Введение к работе
Актуальность темы. Компьютерные (телекоммуникационные) сети (КС), предоставляющие, в частности, широкие возможности доступа к мировым информационным ресурсам, а также к ресурсам распределенных вычислительных сетей и центров высокопроизводительных вычислений, стали в последнее время катализатором прогресса в научно-технической, экономической, политической, социальной и практически всех других областях развития современного общества От уровня развития телекоммуникаций в существенной степени зависит прогресс во всех указанных областях Уровень развития КС существенно зависит не только от уровня развития магистральных КС транснационального и национального масштаба, но и от уровня развития и рационального использования региональных КС, включая коммерческие сети операторов связи, крупные корпоративные и ведомственные КС регионального и городского масштаба В свою очередь, уровень развития и рационального использования указанных сетей зависит от уровня эффективности использования средств, затраченных на создание и развитие сетевой инфраструктуры, и от уровня эффективности использования различных телекоммуникационных ресурсов, таких как внешние каналы сети, внешние информационные серверы, внутренние информационные серверы сети, серверы иных служб и пр
Следует отметить, что вопросы эффективности использования средств, направленных на развитие сетевой инфраструктуры, с 80-х годов прошлого века являлись предметом многочисленных исследований отечественных и зарубежных ученых, направленных на оптимизацию топологической структуры и емкостей каналов КС Однако, в качестве исходной предпосылки таких исследований использовалось предположение об известности (и неизменности) интенсивности информационных потоков между коммуникационными узлами, а также стоимости коммуникационного оборудования и аренды каналов связи Однако, в силу начавшегося в первой половине 90-х годов революционного развития всемирной компьютерной сети Интернет (экспоненциального увеличения числа ее пользователей и, соответственно, емкости используемых каналов и производительности оборудования коммуникационных узлов) это предположение перестало выполняться Между тем этот же период сопровождался бурным развитием различных сетевых технологий, существенно отличающихся не только по предоставляемым функциональным возможностям, но и по показателю «удельной стоимости» коммуникационного оборудования, а также по возможности масштабирования производительности этого оборудования и соединяемых пропускной способности связующих это оборудование каналов передачи данных При этом развитие сетевых технологий было настолько интенсивным, что практика построения КС значительно опередила развитие соответствующих исследовательских работ, не учитывающих последние технологические достижения Автору не известно работ, в которых бы проводился анализ выбора сетевой технологии, используемой для построения локальных или распределенных КС Отметим, что наряду с показателями производительности и стоимости оборудования таких технологий существенное значение имеет показатель масштабируемости основанных на них решений Поэтому выполнение подобного анализа имеет высокую актуальность Между тем, стоимость оборудования коммуникационных узлов сети передачи данных и оконечного оборудования ее каналов, как и пропускная способность этих каналов может в существенной степени зависеть от выбора этой технологии
Отметим также, что, в известных исследованиях не нашел отражения тот факт, что эффективность использования построенной инфраструктуры КС существенно зависит от создания условий равномерной нагрузки на ограниченные ресурсы (внешние каналы и оборудование узлов передачи данных) и может быть существенно улучшена путем
соответствующей «настройки» таких условий Кроме того, эффективность использования КС существенно зависит от уровня интегрированности комплекса программных средств, используемых для технического контроля, повышения эффективности использования и организации взаимодействия (договорного) с абонентами (пользователями) КС Высокий уровень интеграции таких средств позволяет значительно сократить трудозатраты персонала на эксплуатацию КС и, таким образом, внести дополнительный вклад в повышение эффективности эксплуатации КС
Поэтому актуальной проблемой в области развития магистральной инфраструктуры а также математического и программного обеспечения региональных компьютерных (телекоммуникационных) сетей (КС) является разработка базирующихся на обоснованном выборе применяемых сетевых технологий методов эффективного построения магистральной инфраструктуры КС и разработка методов и программных средств, обеспечивающих повышение эффективности эксплуатации региональных магистральных КС
Целью диссертационной работы является анализ и разработка методов эффективного построения магистральной инфраструктуры региональных телекоммуникационных сетей, а также разработка методов и интегрированного комплекса программных средств, предназначенных для повышения эффективности эксплуатации таких сетей Это может быть достигнуто как за счет более полного использования ограниченных сетевых ресурсов, так и за счет повышения уровня интеграции комплекса программных средств, применяемых для управления телекоммуникационной сетью и для предоставления телекоммуникационных услуг, и соответствующего уменьшения объема работы (и численности) персонала, обслуживающего КС
Поставленная цель достигается решением следующих задач
-
Провести сравнительный анализ современных технологий передачи данных с точки зрения эффективности их применения и возможностей масштабирования основанных на них решений при построении рациональной структуры региональных КС и произвести выбор базовой технологии построения магистральной инфраструктуры Выполнить анализ известных методов повышения эффективности использования ограниченных ресурсов КС Выполнить аналитический обзор различных программных средств, используемых при технической эксплуатации КС и для учета предоставленных услуг с целью определения возможности и целесообразности интеграции этих средств в единый программный комплекс
-
На основе результатов анализа современных сетевых технологий разработать методику построения магистральной инфраструктуры эффективных региональных КС
