Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современных достижений в области проектирования мультисервисных сетей связи 9
1.1 Исследование процесса построения мультисервисных сетей 10
1.2 Обзор современного оборудования 30
1.3 Анализ существующих САПР СПД 42
1.4 Цели и задачи исследования 55
2. Разработка математической модели территориальной мультисервисной сети 57
2.1. Разработка комплексной математической модели мультисервисной сети на основе системного подхода 58
2.2. Использование многовариантной интеграции в процессе проектирования мультисервисных сетей связи 67
2.3. Модель поиска оптимального решения на различных этапах построения мультисервисной СПД 80
2.4. Выводы второй главы 91
3. Разработка комплекса методов оптимизации проектных решений 93
3.1 Оптимизация пропускной способности и экономических параметров СПД..94
3.2 Оптимизация математических моделей алгоритмов маршрутизации 108
3.3 Решение задачи прогнозирования трафика мультисервисных СПД 120
3.4. Выводы третьей главы 130
4. Практическая реализация и результаты исследования 132
4.1. Архитектура САПР NMS-Extra 133
4.2 Анализ и синтез процесса развития территориальной ведомственной мультисервисной сети связи ЦЧБ СБ РФ 142
4.3 Анализ и синтез процесса развития корпоративной сети передачи данных ГУ ОПФР по Воронежской области 150
4.4. Выводы четвертой главы ; 155
Заключение 157
Список литературы
- Обзор современного оборудования
- Использование многовариантной интеграции в процессе проектирования мультисервисных сетей связи
- Оптимизация математических моделей алгоритмов маршрутизации
- Анализ и синтез процесса развития территориальной ведомственной мультисервисной сети связи ЦЧБ СБ РФ
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших проблем современного общества является создание высокоэффективной телекоммуникационной среды. Без решения вопроса доступа к распределенным информационным ресурсам чрезмерно затруднительно построение единого информационного пространства и внедрение в сферы науки, бизнеса, медицины, производства и т.д. новейших информационных технологий. Кроме того, информационное обеспечение является важнейшим фактором развития экономики и оказывает влияние на обороноспособность страны.
В обозначенной проблеме одно из ключевых мест занимают вопросы оптимизации технико-экономических вариантов построения сетей связи. Особенно это важно в том случае, когда в проектируемую сеть передачи данных необходимо заложить возможность безболезненно интегрироваться в уже существующую информационную структуру. Сети связи последнего поколения характеризуются интеграцией услуг для конечного пользователя, достаточно высокими требованиями к пропускной способности и качеству каналов связи, приоритетным обслуживанием real-time трафика, 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 высокоинтеллектуальных современных инструментальных программных средств проектирования мультисервисных сетей передачи данных позволяет ускорить процесс проектирования, а также сэкономить средства, которые впоследствии могут быть использованы на улучшение характеристик работы сети, ее модернизацию или же внедрения дополнительных сервисов, предоставляемых сетью.
Известные пакеты прикладных программ, используемые при проектировании мультисервисных сетей связи в своей работе направлены, как правило, на моделирование структуры самой сети, не учитывая при этом в должном объеме важных фактор совместимости с уже имеющимся оборудованием и структурой сети, оптимизацию экономических параметров проектируемой сети, вопросы прогнозирования трафика. Таким образом разработка комплекса методов и инструментальных средств, охватывающих моделирование и оптимизацию проектных решений при проектировании ИТС, является актуальной задачей.
Целю диссертационной работы является исследование проблем построения мультисервисных сетей связи, разработка математических моделей, предназначенных для анализа, синтеза и оптимизации параметров сетей передачи данных.
Достижение поставленной цели предполагает постановку и решение следующих задач:
исследование процесса построения мультисервисных сетей связи, выявление основных этапов проектирования, анализ существующих технологий сетей передачи данных;
установка сущности и проблемы проектирования мультисервисных сетей связи с использованием телекоммуникационного оборудования различных производителей;
анализ существующих САПР сетей передачи данных, их достоинств и недостатков при выполнении отдельных этапов проектирования;
осуществление разработки математической модели территориальной мультисервисной сети, отвечающую требованиям расчета основных параметров сети;
разработка модели поиска оптимального решения на различных этапах построения мультисервисной сети передачи данных
разработка комплекса методов и средств оптимизации различных параметров проектных решений, таких как экономические затраты, производительность сети, маршрутизация в ядре сети и других параметров.
