автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Управление процессами информационного обслуживания населения на основе моделирования мультисервисных сетей

На правах рукописи

ГРИШИН Алексей Михайлович

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ

Специальность: 05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2010

003494309

Работа выполнена в НОУ ВПО «Международный институт компьютерных технологий»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Бурковский Виктор Леонидович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чопоров Олег Николаевич;

кандидат технических наук, доцент Сапегин Сергей Владимирович

Ведущая организация ГОУ ВПО «Липецкий государственный

технический университет»

Защита состоится « 23 » апреля 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.037.03 ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан « 22 » марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Родионов О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших социальных задач современного общества является создание высокоэффективной телекоммуникационной среды, обеспечивающей информационное обслуживание населения. Без решения вопроса доступа к распределенным информационным ресурсам невозможно построение единого информационного пространства и внедрение в сферы науки, бизнеса, медицины, производства новейших информационных технологий. Кроме того, информационное обеспечение является важнейшим фактором развития экономики, общества в целом, а также оказывает влияние на обороноспособность страны.

Современные мультисервисные сети, предоставляющие широкий спектр услуг населению, обеспечивают эффективные способы формирования, хранения, переработки и транспорта данных, стали важным фактором жизни общества и средством повышения эффективности управления всеми сферами экономической и социальной деятельности. Индустрия мультисервисных сетей и передачи информации, проектирования баз данных, системных и прикладных программ, информационно-аналитических приложений формирует крепкую взаимосвязь социальных объектов и населения, объединяя широкие слои населения, промышленность, науку, образование и административные структуры в единую взаимообусловленную информационную среду.

Мультисервисные сети последнего поколения характеризуются достаточно высокими требованиями к пропускной способности и качеству каналов связи, что, следовательно, накладывает дополнительные ограничения на процесс разработки структуры сети передачи данных, а также повышает экономические затраты при построении сетей. Применение научных математических подходов при проектировании и разработке структуры сетей сокращает затраты ввода сети в эксплуатацию примерно на 7-10 %. Использование высокоинтеллектуальных современных инструментальных, программных средств при управлении мультисервисными сетями позволяет сэкономить средства, которые могут быть использованы на улучшение характеристик работы сети и ее модернизацию.

Актуальность темы диссертационного исследования продиктована необходимостью разработки математических моделей и алгоритмов анализа параметров мультисервисных сетей обслуживания населения, обеспечивающих оптимальный выбор параметров обслуживания, ориентированных на расширение количества предоставляемых информационных услуг, а также повышение их качества.

Тематика диссертационной работы соответствует одному из научных направлений НОУ ВПО «Международный институт компьютерных технологий» «Интеллектуальные технологии и информационные системы».

Объект исследования - процессы информационного обслуживания населения на основе мультисервисных сетей.

Предмет исследования - модели и алгоритмы анализа мультисервисных сетей, обеспечивающие повышение эффективности их функционирования.

Целью работы является разработка моделей и алгоритмов анализа мультисервисных сетей, обеспечивающих управление процессами информационного обслуживания населения за счет оптимального выбора функциональных параметров и повышения качества предоставляемых информационных услуг.

В соответствии с данной целью в работе определены следующие задачи исследования:

• системный анализ процесса функционирования мультисервисных сетей, а также существующих технологий передачи данных в системе информационного обслуживания населения;

• осуществление структурной декомпозиции объекта моделирования и разработка формализованного описания элементов сети на основе аппарата стохастических сетей;

• разработка математической модели мультисервисной сети, ориентированной на анализ основных параметров качества информационного обслуживания;

• разработка алгоритмов расчета характеристик сети, учитывающих зависимости вероятностей перехода фаз обслуживания заявок от состояния мультисервисной сети;

• разработка алгоритма формирования математической модели, применительно к специфическим особенностям конкретных мультисервисных сетей, а также построение процедур анализа их характеристик;

• разработка средств оптимизации основных параметров мультисервисных сетей информационного обслуживания населения, таких как экономические затраты, производительность сети, маршрутизация в ядре сети и т.д. на основе интеграции программного комплекса моделирования и анализа мультисервисных сетей обслуживания населения и аппаратно-программного комплекса "Континент";

• практическая апробация разработанных моделей анализа и оптимизации параметров функционирования в конкретных условиях мультисервисной сети информационного обслуживания населения на основе их программной реализации.

Методы исследования основаны на использовании теории системного анализа неоднородных замкнутых сетей массового обслуживания, теории моделирования, теории вероятностей, дискретной математики, теории графов, вычислительной математики, объектно-ориентированного программирования.

2

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

• способ формализованного описания мультисервисной сети обслуживания населения и ее функциональных элементов, отличающийся возможностью учета вероятностей перехода фаз обслуживания заявок, зависящих от состояния объекта моделирования;

• средства визуализации содержательных компонент модели мультисервисной сети, отличающиеся возможностью в интерактивном режиме осуществлять формирование и использовать библиотеки типовых элементов;

• алгоритм формирования структуры математической модели мультисервисной сети, отличающийся реализацией моделей элементов сети в виде открытых стохастических сетей;

• алгоритмы анализа характеристик обслуживания объекта моделирования, отличающиеся учетом зависимости вероятностей перехода фаз обслуживания заявок от состояния её элементов;

• средства оптимизации основных параметров информационного обслуживания населения, отличающиеся интеграцией программного комплекса моделирования и анализа мультисервисных сетей обслуживания населения и программно-аппаратного комплекса "Континент".

Практическая значимость работы. В работе предложен комплекс моделей, алгоритмов и программных средств, позволяющий произвести анализ качества функционирования комплекса приложений в мультисервисной сети обслуживания населения.

Использование данного комплекса на этапе проектирования позволяет найти «слабые стороны» в мультисервисной сети обслуживания населения, а также позволяет провести процесс оптимизации и усовершенствования уже внедренной и функционирующей сети специального назначения, определить запас производительности, оптимально использовать ресурсы сети.

Внедрение разработанных рекомендаций и методических положений позволит компаниям-проектировщикам и организациям-заказчикам усовершенствовать процесс создания новых сетей и внесения необходимых изменений в существующие сети, обеспечить своевременное выявление отклонений в процессе проектирования сети и ее обслуживания, а также даст возможность сократить материальные и человеческие затраты на реализацию принятых решений.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертации основные теоретические положения анализа и синтеза мультисервисных сетей обслуживания населения нашли практическое применение и успешно используются в ООО «Комнет», ООО «ТехноМаркет» в составе специального

з

программного обеспечения. Кроме того, результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедры информатики и вычислительной техники МИКТ в рамках дисциплины "Моделирование".

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на: Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2007); Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2008); Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2009); ежегодной Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2009); научных семинарах кафедры автоматики и информатики в технических системах ВГТУ (Воронеж, 2006-2010).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 13 научных работах, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [4],[5] - модели анализа мультисер-висной сети специального назначения на основе стохастических сетей; [11] -алгоритм оценки производительности канала мультисервисной сети обслуживания населения; [8],[12] - алгоритм расчета экономической эффективности мультисервисной сети; [13],[14] - алгоритм оценки надежности средств автоматизации мультисервисной сети.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 116 наименований. Основная часть работы изложена на 136 страницах, содержит 33 рисунка и 3 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования, дается ее краткая характеристика работы, формулируются цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены сведения об апробации и внедрении работы.

В первой главе проанализирована эволюция технологий мультисервис-ных сетей и сделан вывод о тенденциях и перспективах развития.

Рассмотрены принципы построения современных мультисервисных сетей обслуживания населения (МСОН). Сделан вывод о необходимости анализа функционирования систем с точки зрения обеспечения качества функционирования.

Выделен класс мультисервисных сетей обслуживания населения, объединенных в локальные или глобальные сети, определены их специфические особенности с позиции моделирования и анализа.