-
Разработать методы, обеспечивающие повышение эффективности использования ограниченных ресурсов (каналов) сети за счет распределения во времени нагрузки на такие ресурсы
-
Разработать методы динамического распределения нагрузки между различными классами абонентов КС с одновременным повышением качества сетевого обслуживания для абонентов низкоприоритетных классов
-
Определить внешние требования (функциональную архитектуру) к интегрированной автоматизированной системе управления компьютерной сетью (ИАСУ КС)
-
Разработать открытую системную архитектуру ИАСУ КС, включающую динамически взаимодействующие средства поддержки управления конфигурацией сети и предоставляемых ею ресурсов, средства повышения эффективности использования ограниченных ресурсов сети, а также средства учета
санкционированного использования ресурсов сети ее индивидуальными и
корпоративными абонентами и средств организации финансового взаимодействия с
абонентами сети
7 Выполнить реализацию и анализ результатов применения ИАСУ КС
Методы исследований: Для решения поставленных задач использовались методы
системного анализа, системного программирования, теории массового обслуживания, а
также методы теории графов
Научная новизна работы Научную новизну работы определяют следующие
основные результаты
-
Методика построения магистральной инфраструктуры региональной компьютерной сети на базе совместного применения технологий семейства Ethernet и технологии MPLS с применением специальных методов организации магистральной сети при наличии «длинных» контуров в коммуникационном графе сети
-
Методы повышения эффективности использования ограниченных ресурсов (каналов) КС, основанные на распределении во времени нагрузки на ограниченные каналы
-
Метод динамического распределения полосы пропускания ограниченных каналов между абонентами с различными классами качества сетевого обслуживания, обеспечивающий предотвращение сверхнормативных всплесков загрузки канала и повышение качества обслуживания абонентов низкоприоритетных классов
-
Концептуальная организация и функциональные требования к интегрированной автоматизированной системе управления телекоммуникационной сетью (ИАСУ КС), обеспечивающей интегрированное использование средств учета и различных способов регулирования уровня загрузки сетевых ресурсов, средств тарификации предоставляемых услуг, средств ведения договорной документации и финансовых документов для клиентов сети и пр с предоставлением возможности прямого и косвенного гибкого управления временн'ым режимом загрузки ограниченных телекоммуникационных ресурсов сети
-
Системная архитектура и методы открытой реализации ИАСУ КС, обеспечивающие расширяемость ее функциональных возможностей и предоставляющие возможности гибкой настройки функциональных компонентов ИАСУ КС
Практическая значимость
Практическую значимость работы представляет разработанные в рамках диссертации
1 Методика построения эффективной по показателю «производитель
ность/стоимость» магистральной инфраструктуры региональной КС на базе
совместного применения технологий семейства Ethernet и технологий третьего уровня
модели osmso/
2 Методы повышения эффективности использования ограниченных внешних
каналов КС путем счет распределения во времени нагрузки различных абонентов и
динамического распределения емкости каналов между абонентами различных классов
3 Интегрированная автоматизированная система управления КС
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе
2 статьи в журналах перечня ВАК, 2 статей в иных периодических изданиях, 7 статей в сборниках трудов конференций, а также 6 тезисов докладов в сборниках трудов конференций
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах, включающих Научно-методические конференции «Современные информационные технологии в
образовании Южный Федеральный округ», Ростов-на-Дону, 2003, 2005, 2006, 2007 гг , Всероссийские научно-методические конференциии «Телематика», Санкт-Петербург, 2004, 2006 гг, Всероссийские научные конференциии «Научный сервис в сети Интернет, Новороссийск, 2003, 2004 гг, Всероссийские конференции представителей региональных научно-образовательных сетей «RELARN», 2004, 2006 гг, Международные научно-технические конференции «Интеллектуальные и многопроцессорные системы - ИМС», Крым, Кацивели 2003, 2005 гг, научные семинары Южно-Российского регионального центра информатизации
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при выполнении следующих НИР проект № 423 «Создание проекта создания научно-образовательной и административно-хозяйственной сети Ростовской области на базе телекоммуникационных узлов Ростовского государственного университета» (в рамках подпрограммы «Высшая школа как важнейший государственный ресурс развития научно-технического потенциала регионов» Программы Минобразования РФ «Государственная поддержка региональной научно-технической политики высшей школы и развитие ее научного потенциала»), № гос регистрации 01200 118681, проект 17 43 «Разработка методов, технологии и специальных программных средств удаленного использования вычислительных ресурсов регионального центра высокопроизводительных вычислений в учебном процессе и научных исследованиях» (в рамках НОП Минобразования РФ «Научное, научно-методическое, материально-техническое обеспечение развития технологий информационного общества и индустрии образования») и проект «Создание системы доступа к распределенным информационным ресурсам учреждений и организаций сферы образования и науки Южного федерального округа» (в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)») Результаты работы внедрены в ООО «Цифровые телефонные сети -Юг»
Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается обсуждением результатов диссертационного исследования на авторитетных всероссийских и международных конференциях, а также внедрением результатов работы в организациях, являющихся операторами различных региональных компьютерных сетей
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений Основной текст диссертации содержит 136 страниц, 14 рисунков и 3 таблицы Список литературы насчитывает 101 наименование В Приложении 1 приведен акт о внедрении результатов работы В Приложении 2 приведены примеры оконных интерфейсов ИАСУ КС
