учетом перспективного роста трафика. Структура сети должна удовлетворять стандарту ANSI/TIA/E1A-568. В случае требования повышенной надежности сеть ядра должна сохранять работоспособность при одинарном отказе любого активного сетевого оборудования или одинарном повреждении любого КС. Выходные данные:

1 .Ориентировочная стоимость сети, Ес\

2.СПД. протокол физического и канального уровней для каждого КС. qmk; Требования к оборудованию узла (РПК):

3.Количество единиц активного оборудования (модулей), поддерживающих сетевую технологию, qmk: rj.

При составлении математической модели сети используем подход, в соответствии с которым, система представляется в виде объекта с входными сигналами, выходными сигналами, управляющими сигналами и системой

ограничений. Управляющими параметрами будут параметры, определяющие структуру сети - сетевые технологии.

Представим структуру сети в виде неориентированного графа G=(lr,R), V - множество вершин графа, соответствующих блокам физической структуры сети кампуса. R - множество КС. Для обеспечения необходимой надежности сети ядра необходимо предусмотреть дублирование активного сетевого оборудования и КС. Согласно структуре СКС сеть ядра имеет звездообразную топологию - рисунок 3.

Входные параметры сети разделим на две группы - параметры, характеризующие узлы сети отдела, параметры, характеризующие сетевые технологии.

Характеристиками узлов сети являются:

1. п - общее число узлов сети. vkeV, k=l, п, п=а+2, а - число блоков «сеть здания» п - магистральный КС. neR, k-l.n. При дублировании каждый количество ЛС в магистральном КС удваивается.

2. 4 расстояние (длина кабеля) между k-м РПЗ и РПК, или между ЦОД и РПК; расстояние между WAN и РПК принимается равным 10 м;

3. F{f и ...fa, fSD /wan} ~ множество трафиков/^F, к=1, щп =а+2, где fg-трафик между блоком «сеть здания» и ядром сети, g=l,a , Мбит/с; fSD -трафик между блоком «ЦОД» и ядром сети, Мбит/с; fWAN - трафик между блоком «WAN» и ядром сети, Мбит/с;

Характеристиками сетевых технологий (управляющие параметры) являются: \. () - множество, элемент которого, представляет собой КС определенного типа: СПД и протокол физического уровня, который может быть реализован на данной СПД, ^еф , т=1,с. Элементы множества (5 при построения ядра должны включать технологии, основанные на использовании оптоволокна. 2.1т - максимальная длина сегмента для т-й технологии, м., т =1,с\ Ъ.ра - пропускная способность т-ой технологии, т =1,с, Мбит/с; 4.8т - стоимость погонного метра ЛС для т-ой технологии, т ==1,с, руб.; 5.роПм -стоимость порта модульного коммутатора для т-ой технологии;

Характеристики активного оборудования уровней доступа и распределения 1.СШ- стоимость шасси модульного коммутатора, руб.; Ограничения на параметры сети: _

1. Ограничение на пропускную способность КС п, к=1, а:

11рт*хтк*ик>/1, к-1, а где хт к -переменная для выбора одной сетевой технологи из множества ().

х тк— {0,1}'. Ехтк<1, к=1,а

т-1

2. Целая переменная ик определяет количество ЛС в транке и может принимать значения от 1 до 10: 1 > ик> 10.

Диапазон значений переменной ик выбран исходя из максимального количества агрегируемых портов. Если для к-то КС ик=1, то это означает, что агрегирования связей нет.

3.Ограничение на длину кабеля от РПЭ до РПЗ - согласно стандарту АЫ81/Т1А/Е1А-568 длина магистрали комплекса для любой технологии не должна превышать 1500 метров: 1к < 1500, к=1,п, 4. Ограничение на длину, накладываемую протоколом физического уровня

¡к<1т, к=1, п, т =1,с, Постановка задачи выбора лучшей структуры. Поскольку для увеличения надежности проектируемой сети ядра возможно дублирование оборудования и КС, то для уменьшения размерности задачи будем рассматривать сеть без резервирования, а затем полученную стоимость умножим на 2:

Найти ттЕ'с= 2 £ик*(зт * *хтк + Е1(ик-1)*роПт*хтк

т=1 к-1 к=1

при ограничениях 1 - 4.