Выбор теории массового обслуживания в качестве аппарата для анализа основан на том, что функционирование системы связано с потоками случайных событий (запросов) и с вычислением вероятности состояния системы. Запросы разделяют между собой средства передачи и обработки данных. Такие параметры, как число и характеристики пакетов, поступающих в устройства или проходящие через них, в любой момент времени подвержены статистическим изменениям. Это обусловливает использование теории стохастических сетей для изучения функционирования системы и получения соответствующих количественных характеристик.

Применение аналитического подхода позволяет использовать модели, которые дают возможность получить полный ответ на различные возникающие вопросы без численного моделирования всех возможных ситуаций, и тем самым являются идеальной исходной точкой для решения задач синтеза и оптимизации. Существующие аналитические модели замкнутых информационно-вычислительных систем не позволяют учитывать специфику МСОН, что обусловливает необходимость разработки эффективных моделей анализа.

В главе рассмотрены различные подходы к анализу функционирования и моделирования МСОН. Приведены существующие методы и математические модели, которые могут быть использованы для решения задач анализа мультисервисных сетей обслуживания населения.

Приводится обзор методов расчета характеристик моделей мультисервисных сетей обслуживания населения. Особое внимание обращено на моделирование алгоритмов процессов обслуживания клиентов МСОН.

Проанализирована применяемость основных вычислительных алгоритмов и их модификаций для моделирования и анализа современных мультисервисных сетей обслуживания населения.

Сделаны выводы о том, что существующие аналитические модели замкнутых информационно-вычислительных систем не позволяют учитывать специфику мультисервисных сетей обслуживания населения, что обусловливает необходимость разработки эффективных моделей анализа.

Вторая глава описывает формальный аппарат построения модели элементов и приложений мультисервисной сети обслуживания населения, требующих учета изменения вероятности перехода заявки от состояния других узлов.

Описание модели мультисервисной сети обслуживания населения предлагается разделить на три этапа. На первом этапе определяется укрупненная

структура системы, которая состоит из элементов, моделирующих устройства обработки и передачи информации. На втором этапе производится детализация укрупненных элементов системы. Определяются характеристики и строятся стохастические модели устройств, составляющих информационную систему. Укрупненные элементы заменяются открытыми стохастическими сетями до тех пор, пока модель не будет описана полностью как сеть массового обслуживания. На третьем этапе составляются модели приложений, функционирующих в информационной системе; определяются маршруты информационных потоков, вероятности переходов, зависимости этих вероятностей от состояния узлов. Формируются классы заявок, соответствующие приложениям, и подклассы заявок - для маршрутов информационных потоков в модели.

Подробно рассмотрена модель ПК, включающая в себя модели оперативной памяти и дисковой подсистемы. Описано взаимодействие приложений, учитывающее блокировку запросов на сервере.

Для файл-серверного взаимодействия приложений вероятность блокировки запроса к одному из У файлов от / приложений составляет:

-ПМ)

(1)

где Ру -является вероятностью обращения 1 приложения к ] файлу, Я -множество запросов, обрабатываемых сервером от приложений (заявок, находящихся на обработке в группе узлов, моделирующих сервер). В формуле (1) присутствует множество заявок Л, находящихся в узле моделирующего функционирование сервера. Таким образом, вероятность блокировки заявки зависит от состояния узлов, моделирующих функционирование сервера.

В модели оперативной памяти процент обращений к файлу подкачки (дисковой подсистеме) зависит от всего объема выделенной памяти, который, в свою очередь, зависит от нагрузки на ПК. Пусть к ПК производят обращение А приложений. Для выполнения запроса приложения а = (1 ,А) в ОЗУ операционная система выделяет Ь„ блоков памяти, причем общий объем физической памяти составляет В блоков. В сети массового обслуживания функционирование ЭВМ осуществляют узлы, принадлежащие множеству и. Тогда вероятность обращения к файлу подкачки при обращении к памяти составляет

1 *

> (2)

где вторая сумма представляет собой количество заявок класса а, находящихся на обработке внутри ПК.

В модели дисковой подсистемы объем выделенной буферной памяти и процент попадания в буферную память зависит от интенсивности потоков запросов к областям данных. Чем выше интенсивность потока к области данных -тем выше вероятность попадания в буферизпрованную область при обращении к области данных. Вероятность попадания в буферную память определяется так:

Peu (3)

где 5, объем буферной памяти, выделенный для области данных d,. Рассмотрим конфигурацию системы хранения информации, в которой имеется v жестких дисков с интенсивностью обслуживания ц,, j=(1 ,.v) условных блоков данных/сек. Каждый жесткий диск содержит njj=(l..v) областей данных, каждая размером d,ji=(l..nj) условных блоков данных. К области данных d,jпроисходят обращения с интенсивностью Ху условных блоков данных/сек. Для буферизации в ОЗУ ПК выделен объем S условных блоков данных. Интенсивность обслуживания буферной памяти цБ. Каждый запрос к системе хранения информации приводит к помещению в буферную память блока данных либо обнулению счетчика времени последнего обращения к блоку данных. В буферной памяти происходит обновление блоков данных с интенсивностью A=Ej»i-vi=i,ni^-ij- При заполнении буферной памяти из нее освобождается блок с наибольшим временем последнего обращения (алгоритм LRU - last recently used), кроме того, некоторые ОС реализуют алгоритм освобождения блока буферной памяти со временем последнего обращения, превышающим установленный предел. В стационарном режиме работы объем выделенной буферной памяти для области данных djj прямо пропорционален интенсивности обращения к области данных Sjj=SA.ij/A. Эта формула будет справедлива для областей данных, которые не помещаются полностью в буферную память (djj>s,j). Для того, чтобы учесть выделенные области буферной памяти, в которые полностью укладываются соответствующие области данных, выделенную буферную память разобьем на два подмножества H и L. В подмножество H входят только те области данных, которые благодаря интенсивности обращений полностью укладываются в буферную память, в подмножество L входят все остальные области данных. Вероятность выборки данных из буферной памяти при обращении к системе хранения информации рБи =Sij/d|j, где

d.j, для (i, j) е H

(S- (U)eL ,4ч

'"'«" I ли ■ v ;

Процесс описания модели системы требует от разработчика учета большого количества зависимостей между классами заявок, которые возникают при формировании модели системы из моделей элементов. Это обусловливает необходимость разработки программного обеспечения для автоматизированного описания модели и автоматизированного формирования матриц вероятностей перехода.

Третья глава посвящена анализу модели мультисервисной сети обслуживания населения.

Замкнутая неоднородная сеть массового обслуживания характеризуется следующими характеристиками:

Я - количество классов заявок в сети;

М - количество узлов сети;

п = (л„л2,й,,.....лм), М - мерный вектор, характеризующий состояние сети (количество заявок в узлах);

л, - вектор состояния узла г л,. = (л,,,«^,«^,...,^.,, ) - содержит количество заявок каждого класса (без учета их положения в очереди в узле);

П)- количество заявок в узле I, / = (1, А/);

^(й/) ■ интенсивность обслуживания в / узле заявок подкласса о класса г в зависимости от состояния узла;

Рг.ю./к (") - вероятность перехода заявки подкласса о класса г после обслуживания в узле I в узел у в подкласс к класса г;

м=

р р р р

г.11.1) г,12,11 г,22,11 г.23.11

Р Р Р Р

'г.11.12 'г.12,12 г,22,|2 0,23,12

Р Р Р Р

г,1 1,22 ' г,12,22 ' г,22.22 ' л,23,12

Р Р Р Р

'г, 11,23 ' г,12.23 г,22,23 'г,23.23

(5)

Потоки, циркулирующие в сети массового обслуживания, характеризуются коэффициентами передачи, которые находятся из системы уравнений, записанной для каждого изолированного класса

X 'ЕРПк,)Лп+С1-гк -П^0)е1гк{п) = е^0(п). (6)

/=1 кеКг,

Для нахождения вероятностей стационарного состояния стохастической сети используется техника составления глобального баланса. Физический смысл уравнения глобального баланса состоит в том, что скорость перехода сети в какое-либо стационарное состояние равна скорости выхода из этого состояния.

