автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Управление образовательными системами региона на основе моделирования и оптимизации информационно-телекоммуникационной сети

Глоссарий.

Введение.

1.Анализ особенностей управления образовательными системами Российской Федерации на современном этапе.

1.1. Высшее образование в Российской Федерации на современном этапе.

1.2. Управление системой высшей школы как объектом информатизации.

1.3. Иерархическая система управления высшим образованием.

1.4. Информатизация управления системой высшей школы.

1.5. Интеграция вузов России в мировое информационное пространство.

Выводы.

2. Разработка модели академической региональной информационной сети

2.1. Характеристики академической региональной информационной сети.

2.2. Разработка топологического графа академической региональной информационной сети.

2.2.1. Использование теории графов при проектировании сетей.

2.2.2. Топология и технические характеристики академической региональной информационной сети.

2.2.3. Определение пропускной способности каналов связи.

2.3. Разработка моделей функциональных узлов.

2.4. Моделирование процесса функционирования академической региональной информационной сети.

2.5. Распределение задач по узлам сети ЭВМ.

Выводы.

3. Структурная оптимизация регионально-вузовских образовательных программ.

3.1. Разработка программ развития наукоемких технологий образования технических университетов.

3.2. Разработка региональной программы развития высшего профессионального образования.

3.3. Построение математических моделей образовательных процессов.

3.4. Структурная оптимизация образовательных процессов с помощью теории

Выводы.

4. Управление образовательными системами региона на примере Республики Башкортостан.

4.1. Программа "Региональная информационная опорная сеть вузов и научных учреждений Республики Башкортостан".

4.1.1. Выбор сетевых протоколов.

4.1.2. Расчет топологии сети, выбор каналов связи и связного оборудования.

4.1.3. Выбор аппаратной и программной платформ.

4.2. Программа развития высшего профессионального образования Республики

Башкортостан.

Выводы.

В настоящее время всестороннее развитие и совершенствование системы высшего образования России, интеграция российской высшей школы в мировое информационное пространство невозможны без комплексной информатизации всей системы высшей школы [86]. При этом под информатизацией следует понимать не только оснащение вузов современными средствами информационно-вычислительной техники и программным обеспечением, но и создание, информационное наполнение и активное использование внутриву-зовских и межвузовских коммуникационных компьютерных сетей, широкое внедрение новых информационных технологий в учебный процесс, научно-исследовательскую работу и управление деятельностью вузов. Таким образом, речь идет не о чисто технической проблеме, а о существенной перестройке научно-педагогического мировоззрения преподавателей и сотрудников вузов, о коренном изменении организации процесса познания, технологии проведения научных исследований, методов управления учебными заведениями [50].

Разработка и внедрение новых информационных технологий в систему высшей школы России является необходимым и закономерным условием, практически единственным в настоящий период развития страны, позволяющим повысить качество подготовки и переподготовки специалистов и эффективность всех форм учебного процесса, провести совершенствование и существенное обновление организационной структуры системы высшего образования, довести до уровня, соответствующего международным стандартам и интегрировать ее в мировую систему.

В задаче информатизации образования можно выделить следующие основные направления [8]:

• информатизация образовательного процесса;

• информатизация научных исследований в вузе;

• создание единой информационной среды высшей школы;

• информатизация управления высшей школы;

• интеграция высшего образования России в мировую систему.

В данной работе рассматриваются вопросы разработки технических средств управления образовательными системами региона и разработки методов структурной оптимизации образовательных программ. Известные работы в области проектирования и расчета сетей ЭВМ ( [2, 3, 6, 7, 8, 22, 28, 33, 34, 35, 36, 40, 45, 46, 63, 71, 95, 96, 97] и др.) ориентированы на сети с минимальным диаметром и их полное применение не возможно в современных российских условиях. В связи с этим создание сетей в настоящее время идет полностью интуитивно. Сети в России не проектируют - к ним "подключаются".

Целью данной работы является разработка методов проектирования региональных телекоммуникационных сетей как одного из методов повышения качества подготовки специалистов в регионе.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

• разработка и теоретическое обоснование способов построения региональных сетей;

• формализация задачи выбора топологической структуры региональных академических информационно-вычислительных сетей;

• разработка обобщенной модели региональной сети;

• разработка методов распределения задач в сети ЭВМ с целью повышения эффективности использования вычислительных ресурсов.