С учетом дублирования оборудования стоимость «ядра сети» выглядит так:

Ес=(Е'с+С„)*2

Выходные данные:

1 .Ее - ориентировочные затраты на создание блока «ядро сети»;

2. цтк - сетевая технология. Для каждого КС определяется в ходе решения

задачи выбора лучшей структуры;

шаг 2\ выбор логической структуры сети уровня а~2 и определение функциональности активного сетевого оборудования. Этот шаг необходим, поскольку кампусные сети являются распределенными гетерогенными сетями и помимо расчета параметров физической структуры необходимо принимать во внимание логику взаимодействия узлов сети, их функциональность. Выбор лучшей логической структуры осуществляется с использованием средств имитационного моделирования: строятся имитационные модели в соответствии с каждой из логических структур. Выбирается логическая структура с лучшими показателями работы сети. шаг 3: решение задачи выбора лучшей структуры подсети, формирование данных для вышестоящего иерархического уровня. Для автоматизации процесса решения задачи выбора лучшей структуры подсетей КИВС разработан набор ПО. Программы написаны на специализированном КТ-

языке, позволяющем формулировать и решать задачи ЦП и СЦП. Решение задачи происходит в интегрированной среде Np-Soft с использованием алгоритмов Балаша и динамического программирования.

Шаг 1 и шаг 3 выполняются для всех подсетей уровней а=1 и а=2. Шаг 2 выполняется только для подсетей уровня <я=2.

В результате реализации предложенной методики выбора структуры КИВС, разработаны инструментальные средства в виде набора ПО, позволяющего частично автоматизировать процесс выбора структуры сети . методика хорошо модифицируема и расширяема за счет возможности добавления новых сетевых технологий и изменения параметров (стоимость отдельных компонентов) уже имеющихся. Результаты работы методики представлены в виде физической структуры сети (конкретные модели активного оборудования, его размещение и соединение, параметры КС и т.д.) и параметров работы сети, полученных с использованием средств имитационного моделирования (загрузка КС, время задержки передачи сообщений между отдельными абонентами, уровень широковещательного трафика).

В четвертой главе произведена оценка точности разработанной методики и определены границы её применения. Погрешность методики возникает из-за использования процедуры иерархической декомпозиции и несовпадения оптимальных решений для задачи выбора структуры КИВС в целом и соответствующих решений для подсетей. Для оценки точности разработан метод, основанный на сравнении точного решения, полученного методом последовательного перебора и анализа всех возможных структур КИВС, и решения, полученного при помощи предлагаемой методики, в пределах размерностей задач, где этот перебор возможен. Для автоматизации получения точного решения разработана специальная программа.

С использованием данного метода было проанализировано порядка 100 различных структур КИВС, б рамках которых обеспечивалось варьирование параметров КИВС (общее количество АРМ, количество АРМ, относящихся к конкретным подсетям, интенсивности трафиков, количество РПЭ, расстояния между узлами сети и т.д.). Проведена статистическая обработка полученных результатов с целью определения закона и параметров распределения случайной величины ошибки X (%) разработанной методики. С использованием критерия согласия Пирсона (jf) с числом степеней свободы равным трем подтверждена гипотеза о том, что ошибка распределена в соответствии с показательным законом распределения с параметрами Мх=3, Dx=9. Поскольку случайная величина ошибки X распределена в соответствии с показательным законом распределения, то случайная функция X(t), где I - количество пользователей, является стационарной, т.е. все её вероятностные характеристики не зависят от t. Поэтому можно утверждать, что для КИВС с большим числом пользователей (больше 150) величина средней ошибки не будет увеличиваться и будет иметь следующие характеристики: М[Х] = 3%; D[X] = 9% - рисунок 4.