Теоретическая и методологическая основы исследования. При выполнении работы использованы элементы общей теории систем, теории массового обслуживания, теории автоматов, теории графов, методы многокритериальной оптимизации, элементы нечеткой математики и лингвистический подход.
Научная новизна. В результате проведенного исследования получены и выносятся на защиту следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
Математическая модель мультисервисной СПД, построенная на основе теории шкалированных автоматов, отличающаяся адаптированностью к современным используемым технологиям.
Методика проектирования мультисервисных сетей на основе многовариантной интеграции, охватывающая весь процесс проектирования сетей и позволяющая использовать на различных этапах наиболее удобные и эффективные методы обработки данных и оптимизации структуры сети.
Модель поиска оптимального решения на различных этапах проектирования мультисервисной СПД, обеспечивающая декомпозиционный подход, основанный на принципах многовариантной интеграции.
Комплекс методов оценки и прогнозирования изменения трафика во времени на основе математической модели распространения эпидемии и регрессионных моделей, отличающийся возможностями построения комплексных прогнозов для мультисервисных сетей передачи данных.
5. Процедура . оптимизации расчетных экономических параметров при
проектировании мультисервисных СПД на основе использования модели замк
нутой экспоненциальной модели сети МО, отличающаяся возможностью опе
рирования нечеткими величинами.
Практическая ценность диссертационной работы. Результаты и рекомендации, полученные в ходе исследований, могут быть использованы в деятель-
ности структур и организаций, занимающихся проектированием и строительством территориально распределенных мультисервисных сетей передачи данных.
Практическое значение имеют следующие разработки:
Методическое обеспечение САПР мультисервисных СПД на основе многовариантной интеграции, позволяющая принимать решения при проектировании и построении сетей передачи данных различного масштаба и назначения, включающее в себя комплекс методов и средств экспертной оценки проектов.
Система автоматизации проектирования NMS-Extra, позволяющая применить на практике разработанное методическое обеспечение проектирования мультисервисных СПД и предназначенная для использования различными группами пользователей.
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, а также даст возможность сократить материальные и человеческие затраты на реализацию принятых решений.
Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на Международной научной конференции «Анализ и синтез как методы научного познания» (Таганрог, 2004), научно-практических конференциях Воронежского государственного технического университета (2002-2005).
Разработанные в диссертации методические положения анализа и синтеза проектирования мультисервисных сетей передачи данных нашли практическое применение ГУ ОПФР по Воронежской области и Центрально-Черноземном банке Сбербанка России.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Список работ включен в список литературы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 58 наименований. Основная часть работы изложена на 147 страницах, содержит 18 рисунков и 4 таблицы.
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, необходимые для ее достижения, определяются основные направления работы, показана научная новизна и практическая значимость работы, даны сведения об апробации результатов диссертационного исследования.
В первой главе «Анализ современных достижений в области проектирования мультисервисных сетей связи» проводится анализ существующих методов и средств проектирования мультисервисных территориальных сетей передачи данных а так же современного телекоммуникационного оборудования. Рассмотрены основные этапы проектирования ИТС и существующие САПР СПД. Выявлена необходимость в разработке САПР СПД, поддерживающего большинство этапов проектирования современных ИТС.
Вторая глава именуется «Разработка математической модели территориальной мультисервисной сети». В ней рассматриваются задачи разработки моделей и алгоритмов расчета и моделирования проектных решений построения телекоммуникационных сетей на основе методов многовариантной интеграции.
В третьей главе «Разработка комплекса методов оптимизации проектных решений» рассматриваются методы оптимизации структуры сети, методы выбора сетевых технологий и используемого оконечного оборудования. Приводятся критерии оптимизации СПД. Производится анализ современных алгоритмов маршрутизации. Рассматриваются вопросы прогнозирования сетевой нагрузки на основе использования различных математических моделей.
В четвертой главе рассматривается процесс разработки автоматизированного средства проектирования территориально-распределенных мультисервисных сетей передачи данных NMS-Extra, а также примеры его использования
для проектирования реальных мультисервисных сетей передачи данных. Разработанная система предназначена для поддержки всех этапов проектирования мультисервисных сетей передачи данных, включая анализ информационных потребностей, проектирование структуры сети, анализ проектных характеристик, принятие решений, анализ узких мест и реконфигурация существующих сетей, выбор сетевого оборудования и прогнозирование развития сети с учетом различных тенденций.