Решение основных задач, решаемых в диссертации, основано на использовании математического аппарата теории графов, теории вероятности, теории массового обслуживания и сетей массового обслуживания, теории игр.

Научная новизна состоит в:

• обосновании выделения в отдельный класс региональных информационно-вычислительных сетей управления образовательными системами региона и дистанционного образования, что обеспечивает формализацию требований, предъявляемых к таким сетям;

• разработке новой методики построения сети, отличающейся отсутствием требований к минимизации диаметра топологического графа и позволяющей проектировать неоднородные сети большого диаметра на основе анализа типичного для Мегпе^сети трафика;

• разработке алгоритмов имитационного моделирования РИВС академического назначения для анализа трафика и проектирования топологии;

В процессе выполнения работы был создан пакет прикладных программ для проектирования топологии и имитационного моделирования РИВС.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты проведенных научных исследований и разработок были использованы при создании пакета прикладных программ, позволяющего проектировать региональные информационно-вычислительные сети, а также при разработке Башкирской республиканской академической сети.

Использование программного комплекса позволило при проектировании Башкирской республиканской академической сети:

• разработать топологию;

• определить необходимую пропускную способность каналов связи;

• оценить нагрузку на коммуникационные серверы и произвести их выбор.

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на всероссийской научно-методической конференции Телематика-96 (Санкт-Петербург), международной научно-методической конференции "Новые информационные технологии в университетском образовании" (Новосибирске, 1996 г.), Международной конференции по дистанционному образованию Ес1й-96 (г. Москва). Основные результаты диссертации опубликованы в 7 работах.

Выводы

Четвертый раздел посвящен практической реализации теоретических положений, разработанных во втором и третьем разделах данной диссертации.

1. Произведена постановка задачи - построение Уфимского городского сегмента Башкирской республиканской опорной сети вузов и научных учреждений в условиях жесткого ограничения стоимости.

2. Произведен анализ информационных потоков в сети, согласно которому все информационные ресурсы сосредотачиваются на телекоммуникационном узле УГАТУ.

3. Произведен расчет нагрузки на линии связи и выбрана звездообразная топология сети с центром в УГАТУ с использованием радиорелейных каналов, благо ландшафт и архитектурные особенности города позволяют это сделать практически без ретрансляторов. Но в связи с ограниченностью в средствах было принято решение на первом этапе создавать сеть с использованием выделенных телефонных каналов тональной частоты. В дальнейшем предполагается установка для связи в пределах города радиорелейных линий, а закупленное для первого этапа модемное оборудование будет использовано для подключения вузов других городов Башкортостана. Данный проект был утвержден Кабинетом министров Республики Башкортостан и предусмотрено его финансирование из Фонда науки и технологического развития РБ.

4. Показано применение разработанных методов структурной оптимизации образовательных программ на примере разработки проекта Государственного образовательного стандарта подготовки специалистов по специальности "072200 - Технология, производственный менеджмент и предпринимательство".

- 107 -Заключение

Предложенная работа посвящена проблеме проектирования технических средств управления образовательными системами региона.

1. Показано, что для управления региональными образовательными системами необходимо наличие развитой телекоммуникационной структуры.

2. Обоснованы принципы, которые должны быть положены в основу академической региональной информационно-вычислительной сети - технология Internet, необходимость сопряжения с мировыми информационными ресурсами и предоставление на региональном уровне аналогичного спектра услуг.

3. Обоснован принцип построения сетей с минимальной стоимостью при использовании на начальном этапе в качестве базовой топологии дерева. Показано, что для опорной структуры региональной сети в большинстве случаев достаточно топологии связанного дерева. Эта топология далека от идеальной по многим параметрам, в частности, по максимальному пути. Но особенность региональных академических сетей заключается в высокой степени концентрации информационных и вычислительных ресурсов. Как правило, данные ресурсы сосредоточены не более чем в двух местах. Эта особенность, а также узкая направленность трафика в системах дистанционного образования (между центром и удаленными объектами, но не между удаленными объектами) позволяет создавать сети с древовидной или звездообразной (что является крайним случаем древовидной топологии) топологией. В большинстве случаев подобные структуры являются экономически наиболее эффективными.

4. Разработан принцип определения оптимальной по стоимости топологии с учетом характерного для Internet неоднородного трафика и неравномерности загрузки каналов связи.

- 1085. Разработаны модели основных функциональных узлов региональной сети, функционирующей на основе протоколов TCP/IP и принципы построения на их основе моделей региональных сетей.