S S Z,Fjro(*j)PW = i I S S

r«ljeiir glCj r-ljeUraiKjieMroeKi V 7

Изменив порядок суммирования в уравнении (6) и подставив в него уравнение (7), получим следующее уравнение:

ISIS Еад+^-^^^+^-прдя+ц«-"/™)-

г=1 jeAfr оеХу/еЛ/г ^g^

"SS S I I =0.

Преобразуем уравнение:

SS S S

r = 1 y'e A/r oe /Ту /еА/,. 4e /Ту

(iTj +- Sv)P(n+nH -Slj„)- («;)/>(«)

С jro ' " '

= 0.

-q,J. (10)

Выражение в квадратных скобках в уравнении является достаточным, но не необходимым условием выполнения уравнения глобального баланса. Из этого условия находится уравнение связи между двумя вероятностями стационарного состояния, которые отличаются друг от друга переходом одной заявки из одного узла в другой

fin ^^.^ttft+U.pnr.

Fjro(»j) eirk{n)

Разделим узлы на две группы. В первой группе находятся узлы, от состояния которых зависят коэффициенты передачи (первые м-узлов); во второй группе находятся узлы, от состояния которых коэффициенты передачи не зависят (узлы с номерами от т+1 до М). Запишем уравнение для вероятности стационарного состояния стохастической сети в мультипликативной форме:

pW = 7^flxjWJ'w))flz№m'*)). (П)

гДе *((п) = П П П F(a(i,r,o.n)- jQ,n,)4„.„(,a(i.r.o.W)-jQin,)> (12)

r= I o*K,r j=1

Z,(«) = n П fl F(a{i,r,o,W)-jQlm)wlro , (13)

r = l oeKjr j = 1

G(N)~ нормализующая константа.

В уравнении функция /? используется для того, чтобы «убрать» заявки в состоянии сети п из первых j узлов, функция a(f,R,0,n) «убирает» все заяв-

ки, принадлежащие классам с номерами меньше К и все заявки с номерами подкласса меньше или равным О в классе Л из узла / в состоянии .

Учет вероятностей перехода заявок, зависящих от состояния узлов сети привел к добавлению к сомножителям уравнения в мультипликативной форме функции передачи н> и функций а и Д Функция передачи вычисляется по следующей формуле для каждого узла:

= -—--Т^ЖГе^п-П^П—) 04)

В соответствии с приведенными формулами вероятность нахождения узла в состоянии п' вычисляется по формуле (11) для узлов 1<ш и по формуле (12) для узлов ¡>т:

Р(пм =ТГмЯц)= -"м ), (15)

О м д)

Р(пя = тт, аГд ) = -Ьа(ЛГД -«;.«; )• (16)

Значение функции gm-¡(NR -пт) будет вычисляться так же, как и значение нормализующей константы для сети МО, полученной из исходной путем удаления 4 узлов и "т заявок. Пропускная способность узла в общем случае вычисляется по формулам (17) и (18). В случае, когда интенсивность обслуживания не зависит от состояния узла - по формуле (19):

= Е г" ! ¿Г ! * Ц -■<*"«- "д/ >МШ (" и )■ О7)

(ЛГД) С А/ (Л'л ) "Л/

Дтгс- -г ,Т> ,-(18)

го

""" Ои&я) ' (19>

Из приведенных формул видно, что для расчета характеристик необходимо вычислять значения нормализующих констант, как для исходной сети массового обслуживания, так и для сетей, полученных из исходной, удалением некоторых узлов или заявок.

Четвертая глава посвящена алгоритмизации процедур расчета характеристик объекта моделирования. Здесь описан алгоритм, позволяющий формировать модель распределенной информационно-вычислительной системы с использованием моделей ее элементов, заданных в виде открытых стохастических сетей. Входными данными алгоритма формирования модели являются матрицы вероятностей перехода изолированных классов модели между узлами и моделями элементов, функции зависимости вероятности перехода от состояния узлов, матрицы вероятностей перехода моделей элементов системы, параметры использования моделей элементов для каждого класса заявок и таблицы соответствия классов модели системы и классов модели элемента. На основании этих данных алгоритм формирует для каждого изолированного класса матрицу вероятностей переходов, содержащую как постоянные значения, так и значения, являющиеся функциями состояния узлов модели.

Рассматривается алгоритм расчета значений нормализующих констант, на основании которых производится вычисление основных характеристик функционирования. Благодаря мультипликативной форме, в которой выведена вероятность стационарного состояния стохастической сети, вычисление нормализующей константы для группы узлов, от состояния которых не зависят коэффициенты передачи, производится по алгоритму Бузена.

Сократить объем необходимых вычислений позволяет предварительный расчет и табулирование тех параметров, вычисление которых в системе происходит многократно. Предварительно вычисленные значения этой функции заносятся в многомерный массив так, чтобы значение ячейки, индексом которой является состояние узла (количество заявок подклассов), содержало соответствующее значение функции.

Некоторые коэффициенты системы уравнений зависят от переменных состояния модели. Поскольку в алгоритме осуществляется полный перебор всех возможных вариантов переменных, от которых зависят значения системы линейных уравнений, то решения системы линейных уравнений табулируются.

Алгоритм расчета нормализующей константы, структурная схема которого приведена на рис. 1, основан на рекуррентной процедуре, рассчитывающей слагаемые нормализующей константы, на основе данных, полученных на предыдущих шагах. Значительное уменьшение объема необходимых вычислений достигается за счет вычисления интересующих характеристик функционирования сети при вычислении нормализующей константы.

Дальнейшая оптимизация решения системы линейных уравнений основана на том, что от состояния узла могут зависеть не все коэффициенты передачи. На основе анализа матрицы вероятностей переходов (с присутствующими переменными in и out) составляются пары группа коэффициентов передачи -

группа переменных состояния, таких, что значения коэффициентов из группы зависят только от значений соответствующих переменных.

Рис. 1. Структура алгоритма расчета нормализующей константы Дальнейшая оптимизация решения системы линейных уравнений основана на том, что от состояния узла могут зависеть не все коэффициенты передачи. На основе анализа матрицы вероятностей переходов (с присутствующими переменными in и out) составляются пары группа коэффициентов передачи -группа переменных состояния, таких, что значения коэффициентов из группы зависят только от значений соответствующих переменных.

Получение решения оптимизированной системы уравнений заключается в выборке вектора значений решения для независимых коэффициентов, затем по группам, в соответствии со значением переменных состояния, находятся решения для групп и записываются в вектор искомых коэффициентов.

В пятой главе рассмотрено программное обеспечение, позволяющее производить анализ мультисервисной сети обслуживания населения, а также отображать в режиме реального времени текущее состояния сети.

Программное обеспечение, реализует комплекс математических моделей и алгоритмов, позволяющих проводить идентификацию параметров сети путем обработки входной информации, а также осуществляет формирование и оптимизацию ее структуры.

Назначение программного комплекса моделирования - расчет характеристик модели мультисервисной сети обслуживания населения. Параметры и структуру модели пользователь задает при помощи средств интерфейса. Особенностью рассматриваемого интерфейса является возможность задания пользователем в символьном виде параметров мультисервисной сети. Поскольку вычисление характеристик модели МСОН представляет собой довольно сложную и специфическую задачу, функции их расчета заданной модели вынесены в отдельный модуль программного комплекса. Задачей модуля является чтение данных модели из конфигурационного файла, расчет параметров модели и вывод в файл результатов расчета.

Специфика определения характеристик рассматриваемой модели заключается в том, что в общем виде записать расчетные формулы модели практически невозможно, поскольку для каждой модели формируются по известным правилам уникальные формулы расчетов. Задача осложняется многократным вычислением значений функций, заданных пользователем в символьном виде. Это приводит к необходимости использовать интерпретатор символьных выражений в модуле расчета, который представляет пользовательские функции в виде, удобном для быстрого расчета значений.