В заключении представлены основные результаты, полученные в ходе выполнения работы.
Обзор современного оборудования
Сети передачи данных представляют собой функциональную структуру, включающую в себя широкий ассортимент сетевого передающего оборудования. Одно сетевое оборудование усиливает передаваемый сигнал, позволяя ему достигнуть отдаленный помещений или зданий. Другое оборудование маршрутизирует или мультиплексирует, т.е. направляет сигнал из одной сети в другую или объединяет потоки данных от несколько передающих устройств в один поток данных.
Независимо от типа коммутации, используемого в территориальной сети, а также от того, относится ли территориальная сеть к магистральным средствам или к средствам удаленного доступа, все абоненты сети присоединяются к ней с помощью оборудования доступа (Access Devices), которое позволяет согласовать протоколы и интерфейсы локальных сетей с протоколами и интерфейсами территориальной сети. Обычно в глобальной сети строго описан и стандартизован интерфейс взаимодействия пользователей с сетью - User Network Interface, UNI (рис. 4). Это необходимо для того, чтобы пользователи могли без проблем подключаться к сети с помощью коммуникационного оборудования любого производителя, который соблюдает стандарт UNI.
Передающее оборудование глобальных сетей предназначены для работы в обычных телефонных сетях, а также на выделенных линиях, таких как Т-линии или ISDN-линии. Они могут иметь аналоговые компоненты (например модемы тональной частоты) или же быть полностью цифровыми. Чаще всего это оборудование либо преобразует сигнал для передачи на большие расстояния, либо создает множество каналов внутри одной коммуникационной среды, обеспечивая тем самым более высокую пропускную способность. - Доступ к глобальной сети
Основные виды передающего оборудования глобальных сетей: устройства доступа; удаленные мосты; маршрутизаторы; мультиплексоры; адаптеры ISDN; кабельные модемы; модемы для оптоволоконных линий; модемы и маршрутизаторы DSL;
Устройства доступа - это устройства, которые поддерживают на входе сетевой интерфейс, а на выходе - требуемый интерфейс UNI.
Интерфейс между локальной и глобальной сетями может быть реализован устройствами разных типов. В первую очередь эти устройства делятся на устройства: аппаратуру передачи данных (Data Circuiterminating Equipment, DCE), оконечное оборудование данных (Data Terminal Equipment, DTE). Устройства DCE представляют собой аппаратуру передачи данных по территориальным каналам, работающую на физическом уровне. Устройства этого типа имеют выходные интерфейсы физического уровня, согласованные с территориальным каналом передачи данных. Различают аппаратуру передачи данных по аналоговым и цифровым каналам. Для передачи данных по аналоговым каналам применяются модемы различных стандартов, а по цифровым -устройства DSU/CSU.
DTE - это очень широкий класс устройств, которые непосредственно готовят данные для передачи по глобальной сети. DTE представляют собой устройства, работающие на границе между локальными и глобальными сетями и выполняющие протоколы уровней более высоких, чем физический. DTE могут поддерживать только канальные протоколы - такими устройствами являются удаленные мосты, либо протоколы канального и сетевого уровней - тогда они являются маршрутизаторами, а могут поддерживать протоколы всех уровней, включая прикладной - в таком случае их называют шлюзами.
Устройства доступа к сетям frame relay - FRAD (Frame Relay Access Devices). Эти устройства представляют собой специализированные маршрутизаторы. Их специализация заключается в том, что среди глобальных интерфейсов они поддерживают только интерфейсы к сетям frame relay, а также в усе-ченности функций маршрутизации - чаще всего такие устройства поддерживают только протоколы IP и IPX. Появление таких специализированных устройств связано с большой популярностью сетей frame relay.
Устройства доступа к сетям Х.25 - PAD (Packet Assembler - Disassembler). Сети Х.25 изначально разрабатывались для связи неинтеллектуальных алфавитно-цифровых терминалов с удаленными компьютерами, поэтому в ар хитектуру этих сетей были включены специальные устройства - PAD bi, собирающие данные от нескольких медленных асинхронных терминалов в общие пакеты и отсылающие пакеты в сеть.
