Введение к работе
Актуальность работы.
Использование компьютерных сетей с открытой структурой является одним из основополагающих секторов мировой экономики. Однако развитие сетевой инфраструктуры и усложнение топологии региональных и глобальных сетей создает технические трудности, решать которые можно либо с помощью увеличения затрат на аппаратно-техническое обеспечение, либо посредством разработки новых методов управления. Данный подход требует продолжения теоретических исследований процессов обработки и передачи данных в компьютерных сетях (особенно с открытой нерегулярной структурой).
Актуальность разработки моделей обработки и управления стохастических данных в сетях с открытой структурой обусловлена практическими и научными задачами обработки и передачи данных, а также управления данными.
Практика показывает, что, несмотря на существенное развитие используемых для создания компьютерных сетей аппаратно-технических средств, при определенных условиях в работе сетей наблюдаются перегрузки узлов и сбои в функционировании. Причем, для локальных вычислительных сетей с регулярной структурой, как правило, проблем не возникает, однако при переходе на уровень региональных или глобальных сетей многократно возрастают трудности управления потоками данных.
Причиной подобных сбоев является то, что, несмотря на наличие высокопроизводительных аппаратно-технических средств, в настоящее время нет точных моделей и методов расчета характеристик сетей передачи и обработки данных с открытой структурой (топологией) графа сети, при условии, что времена между заявками во входном и выходном потоке распределены произвольным образом.
Высокая стоимость аппаратных ресурсов компьютерных сетей и низкая эффективность их использования (недозагруженность, простои в работе, и т.д.) побуждают создавать и исследовать различные модели работы компьютерных сетей и, в частности, модели обработки потоков информации на уровне отдельных узлов и их групп, с целью более равномерного распределения нагрузки на каналы связи и узлы сети, предотвращения пиковых режимов работы, а также нивелирования несанкционированного доступа,
Особенность обобщенной модели компьютерной сети состоит в том, что она включает три взаимосвязанных компонента: модель оборудования, модель потоков данных и модель механизма управления потоков данных к ресурсам.
К настоящему времени в России и за рубежом создан значительный задел математических методов оценки производительности компьютерных сетей,
основанных на аппарате теории массового обслуживания и учитывающих влияние первых двух компонентов, т. е. параметров оборудования и потоков данных, при простейших механизмах управления. В гораздо меньшей степени решена проблема разработки методов управления для реальных механизмов потоков данных к ресурсам компьютерной сети, обеспечивающих их высокоэффективную работу. Главная трудность при этом состоит в сильной взаимозависимости поведения различных очередей в соответствующих моделях реальных механизмов управления потоков данных к ресурсам. Имеющиеся по этой проблематике публикации авторов Кульгин М., Н.А. Олифер, В.Г. Олифер, П.Б. Храмцов, В.И. Артемьев, С.Д. Кузнецов, Семенов Ю.А. в значительной степени разрозненны и отражают, как правило, отдельные частные аспекты вышеуказанной проблемы.
Таким образом, проведенные в диссертации исследования являются актуальными и позволяют управлять потоками данных в компьютерных сетях и обоснованно выбирать алгоритмы маршрутизации, способные обеспечивать надежную работу сетей с учетом их структурной топологии.
Цели и задачи. Целью работы является разработка и программная реализация математической модели механизма управления потоков данных к ресурсам компьютерной сети с открытой структурой для повышения эффективности их администрирования и функционирования.
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:
Проведен анализ современных моделей, методов, алгоритмов и программных средств обработки и управления потоков данных в компьютерных сетях, выявлены основные проблемы и осуществлен выбор путей их решения.
Разработаны методы для определения информационных ресурсов (доступных пользователю), основанный на применении методов нечеткой гиперрезолюции, обеспечивающий учет параметров потока данных в каждой конкретной ситуации управления в компьютерных сетях.
Созданы математические модели управления потоков данных для компьютерных сетей с различными уровнями иерархии и разработан алгоритм реализации данной модели.
Разработаны модели и алгоритмы управления информационными потоками (по памяти и по времени) между ресурсами компьютерных сетей.
Выполнена программная реализация разработанных алгоритмов и проведена комплексная проверка работоспособности программной системы.
Объект исследования. Объектом исследования является информационная технология механизма управления потоками данных к ресурсам компьютерной сети.
Предмет исследования. Предметом исследования является методология автоматизированного процесса управления, анализа, контроля потоков данных к ресурсам компьютерных сетей.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы нечеткого логического вывода, нейросетевых технологий, теории графов, теории вероятности, математического моделирования, технологии разработки программного обеспечения.
Научная новизна. Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
Разработаны методы определения параметров управления данными, позволяющий определить информационные ресурсы, для взаимодействия с потоком.
Созданы модели и разработаны эффективные алгоритмы механизма управления данными в компьютерных сетях, базирующийся на представлении каждой операции в виде набора продукционных правил, что в отличие от классического подхода позволило более эффективно определять различные уровни иерархии компьютерной сети.
Разработаны модели для анализа доступа потоков данных к модулям различных уровней иерархической памяти (локальной и оперативной).
Разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать выполнение различных этапов управления данными.
Практическая значимость. Создана методика управления данными в компьютерных сетях и разработаны правила, на основе которых происходит управление потоками информации по памяти и по времени. Предложенные модели и методы управления данными в компьютерных сетях доведены до конкретных алгоритмов, на основе которых создано программное обеспечение. В результате практического использования разработанного программного обеспечения увеличилась производительность каналов связи, уменьшилось время ожидания реакции сети и увеличилась степень детализации сетевого управления, что значительно повысило эффективность процедур управления данными в компьютерных сетях.
Реализация результатов. Разработанные программные средства входят в состав программного обеспечения «Механизм управления потоками данных в сетях с открытой структурой», которое используется для управления данными в компьютерных сетях. На данное программное обеспечение получены 2 отраслевых свидетельства о регистрации программ для ЭВМ. Данные программные продукты были внедрены в ООО КБ «ЭлектронСистема». Разработанные методические принципы РПД пользователей в компьютерных сетях использованы в учебном процессе при подготовке специалистов по
специальности 22.01.02 на кафедре «Автоматизированные системы управления и информационные технологии» Московского государственного университета приборостроения и информатики.
Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов подтверждена системностью исследования и решения поставленной задачи; использованием специальных, формальных и неформальных методов апробированного математического аппарата; выбором корректных полных и объективных исходных данных; согласованностью результатов моделирования с данными; сходимостью теоретических расчетов с результатами экспериментальных исследований; статистической достоверностью исходного объема анализируемых информационных источников; непротиворечивостью полученных результатов известным работам ученых и специалистов в данной предметной области.
Апробация работы. Наиболее важные результаты докладывались на международной конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (Украина, г. Одесса, 2008.), 3-й международной научно-практической конференции «Достижения ученых XXI века» (г. Тамбов, 2007), международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (г. Москва, 2011), а также всероссийской конференции «Новые материалы и технологии-НТМ-2008» (г. Москва, 2008).
Основные положения и результаты докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Автоматизированные системы управления и информационные технологии» Московского государственного университета приборостроения и информатики.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе два в журналах, входящих в перечень ВАК, а также получено 2 отраслевых свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 4 приложений.
Основная часть диссертации содержит - 134 страниц машинописного текста, включая 25 — рисунков и 6 — таблиц.