Пользователи

Рисунок 4. Прогнозируемая зависимость ошибки методики от числа пользователей КИВС

В пятой главе представлены результаты практического применения разработанной методики выбора структуры КИВС для оценки и модернизации сегментов КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ. Для структуры сети, полученной с использованием методики, ожидаемое снижение по сравнению с исходной структурой составило:

® коэффициента загрузки КС уровней доступа, распределения, ядра в

среднем на 20%, 15% и 40% соответственно; ® задержки передачи сообщения в среднем на 12%; • уровня широковещательного трафика на 14%, 25% и 30% для уровней доступа, распределения и ядра соответственно.

Анализ результатов применения разработанной методики показывает, что обеспечивается существенное снижение времени и трудозатрат на получение структуры КИВС. Проекты КИВС, полученные с использованием разработанной методики обладают лучшим либо аналогичным качеством по сравнению с неавтоматизированной разработкой. По результатам внедрения сделан вывод о том, что методика обладает набором качеств, необходимых для быстрого и эффективного создания проектов как новых КИВС, так и оценки и модернизации уже существующих.

В заключении приведены основные теоретические и практические результаты диссертационной работы.

В приложениях приведены: параметры сетевых технологий канального и физического уровней; тексты программ, автоматизирующих решение задачи выбора структур подсетей КИВС; описание, алгоритм и тексты программной реализации получения точного решения задачи выбора лучшей структуры КИВС методом последовательного перебора; результаты серии экспериментов по оценке точности методики; исходная схема КИВС

ОЦВ ВНИИ ЖТ; примеры визуализации поступления сообщений на активное

сетевое оборудование, полученные в процессе имитационного

моделирования, акт о внедрении результатов диссертации в

производственные процессы ЗАО «АСТ».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Определена специфика и сделана классификация К ИВ С. На основе анализа как современных, так и более ранних походов и методик к проектированию больших гетерогенных ВС сделан вывод о том, что проекты сетей, созданные с их использованием, обладают низким качеством и в массе своей не соответствуют требованиям международных стандартов, что значительно снижает их практическую ценность. Обоснована актуальность разработки высокоэффективной методики выбора структуры малой КИВС на начальных этапах проектирования, в моделях и алгоритмах которой интегрированы требования международных стандартов, а также опыт ведущих компаний производителей активного сетевого оборудования;

2. Разработан метод создания информационной модели организации и расчета параметров информационного взаимодействия между СЭ, позволяющий формализовать большинство требований к КИВС и сформировать данные для выбора структуры КИВС с минимизированной стоимостью;

3. Разработан метод использования средств имитационного моделирования и способ формирования исходных данных для имитационных моделей, позволяющий получать достоверные параметры работы КИВС;

4. Разработана методика выбора структуры малых КИВС на начальных этапах проектирования, основанная на процедуре иерархической декомпозиции, анализе бизнес процессов, системе иерархических взаимосвязанных моделей подсетей, в которых интегрированы требования международных стандартов, опыт и идеология построения сетей от ведущих компаний производителей сетевого оборудования;

5. Предложен способ оценки точности методики выбора структуры КИВС, основанный на сравнении точных решений, полученных методом последовательного перебора всех возможных структур КИВС и результатов, полученных при помощи методики. Данный способ позволил установить погрешность методики равной 3% и доказать, что такая величина погрешности действительна для малых КИВС различных размерностей;

6. На основе моделей и алгоритмов методики было создано следующие инструментальное ПО: ПО, автоматизирующее решение задач выбора наилучшей структуры КИВС; программа, позволяющая получать точное решение методом последовательного перебора и анализа всех возможных вариантов структур КИВС;

7. Выполнено внедрение разработанной методики в производственные процессы ЗАО «АСТ». По результатам внедрения сделан вывод о

снижении трудозатрат на процесс проектирования КИВС, расширении возможностей анализа и оценки уже существующих КИВС, а также о повышении качества проектов корпоративных сетей. Разработанная методика использовалась для оценки качества и разработки проекта модернизации сегментов КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ.

Работы, опубликованные по теме диссертации

1. Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А. Оценка качества моделей структур кампусных вычислительных сетей // Вестник МЭИ, 2008. № 2. -с.90 -94.

2. Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А. Обзор подходов и методологий проектирования корпоративных сетей // Труды международной научно-технической конЛепднции «Информационные спегтства и технологии М.: Янус-К, 2005. - сГ 88-91.

3. Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А. Построение корпоративной сети на основе взаимодействия иерархических моделей// Труды международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии». -М.: Янус-К, 2006. - с. 182-186.

Подаисано в печать /¿^'^'зак. Тир. ЮО п.л. Полиграфический центр МЭИ{ТУ) Красноказарменная ул.,д.13

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

1.1 Особенности корпоративных сетей.

1.1.1 Определение и классификация корпоративных сетей.

1.1.2 Состав и эволюция корпоративных сетей.

1.2 Анализ и оценка существующих подходов к проектированию корпоративных информационно-вычислительных сетей.

1.2.1 Обзор информационных источников.

1.2.2 Существующие методики проектирования КИВС.

1.3 Постановка задачи создания методики выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования.

1.3.1 Выбор критерия оптимальности.

1.3.2 Область исследований.

1.4 Выводы.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ НЕКОТОРЫХ ПОДСИСТЕМ КОРПОРАТИВНЫХ СЕТЕЙ, СТАНДАРТЫ.

2.1 Стандарты компьютерных сетей.

2.2 Модульный дизайн кампусных сетей.

2.3 Структурированная кабельная система (CKC).

2.4 Логическая структура кампусной сети.

2.5 Способы соединения активного сетевого оборудования.

2.6 Выводы.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ВЫБОРА СТРУКТУРЫ КИВС.

3.1 Общее описание методики выбора структуры КИВС.

3.1.2 Особенности процедуры иерархической декомпозиции.

3.1.2 Особенности системы иерархических взаимосвязанных моделей подсетей.

3.1.3 Последовательность действий методики.

3.2 Построение информационной модели организации.

3.2.1 Последовательность построения информационной модели.

3.2.2 Описание действий алгоритма.

3.4 Метод использования средств имитационного моделирования.

3.4.1 Идеология создания модели малой КИВС в системе Comnet 3.

3.4.2 Формирование данных для моделирования, переход к стохастическим параметрам трафика.

3.4.3 Выбор логической структуры кампусной сети с использованием средств имитационного моделирования.

3.5 Подход к построению математических моделей подсетей.

3.6 Выбор лучшей структуры подсети отдела.

3.6.1 Обобщенный алгоритм выбора структуры подсети отдела.

3.6.2 Модель и задача выбора наилучшей структуры подсети отдела.

3.6.3 Разработка ПО для решения задачи выбора структуры подсети отдела.

3.7 Выбор лучшей структуры подсети департамента.

3.7.1 Алгоритм выбора лучшей структуры подсети департамента.

3.7.2 Модель и задача выбора наилучшей структуры подсети департамента (кампусной сети).

3.7.3 Разработка ПО для решения задачи выбора структуры подсети департамента.

3.8 Выводы.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ.

4.1. Метод оценки точности.

4.1.1. Набор тестовых конфигураг^ий КИВС.

4.2. ПО расчета структуры КИВС методом последовательного перебора

4.3. Анализ полученных результатов.

4.4. Выводы.

ГЛАВА 5. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ МОДЕРНИЗАЦИИ КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ.

5.1. Описание КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ, исходные данные.

5.2. Анализ исходной структуры КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ.

5.3. Выбор лучшей структуры КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ.

5.3.1. Построение информационной модели.

5.3.2. Выбор структуры подсетей КИВС ОЦВ уровня отдела.

5.3.3. Определение логической структуры КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ.

5.3.4. Выбор структуры подсети КИВС ОЦВ уровня департамента.

5.4. Оценка качества модернизированной структуры КИВС ОЦВ.

5.5. Выводы.