Маршрутизаторы с интерфейсами глобальных сетей. При передаче данных через глобальную сеть маршрутизаторы работают точно так же, как и при соединении локальных сетей - если они принимают решение о передаче пакета через глобальную сеть, то упаковывают пакеты принятого в локальных сетях сетевого протокола (например, IP) в кадры канального уровня глобальной сети (например, frame relay или РРР) и отправляют их в соответствии с интерфейсом UM ближайшему коммутатору глобальной сети через устройство DTE. Каждый пользовательский интерфейс с глобальной сетью имеет свой собственный адрес в формате, принятом для технологии этой сети. В соответствии с этим адресом коммутаторы глобальной сети передают свои кадры друг другу, пока кадр не дойдет до абонента-получателя. При получении кадра маршрутизатор абонента извлекает из него сетевой пакет и передает его по локальной сети уже в соответствии с ее канальным протоколом.
Иногда маршрутизаторы оснащаются встроенными устройствами DCE -чаще всего такими устройствами являются устройства DCU/CSU для цифровых каналов, так как они компактнее, чем аналоговые модемы.
Маршрутизаторы с выходами на глобальные сети характеризуются типом физического интерфейса (RS-232, RS-422, RS-530 (V.35), HSSI, SDH), к которому присоединяется устройство DCE, а также поддерживаемыми протоколами территориальных сетей - протоколами коммутации каналов для телефонных сетей или протоколами коммутации пакетов для компьютерных глобальных сетей.
Использование многовариантной интеграции в процессе проектирования мультисервисных сетей связи
Каждый этап проектирования мультисервисных сетей передачи данных представляет собой последовательность процедур, образующих индивидуальный маршрут проектирования. Этот маршрут имеет определенную структуру для различных вариантов построения сети и, соответственно, может обслуживаться замкнутым множеством технологий и средств САПР. Далее, каждый шаг маршрута проектирования обеспечивается соответствующим подмножеством конкурирующих методологий и алгоритмов, которые в свою очередь реализуются подмножеством способов организации программного обеспечения. При этом данный маршрут проектирования можно представить в виде ориентированного графа вариантов (см. рис. 8), где вершинам графа соответствуют определенные шаги маршрута проектирования, а дугам - проектные операции и соответствующее им обеспечение, используемое при синтезе сквозного маршрута проектирования и выбора соответствующих средств для реализации этого маршрута. При построении мультисервисных сетей можно выделить следующие относительно независимые подмножества вариантов, на которых осуществляется оптимальный выбор средств реализации проекта: 1. подмножество вариантов используемых каналов передачи данных; 2. подмножество вариантов оборудования модуляции/демодуляции сигнала (каналообразующее оборудование); 3. подмножество оборудования мультиплексирования данных; 4. подмножество функциональных возможностей мультиплексорного оборудования, реализуемых программным способом; 5. подмножество используемых оконечных устройств (адаптеры Ethernet, цифровые АТС, оборудование для видеоконференций, шлюзы IP-телефонии и т.д.) учного обоснования применяемых методик, аппаратных и программных средств и недостаточным использованием математических моделей в процессе принятия решений.
Одним из подходов к созданию сетей передачи данных с наименьшими материальными и временными затратами и наилучшими пользовательскими и техническими характеристиками является использование многовариантной интеграции. Под многовариантной интеграцией здесь понимается процесс синтеза структуры мультисервисной сети передачи данных, характеризующийся тем, что качество и эффективность созданной системы достигается за счет согласованного выбора вариантов на уровнях выбора используемого канала передачи данных, оборудования модуляции/демодуляции сигнала, мультиплексирования данных, программного обеспечения оборудования и используемых оконечных устройств.
Представим описание задачи выбора канала передачи данных в виде отношения, заданного на множестве -1 : aa{al:lGL}) (2.2.2) где ai = 1? А[ _ множества альтернативных вариантов аренды цифрового канала связи 1-того способа создания сети; L - множество индексов способов создания мультисервисной сети передачи данных.
Множество вариантов используемых конфигураций оборудования модуляции/демодуляции сигнала обычно ограничено техническими требованиями к скорости передачи данных, а также к наличию различных протоколов. Задачу выбора оборудования модуляции/демодуляции можно формализовать в виде отношения, заданного на множествах Bj: J3cxfaj:jej\, (2.2.3) где Bj = 1,5/ - множество альтернативных наборов оборудования j-ro этапа проектирования; J - множество индексов этапов проектирования в сквозном маршруте. Множество вариантов оборудования мультиплексирования данных зададим, как отношение /cxfoifeT }, (2.2.4) ГДЄ Ct = 1,СГ - множество комплектов оборудования для t-варианта организации; Т - множество индексов используемых вариантов.
