Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Методы оценки качественных показателей гетерогенных сетей 10
Проблемы вычислительных сетей 10
Корпоративные сети передачи данных 13
Аппаратно-программные средства определения качественных показателей сети 18
1.4 Определение показателей производительности сети путем моделирования
сетевого трафика и событий 24
1.5 Сравнительный анализ методов построения моделей активного
оборудования 32
1.6 Постановка проблемы, цели и задачи исследования 38
Выводы 39
Глава 2. Моделирование сетей с маршрутизацией 40
2.1 Модели массового обслуживания для активного оборудования на основе
метода двумерной диффузионной аппроксимации 40
2.2 Разработка алгоритма сбора статистической информации на входе в
сегмент сети 48
Исследование путей построения маршрутной матрицы 53
Разработка алгоритма построения маршрутной матрицы 60
Выводы 69
Глава 3. Программная система распознавания трафика и прогнозирования
характеристик мультисервисной сети 70
Анализ трафика конвергентных сетей 70
Распознавание типов трафика и параметров распределений 72
Особенности мультимедийного трафика 75
Программная система распознавания трафика 79
Выводы 86
Глава 4. Управление нагрузкой на сети ЭВМ распознаванием и
моделированием трафика 87
4.1 Решение задачи расчета характеристик СМО общего вида 87
Двумерная диффузионная аппроксимация СМО общего вида 87
Определение характеристик СМО GI/G/I общего вида 93
4.2 Оценка производительности корпоративной СПД с использованием метода
ДДА 98
Выводы 104
Глава 5. Расчет показателей производительности сети на основе предложенных
моделей 105
Моделирование трафика на основе пилотной сети УНПК ОГУ 105
Моделирование сети ОАО «Оренбургэнергосбыт» 114
5.3 Расчет параметров глобальных каналов связи удаленных офисов ОАО
«Оренбургэнергосбыт» 118
Выводы 131
Заключение 132
Список использованной литературы 134
Приложения 144
Введение к работе
Актуальность работы.
Телекоммуникационные технологии в последние годы переживают масштабные перемены, связанные с интеграцией сетей и услуг связи. Появляются новые сервисы, традиционные сервисы и услуги переходят на платформу IP, количество потребителей таких сервисов растет очень высокими темпами. Именно появление новых инфокоммуникационных услуг и сервисов вызвало бурное развитие технологий, в которых на первое место встают вопросы качества предоставления услуг. Главным требованием, предъявляемым к сетям, является выполнение их основной функции — обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам сети. Все остальные требования связаны с качеством выполнения основной задачи. Для разных логических типов сетей приоритетными характеристиками являются: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость, масштабируемость и их совокупность.
Определению показателей производительности в сетях методами теории массового обслуживания посвящено значительное количество работ и статей. Вопросами оценки производительности занимается большое количество ученых многих стран: такие как Клейнрок Л., Феррари Д., Вишневский В.М., Цы-баков В.И. и многие др. Производительность сети является основополагающим свойством для самой возможности интеграции сервисов и повышения качества их предоставления. Однако, методам оценки именно показателей производительности интегрированных сетей как основной задачи уделяется недостаточное внимание.
Сами методы, использующиеся в данное время, никак не учитывают современную степень интеграции дополнительных услуг и, в основном, рассчитаны на использование обычных статистических данных реальных сетей. В продуктах моделирования сетей учет интеграции осуществляется уже давно, но они не учитывают реальные свойства и параметры уже существующих се-
тей, не имеют возможности привязки к конкретной реальной сети и съема интересующих параметров оборудования. В основном для моделирования используются уже готовые шаблоны оборудования с усредненными характеристиками и небольшим диапазоном настройки.
В таких условиях задача совмещения в рамках единой модели: сбора информации, параметров реальной сети и вычисления показателей производительности, является актуальной.
Целью работы является интеграция методов оценки качественных показателей сетей с интеллектуальным оборудованием второго и третьего уровней, проводимых на основе разработанного метода декомпозиции корпоративных сетей на логические сегменты до уровня активного оборудования с автоматическим распознаванием законов распределений трафика на входе сегмента.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Исследование методов оценки качественных и количественных показателей реальных корпоративных сетей и их моделей.
Исследование способов определения маршрутной матрицы на основе данных реальных корпоративных сетей с нестационарными входными потоками и меняющимися законами распределений.
Анализ и разработка алгоритмических решений модели узла сети в виде управляемой системы массового обслуживания (СМО) в режиме реального времени.
Разработка метода декомпозиции корпоративных сетей на логические сегменты до уровня активного оборудования.
Исследование, разработка методов и программы распознавания трафика и определения параметров его распределения для последующего применения метода двумерной диффузионной аппроксимации (ДДА) СМО для расчета характеристик узла.