Актуальность темы исследования

В настоящее время выбор структуры корпоративных информационно-вычислительных сетей (КИВС) чаще всего осуществляется импирическим путем. Как правило, это делают специалисты, основываясь на собственном опыте. Таким образом, процесс проектирования КИВС субъективен и зависит от конкретного человека (или фирмы, осуществляющей проектирование). На начальном этапе, когда число КИВС было невелико, такой подход к проектированию был приемлем. Стремительное развитие информационных технологий, их активное внедрение в производство и бизнес привело к резкому увеличению спроса на корпоративные вычислительные сети. Кроме того, назрела необходимость оценки качества и модернизации большого количества КИВС, спроектированных и введенных в эксплуатацию в 90-х годах XX века. Появились компании осуществляющие проектирование, монтаж и техническое сопровождение КИВС. Методики и алгоритмы проектирования в таких компаниях являются основным производственным средством (ноу-хау) и составляют коммерческую тайну. Из-за этого они недоступны для широкого круга специалистов, нельзя оценить их достоинства и недостатки, вносить изменения, направленные на улучшение качества методик и алгоритмов проектирования. Отсутствие общедоступных методик и алгоритмов выбора структур КИВС негативно сказывается на развитии данной области IT. Наличие общедоступных методик и алгоритмов выбора структур КИВС сделают эту область открытой для более широкого круга специалистов, ускорит темп её развития.

Научные исследования и разработки, посвященные данной проблемной области, сделанные как несколько десятилетий назад, так и современные обладают рядом существенных недостатков, основными из которых являются: синтез структуры КИВС без тщательного анализа потребностей организации в информационном обмене, без учета структуры и параметров информационного взаимодействия внутри организации; использование при расчете и оптимизации сетевой инфраструктуры низкоэффективных алгоритмов, делающими практически невозможным получение решений с удовлетворительной точностью за приемлемое время даже на современных вычислительных машинах [30], [41], [43]; несоответствие получаемых проектам сетей требованиям современных стандартов [34], что существенно снижает их практическую ценность. Такие недостатки присущи большей части работ, за исключением лишь некоторых, например, посвященных проектированию региональных сетей [2].

Анализ проектных процедур показывает, что наиболее сложными и трудоемкими являются начальные этапы проектирования КИВС, поскольку именно на этих этапах принимаются решения, оказывающие влияние на качество всей сети. Ошибки, допущенные на начальных этапах проектирования, в конечном счете, приводят к необходимости переделки всего проекта, а значит к значительным материальным убыткам. Поэтому представляется актуальным разработка эффективной методики, в рамках которой осуществляется формализация, алгоритмизация и автоматизация решения задач выбора структуры КИВС на начальных этапах проктирования.

Несмотря на относительную молодость этой области IT, на некоторые ее компоненты введены международные стандарты. Кроме того, существует довольно обширный опыт и наработки в сфере проектирования вычислительных сетей (ВС), накопленный ведущими компаниями производителями оборудования для компьютерных сетей, таких как Cisco, 3Com и д.р. Поэтому, для повышения практической значимости и легкой реализации разработанного проекта сети на практике, выбор структуры КИВС в рамках разрабатываемой методики в обязательном порядке должен вестись в соответствии с международными стандартами в области компьютерных сетей, а также учитывать опыт ведущих компаний.

Алгоритмы, реализующие выбор наилучшей структуры КИВС должны позволять получать решения за приемлемое время. Особое внимание стоит уделить анализу бизнес процессов организации с последующей формализации их в информационной модели, которая должна использоваться в качестве главного источника данных при проектирования КИВС. Цель работы

Целью диссертации является разработка методики выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, позволяющей осуществлять синтез структуры сети с минимизированной стоимостью.

Достижение поставленной цели предполагает решение в диссертационной работе следующих основных задач:

• разработку метода построения информационной модели организации, расчета параметров информационного взаимодействия её структурных элементов (СЭ) с использованием процедуры иерархической декомпозиции и анализа бизнес процессов;

• исследование и разработку метода использования средств имитационного моделирования для получения параметров работы проектируемой КИВС, разработка принципов формирования исходных данных для имитационных моделей КИВС;

• разработку методики выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, основанной на системе взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, обеспечивающей синтез структуры сети с наименьшей стоимостью;

• разработку способа оценки точности методики выбора структуры КИВС;

• разработку инструментального программного обеспечения (ПО) для автоматизации решения задачи получения наилучшей структуры КИВС и оценки точности разработанной методики.