6. Разработаны методы распределения задач по узлам Internet-cera.

7. На основе разработанных методов создана система моделирования региональных информационно-вычислительных сетей, построенных по технологии Internet и специализированных под учебные и научные задачи, в частности, под системы дистанционного обучения. Система позволяет учитывать ландшафт и архитектурные особенности местности для выбора каналов связи - кабельных, спутниковых, радиорелейных и др. Система моделирования позволяет проектировать топологическую структуру сети путем оптимизации полного графа.

8. С помощью системы моделирования произведена разработка базового сегмента региональной информационной опорной сети вузов и научных учреждений Республики Башкортостан.

9 Разработаны методы структурной оптимизации образовательных программ, которые применены при разработке проекта Государственного образовательного стандарта подготовки специалистов по специальности "072200 - Технология, производственный менеджмент и предпринимательство".

1. Ю.Авен О.И., Гурин H.H., Коган Я.А. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем. М.: Наука, 1982.

2. П.Артамонов Г.Т. Топология регулярных вычислительных сетей и сред,-М.:Радио и связь, 1985. 192 с.

3. Артамонов Г.Т., Тюрин В.Д. Топология сетей ЭВМ и многопроцессорных систем,- М.: Радио и связь, 1991.-248 с.

4. Ауэрбах Карл, Велленс Крис. Internet: эволюция или революция?//ЬАЫ Magazine/Русское издание.-1995.-№4.-С. 12-24.

5. Бартоломей A.A., Житков М.Ю., Кубышкин A.B. Региональная компьютерная сеть для учебных и научных организаций Перми и Пермской области/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

6. Басакер Р., Саати Т. Конечные графы и сети. Пер. с англ.-М.: Наука,1974,-368с.

7. Башарин Г.П., Бочаров П.П., Коган Я.А. Анализ очередей в вычислительных сетях. Теория и методы расчета. М.: Наука. Гл. ред. физ,- мат. лит., 1989,336 с.

8. Башарин Г.П., Самуйлов К.Е., Чумаев A.B. Методы анализа марковских систем массового обслуживания сложной структуры. Алгоритмический под-ход//Анализ информационно-вычислительных систем. -М.: Университет дружбы народов, 1986.-С.З.-11.

9. Белоцерковский И.Л., Тамм Ю.А. Комплекты модемов для сетевого примене-ния.//Сети.-1994.-№4.-С.28-32.

10. Береговой В.П., Васильев В.Н. Функции и задачи филиалов Вузтелекомцен-тра/Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

11. Бершадский A.M., Карпов E.B. Информационная среда для непрерывного образования в регионе/Бюллетень "Проблемы информатизации высшей школы". М.: Госкомвуз РФ. № 1.1996

12. Бершадский A.M., Кревский И.Г. Структура дистанционного образования в регионе/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

13. Бобров И. Построение корпоративных сетей: практический подход.// Открытые системы .-1994. -Лето. -С. 17 -19.

14. Бойко В.В., Васенин В.А., Платонов А.П. Опорная инфраструктура национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

15. Боккер П. Передача данных (Техника связи в системах телеобработки дан-ных):Пер. с нем. М.:Радио и связь,1981. Т. 1,2.

16. Борисов М. Новые стандарты высокоскоростных сетей./Юткрытые системы,-1994.-Лето.-С.20-31.

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

18. Виноградов Б.Н. Спутниковые системы связи и сети ЭВМ.//Сети.-1992.-№4,-С.7-14.

19. Гейер Джим. Локальные сети без оков.//LAN Magazine/Русское издание.-1995.-№4.-С.53-57.

20. Глобальная сеть EUnet/Relcom.//CeTH.-1994.-№2.-C.60-63

21. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания.-М.: Наука, 1982.

22. Городилов В.В., Зыбарев Ю.М., Серебрянский В.В. Региональная компьютерная сеть и ее информационное наполнение: проблемы и направления их решения/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

23. Гугель Ю.В., Сигалов A.B., Федоров К.Ф. Сеть RUNNet в Санкт-Петербурге/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

24. Гузаиров М.Б., Курлов А.Б. Концепция системы инженерной подготовки, ее структура и маркетинг. М.: ИЦ, 1993. - 3 п.л.