- Разработка алгоритма и программы для расчета характеристик узла
на базе адаптированного к среде реального времени обобщенного метода ДДА
СМО при произвольных законах поступления и обслуживания.
Научная новизна работы заключается в:
разработке метода декомпозиции корпоративной сети на сегменты до уровня активного оборудования с использованием первых двух моментов распределения потоков;
определении характеристик распределений выходных потоков рекурсивным алгоритмом при помощи метода ДДА процессов поступления и обслуживания заявок в СМО;
разработке методов сбора статистической информации о входном трафике в сегмент, его распознавании и определении параметров распределения для их дальнейшего использования в расчетах показателей производительности;
предложенном алгоритме построения маршрутной матрицы на основе анализа статистической информации о трафике декомпозированного сегмента путем разделения логических потоков конвергентной сети, поддерживающем входные потоки с изменяющимися законами распределения.
Методы исследования. В работе использован аппарат теории вероятностей, математической статистики, массового обслуживания и марковских процессов, методы аналитического и имитационного моделирования.
Достоверность представленных в работе результатов и выводов подтверждена проверкой адекватности математических моделей, сравнением расчетных данных с результатами экспериментов на реальных сетях, а также при помощи имитационного моделирования в системе OPNET Modeler.
Практическая ценность работы заключается в разработанных методиках сбора статистической информации, а также в программах расчета показателей производительности вычислительной сети в режиме реального времени. Все это позволяет на основе единой математической модели определять реко-
мендации для повышения качественных характеристик сети. При помощи программного комплекса для проведения стресс-тестирования оборудования экспериментально получена информация о законах распределений разных типов трафика в высоконагруженных сетях, учитывающая действия интеллектуального сетевого оборудования. В результате комплексного исследования нескольких высоконагруженных сетей выработаны рекомендации по структурной и аппаратной реорганизации, а также по организационным методам повышения качественных показателей.
Реализация результатов. Результаты работы использованы при расчете и модернизации сетей для выработки рекомендаций по структурной и аппаратной реорганизации логической и аппаратной инфраструктуры.
Программный комплекс тестирования и оценки показателей производительности сети зарегистрирован в ОФАП и передан для эксплуатации в Центр информационных технологий Оренбургского государственного университета и в отдел ИТ ОАО «Оренбургэнергосбыт». Результаты работы внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО ПГУТИ и ГОУ ВПО ОГУ, что подтверждено соответствующими актами.
Личный вклад автора. Теоретические и практические исследования, проведенное имитационное и аналитическое моделирование на ЭВМ, а также выводы и рекомендации получены лично автором. Разработаны методика определения основных характеристик реального оборудования без изъятия с места эксплуатации и программная система, автоматизирующая все техпроцессы по моделированию реального сегмента сети.
Основные положения, выносимые на защиту:
— метод декомпозиции корпоративной сети на сегменты до уровня активного оборудования с использованием первых двух моментов распределения потоков;
- алгоритм построения маршрутной матрицы путем разделения логических потоков конвергентной сети, поддерживающий входные потоки с изменяющимися законами распределения и позволяющий проводить моделирование в реальном времени;
метод сбора статистической информации о трафике и программа, реализующая распознавание трафика и определение его параметров распределения для последующего применения метода ДДА;
программная система, реализующая метод ДДА фундаментальных процессов поступления и обслуживания в управляемой системе массового обслуживания как математической модели узла сети;
результаты экспериментальных исследований реальных корпоративных сетей высокой нагрузки ГОУ ВПО ОГУ и ОАО «Оренбургэнергосбыт»;
система рекомендаций по повышению качества и скорости управления нагрузкой по вышеуказанным сетям.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты данной работы представлялись:
на X Международной конференции РАН, СНЦ, ИПУСС «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» (Самара, 2008);
на Всероссийских научно-практических конференциях (с международным участием) «Перспективные информационные технологии в научных исследованиях, проектировании и обучении ПИТ-2006» (Самара, СГАУ, 2006); «Компьютерные технологии в науке, практике и образовании» (Самара, СГУ, 2005); «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике» (Оренбург, ОГУ, 2005);
на Всероссийском конкурсе инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению развития науки и техники "Информационно-телекоммуникационные системы" (Москва, ГНИЙ ИТТ "Информика", 2005, работа удостоена диплома второй степени);
на V Международном научно-практическом семинаре «Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах» (Нижний Новгород, НГУ, 2005).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 12 публикациях,
в том числе двух статьях в журналах из перечня, рекомендованного ВАК для публикации результатов диссертационных работ, 2 статьях в журналах, 4 докладах, 1 тезисах доклада, 2 свидетельствах о регистрации программного средства, 1 учебном пособии под грифом МГУП.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 144 страницы машинописного текста, 69 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 93 наименований и приложения.
Похожие диссертации на Формирование оценок производительности корпоративных компьютерных сетей на основе аппроксимативного подхода