На рис.2 представлена структура программно-аппаратного комплекса оптимизации параметров мультисервисной сети, который включает программный комплекс моделирования и анализа мультисервисной сети и программно-аппаратный комплекс «Континент» (ПАК «Континент»),

В программном комплексе моделирования МСОН используется комбинированный метод расчета характеристик. Он заключается в генерации специальной подпрограммой на основе данных пользователя исходного программного кода для расчета характеристик конкретной модели. Программный код модуля расчетов характеристик поступает на обработку компилятора соответствующего языка и при отсутствии ошибок запускается на выполнение.

После окончания процесса компиляции на вход ПАК «Континент» поступает программный код модели мультисервисной сети. В результате оптимизации модели с помощью ПАК «Континент» на выходе пользователь получает модель мультисервисной сети, доступной для дальнейшей настройки параметров сети.

При подробном анализе состояния информационной системы обслуживания населения мультисервисной сети была сформирована база данных системы, которая явилась основой для использования программного обеспечения Orion.

Практическое использование программно-аппаратного комплекса оптимизации параметров мультисервисной сети обслуживания населения в услови-

ях сети ООО «Комнет» свидетельствует об его эффективности с точки зрения управления процессами информационного обслуживания населения.

Программный комплекс моделирования и анапиэа мулыисырвисной ими -! ---------

Программным

интерфейс программного

Модуль ШНЙрЛДНИ программного мзда

Модуль анализа характеристик обслуживания

Компилятор языка программирования

Модуль компиляции программного кода

Программно-аппаратный кс ^плекс «Континент»

Блок обработки програминого кода

Блок оптимизации параметров сети

Блок сраониния параметров с эталонными

Результаты оптимизации характеристик сети

Рис.2. Структура программно-аппаратного комплекса оптимизации параметров мультисервисной сети

0.2 0.4 о.о 0.8 1.0

Коэффициент

Оптимизированный режим обслуживания загрузки сети

----- Традиционный режим обслуживания

Рис. 3. Результаты оптимизации МСОН

14

На рис. 3 представлена зависимость средней задержки обрабатываемых пакетов от коэффициента загрузки сети, характеризующая традиционный и оптимизированный режимы обслуживания.

Согласно представленным графикам в оптимизированном варианте увеличилась производительность сети примерно на 20%, что обеспечивает значительное улучшение качества информационного обслуживания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведенные в рамках диссертации теоретические исследования позволили получить следующие результаты, имеющие прикладное и научное значение:

1. Осуществлен системный анализ процесса функционирования мульти-сервисных сетей, а также существующих технологий передачи данных в системе информационного обслуживания населения.

2. Осуществлена структурная декомпозиция объекта исследования и разработано формализованное описание элементов сети на основе аппарата стохастических сетей.

3. Разработана математическая модель мультисервисной сети, ориентированная на анализ основных параметров качества информационного обслуживания.

4. Разработаны алгоритмы расчета характеристик сети, учитывающие зависимости вероятностей перехода фаз обслуживания заявок от состояния мультисервисной сети.

5. Разработан алгоритм формирования математической модели, применительно к специфическим особенностям конкретных мультисервисных сетей, а также осуществлено построение процедур анализа их характеристик.

6. Разработаны средства оптимизации основных параметров мультисервисных сетей информационного обслуживания населения, таких как экономические затраты, производительность сети, маршрутизация в ядре сети и т.д. на основе интеграции программного комплекса моделирования и анализа мультисервисных сетей обслуживания населения и программно-аппаратного комплекса "Континент".

7. Осуществлена практическая апробация разработанных моделей анализа и оптимизации параметров функционирования в конкретных условиях мультисервисной сети информационного обслуживания населения на основе их программной реализации.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Гришин A.M. Модели типовых элементов информационной системы специального назначения / A.M. Гришин, B.JI. Бурковский //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2007. Т.З. №5. С.50-55.

2. Гришин A.M. Анализ мультисервисной сети специального назначения на основе стохастической модели обработки данных / A.M. Гришин, B.JI. Бурковский //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. Т.4. №10. С. 148-150.

3. Гришин A.M. Моделирование мультисервисной сети специального назначения на базе стохастических сетей / A.M. Гришин, B.JI. Бурковский //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. Т.4. №10. С. 199-201.

4. Гришин A.M. Оценка надежности средств автоматизации мультисервисной сети обслуживания населения при работе пользователя / A.M. Гришин, B.J1. Бурковский //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т.5. №4. С. 52-54.

Статьи и материалы конференций

5. Гришин A.M. Структура информационной системы обработки данных специального назначения/ A.M. Гришин, B.J1. Бурковский //Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2007. С. 14.

6. Гришин A.M. Моделирование процесса функционирования информационной системы обработки данных / A.M. Гришин, B.J1. Бурковский //Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2007. С. 22.

7. Гришин A.M. Анализ мультисервисной сети и экономический эффект от ее расширения / A.M. Гришин // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2007. С. 18.

8. Гришин A.M. Формализованное описание типовых элементов распределенной системы обработки информации специального назначения / A.M. Гришин, B.J1. Бурковский //Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2008. С. 21-22.

9. Гришин A.M. Моделирование и анализ мультисервисной сети обслуживания населения. / A.M. Гришин // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2009. С. 1819.

10. Гришин A.M. Анализ производительности канала мультисервисной сети. / A.M. Гришин //Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2009.

11. Гришин A.M. Анализ экономической эффективности мультисервисной сети в условиях предоставления услуг населению / A.M. Гришин // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2009. С. 170-171.

12. Гришин A.M. Расчет надежности средств автоматизации мультисервисной сети / A.M. Гришин //Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2009. С. 65-67.

13. Гришин A.M. Оценка надежности средств автоматизации мультисервисной сети / A.M. Гришин //Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2009. С. 68-69.

С. 62-63.

Подписано в печать 05.03.2010. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ №

ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14

ВВЕДЕНИЕ

Содержание

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМАТИКИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ.

1.1. эволюция и тенденции развития технологии предоставления населению мультисервисных услуг.

1.2. Проблематика анализа мультисервисных сетей обслуживания населения.

1.3. Методы анализа мультисервисных сетей обслуживания населения

1.4. Цель работы и задачи исследования.

Выводы.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТОВ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ ОБСЛУЖИВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ.

2.1. Модель канала передачи данных.•.

2.2. Модель узла сети обработки данных.

2.3. Модель файл-серверного взаимодействия с блокировками.

Выводы.

ГЛАВА 3. СТОХАСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ ОБСЛУЖИВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ.

3.1. Стохастическая сеть с переменными вероятностями переходов

3.1.1. Замкнутая стохастическая сеть с различными классами заявок

3.1.2. Характеристики качества функционирования сети.

3.2. Эквивалентное преобразование модели узла обслуживания сети78 Выводы.

ГЛАВА 4. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК ОБСЛУЖИВАНИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ.

4.1. Алгоритм оценки производительности канала мультисервисной сети.

4.2. Алгоритм формирования математической модели мультисервисной сети.

4.3. Алгоритм определения вероятности стационарного состояния

4.4. Алгоритм определения нормализующей константы.

Выводы.

ГЛАВА 5. СТРУКТУРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА ОПТИМИЗАЦИИ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ.

5.1 Структура программного комплекса моделирования и анализа мультисервисной сети обслуживания населения.

5.2 пользовательский интерфейс.

5.3 Программно-аппаратный комплекс оптимизации параметров мультисервисной сети.

5.4. Анализ мультисервисной сети обслуживания населения ООО

Комнет».

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ Одной из важнейших социальных задач современного общества является создание высокоэффективной телекоммуникационной среды, обеспечивающей качественной информационное обслуживание населения. Без решения вопроса доступа к распределенным информационным ресурсам слишком затруднено построение единого информационного пространства и внедрение в сферы науки, бизнеса, медицины, производства новейших информационных технологий. Кроме того, информационное обеспечение является важнейшим фактором развития экономики, общества в целом, а также оказывает влияние на обороноспособность страны.