Множество вариантов функционального наполнения мультиплексорного оборудования, реализуемого с помощью программного обеспечения, можно представить в виде отношения Sax{dp:peP}, (2-2.5) где dp = 1, Dp - множество вариантов используемого программного обеспечения для выбранного мультиплексорного оборудования.
Множество наборов оконечных устройств, использующих сеть для передачи информации, можно описать в виде отношения ecx -.geQ], (2.2.6) где eq —\EQ - множество комбинаций используемого оконечного оборудования.
Оптимизацией или оптимальным синтезом мультисервисной сети будем называть выбор такого варианта s на множестве отношений методик и средств для заданного разнообразия вариантов компонентов системы, для которого наилучшим образом обеспечивается выполнение заданных технико экономических требований Ft (і = 1,1).
Разнообразие множеств вариантов на каждом из этапов проектирования мультисервисной сети приводит к многовариантному заданию системы S. Технико-экономические показатели каждого варианта системы определяются численными значениями некоторого набора показателей Fj(i = l,I). Поиск оптимального варианта приводит к необходимости такого решения многоальтернативной задачи, которое обеспечит выбор варианта системы с наилучшими ха рактеристиками и показателями Ft (і = 1,1) при объединении элементов из множеств а, /?, у, 5, є. Многоальтернативная оптимизационная модель в этом случае представляет собой формализованную постановку задачи оптимального выбора в виде одной или нескольких целевых функций и ограничении, определенных на множестве альтернативных вариантов.
Охарактеризуем особенности исследуемого класса объектов, оказывающие влияние на формализованную постановку и методы решения задач синтеза и оптимизации структуры мультисервисной сети передачи данных.
Элементами выбора в процессе проектирования корпоративной ИС являются элементы вектора Wg, включающие в себя набор используемых технических решений для заданного способа создания сети. Элементы выбора wg = 1, Wg задают вариант сети Sl={wx,w2,...,wg,...,wG)&S 9 (2.2.7) и характеризуются вектором параметров fWg .
При переходе от одной реализации wg =l,WgK другой компоненты вектора fwg меняются дискретным образом. Оптимальный синтез маршрута проектирования и реализующих его средств путем установления зависимости технико-экономических показателей системы Ft(i = \,I) от параметров элементов Ft = {fwg) и определения значений fWg, обеспечивающих выполнение требований F (і = 1,1), в большинстве случаев приводит к параметрическим решениям, в соответствие которым не удается поставить определенный маршрут проектирования и реализующую его структуру wg el,Wg . Поэтому выбор S приходится проводить из множества вариантов (/ = 1, L), представляющих собой возможные комбинации конкурирующих технологий и вариантов интеграции wg є 1, Wg (g є l, G). Следовательно, одной из особенностей задач проектирования мультисервисных сетей является наличие комбинаторной неопределенности и неопределенности математического описания.
Оптимизация математических моделей алгоритмов маршрутизации
Проблемы маршрутизации присутствуют в сетях любого типа - как в сетях с коммутацией пакетов и сообщений (Х.25, Frame Relay), так и в цифровых сетях с коммутацией каналов (Digital Leased Lines), реализованных на основе стандартов PDH/SDH/SONET. Конечно, конкретная реализация алгоритма маршрутизации существенно зависит от специфических особенностей сети (например, даже в пределах класса сетей пакетной коммутации алгоритмы маршрутизации значительно отличаются при использовании метода дейтаграмм или метода виртуальных соединений), но в целом для различных сетей используется достаточно схожий математический аппарат — алгоритмы кратчайшего пути (Shortest Path) и потоковые алгоритмы (Multicommodity Flow). Специфика сети проявляется в составе учитываемых входных параметров и ограничений на выбираемый маршрут, а также в требованиях на его качество и обеспечении требуемой максимальной задержки трафика.