Методы исследования

Для решения поставленных задач применялись методы теории графов, математической логики, теории множеств, теории вероятностей и математической статистики, математического программирования, имитационного моделирования, современные методологии программирования, CASE технологии.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

• разработан метод построения информационной модели организации, расчета параметров информационного взаимодействия её СЭ с использованием процедуры иерархической декомпозиции;

• предложен метод использования средств имитационного моделирования для получения параметров работы КИВС, а также принципы формирования исходных данных для имитационных моделей КИВС;

• разработана методика выбора структуры КИВС на начальных этапах, основанная на системе взаимосвязанных иерархических оптимизационных моделей подсетей, обеспечивающая синтез структуры сети с минимизированной стоимостью, проведена оценка её точности;

• разработана система взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, произведена формализация задачи выбора наилучшей структуры сети, разработано ПО, автоматизирующее решение задачи выбора наилучшей структуры сети.

Практическая значимость

Предлагаемая в диссертационной работе методика выбора структуры КИВС позволяет синтезировать минимизированную по стоимости структуру сети, удовлетворяющую потребностям организации в информационном обмене, созданную с использованием современных технологий построения и управления компьютерными сетями и- учетом опыта ведущих компаний производителей сетевого оборудования, отвечающую требованиям международных стандартов. Особенности методики позволяют без дополнительной адаптации реализовывать разработанные проекты на практике. Кроме того, учет опыта ведущих компаний и стандартов позволяет значительно улучшить качественные показатели проектируемых сетей (стоимость эксплуатации, надежность, масштабируемость, управляемость и др.). Кроме того, при помощи данной методики можно проводить анализ и оценку уже существующих КИВС, разрабатывать ряд проектов модернизации с различной стоимостью работ, а также оценивать эффективность предложенных решений. Практическая ценность методики подтверждена при её использовании для анализа и модернизации сегментов КИВС Отраслевого центра внедрения Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ОЦВ ВНИИ ЖТ), модели и алгоритмы, частично реализованные в виде программ, используются в производственных процессах ЗАО «АСТ» (см. приложение И). Достоверность

Достоверность полученных результатов основана на, использовании современных технологий построения и управления компьютерными сетями, учете требований международных стандартов, обобщении опыта и наработок ведущих компаний производителей сетевого оборудования применении адекватных моделей КИВС, практической реализации и апробации работы. Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Информационные средства и технологии» 18-20 октября 2005 г. и 17-19 октября 2006 г. Москва МЭИ (ТУ). Публикация результатов работы

1. Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А. Обзор подходов и методологий проектирования корпоративных сетей// Труды международной технической конференции «Информационные средства и технологии». - М.: Янус-К, 2005;

2. Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А. Построение корпоративных сетей на основе взаимодействия иерархических моделей// Труды международной технической конференции «Информационные средства и технологии». -М.: Янус-К, 2006;

3. Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А. Оценка качества структур кампусных вычислительных сетей// Вестник МЭИ, №2, 2008.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 52 наименований и приложений. Работа содержит 152 страниц машинописного текста содержательной части, 60 рисунков, 22 таблиц и 5 страниц библиографии. Положения, выносимые на защиту

5.5. Выводы

В главе 5 рассмотрено использование разработанной методики для оценки и модернизации сегментов КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ. Использование методики позволило:

• С использованием средств имитационного моделирования достоверно оценить исходную структуру КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ, а также получить параметры работы КИВС с модернизированной структурой: ожидаемое снижение по сравнению и исходной структурой коэффициента загрузки КС уровней доступа, распределения, ядра в среднем на 20%, 15% и 40% соответственно;

• В рамках создания информационной модели получить картину и параметры информационного взаимодействия между структурными элементами отраслевого центра внедрения. Использование этих данных при выборе лучшей структуры сети, конфигурировании VLAN обеспечило соответствие структуры КИВС нуждам ОЦВ в информационном обмене;

• Выбрать структуры ОЦВ ВНИИ ЖТ, обладающую минимизированной стоимостью в 1223746 ± 36712 руб., соответствующую требованиям международных стандартов.

