Введение к работе
Актуальность темы. При управлении функционированием информационных систем и серверных сетей различных особенностей и мер сложности большое внимание уделяется созданию комплексных моделей многопараметрического регулирования и средств оценки качества по множеству различных параметров разнообразных сетевых топологий. Большой вклад в развитие теоретических основ моделирования сетевого трафика внесли В.Столлингс, Э.Танэнбаум и другие. Согласно распространенному определению, наиболее значимыми критериями качества являются время отклика, надежность узлов, производительность сегментов сети, в том числе по каналам связи. Анализ отечественной и зарубежной литературы по информационным сетям показывает, что известные методы и методики позволяют осуществлять оценку весьма ограниченного числа параметров и решать оптимизационные задачи по одному - двум критериям.
Мультипараметрические оценки присущие процедурам
проектирования и моделирования сложных информационных систем и сетей побуждают прибегнуть к исследованию нерегулярных функций и множеств с использованием возможностей теории фракталов при наличии свойств самоподобия данных. При этом в рамках мультифрактального анализа для учета фрактальных свойств трафика и их количественных оценок могут быть применены оценки Виттла и показатели подобия Херста. Кроме того, введение в состав фрактальной модели функции корреляционной энтропии может позволить более полно исследовать динамику нелинейных процессов регулирования, свойственную системам и сетям с отсутствием существенных признаков подобия и регулировать процессы при наличии фрактальных свойств. Такой подход открывает возможности изучать и регулировать информационный морфизм сложных систем, через определение их корреляционной размерности и энтропии и улучшать показатели производительности, времени отклика, надежности распределённых образовательных сетей.
В настоящее время в образовательных информационных технологиях отсутствуют фрактальные модели многопараметрического регулирования, связывающие воедино семантико-энтропийные характеристики, производительность, показатель Херста и показатели качества распределенных компьютерных сетей. Как следствие этого, недостаточно разработаны практические рекомендации по проектированию информационных систем и сетей дидактического назначения, обеспечивающих мультиагентное тунелирование, зеркалирование и репликацию путем регулирования мультимедиа характеристик и параметров.
В связи с вышеизложенным, целью диссертации является разработка и исследование математического и программного обеспечения сетевых топологий, использующего теорию фракталов в распределенных серверных сетях поддержки образования и применение разработанных методов в образовательных технологиях.
В соответствии с этой целью в работе поставлены следующие основные задачи:
Показать и реализовать на практике возможность применения и развития теории фракталов для определения значений корреляционной энтропии и оценки параметров качества распределенных образовательных информационных сетей,
Разработать математическую модель многопараметрического регулирования серверных сетей, связывающие производительность, показатель Херста, семантико-энтропийные характеристики и другие показатели качества распределенных компьютерных сетей образовательного назначения;
Провести комплекс расчетно-экспериментальных исследований, подтверждающих продуктивность разработанной модели фрактальных оценок и регуляторов в сетях передачи данных
Разработать рекомендации по проектированию информационных систем дидактического назначения, обеспечивающих мультиагентное тунелирование, зеркалирование и репликацию путем регулирования мультимедиа параметров и характеристик.
Разработать программные продукты поддержки распределенных образовательных сетей на языке С.
Подготовить и передать в отрасль образования и науки
соответствующие математические описания и программные
средства, а также методики и рекомендации, разработанные по
итогам практического внедрения результатов диссертации в
информационные образовательные консорциумы непрерывного
образования.
Объект исследования. Объектом исследования являются распределенные образовательные компьютерные сети, включая сетевые порталы и образовательные портальные консорциумы, в которых проявляются признаки самоподобия.
Методы исследования. В работе использовались инструментарий алгебраической и геометрической теории фракталов, теории оптимизации, элементы системного анализа, прикладного программирования, а также современные методологии организации распределенных систем.
Научная новизна результатов работы.