25. Гузаиров М.Б., Хисамутдинов P.A. Проектирование региональных информационно-вычислительных сетей/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

26. Девис Д.,Барбер Д., Прайс Ч., Соломонидес С. Вычислительные сети и сетевые протоколы:Пер. с англ./ Под ред. С.И. Самойленко,- М.:Мир,1982. -562 с.

27. Дмитриев Ю.К., Хорошевский В.Г., Вычислительные системы из мини-ЭВМ/ Под ред. Э.В. Евреинова. М. Радио и связь,1982.-304 с.

28. Елкин В.Г., Кольцова Г.В., Юрасов В.Г. Развитие сети компьютерных телекоммуникаций Воронежа в интересах науки, образования и культуры/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

29. Епифанов П.П., Зайцев К.С., Ковалевский С.С. Информационные системы служб городского управления.//Сети.-1995.-№1.-С.88-94.

30. Ермишин Д.А. BOJIC в зданиях и между ними.//Сети.-1995.-№2.-С.26-31.

31. Жожикашвили В.А., Вишневский В.М. Сети массового обслуживания. Теория и применение к сетям ЭВМ.-М.Радио и связь, 1988.-192 с/.ил.

32. Зыков A.A. Основы теории графов ,-М.:Наука, 1987.-382 с.

33. Иглхарт Д.Л., Шедлер Д.С. Регенеративное моделирование сетей массового обслуживания. Пер. с англ.-М.: Радио и связь,1984.-136 с.

34. Информатизация вузов Республики Башкортостан как основа повышения качества подготовки и переподготовки специалистов региона / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост. М.Б. Гузаиров, H.A. Селезнева, P.A. Хисамутдинов. Уфа, 1996.-32с.

35. Йенсен Эрик. Услуги распределенных сетей беспроводной связи.//Сети,-1994.-№4.-С.25-27.

36. Какавиатос Панос. Беспроводные Л ВС.//Сети.-1992 .-№3 .-С .14-15.

37. Карелин H.A. Цифровые системы передачи информации.//Сети.-1993.-№3,-С.10-11.

38. Клейнрок JI. Вычислительные системы с очередями: Пер. с англ. М. Мир, 1979

39. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания: Пер. с англ. М.Мир,1979

40. Кокарев В.Н. Беспроводные локальные сети: технологии и продук-ты.//Сети.-1994.-№3.-С.35-39.

41. Кокарева Т.В. Развитие сетевых скоростных магистралей.//Сети.-1993.-№6,-С.10-13.

42. Компьютерные технологии в высшем образовании / Ред. кол.: А.Н. Тихонов, В.А. Садовничий и др. -М.:Изд-во Моск. ун-та.-370 с.

43. Корнеев В.В. Архитектура вычислительных систем с программируемой структурой. Новосибирск: Наука,1985.-264 с.61 .Кофман А. Введение в прикладную комбинаторику: Пер. с франц. М.: Мир,1975.-478 с.

44. Краснощекое П.С., Петров A.A. Принципы построения моделей.-М.: Изд-во МГУ,1983.-264 с.

45. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход: Пер. с англ,-М.:Наука., 1971.-416 с.

46. Крокетт Бартон. ATM транспортная служба для сетей разного масшта-ба.//Сети.-1992.-№5-6.-С.49-50.

47. Кроуз Тони, Пенрод Джони. Как выбирать сервер.//Сети.-1995.-№4.-С.44-56.

48. Лазарев В.Г., Лазарев Ю.Г. Динамическое управление потоками информации в сетях связи.-М.: Радио и связь, 1983.- 216 с.

49. Ландсберг С.Е., Рындин A.A., Хаустович A.B. Синтез двухуровневой топологической структуры распределенной информационно-телекоммуникационной сети/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

50. Левин В.И. Структурно-логические методы исследования сложных систем с применением ЭВМ,- М.:Гл.ред.физ.-мат.лит., 1987.-307 с.

51. Лесер Норберт. Архитектура открытых распределенных систем. Модель OSF DCE.//Открытые системы.-1993 .-Лето.-С.10-16.

52. Литвак Б.Г. Автоматизированные системы экспертного оценивания и аккредитация. -М. Изд. МИСиС. 1993 142с.

53. Лясковский Ю.К. Стандарт V. 3 4 V/C ети. -199 5. -№4. -С. 3 8-42.

54. Максименков A.B., Селезнев М.Л. Основы проектирования информационно-вычислительных систем и сетей ЭВМ,- М.:Радио и связь,1991,- 320 е.: ил.