Современные мультисервисные сети, предоставляющие широкий спектр услуг населению, обеспечивают эффективные способы формирования, хранения, переработки и транспорта данных, стали важным фактором жизни общества и средством повышения эффективности управления всеми сферами экономической и социальной деятельности. Повышение уровня информатизации становится существенным фактором успешного экономического развития и конкурентоспособности, как отдельного предприятия, так и целого региона в условиях взаимодействия его составляющих на внутреннем и внешнем рынках товаров и услуг. Индустрия мультисервисных сетей и передачи информации, проектирования баз данных, системных и прикладных программ, информационно-аналитических приложений формирует крепкую взаимосвязь социальных объектов и населения, объединяя широкие слои населения, промышленность, науку, образование и административные структуры в единую взаимообусловленную информационную среду.

Мультисервисные сети последнего поколения характеризуются достаточно высокими требованиями предъявляемыми к пропускной способности и качеству каналов связи, что, следовательно, накладывает дополнительные ограничения на процесс разработки структуры сети передачи данных, а также повышает экономические затраты при построении сетей. Известно, что применение научных математических подходов при проектировании и разработке структуры сетей сокращает затраты ввода сети в эксплуатацию примерно на 7-10 %. Соответственно, использование современных математических, инструментальных, программных средств проектирования распределенных сетей передачи данных позволяет ускорить процесс проектирования, а также сэкономить средства, которые впоследствии могут быть использованы на улучшение характеристик работы сети, ее модернизацию, а также внедрения дополнительных сервисов, предоставляемых сетью.

В связи с широким распространением, развитием, усложнением технологий и систем мультисервисного обслуживания населения возникает потребность в дальнейшем совершенствовании математического аппарата, предназначенного для анализа и выбора наилучших параметров обеспечивающих высокую эффективность функционирования.

В этой связи актуальность темы диссертационного исследования продиктована необходимостью разработки математических моделей и алгоритмов анализа процессов функционирования мультисервисных сетей обслуживания населения, обеспечивающих оптимальный выбор параметров обслуживания, ориентированных на расширение количества предоставляемых информационных услуг, а также повышение их качества.

Тематика диссертационной работы соответствует одному из научных направлений НОУ ВПО «Международный институт компьютерных технологий» «Интеллектуальные технологии и информационные системы».

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является разработка моделей и алгоритмов анализа режимов функционирования мультисервисных сетей, обеспечивающих управление процессами информационного обслуживания населения за счет оптимального выбора функциональных параметров и повышения качества предоставляемых информационных услуг.

Исходя из данной цели в работе, определены следующие задачи исследования:

• системный анализ процесса функционирования мультисервисных сетей, а также существующих технологий передачи данных в системе информационного обслуживания населения;

• осуществление структурной декомпозиции объекта моделирования и разработка формализованного описания элементов сети на основе аппарата стохастических сетей;

• разработка математической модели мультисервисной сети, ориентированной на анализ основных параметров качества информационного обслуживания;

• разработка алгоритмов расчета характеристик сети, учитывающих зависимости вероятностей перехода фаз обслуживания заявок от состояния мультисервисной сети;

• разработка алгоритма формирования математической модели, применительно к специфическим особенностям конкретных мультисервисных сетей, а также построение процедур анализа их характеристик;

• разработка средств оптимизации основных параметров мультисервисных сетей информационного обслуживания населения, таких как экономические затраты, производительность сети, маршрутизация в ядре сети и т.д. на основе интеграции программного комплекса моделирования и анализа мультисервисных сетей обслуживания населения и программно-аппаратного комплекса "Континент";

• практическая апробация разработанных моделей анализа и оптимизации параметров функционирования в конкретных условиях мультисервисной сети информационного обслуживания населения на основе их программной реализации.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При выполнении работы были использованы основы теории неоднородных замкнутых сетей массового обслуживания, теории вероятностей, дискретной математики, теории графов, вычислительной математики, объектно-ориентированного программирования, компьютерных технологий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА В результате проведенного исследования в работе получены и выносятся на защиту следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

• способ формализованного описания мультисервисной сети обслуживания населения и ее функциональных элементов, отличающееся возможностью учета вероятностей перехода фаз обслуживания заявок, зависящих от состояния объекта моделирования;

• средства визуализации содержательных компонент модели мультисервисной сети, отличающиеся возможностью в интерактивном 7 режиме осуществлять формирование и использовать библиотеки типовых элементов;

• алгоритм формирования структуры математической модели мультисервисной сети, отличающийся реализацией моделей элементов сети в виде открытых стохастических сетей;

• алгоритмы анализа характеристик обслуживания объекта моделирования, отличающиеся учетом зависимости вероятностей перехода фаз обслуживания заявок от состояния её элементов;

• средства оптимизации основных параметров информационного обслуживания населения, отличающиеся интеграцией программного комплекса моделирования и анализа мультисервисных сетей обслуживания населения и программно-аппаратного комплекса "Континент".

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ В работе предложен комплекс моделей, алгоритмов и программных' средств, позволяющий произвести анализ качества функционирования комплекса приложений в рамках мультисервисной сети обслуживания населения.

Использование данного комплекса, на этапе проектирования, позволяет найти «слабые стороны» в мультисервисной сети обслуживания населения, а также позволяет осуществить процесс оптимизации и параметров функционирующей сети, определить запас производительности, оптимально использовать ресурсы сети.

Внедрение разработанных программных средств позволит компаниям-проектировщикам и организациям-заказчикам усовершенствовать процессы принятия проектных решений в условиях проектирования и развития сетей, а также обеспечит возможность сократить материальные затраты необходимые на реализацию принятых решений.

РЕАЛИЗАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ Полученные в диссертации основные теоретические результаты в области анализа и синтеза мультисервисных сетей обслуживания населения, нашли практическое применение в составе специального программного обеспечения процессов принятия решений и используются в ООО «Комнет», ООО «ТехноМаркет», а также внедрены в учебный процесс кафедры информатики и вычислительной техники МШСТ в рамках дисциплины «Моделирование».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Основные результаты докладывались и обсуждались на всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж. 2007г.), на всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж. 2009г.), на Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2009), на научных семинарах кафедры автоматика и информатика в технических системах ВГТУ (Воронеж, 20062010).

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 116 наименования. Основная часть работы изложена на 136 страницах, содержит 33 рисунков и 3 таблицы.

Выводы

1. Эффективное описание модели мультисервисной сети обслуживания населения в виде замкнутой стохастической сети обуславливает описание моделей элементов системы в виде открытых стохастических сетей.

2. Зависимость вида функций передачи от топологии сети, моделирующей функционирование мультисервисной сети обслуживания населения, позволяет значительно упростить формулы для расчета характеристик функционирования путем выбора базового (эталонного узла).

3. Разделение узлов по признаку влияния на вероятности перехода позволяет использовать для расчета значений нормализующей константы высокоэффективный алгоритм расчета Бузена.

4. Параметры функционирования системы вычисляются на основе значений нормализующих констант основной сети и сетей, полученных из исходной удалением узлов и заявок. Это позволяет рассчитывать искомые параметры функционирования при вычислении нормализующей константы для основной сети.

Глава 5. Структура программного обеспечения и результаты практической реализации моделей и алгоритмов анализа оптимизации мультисервисной сети.

В главе описывается программное обеспечение и результаты практического использования ' модели мультисервисной сети информационного обслуживания населения.

Рассмотрена структура программного обеспечения моделей и алгоритмов анализа характеристик мультисервисной сети обслуживания населения.

Предложена структура программно-аппаратного комплекса моделирования и оптимизации, определены состав и функции составляющих его элементов.

На основе анализа модели мультисервисной сети обслуживания населения предложена структура интерфейса пользователя, обеспечивающего эффективное взаимодействие с функциональными компонентами программного комплекса моделирования, анализа и оптимизации мультисервисной сети.

Приводятся результаты практического применения предложенного программного обеспечения в условиях мультисервисной сети ООО «Комнет».

5.1 Структура программного комплекса моделирования и анализа мультисервисной сети обслуживания населения

Предложенное в рамках диссертационного исследования программное обеспечение представляет собой комплекс взаимосвязанных программных модулей, обеспечивающих реализацию математической модели анализа мультисервисной сети информационного обслуживания населения, а также выбор оптимальных вариантов структуры сети и значений параметров.

