Введение к работе
Научно-производственное объединение характеризуется уникальностью
процессов управления: поскольку предприятие реализует цикл НИОКР от
замысла, проектирования до изготовления, испытаний опытного образца,
организации мелкосерийного производства наукоемкой продукции. Большой
объем доработок, изменений и разнотипность обрабатываемой информации -
типичные черты НПО, которые делают неизбежной высокую сложность
информационной системы и сопряжение различных форматов данных и
автоматизированных систем. Главной задачей информационной системы
масштаба предприятия является информационная поддержка
производственных, административных и управленческих процессов (бизнес-процессов), формирующих продукцию или услуги предприятия.
Одним из активно развивающихся направлений в сфере информационных технологий является проектирование вычислительных сетей (ВС), которые все более широко внедряются в различные области деятельности. Это направление содержит целый комплекс задач, включая составление схемы линий связи, расчет необходимых технических параметров коллективных сетевых устройств, серверов, рабочих станций и т.д., которые необходимо решить для успешного проектирования сети, соответствующей требованиям заказчика. Использование автоматизированных систем является неотъемлемой частью любого научно и практически обоснованного проекта сети, состоящей более чем из нескольких десятков станций. Сеть можно представить как систему массового обслуживания, состоящую из множества элементов. Это требует проведения сложных математических расчетов, которые часто требуют для своего выполнения значительных упрощений моделей устройств, законов поступления и обработки информации, схем прохождения заявок и т.д., что может привести к возникновению недопустимо больших погрешностей. Однако если пытаться реализовать модели без упрощений, то скорее всего произойдет многократное усложнение системы моделирования, что сделает ее трудно реализуемой практически на имеющихся технических средствах. Поэтому разработка новых способов представления, анализа и синтеза сетей являются актуальной для разработчиков проектных решений по установке ВС. С развитием технологий хранения, обработки и передачи информации увеличивается сложность получения эффективных решений для построения сетей, поэтому актуальность задачи по автоматизации разработок проектных решений постоянно повышается. В силу описанных выше причин автоматизация проектирования сетей во многих компаниях еще не достаточно развита. Предметом исследования в данной работе являются методы и алгоритмы, позволяющие повысить эффективность проектирования вычислительных сетей уровня крупной проектной организации.
Актуальность проблемы
За последнее десятилетие отмечается интенсивное развитие ВС. Практический потенциал в этой области накоплен значительный, однако на
практике очень часто сети проектируются и устанавливаются без привлечения соответствующих научных результатов, что приводит в итоге к частым выходам сетей из строя и их большим перегрузкам. При автоматизированном проектировании параметры ВС могут быть получены в результате вычислительного эксперимента в ходе имитации или в результате экстраполяции результатов какого-то «типового» варианта на рассматриваемый вариант сети.
Автоматизированное проектирование ВС предполагает в качестве обязательной компоненты подсистему моделирования сети. Модель ВС представляет собой топологию узлов, каналов и коммуникационного оборудования. Коммуникационное оборудование (концентраторы, коммутаторы) задается функционально. Каналы обеспечивают передачу сигналов - пакетов. Узлы на транспортном уровне представляют собой генераторы и потребители трафика. На прикладном уровне узлы делятся следующим образом: серверы данных, файловые серверы, сервера приложений, «толстые» и «тонкие» клиенты.
Современные средства автоматизированного проектирования ВС решают как задачи анализа, требующие многочисленных повторений процессов моделирования, так и задачи структурного синтеза ВС. Для использования результатов моделирования в процессе принятия проектных решений необходимо разработать функциональные модели узлов на прикладном уровне. Модели узлов и серверов корпоративной сети должны позволять оперировать прогнозными данными о трафике и вычислительной загрузке сети.
Цель диссертационной работы
Целью диссертации является разработка комплекса имитационных прикладных моделей узлов и серверов, программ моделирования вычислительных сетей и средств автоматизированного проектирования вычислительных сетей на основе данного комплекса моделей.
Задачи исследования
В соответствии с целью работы актуальными будем считать следующие задачи исследования:
Сравнительный анализ существующих методов и систем автоматизированного проектирования ВС, методов принятия проектных решений на основе результатов моделирования, языковых средств имитационного моделирования.
Разработка средств представления структуры вычислительной сети и процессов взаимодействия ее компонентов.
Разработка комплекса имитационных прикладных и транспортных моделей узлов вычислительной сети.
Разработка и реализация подсистемы автоматизации проектирования ВС и экспериментальное исследование ее результативности на примере ВС конкретной проектной организации.
Основания для выполнения работы
Данная научная работа выполнялась в рамках тематического плана научных исследований Федерального агентства по образованию в 2005, 2006, 2007, 2008 г., была поддержана грантами РФФИ № 06-01-02012 и 06-01014087 в 2006 г., № 08-01-97006 в 2008 г., ряд задач исследования решался в рамках х/д НИР № 100/05 УлГТУ по заказу ФНПЦ ОАО «НПО МАРС».
Методы исследования
Имитационное моделирование, методы математической статистики, объектно-ориентированный подход при создании комплекса программ.
Научная новизна положений, выносимых на защиту:
Разработана новая методика автоматизированного проектирования ВС, использующая результаты моделирования вариантов и фрагментов проекта ВС для принятия проектных решений.
Разработан комплекс имитационных прикладных и транспортных моделей узлов и серверов на основе раскрашенных временных сетей Петри, отличающихся от известных учетом назначения сервера: файл-сервер, сервер приложений, ftp-сервер.
Разработаны новые алгоритмы моделирования обработки фрейма между узлом и сервером, алгоритмы моделирования коммутационного узла.
Разработана новая архитектура программной системы автоматизированного проектирования ВС на основе комплекса имитационных прикладных моделей элементов ВС.
Достоверность результатов диссертационной работы
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена результатами экспериментов, а так же результатами использования материалов диссертации и разработанной системы в проектной организации. Система моделирования была удостоена бронзовой медали на 34-м Международном салоне изобретений, новой техники и товаров "Женева-2006" (Швейцария).
Научная значимость работы.
Автор защищает: разработанные модели автоматизации проектирования вычислительных сетей; результаты теоретических, экспериментальных и практических разработок, внедрение в промышленную и опытно-промышленную эксплуатацию подсистемы имитационного моделирования ВС.
Практическая значимость работы
Созданная система автоматизации проектирования вычислительной сети практически используется на производстве и позволяет достичь улучшенных техническо-экономических показателей объектов проектирования.
Практическая ценность состоит в том, что разработанные модели и алгоритмы реализованы в форме программной системы и внедрены в деятельность ФНПЦ ОАО «НПО "Марс" (г.Ульяновск). Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими документами о внедрении.
Реализация результатов работы
Результаты работы оформлены в виде комплекса программ АС «ЭВС ПУ».
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на 3 международных конференциях, в том числе на Международной конференции «Интеллектуальные системы» AIS'07, Information Technologies: Proceeding of Russian-German scientific conference devoted to 10-years cooperation of Ulyanovsk State Technical University and Darmstadt University of Applied Science (Ульяновск, 2007), на Всероссийской конференции «Нечеткие системы и мягкие вычисления» (Ульяновск, 2008). Неоднократно докладывались на научно-технических конференциях УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях».
Публикации
По теме диссертации опубликовано 27 работ, в том числе 3 в журналах из Перечня, рекомендованного ВАК РФ.
Личный вклад
Все результаты, составляющие содержание диссертации, получены автором самостоятельно.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 178 страниц машинописного текста, 27 таблиц, 93 рисунка, список литературы из 114 наименований, 2 приложения.
