Введение к работе
Актуальность темы. Современные объемы хранимых данных, обязательные требования к их доступности и скорости обработки, динамика развития информационных систем и нарастающее количество задач, требующих разработки новых средств информационной поддержки, обуславливают актуальность исследований в области распределенных баз данных (РБД) - одного из наиболее перспективных подходов к организации информационных систем, отвечающих современным требованиям рынка информационных технологий, промышленности, бизнеса и науки.
С точки зрения функционирования распределенной системы, согласно наиболее распространенному определению, одним из главных критериев качества является время отклика при обращении к базе данных. Время отклика, согласно наиболее распространенному типу организации распределенных баз данных в архитектуре «клиент-сервер», складывается из продолжительности следующих процессов: доставка запроса; обработка запроса и поиск необходимой информации; доставка результатов запроса клиенту. Основные усилия исследователей и инженеров в последнее время были направлены на разработку теоретических основ функционирования распределенных систем и решения задач интероперабельности гетерогенных баз данных, управления распределенными запросами и транзакциями, интеграции полученных решений в современные архитектуры телекоммуникационных систем. При этом в оценке и регулировании качества сетевого обслуживания в настоящее время принято руководствоваться результатами исследований, направленных на моделирование телекоммуникационных сетей общего назначения, прежде всего, с использованием теории массового обслуживания. Отсутствие специализированных методов организации распределенного взаимодействия в РБД на практике приводит к снижению качества функционирования подобных систем. Синхронных трафик, генерируемый РДБ передается в существенно-распределенных системах по общественным линиям связи одновременно с асинхронным, генерируемым другими приложениям. Это приводит к искажению потоков данных, нарушению непрерывности их передачи в РДБ, и, следовательно, к простоям системы и неэффективному использованию вычислительных мощностей оборудования в узлах РБД. С другой стороны, временные характеристики средств передачи информации соизмеримы с производительностью средств обработки и хранения. Учитывая эти обстоятельства, можно утверждать, что требуется исследование процессов удаленного взаимодействия в РБД, функционирующих на базе современ-
ных компьютерных сетей и разработка новых методов организации такого взаимодействия и их математического обеспечения, целевым образом направленных на обеспечение качества функционирования РБД, функционирующих на базе современных компьютерных сетей общего назначения.
Современная организация компьютерных сетей позволяет использовать для организации удаленного взаимодействия РБД по публичным каналам в качестве наиболее приемлемой технологию туннелируемых виртуальных сетей, позволяющую разделить передаваемый в сетях трафик и создать виртуальное объединение удаленных узлов РБД вне зависимости от типа физического подключения при гарантированной пропускной способности туннеля.
Таким образом, цель диссертационной работы заключается в исследовании и разработке математического обеспечения удаленного взаимодействия РБД в туннелируемых виртуальных сетях с учетом туннельных и канальных ограничений на линиях связи.
В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие основные задачи:
Исследование существующих методов и математического аппарата моделирования телекоммуникационных сетей, применяемых для решения задач управления передачей потоков данных в туннелируемых виртуальных сетях с оценкой уровня взаимного искажения мультиплексированных потоков данных.
Разработка математической модели удаленного взаимодействия в распределенных базах данных, учитывающей туннельные и канальные ограничения на линиях связи распределенных баз данных в туннелируемых виртуальных сетях.
Разработка метода оценки уровня взаимного искажения мультиплексированных в едином туннеле потоков данных, передаваемых между удаленными узлами распределенных баз данных.
Разработка на основе полученных решений алгоритмов, позволяющих использовать и внедрять разработанное математическое обеспечение.
Разработка метрик оценки взаимных искажений мультиплексированных потоков данных в туннелируемых виртуальных сетях, позволяющих производить оценку общего уровня искажений виртуальной сети базы данных заданной топологии и искажений для конкретного маршрута передачи потоков данных.
Проведение экспериментальных исследований и оценка качества полученных результатов с целью получения количественной оценки эффекта от их внедрения.
Методы исследования. В работе использовались понятия и методы теории массового обслуживания, теории оптимизации, элементы системного анализа, линейного программирования и прикладного программирования, а также современные методологии организации распределенных систем.
Научная новизна результатов работы состоит в следующем: впервые разработаны специализированное математическое обеспечение для организации удаленного взаимодействия распределенных баз данных, построенных на базе туннелируемых виртуальных сетей, отличающееся возможностью оценки уровня взаимных искажений потоков данных, мультиплексированных в едином туннеле, при учете канальных и туннельных ограничений. Разработан метод оценки уровня взаимных искажений мультиплексированных в едином туннеле потоков данных.
Полученные в диссертации результаты позволяют преодолеть ряд существенных проблем организации удаленного взаимодействия распределенных баз данных, построенных на основе туннелируемых виртуальных сетей, таких как совмещение асинхронных и синхронных потоков данных, неограниченный рост числа туннелей на линии связи при генерации большого числа запросов на обработку распределенных данных, искажения потоков данных, передаваемых по единому туннелю между узлами РБД.
В ходе работы были выявлены новые закономерности удаленного взаимодействия узлов РБД, что позволило обновить и дополнить Классификатор информационных систем по признакам характера удаленного взаимодействия (Per. №11390 в Отраслевом фонде алгоритмов и программ - ОФАП).
Практическая значимость. Практическая значимость работы состоит в разработке математического обеспечения процессов удаленного взаимодействия в распределенных базах данных, построенных на базе современных виртуальных сетей, с учетом повышенных требований к производительности и качеству сетевого обслуживания, вызванных необходимостью передачи непрерывных потоков данных с гарантированной скоростью. На основе разработанного математического обеспечения реализованы основные алгоритмы управления процессами удаленного взаимодействия, полученные решения проверены на вычислительную сложность и реализуе-
мость методами прикладного и системного программирования. Указанные результаты использованы при разработке и реализации программ повышения квалификации педагогических и научно-педагогических работников НПО, СПО и ВПО: приказы Федерального агентства по образованию (Рособразования) № 1780 «О повышении квалификации в 2009 году научно-педагогических работников федеральных государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию» от 01.12.2008 и № 1681 «О повышении квалификации в 2009 году педагогических работников государственных образовательных учреждений начального профессионального и среднего профессионального образования, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию» от 24.11.2008, что подтверждено соответствующим актом внедрения результатов диссертационной работы.
Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на 10-й международной выставке и конференции CSTB 2008 (Москва, 2008), на VIII и IX региональной научно-практической конференции «Профессиональная ориентация и методики преподавания в системе «Школа - ВУЗ» (Москва, 2007-2008), на 56 и 57 научно-практической конференции МИРЭА (Москва, 2008-2009), II Межвузовской научно-методической конференции «Инновационные и Наукоемкие технологии в высшем образовании России» (Москва, 2008), прак-тико-ориентированной конференции «Преемственность среднего (полного) общего образования и высшего профессионального образования» (Москва, 2008), демонстрировались в рамках Всероссийского форума «Образовательная среда-2008» (Москва, 2008). Работа прошла обсуждение на аспирантском семинаре кафедры Технических и информационных средств систем управления МИРЭА в 2009 году.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе в журнале, входящем в список ВАК, получено свидетельство об отраслевой регистрации разработки в ОФАП (Рег.№ 11390)
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, заключения, списка литературы и 2 приложений. Общий объем работы - 121 стр., в том числе основной текст - 102 стр., 37 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 119 наименований.