Построение программного комплекса анализа информационной сети обслуживания населения, в первую очередь, требует разработки его структуры на основе анализа выполняемых в процессе проектирования функций и особенностей объекта проектирования.

Формирование модели мультисервисной сети -можно условно разделить на четыре этапа. На первом этапе происходит структурная декомпозиция мультисервисной сети обслуживания населения на составляющие элементы. Каждый элемент сети заменяется соответствующей моделью. Для каждого из узлов, составляющих модель элемента, определяется распределение времени обслуживания условного запроса. Для сети передачи данных условным запросом будет являться пакет данных. В дальнейшем распределение времени обслуживания условного запроса используется в эквивалентных преобразованиях для точного процесса описания обработки запроса приложения.

На втором этапе определяется количество и типы приложений, функционирующих в сети. Каждому приложению ставится в соответствие отдельный класс или набор классов заявок в соответствии с моделью приложения. На этом этапе определяются такие характеристики моделей приложений, как интенсивности запросов, зависимости между количеством обрабатываемых запросов и выделяемым объемом ОЗУ на ПК, размеры и положение областей дисковой памяти, соответствия между обработкой одного запроса в элементе МСОН и количеством обработанных условных заявок в модели этого элемента

На третьем этапе, на основании данных, полученных на предыдущих этапах, происходит компиляция моделей приложений и моделей элементов мультисервисной сети в единую структуру, моделирующую мультисервисную сеть обслуживания населения. Компиляция проводится, во-первых, с целью корректировки маршрутной таблицы в тех случаях, когда заявка проходит через элемент системы, в котором она переходит из одного подкласса в другой. Во-вторых, для согласования распределения времени обслуживания заявки, соответствующей запросу приложения, внутри элемента МСОН и времени обслуживания условного запроса в узлах модели элемента. Согласование заключается в вычислении значений вероятностей перехода на повторное обслуживание внутри модели элементов. В-третьих, на этом этапе в развернутом виде формируются функции зависимостей вероятностей перехода от состояния сети.

На заключительном этапе формирования модели сети для каждого класса заявок формируется матрица вероятностей переходов, на основании которой производится вычисление характеристик функционирования модели.

Назначение программного комплекса моделирования заключается в анализе характеристик модели мультисервисной сети информационного обслуживания населения. Параметры и структуру модели пользователь задает с использованием средств интерфейса пользователя. Особенностью разработанной модели является задание пользователем в символьном виде параметров мультисервисной сети. Поскольку вычисление характеристик модели МСОН представляет собой довольно сложную и специфическую задачу, функции расчета характеристик сформированной модели вынесены в отдельный модуль программного комплекса. Задачей модуля является фиксация параметров модели на основе конфигурационного файла, расчет параметров модели и вывод в файл результатов расчета.

Специфика анализа характеристик модели заключается в том, что в общем виде записать формулы для их расчета практически невозможно, поскольку для каждого варианта модели формируются по известным правилам уникальные формулы расчетов. Задача осложняется многократным вычислением значений функций, заданных пользователем в символьном виде. Это приводит к необходимости использовать интерпретатор символьных выражении в модуле расчета, который представляет пользовательские функции в виде, удобном для быстрого расчета значений. Таким образом, использование в модуле расчетов универсального программного кода, позволяющего вычислять значение характеристик любых моделей, приводит к значительному усложнению программы и значительному снижению скорости расчетов.

На Рисунке 5.1 приведена общая структура программного комплекса моделирования и анализа мультисервисных сетей информационного обслуживания населения.

В программном комплексе моделирования МСОН используется комбинированный метод расчета характеристик. Он заключается в генерации специальной подпрограммой на основе данных пользователя исходного программного кода для расчета характеристик конкретного варианта модели. Программный код модуля расчетов характеристик поступает на обработку компилятора соответствующего языка и при отсутствии ошибок запускается на выполнение.

Рис 5.1. Структура программного комплекса моделирования и анализа Достоинствами предлагаемого метода является высокая скорость расчета, поскольку исполняемый код не содержит интерпретаторов пользовательских функций и избыточных вычислений, имеющих место в универсальных программах вычисления; простота реализации и проверки, прскольку для описания модели используются готовые компилятор языка программирования, содержащий эффективные средства отладки. Недостатком подхода является необходимость включения в программный пакет компилятора языка программирования. Данный программный комплекс в режиме оптимизации параметров мультисервисной сети взаимодействует с программно-аппаратным комплексом «Континент», в рамках обобщенной структуры, представленной ниже. 5.2 Пользовательский интерфейс

Структуру программного комплекса моделирования и анализа мультисервисной сети обслуживания населения условно можно разделить на две части: интерфейс пользователя и операционную часть. Пользовательский интерфейс обеспечивает удобный ввод данных модели и наглядное представление результатов расчета. Исходя из параметров, задаваемых при моделировании мультисервисной сети обслуживания населения, интерфейс содержит в себе следующие компоненты: редактор элементов сети; библиотеку элементов сети; визуальный редактор модели; визуальный редактор приложений. В разработанном программном продукте интерфейс пользователя содержит три основных окна: окно редактора модели, окно редактора приложений и окно редактора модели элемента.

Система SOLARWINDS Orion Network Performance Monitor -чрезвычайно гибкая, многофункциональная система оптимизации и сбора информации по протоколу SNMP, которая обеспечивает мониторинг узлов и множества параметров, собираемых в рамках протокола SNMP, в том числе ошибки на интерфейсах, базовые сведения об узле и установленной на нем операционной системе и многое другое. Система предоставляет доступ через WEB-интерфейс, использует собственную систему авторизации, метаданные и данные хранятся БД MS SQL Server. Кроме того, система также позволяет строить и интерактивно отображать карту информационной сети (граф сети, точнее какую-то его ключевую часть). Система также обладает развитой системой сбора статистической информации по многим показателям и генерации отчетов за произвольные контрольные периоды. Кроме того, система имеет гибкую систему оповещения, причем не только оповещение о недоступности узлов или какого-то его интерфейса, но и также при выходе какого-либо контролируемого параметра за пределы заданного пользователем диапазона, например, оповещение превышение загрузки процессора заданного порога, превышение на интерфейсе заданного порога скорости передачи данных и т.п.

Пользовательский интерфейс обеспечивает удобный ввод данных модели и наглядное представление результатов расчета, па основе параметров, задаваемых при моделировании мультисервисной сети информационного обслуживания населения.

На Рисунке 5.2. представлена структура пользовательского интерфейса.

Рисунок 5.2. Структура интерфейса пользователя

Редактор элементов. Редактор элементов сети позволяет создавать модели новых элементов. Поскольку каждый элемент описывается как множество образующее узлы, которые соединены в мультисервисную сеть информационного обслуживания населения, редактор элементов позволяет задавать связи между узлами, имеет средства редактирования графического представления структуры элемента. В редакторе элементов задаются основные параметры элемента и правила их формирования при выборке из общей базы данных. Поскольку модель элемента распределенной системы информационного обслуживания населения мультисервисной сети впоследствии включается в общую модель сети, в редакторе модели элементов задаются специальные точки взаимосвязей, принимающие заявки в узел и выпускающие заявки из узла.

Чтобы учесть особенности обработки моделью элемента в различных

Заключение

Проведенные в рамках диссертации теоретические исследования позволили получить следующие результаты, имеющие прикладное и научное значение:

1. Осуществлен системный анализ процесса функционирования мультисервисных сетей, а также существующих технологий передачи данных в системе информационного обслуживания населения.

2. Осуществлена структурная декомпозиция ооъскга исследования, и разработано формализованное описание элементов сети на основе аппарата стохастических ссгсй.

3. Разработана математическая модель мультисервиспой сети, ориентированная на анализ основных параметров качества информационного обслуживания.