Все эти показатели и особенности позволяют говорить об эффективности модернизированной структуры и о повышении качества КИВС ОЦВ ВНИИ ЖТ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследований, выполненных в рамках диссертационной работы, получены следующие основные теоретические и практические результаты:

• Определена специфика и сделана классификация КИВС. На основе анализа как современных, так и более ранних походов и методик к проектированию больших гетерогенных ВС сделан вывод о том, что проекты сетей, созданные с их использованием, обладают низким качеством и в массе своей не соответствуют требованиям международных стандартов, что значительно снижает их практическую ценность. Обоснована актуальность разработки высокоэффективной методики выбора структуры малой КИВС на начальных этапах, в моделях и алгоритмах которой интегрированы требования международных стандартов, а также опыт ведущих компаний производителей активного сетевого оборудования;

• Разработан метод создания информационной модели организации и расчета параметров информационного взаимодействия между СЭ, позволяющий формализовать большинство требований к КИВС и сформировать данные для выбора лучшей структуры КИВС, обладающей минимизированной стоимостью;

• Разработан метод использования средств имитационного моделирования и формирования данных для имитационных моделей, позволяющий получать достоверные параметры работы КИВС;

• Разработана методика выбора структуры малых КИВС на начальных этапах проектирования, основанная на процедуре иерархической декомпозиции, анализе бизнес процессов, системе иерархических взаимосвязанных моделей подсетей, в которых интегрированы требования международных стандартов, опыт и идеология построения сетей от ведущих компаний производителей сетевого оборудования;

• Предложен способ оценки точности методики выбора структуры КИВС, основанный на сравнении точных решений, полученных методом последовательного перебора всех возможных структур КИВС и результатов, полученных при помощи методики. Данный способ позволил установить погрешность методики равной 3% и доказать, что такая величина погрешности действительна для малых КИВС различных размерностей;

• На основе моделей и алгоритмов методики было создано следующие инструментальное ПО: ПО, автоматизирующее решение задач выбора наилучшей структуры КИВС; программа, позволяющая получать точное решение методом последовательного перебора и анализа всех возможных вариантов структур КИВС;

• Выполнено внедрение разработанной методики в производственные процессы ЗАО «АСТ». По результатам внедрения сделан вывод о снижении трудозатрат на процесс проектирования КИВС, расширении возможностей анализа и оценки уже существующих КИВС, а также о повышении качества проектов корпоративных сетей. Разработанная методика использовалась для оценки качества и разработки проекта модернизации сегментов КИВС ОЦВ ВНИИЖТ.

1. Абросимов Л.И. Анализ и проектирование вычислительных сетей. Учебноле пособие. - М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 52 с.

2. Абросимов Л.И. Расчет характериститк вычислительных систем сложной конфигурации с помощью контуров// Изд. АН СССР. Серия техническая кибернетика. 1980, № 5.

3. Альянах И.Н. Моделирование вычислительных систем. — Л.: Машиностраеие, 1988. -223 с.

4. Архангельский А.Я. Программирование в Delphi 7. М.: Бином, 2003. -1172 с.

5. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. - 400 с.

6. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. -М.: Наука, 1969. 576 с.

7. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносвера, 2003. - 512 с.

8. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистка. М.: Высшая школа, 2003 - 479 с.

9. Ю.Данилин Г.Г., Зарвигоров Д. А. Обзор подходов и методологий проектирования корпоративных сетей// Труды международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии М.: Янус-К, 2006. 224 с.

10. П.Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А. Оценка качества моделей структур кампусных вычислительных сетей// Вестник МЭИ. 2008. № 2.

11. Клейнрок JI. Вычислительные системы с очередями: Пер. с англ. М.: Мир, 1979.-600 с.

12. Клещев Н.Т., Роганов А.А. Проектирование информационных систем под общей редакцией Курбанова К.И. М.: Изд-во Российской экономической академии, 2000. - 386 с.

13. Климанов В.П. Методология анализа вероятностно-временных характеристик локальных вычислительных сетей составных топологий на основе аналитического моделирования/ МЭИII Диссертация на соискание доктора технических наук. М. 1995. - 389 с.

14. Климанов В.П. Методы разработки аналитических моделей ля анализа локальных вычислительных сетей, использующихся в управлении технологическими процессами. — М.: Изд-во МЭИ, 1995. — 115 с.