55. Методика научно-обоснованного определения содержания обучения по специальности на основе новых квалификационных требований. Изд. МИСиС. 1990.

56. Миллер Марк. Средства удаленного доступа.//Сети.-1995.-№2.-С.12-25.

57. Михайлов В.А., Рыбко А.Н. Пропускная способность сетей с коммутацией каналов//Проблемы передачи информации.-1986.-Т.22, №1.-С.66-84.

58. Мищенко C.B., Подольский В.Е., Писецкий А.Ф., Севастьянов С.Ю. Региональные аспекты работы Тамбовского федерального узла сети RUNNet/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

59. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. -М.: Машиностроение, 1985. -199 с.

60. Нолле Томас. Стандартизация ATM продвигается медленно, но вер-но.//Сети.-1995.-№3.-С.86-89.

61. Попов В.В., Бабичев А.Н., Миронов Е.В., Ефремов C.B. Состояние и перспектива развития сетевых информационных ресурсов высшей школы России/ Телематика-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

62. Самойленко С.И. Сети ЭВМ. -М.: Наука, 1986.-160 с.

63. Сатовский Б.Л. Использование радиорелейных систем связи в корпоративных сетях.//Сети.-1995.-№4.-С.35-37.

64. Свами М., Тхухасираман К. Графы, сети и алгоритмы.-М.Мир,1984.

65. Селезнева H.A., Субетто А.И., Прудковский Б.А., Дзегеленок И.И /Проблема оценки качества подготовки специалистов на базе компьютерных технологий. М.: ИЦ, 1993. - 10 п. л.

66. Селезнева H.A., Татур Ю.Г., Петин Б.Ф. Централизованные академические базы данных высшей школы России. // Проблемы создания национальной академической системы баз данных и баз знаний. Всероссийское совещание: Тезисы докладов./УГАТУ. Уфа, 1995.

67. Субетто А.И. Системологические основы образовательных систем /Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов. М.: Изд-во МИСиС, 1993.

68. Субетто А.И. Управление перечнем специальностей /Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов. М.: Изд-во МИСиС, 1993.

69. Субетто А.И. Введение в квалиметрию высшей школы: В 4 т. /Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов. М.: Изд-во МИСиС, 1991.

70. Татг У. Теория графов. Пер. с англ. -М.: Мир,1988.-424 с.

71. Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи/ В Н Волкова, В.А Воронков, А А Денисов и др. М. Радио и связь, 1983 -284 с

72. Тихонов АН , Васильев В Н RUNNet федеральная университетская компьютерная сеть России. Тез. докл Телематика'95, Санкт-Петербург, 3-7 апреля, 1995

73. Тихонов А Н , Васильев В Н Направления развития университетской компьютерной сети RUNNetnbieMarrHKa-96. Всероссийская научно-методическая конференция. Тезисы докладов: С.-Пб. 1996 г.

74. Френк Алан Миграция к быстрой сети LAN Magazine Русское издание -1995 -№4 -С 35-41

75. Шварц М Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2-х ч Ч 1 Пер с англ М.: Наука. Гл.ред физ -мат.лит, 1992 -336 с

76. Шварц М. Сети связи протоколы, моделирование и анализ В 2-х ч Ч 2 Пер с англ М.Наука Гл.ред.физ.-магт.лит., 1992.-272 с

77. Шварцман В О. Электронная почта.//Сети -1993.-№1.-С.7-15.

78. Эккерсон Вэйн, Мессмер Элен Умер ли ОЯ1',;/Сети-1992 -№5-6 -С 36-4(1

79. Якубайтис Э А Информационно-вычислительные сети.-М Финансы и статистика. 1984 -232 с

80. Янбых Г Ф , Стингер Б Я Методы анализа и синтеза сетей ЭВМ -Л Энергия,!980.-94 с.

81. Яшков С Ф Анализ систем с распределением процессора и с обратной связью -Автоматика и вычислительная техника -1984.-№3.-С.29-3898 http www informika. ni/wmdo w s/centre/ktktitul. html99 hup ww^v informika ru'window&'centre/titul html

82. CC ITT Draft Recomendation X 200, Reference Model of Open Systems Interconnection for ССПТ Applications, Cieneva. June 1983

83. ISO International Standart 7498, Information Processing Systems Open Systems Interconnection - Basic Reference MoJel International Organization for Standartization, Geneva. 1984