4. Разработаны алгоритмы расчета характеристик сети, учитывающие зависимости вероятностей перехода фаз обслуживания заявок от состояния мультисервисной сети.

5. Разработан алгоритм формирования математической модели, применительно к специфическим особенностям конкретных мультисервисных сетей, а также осуществлено построение процедур анализа их характеристик.

6. Разработаны средства оптимизации основных параметров мультисервисных сетей информационного обслуживания населения, таких как экономические затраты, производительность сети, маршрутизация в ядре сети и т.д. на основе интеграции программного комплекса моделирования и анализа мультисервисных сетей обслуживания населения и программно-аппаратного комплекса "Континент".

7. Осуществлена практическая апробация разработанных моделей анализа и оптимизации параметров функционирования в конкретных условиях мультисервисной сети информационного обслуживания населения на основе их программной реализации.

1. Артамонов Г.Т. Топология регулярных вычислительных сетей и средств. М.: Радио и связь, 1985.- 192 с.

2. Авен О. И. Оценка качества и оптимизации вычислительных систем. -М.: Наука, 1982. 464 с.

3. Ахо А. Построение и анализ вычислительных алгоритмов. Пер с. англ.; Под ред. ГО.В. Матиясевича.М.: Мир, 1979. -536 с.

4. Башарин Г.П., Гайдамака Ю.В., Самуилов К.Е., Яркина Н.В. Модели для анализа качества обслуживания в сетях связи следующего поколения (Уч. пособие). М.: Изд-во РУДН, 2009. 11 1 е.: ил.

5. Башарин Г.П. Лекции по математической теории телетрафика. М.: Изд. РУДН, 2007.-268 е.: ил.

6. Башарин Г.П. Массовое обслуживание в телефонии / Г.П. Башарин, А.Д. Харкевич, М.А. Шнепс М.: Наука, 1968. 464 с.

7. Башарин Г.П. , Бордукова В.Т. Некоторые точные и эвристические результаты для многолинейных СМО с ограниченным накопителем // Теория телетрафика и информационные сети. М., Наука, 1977. С. 6-15.

8. Башилов Г. Р2Р или путь в никуда // Компьютерра. 2000. № 40. С. 12.

9. Безопасность глобальных сетевых технологий/ В.М. Зима, A.A. Молдовян, H.A. Молдовян М.: BHV, 2001. 572 с.

10. Ю.Блэк У. Интернет: протоколы безопасности. СПб.: Питер-Пресс, 1998. 482 с.

11. П.Богуславский Л.Б. Управление потоками данных в сетях ЭВМ. М.: Энергоатомиздат, 1984. -168 с.

12. Боровиков А.А Вероятностные процессы в теориии массового обслуживания. М.: Наука, 1972. -288 с.

13. З.Браун С. Виртуальные частные сети: М.: Лори, 2001. 376 с.

14. Н.Брентон К. Разработка и диагностика многопротокольных сетей: М.: Лори, 1999. 680 с.

15. Бурковский В.Л., Подвальный Е.С., Дорофеев В.И. Методы моделирования и идентификации вычислительных систем. Воронеж ВГТУ 1998,- 149с.

16. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производственных процессов па цифровых вычислительных машинах. М.: Наука, 1978. 210 с.

17. Бутрименко А.В. Разработка и эксплуатация сетей ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1981. 256 с.

18. Васильев В.И. , Гориков Л.Ф., Сидоренко В.А. Методы и средства организации каналов передачи данных. М.: Радио и связь, 1982. -150 с.

19. Вентцель А.Д. Курс теории случайных процессов. М.: Наука, 1975. -452 с.

20. Вычислительные сети и сетевые протоколы / Д. Девис, Д. Барбер, У. Прайс, С Соломонидес. М.:Мир, 1982. 563 с.

21. Вычислительные сети: адаптивность, помехоустойчивость, надежность / С.И. Самойленко, А.А. Давыдов, В.В. Золотарев, Е.И. Третьякова. М.: Наука, 1981.-277 с.

22. Галкин Г. Тенденци: Р2Р наносит ответный удар // Сетевой журнал Data Communications. 2000. № 10. С. 8

23. Герасименко В.А., Малюк А.А. Основы защиты информации: Учебник для вузов. М.: Изд-во ООО «Инкомбанк», 1997.

24. Гнеденко Б.В. Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. М.: Наука, 1969. 180 с.

25. Головин О. В., Чистяков Н. И., Шварц И В. И др. Радиосвязь. М.: Горячая Линия - Телеком, 2001. - 288с.

26. Гольденберг JI.M. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник.-М.: Радио и связь, 1985. 312с

27. Гольдштейн Б. С., Фрейнкман В. А. Call-центры и компьютерная телефония. М.: BHV, 2002. - 372 с.

28. Гольдштейн Б. Системы коммутации. Учебник для вузов. М.: Издательство: BHV, 2003. - 318 с.

29. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи. Том 1. М.: Радио и связь, 1998.-423с.

30. Гольдштейн Б.С. Протоколы сети доступа. Том 2. М.: Радио и связь, 1999.-317с.31 .Голяницкий И.А. Математические модели и методы в радиосвязи. М.: Эко-Трендз, 2005. - 440 с.

31. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. -М.: Радио и связь, 1986.-512с.

32. Гришин A.M. Анализ мультисервисной сети и экономический эффект от ее расширения. / A.M. Гришин // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Всероссийская конф. Воронеж: ВГТУ, 2007, С. 18.

33. Гришин A.M. Моделирование и анализ мультисервисной сети обслуживания населения. / A.M. Гришин // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Всероссийская конф. Воронеж: ВГТУ, 2009, С. 18-19.

34. Гришин A.M. Анализ производительности канала мультисервисной сети. / A.M. Гришин //Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всероссийской конф. Воронеж: ВГТУ, 2009, С. 62-63.

35. Гришин A.M. Анализ экономической эффективности мультисервисной сети в условиях предоставления услуг населению. / A.M. Гришин // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Всероссийская конф. Воронеж: ВГТУ, 2009, С. 170-171.

36. Гришин A.M. Расчет надежности средств автоматизации мультисервисной сети. / A.M. Гришин //Новые технологии в научныхисследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всероссийской конф. Воронеж: ВГТУ, 2009, С. 65-67.

37. Гришин A.M. Оценка надежности средств автоматизации мультисервисной сети. / A.M. Гришин //Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всероссийской конф. Воронеж: ВГТУ, 2009, С. 68-69.

38. Гришин A.M. Модели типовых элементов информационной системы специального назначения. / A.M. Гришин, B.JI. Бурковский //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2007. т.З №5 С.50-55.

39. Гришин A.M. Анализ мультисервисной сети специального назначения на основе стохастической модели обработки данных. / A.M. Гришин, B.JI. Бурковский //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. т.4 №10 С. 148-150.

40. Гришин A.M. Моделирование мультисервисной сети специального назначения на базе стохастических сетей. / A.M. Гришин, B.JI. Бурковский //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. т.4 №10 С. 199-201.

41. Гришин A.M. Оценка надежности средств автоматизации мультисервисной сети обслуживания населения при работе пользователя. / A.M. Гришин, B.J1. Бурковский //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. т.5 №4 С. 52-54.

42. Гребешков А. Стандарты и технологии управления сетями связи. М.: Эко-Трендз, 2005. - 288 с.

43. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи.-М.:Эко-Трендз,1998. 239с

44. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. СПб.: Питер-Пресс, 2001.-740 с.

45. Гургенидзе А.Т., Кореш В.И. Мультисервисные сети и услуги широкополосного доступа: Монография. М.: Наука и техника, 2003. - 400с.

46. Деарт В.Ю. Мультисервисные сети связи. М.: Инсвязьиздат, 2007.

47. Джейсоул Н. Очереди с приоритетами. М.:Мир, 1973. 460 с.

48. Дубова H. Н., Кутукова Е.М. Unicenter TNG управление распределенной корпорацией // Открытые системы. 1998. № 2 - с. 54-59.