Под алгоритмом маршрутизации понимается правило, в соответствии с которым в каждом узле сети передачи данных осуществляется выбор линии связи для передачи блока данных (сообщения или пакета). Алгоритмы маршрутизации можно дифференцировать, основываясь на нескольких ключевых характеристиках. Во-первых, на работу результирующего протокола маршрутизации влияют конкретные задачи, которые решает разработчик алгоритма. Во-вторых, существуют различные типы алгоритмов маршрутизации, и каждый из них по-разному влияет на сеть и ресурсы маршрутизации. И наконец, алгоритмы маршрутизации используют разнообразные показатели, которые влияют на расчет оптимальных маршрутов.
Статические алгоритмы маршрутизации вообще вряд ли являются алгоритмами. Распределение статических таблиц маршрутизации устанавливается администратором сети до начала маршрутизации. Оно не меняется, если только администратор сети не изменит его. Алгоритмы, использующие статические маршруты, просты для разработки и хорошо работают в окружениях, где трафик сети относительно предсказуем, а схема сети относительно проста.
Динамические алгоритмы маршрутизации подстраиваются к изменяющимся обстоятельствам сети в масштабе реального времени. Они выполняют это путем анализа поступающих сообщений об обновлении маршрутизации. Если в сообщении указывается, что имело место изменение сети, программы маршрутизации пересчитывают маршруты и рассылают новые сообщения о корректировке маршрутизации. Такие сообщения пронизывают сеть, стимулируя роутеры заново прогонять свои алгоритмы и соответствующим образом изменять таблицы маршрутизации. Динамические алгоритмы маршрутизации могут дополнять статические маршруты там, где это уместно.
Под фиксированной (неразветвленной, одно-путевой) маршрутизацией понимается такая процедура выбора маршрутов, при которой для передачи данных от узла-источника узлу-адресату используется единственный маршрут. Если в процедуре выбора маршрутов разрешается использовать более одного пути, то она называется альтернативной разветвленной, многопутевой, многомаршрутной).
Очевидно, что в общем случае альтернативная маршрутизация является предпочтительней, чем фиксированная, так как она более полно использует ресурсы сети передачи данных, однако фиксированная маршрутизация намного проще для реализации и в ряде случаев (например, при низкой загрузке сети) при ее использовании качество функционирования сети может оказаться очень близким к варианту с реализацией альтернативной маршрутизации. Частным случаем альтернативной маршрутизации является маршрутизация с ограничением на число исходящих линий К, используемых для передачи данных из каждого узла узлу-адресату. Назовем такую маршрутизацию К-путевой. Данная маршрутизация достаточно проста для реализации (проще, чем полностью альтернативная) и в более полной мере, чем фиксированная использует ресурсы сети.
На стадии проектирования сети передачи данных и в процессе ее развития задача выбора алгоритма маршрутизации является одной из основных. Для этой цели могут быть использованы различные средства: измерения и статистический анализ параметров реальной сети (в том случае, если сеть передачи данных уже построена и находится в процессе развития); натурное моделирование; имитационное моделирование; математические оптимизационные модели.
Применение математического моделирования при анализе алгоритмов маршрутизации в сетях передачи данных представляет значительный интерес по следующим причинам: к настоящему времени разработан достаточно полный математический аппарат, позволяющий использовать его как в «чистом виде», так и осуществлять необходимую модификацию существующих моделей, учитывающую специфику конкретной сети; использование математических моделей не требуют значительных ресурсов (вычислительных, временных и т. п.), что позволяет при необходимости проводить многократный анализ в процессе разработки и эксплуатации сети; математические модели, в отличие от других вышеперечисленных средств, позволяют делать выводы о тенденциях развития сети передачи данных, что является чрезвычайно важным при построении крупномасштабных сетей передачи данных.
Анализ и синтез процесса развития территориальной ведомственной мультисервисной сети связи ЦЧБ СБ РФ
Результаты, изложенные в предыдущих главах работы, применялись в проекте развития территориальной ведомственной мультисервиснои сети связи Центрально-Черноземного Банка Сбербанка России в соответствии с утвержденным управлением банка проектом "Территориальная ведомственная мультисервисная сеть связи ЦЧБ СБ РФ".
Проект предусматривает: - реконструкцию центрального узла связи Управления Банка для увеличения производительности при увеличении количества и пропускной способности территориальных каналов связи; - дальнейшее объединение в территориальную ведомственную сеть связи информационно-вычислительных ресурсов Управления ЦЧБ и отделений на территории ЦЧР, Воронежской области с использованием технологии передачи интегрированного потока видео/голос/факс/данные по единым каналам связи.