15. Климанов В.П., Денисов Е.А. Расчет характеристик надежности вычислительных сетей с резервными элементами. Доклады международной конференции «Информационные средства и технологии»: том 1. 1999

16. Кульгин М.В. Практика построения компьютерных сетей — Спб.: Питер, 2001.-220 с.

17. Кульгин М.В. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия. Спб.: Питер, 2000. - 704 с.

18. Мину М. Математическое программирование. Теория и алгоритмы: Пер. с фр. М.: Наука, 1990. - 488 с.

19. Митрофанов Ю.И., Беляков В.Г., Метод декомпозиции при моделировании вычислительных структур// Вопросы кибернетики. Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика» АН СССР. М.: Радио и связь, 1986. -408 с.

20. Олифер Н.А. Агрегирование анналов в локальных сетях. LAN// Журнал сетевых решений. - 2002. №3.

21. Поляк Б.Г. Введение в оптимизацию. М.: Наука, 1983. - 384 с. (25)

22. Прайс-лист-каталог компании D-Link// D-Link catalogue, 2007.

23. Пятаев О.В. Применение генетического алгоритма для оптимизации структуры кампусной сети// Радиоэлектронные и телекоммуникационные системы и устройства: Межвузовский тематический сборник научных трудов, 2000.

24. Пятаев О.В., Семашко А.В. Математическое представление задачи оптимизации структуры кампусной сети// Радиоэлектронные и телекоммуникационные системы и устройства: Межвузовский тематический сборник научных трудов, 2000 440 с.

25. Семенов А.Б., Стрижаков С.К., Сунчелей И.Р. Структурированные кабельные системы. Стандарты, компоненты, проектирование. — М.: Лайт ЛТД ,2003.-608 с.

26. Смирнов Э.А. Теория организации. М.: Инфра-М, 2005. 250 с.

27. Солодовников А.Ю. Разработка и исследование методов применения систем поддержки принятия решений на основе нечетких моделей в задачах проектирования информационно-вычислительных сетей: Диссертация кандидата технических наук. М.2006. - 389 с.

28. Стивен Браун. Виртуальные чанные сети. М.: Лори, 2001. - 273 с.

29. Таненнбаум Э.К. Компьютерные сети. Спб.: Питер, 2004. - 848 с.

30. Хэдли Дж. Динамическое программирование: Пер. с англ. М.^Мир, 1968. -540 с.

31. Шеметов П.В. Теория организации. Курс лекций. М.: Инфра-М, 2004. -278 с.

32. Щербо В.К. стандарты вычислительных сетей. Взаимосвязи сетей. Справочник. М.: Кудиц-образ, 2000. - 756 с.

33. Янбых Г.Ф., Столяров Б.А. Оптимизация информационно-вычислительных сетей. М.: Радио и связь, 1987. - 232 с.

34. Berril L., Murtagh В., McMahon G. Optimization models for communication network design. Proceedings for the fourth international meeting decision sciences institute. Sydney, Australia, 1997.

35. Castillo L., Gonzales A. Distribution network optimization: Finding the most economic solution by using genetic algorithms// European journal of operational research, 1996.

36. Falkner M. COMNET 3 reference guide. CACI press, 2001. - 764 p.

37. Gerla M., Frank H., Chou W., Eckl J. A Cut saturation algorithm for topological design of packet-switched communications network// Proceedings of IEEE National telecommunication conference, San Diego, California. 1984.

38. James J. LAN baseline Architecture brunch office network. Reference design guide. Cisco press, 2006 460 p.

39. Jane M., Dovrolis C. End-to-End available bandwidth: Measurment technology// In Proc. ACM Sigcom, 2000.

40. Lamle T. Cisco Certified Network Associate. Study guide. Second edition. Cisco press, 2000. 536 p.49.0dom W. Virtual LANs. Cisco press, 2001.-165 p.

41. TIA/EIA-568B. Commercial buildings telecommunication cabling standart. Parti:General requirements, 2001. 79 p.

42. TIA/EIA-TSB 72. Centralized optical fiber cabling guidelines, 1995. 57 p.

43. TIA/EIA-TSB 75. Additional horizontal cabling practices for open offices, 1996. -36 p.