Впервые применена теория геометрических и алгебраических фракталов в решении задачи многопараметрических оценок распределённых сетей. Показана возможность исследования пограничных точек на странные аттракторы и реализована возможность индикации перехода состояний, что позволило в едином комплексном модельном
подходе оценивать и регулировать процессы в самоподобных структурах данных.
Разработаны математические модели поддержки распределенных сетевых топологий с интенсифицированными трафиковыми объединениями и средства в виде фрактальных подсетей на основе proxy-серверов, позволяющие эффективно на основе использования теории алгебраических и геометрической фракталов в качестве универсума решать задачи упорядочивания сетевого трафика, его акселерации и интенсификации в информационных сетях.
Фрактальные модели в диссертации получили своё развитие и обобщение введением в их состав функции корреляционной энтропии, избранной в качестве регулятора сетевых топологий. По сравнению с традиционным применением в качестве регуляторов Е-энтропии, W-энтропии и энтропии потока использование корреляционной энтропии позволяет выделять динамику нелинейных процессов регулирования, свойственную системам и сетям с отсутствием существенных признака подобия и регулировать процессы в них при наличии фрактальных свойств.
Показано, что оценка и достижение параметрической надежности для разветвленных туннелируемых систем обеспечивается разбиением трафика по введенным в работе признакам самоподобия.
Практическая значимость.
Результаты диссертационной работы, выполненной в рамках Федеральных, отраслевых и городских программ развития образования, позволяют улучшить качество проектов аддитивных, субтрактивных и мультипликативных информационных систем в образовании.
Проведен комплекс расчетно-экспериментальных исследований, подтверждающий продуктивность разработанной модели фрактальных оценок и регуляторов в сетях передачи данных. На этой основе подготовлены и переданы в отрасль образования и науки соответствующие программные средства математических описаний, методики и рекомендации в форме Руководящих технических материалов по информационному обеспечению образовательных технологий средствами макромедиа под Экстранет управлением на основе массового применения нетбуков и мидлбуков.
При непосредственном участии автора разработаны программно-аппаратные средства поддержки следующих образовательных портальных консорциумов в составе распределенных сетей, в которых диссертант для повышения производительности и уменьшения времени отклика сетевых устройств использовал математический аппарат теории фракталов:
Модифицированная версия (2009 - 2010гг.) многоуровневого образовательного портального консорциума «Дополнительное образование (детей)».
Информационный консорциум микро и миди образовательных порталов дополнительного образования ведущего учреждения дополнительного образования г. Москвы «Московский городской дворец детского (юношеского) творчества».
Многоуровневой информационный туннелируемый консорциум образовательных микро- и миди-порталов и репликаций информационно-методической поддержки двухуровневого «бакалавриат-магистратура» профессионального образования по направлению 230200 «Информационные системы».
Разработана и зарегистрирована в соответствии с законодательством РФ программное средство поддержки распределенных образовательных сетей на языке С.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и российских научных конференциях, семинарах и конкурсах, в том числе:
57-я научно-техническая конференция МИРЭА (г. Москва, 2008г.);
Международная школа-семинар по нанотехнологиям (г. Дубна, 2008г.);
58-я научно-техническая конференция МИРЭА (г. Москва, 2009г.);
Научно-практическая конференция «Современные информационные технологии в управлении и образовании» ФГУП НИИ «Восход» (Москва, 2010г.);
Научно-практическая конференция «Современные информационные технологии в управлении и образовании» ФГУП НИИ «Восход» (Москва, 2011г.);
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано девять печатных работ, в том числе две работы в журналах из перечня рекомендованных ВАК РФ, отражающих основные результаты исследований. В соавторстве с проф. А.Д.Иванниковым издано учебно-методическое пособие «Фракталы. Аттракторы. Введение в теорию». М.:МГДД(Ю)Т. -2010.-67 с.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, 3-х глав, Заключения, списка литературы и 5-ти приложений. Общий объем работы - 174 стр., в том числе основной текст - 133 стр., 37 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 115 наименований.