Территориальная ведомственная мультисервисная сеть связи Центрально-Черноземного Банка Сбербанка России обеспечивает возможность обмена данными и трафиком голос/факс/видео в рамках единой ведомственной сети связи.
На территории ЦЧР и Воронежской области региона сеть строится на основе цифровых каналов предоставляемых операторами связи Ростелеком, ТрансТелеКом, Воронежсвязьинформ.
В качестве активного телекоммуникационного оборудования используется оборудование фирм ECI Telecom, Cisco Systems, VanguardMS, Schmid Telecomunication.
Проводимая Управлением ЦЧБ работа по дальнейшему развитию территориальной ведомственной сети ставит своей целью обеспечение новых удаленных отделений Банка на территории Центрально-Черноземного Региона скоростной и надежной системой связи, обеспечивающей возможность обмена данными и трафиком голос/факс/видео в рамках единой ведомственной сети связи.
В качестве оборудования, формирующего голосовой трафик использутся УАТС Siemens. В качестве оборудования, формирующего видео трафик использутся видеоконференцстанции SONY.
Целью развития территориальной сети связи ЦЧБ СБ РФ является: создание отказоустойчивой системы доступа объединяющей на уровне транспортных каналов потоки данных/телефонии между операторами связи и основными офисами банка; расширение региональной компоненты системы связи на базе цифровых каналов, обеспечивающей видеоконференцсвязь, обмен данными и телефонию между Управлением ЦЧБ и удаленными отделениями банка на территории Центрально-Черноземного региона.
В 2004 году сеть связи ЦЧБ СБ РФ состояла из 34 узлов, размещенных на территории Воронежа и Воронежской области. В таблице 4.1 приведен перечень мест размещения узлов СПД и характеристика линий связи между узлами сети.
По территориальной ведомственной мультисервисной сети связи ЦЧБ СБ РФ передается несколько типов трафика, которые требуют различные классы обслуживания и по разному относятся к задержкам передачи. Это трафик данных и голосовые потоки (телефонные разговоры). Голосовой трафик имеет приоритет над трафиком данных. Средняя длина голосовых пакетов составляет 60 байт, средняя длина пакетов данных - 1500 байт.
В 2005 году руководством банка была поставлена задача по увеличению надежности сети передачи данных и также внедрения новых технологий, таких как видеоконференцсвязь. Для оценки возможности внедрения новых технологий и необходимости развития существующей сети были произведены численные эксперименты, в который осуществлялось сравнение среднего времени доставки пакета по сети для текущего состояния сети и необходимое время доставки пакета для внедрения новых технологий.
В качестве математической модели СПД была использована оптимизационная модель, в которой решалась задача выбора оптимальной пропускной способности канала передачи данных, оптимальное количество каналов передачи данных, выбор оптимальных маршрутов передачи пакетов по сети.
Результаты экспериментов показали, что средняя задержка по сети в ее текущей конфигурации равна 90мс, перегрузка сети наступает при двухкратном увеличении нагрузки на сеть. Оптимальная пропускная способность каналов связи для узлов, в которых будет установлены видеоконференцстанции - 1024 Кбит/с, для узлов, в которых не будут устанавливаться видеокодеки — 64Кбит/с. Полученные результаты были опробованы на реальной сети и внедрены для всей территориальной ведомственной мультисервисной сети связи ЦЧБ СБ РФ. Оптимизация экономических параметров сети с учетом внедрения видеоконференцсвязи выявила необходимость отказа от аренды цифровых каналов связи и подключению к сети MPLS оператора «Воронежсвязьинформ» что и было реализовано в 2005 году. На рисунке 14 приведена схема проекта сети ЦЧБ СБ РФ.
Для обеспечения отказоустойчивой системы доступа и снижения нагрузки на каналы передачи данных были проанализированы алгоритмы, позволяющие более эффективно использовать ресурсы сети передачи данных и тем самым увеличить ее пропускную способность и обеспечить отказоустойчивость.
Одним из вариантов такого алгоритма является алгоритм К-путевой (К=2) маршрутизации, в котором устанавливаются два направления передачи к одному и тому же узлу, используемые либо попеременно либо одновременно.