49. Жожикашвилли В.А., Вишневский В.М. Сети массового обслуживания. Теория и применение к сетям ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988.-192 с.54.3айченко Ю.П., Гонта Ю.В. Структурная оптимизация сетей ЭВМ. Киев: Техника, 1986. 168 с.

50. Иглхарт Д.Л., Шедлер Д.С. Регенеративное моделирование сетей массового обслуживания. -М.: Радио и связь, 1984. 135 с.

51. Казанский Д.И. Системы ERP: основные задачи и область применения // Сети и системы связи. 1998. № 2. С. 30-35.

52. Катышев C.B. Об одной концепции управления распределенными ресурсами // Открытые системы. 1999. № 6. - с. 36-41.

53. Кёнинг Д., Штоян Д. Методы теории массового обслуживания: Пер с нем. / Под ред. Г.П. Климова. М.: Радио и связь, 1981. -128 с.

54. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979.600 с.

55. Клейнрок Л. Коммуникационные сети: Стохастические потоки и задержки сообщений. М.: Наука, 1970.- 255 с.

56. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.-432 с.

57. Климов Т.П. Стохастические системы обслуживания. -М.: Наука, 1966. 172 с.

58. Коваленко И.Н. Некоторые аналитические методы в теории массового обслуживания. М.: Энергия, 1964 236 с.

59. Кокс Д.Р., Смит У.Л. Теория очередей. Мир 1966.

60. Колосков М. Как поставить диагноз своей сети. Самоучитель по Теории очередей для сетевых администраторов // Сети и Системы Связи. -2000. № 8. С. 45-53.

61. Коновалов Б.А, Шамаев A.C., Катышев C.B. Построение систем высокой готовности // BYTE-Россия. 1999. № 2 (6). - С. 28-36

62. Кофман А., Крюон Р. Массовое обслуживание: теория и приложения. М.: Мир, 1965.-470 с.

63. Кочегаров. В.А., Фролов Г.А. Проектирование систем распределения информации. Марковские и немарковские модели. М.: Радио и связь, 1991.216 с.

64. Кульгин М. И. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия . СПб.: Питер-Пресс, 2000.- 704 с.

65. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. СПб.: Питер-Пресс, 2000. 668 с.

66. Кутукова Е.М. Системы управления распределенными информационными ресурсами // Открытые системы. 1998. № 3. - С. 36-41.

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

68. Массовое обслуживание в системах передачи информации. Москва. Наука. 1969.

69. М.С. Колосков. Время доставки пакета и пропускная способность локальной вычислительной сети. Автоматика и вычислительная техника. 1990 г. Академия наук Латвийской ССР.

70. Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. М.: Радио и связь, 1986. 408 с.

71. Моделирование систем сбора и обработки данных/В.П. Евдокимов, В.И.Мановицкий, Ю.А. Семенишин и др.-М.:Наука, 1983.- 128с.

72. Моченов А.Д., Гордиенко В.Н., Крухмалев В.В. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. М.: Горячая линия - Телеком, 2004.-510 с.

73. Назаров А., Разживин И., Симонов М. ATM: Технические решения создания сетей. М.: Горячая Линия - Телеком, 2001. - 376 с.

74. Назаров А.Н., Симонов М.В. ATM технология высокоскоростных сетей. М.: Эко-Трендз, 1999. - 252с.

75. Невдяев Л.М., Смирнов A.A. Персональная спутниковая связь. М.: Эко-Трендз, 1998. - 215с.

76. Нейлор Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями экономичечких систем. Москва. Мир. 1975

77. Нейман В.И. Теоретические основы единой автоматизированной сети связи. М.: Наука, 1984. 221 с.

78. Толмачев A. JI. Некоторые характеристики замкнутых экспоненциальных сетей. // Теория телетрафика и информационные сети. М., Наука, 1977. С. 3-6.

79. В.В. Калашников, Б.В.Немчинов, В.М.Симонов. Нить Ариадны в лабиринте моделирования. М.: Наука, 1993. -192 с.85.0лифер В. , Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер-Пресс, 2001. 320 с.

80. Олифер В. , Олифер Н. Сетевые операционные системы: СПб.: Питер-Пресс, 2001. 810 с.

81. Основы теории вычислительных систем/С.А. Майоров, Г.И. Новиков, Т.Н. Алиев, Э.И. Махарев, Б.Д. Тимченко. -М.:Высшая школа, 1978. 408 с.

82. Башарин Г.П., Громов А.И., Наумов В.А. Оценка производительности ЦВМ со страничной организацией двухуровневой памяти. // Теория телетрафика и информационные сети. М., "Наука", 1977. С. 25-29.

83. Розенберг В.Я., Прохоров А.И. Что такое теория массового обслуживания. М.: Сов. радио, 1965. - 180 с.

84. Саати Т.Л. Элементы теории массового обслуживания с применениями. М.: Сов. радио, 1965. - 262 с.

85. Сетевые средства Windows NT Server 4.0: Пер с англ. -СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1998.- 880 с.

86. Сети предприятий на основе Windows NT для профессионалов/ М. Стерн, Г. Монти, В. Бэчманн. СПб.: Питер-Пресс, 1999. 796 с.

87. Скотт X. Анализ и диагностика компьютерных сетей. Просто и доступно: М.: Лори, 2001. 594 с.

88. Суздалев A.B. Сети передачи информации АСУ. М.: Радио и связь, 1983 153 с.

89. Такач JI. Комбинаторные методы в теории случайных процессов. М.: Мир, 1968.-276 с.

90. Фейт С. TCP/IP:-М.: Лори, 2000. 322 с.

91. Форд JI., Фалкерсон Д. Потоки в сетях: -М.: Мир., 1966. 276 с.

92. Хинчин А.Я. Работы по математической теории массового обслуживания.-М.: Физматгиз, 1963. 390 с.

93. Хочмут Ф. 10 Gigabit Ethernet набирает силу // Computerworld-Россия. 2001. №7. С. 1.

94. Ченцов В.М. Системы распределения информации. М.: Связь,1980.-142 с.

95. Шварц М. Сети ЭВМ: Анализ и проектирование: М.: Радио и связь, 1981.- 336 с.

96. Шварц М. Сети связи: протоколы моделирование и анализ: В 2 ч. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. Ч. I 336 с.

97. Шварц М. Сети связи: протоколы моделирование и анализ: В 2 ч. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. Ч. II 272 с.

98. Шнепс М.А. Численные методы теории телетрафика. М.: Связь, 1974.-288 с.

99. Штоян Д. Качественные свойства и оценки стохастических моделей. М.: Мир, 1971.- 162 с.

100. Шварц М. Сети ЭВМ. Анализ и проектирование. М.: Радио и связь,1981.-336 с.

101. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ./Пер. с англ. в 2-х частях.Ч.1.,Ч.2. -М.:Наука, 1992.Ч.1.-336с.; 4.2. -272с.

102. Якубайтис Э.А. Информационно-вычислительные сети. М.: Финансы и статистика, 1984. 232 с.

103. Baskett F., Chandy К. М., Muntz R. R., Palacioc F. G. Open, closed and mixed networks of queues with different. J. Assoc. Comput. Mach., 1975,22, № 2

104. Buzen J. P. Computation algorithms of closed quequeing networks with exponential servers. Communications of the ACM, 1973, 16, № 9

105. Gordon W. J., Newell G. F. Closed queueing systems width exponential servers. Oper. Res. 1967, 15, № 2

106. Simpson A. Inversion of a class of matrices occuriny in control-system theory by an m-step procedure allied to Gaussian elimination. Electron. Lett., 1970, 6, № 16

107. Tocher K.D. The art of simulation. Prince ton. N.J. 1963

108. Williams J.W.J. The Elliott simulator packege (ESP). Comput. J. 6 (1964) -328-331.

109. Whitaker B. A. Analysys and optimum design of a multiserver, multiqueue system with finite waiting space in each queue. BSTY, 1975, 54, № 3

110. White H. Christie Lee S. Queuing with preemitive priorities or breakdown, JORSA, 6 (1958), №1,79