Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование и анализ методов построения систем управления сетями связи . 14
1.1. Основные задачи управления сетями связи 14
1.2. Исследование архитектуры типовых систем управления сетями телекоммуникаций 16
1.3. Исследование и анализ метода построения систем распределенных вычислений «клиент-сервер» 19
1.4. Протоколы SNMP и CMIP как примеры реализации метода «клиент-сервер» в системе управления сетями телекоммуникаций 22
1.5. Исследование особенностей сетей ЦАТС РФ и типовых задач, выполняемых на ЦАТС 25
1.6. Обоснование необходимости исследования методов построения систем распределенных вычислений применительно к построению СУ сетью ЦАТС 31
1.7. Исследование и анализ механизмов обеспечения мобильности кода 32
1.8. Анализ методов построения систем распределенных вычислений 37
Выводы 47
2. Исследование методов и средств построения систем распределенных вычислений 51
2.1. Разработка методов оценки транспортных протоколов 51
2.1.1. Разработка метода оценки роста объема передаваемых по сети данных для модели ISO/OSI 51
2.1.2. Разработка метода оценки общего объема передаваемых данных при использовании протокола TCP 58
2.1.3. Разработка метода оценки общего объема передаваемых данных при использовании протокола UDP 61
2.1.4. Сравнительный анализ накладных расходов для протоколов UDP и TCP 62
2.1.5. Результаты эксперимента 66
2.2. Разработка методов оценки объема передаваемых по сети данных в системах распределенных вычислений 67
2.2.1. Понятия и определения 67
2.2.2. Разработка метода оценки объема передаваемых по сети данных для одного сеанса управления 68
2.2.3. Примеры тенденций роста объема передаваемых данных 77
2.2.4 Разработка методов оценки объема передаваемых по сети данных для нескольких сеансов управления 80
2.2.5. Примеры тенденций роста объема передаваемых по сети данных для серии сеансов управления 83
2.2.6. Разработка метода оценки объема передаваемых данных по исходящему каналу СУ 85
2.2.7 Пример тенденций роста объема передаваемых по исходящему из УС каналу связи 88
2.3. Анализ процесса обновления исполняемого кода 91
Выводы 93
3. Разработка методов оценки времени выполнения сеанса управления и методики построения высокопроизводительных систем управления сетями цифровых автоматических телефонных станций 95
3.1. Разработка методов оценки времени выполнения сеанса управления 95
3.2. Разработка методики построения высокопроизводительных СУ сетями ЦАТС 113
Выводы 121
4. Исследование эффективности применения методики выбора архитектуры СУ сетью ЦАТС на примерах 122
Выводы 133
Заключение 95
Список литературы 138
Приложения 146
- Исследование архитектуры типовых систем управления сетями телекоммуникаций
- Разработка метода оценки роста объема передаваемых по сети данных для модели ISO/OSI
- Разработка метода оценки объема передаваемых по сети данных для одного сеанса управления
- Разработка методов оценки времени выполнения сеанса управления
Введение к работе
В настоящее время, как никогда актуальна задача управления сетями телекоммуникаций. Основополагающими причинами этого являются повсеместное распространение и использование сетевых технологий, жесткая конкуренция поставщиков услуг в условиях рыночной экономики и т.д. Кроме того, немалое внимание уделяется качеству услуг, предоставляемых конечному пользователю, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9001-2001 [7]. Очевидно, что без организации управления сетями телекоммуникаций, невозможно достичь должного уровня обслуживания потребителей.
Сеть цифровых автоматических телефонных станций (ЦАТС) является частным случаем телекоммуникационной сети, где в качестве узлов выступают ЦАТС одного или нескольких производителей.
Предварительный анализ инфраструктуры сетей ЦАТС РФ показал, что сети ЦАТС обладают следующими особенностями:
сетевые устройства (ЦАТС), как правило, обладают ограниченными
вычислительными мощностями,
ЦАТС объединены в сеть надежными каналами связи высокой
стоимости,
сеть ЦАТС, как правило, стационарна, т.е. случаи
подключения/отключения узлов к/от сети редки,
сеть ЦАТС имеет высокую степень территориальной
распределенности. В этом случае, при решении задачи построения системы управления (СУ) сетью ЦАТС, не следует ориентироваться на возможность прокладки дополнительных каналов связи для организации среды передачи данных (СПД) СУ или модификации аппаратных компонент ЦАТС в силу высокой стоимости этих работ. Следует отметить, что существует способ организации СПД СУ на уже функционирующей сети ЦАТС, но способ этот дает низкую скорость передачи данных (4 кбит/с). При этом, соответственно, пересылка крупных массивов данных по сети требует больших временных затрат, что, в свою
очередь, отражается непосредственно на скорости обслуживания СУ устройств. Таким образом, при разработке СУ следует уделить внимание объему данных, пересылаемых по сети в процессе управления.
В настоящее время существуют стандарты, на основе которых разрабатываются СУ сетями телекоммуникаций. Наиболее широко используемыми являются протоколы SNMP и CMIP, позволяющие программе -«менеджеру» взаимодействовать с программами-«агентами», расположенными на устройствах. Взаимодействие это осуществляется на основе метода организации систем распределенных вычислений (СРВ) «клиент-сервер»; здесь в качестве клиента выступает «менеджер», посылающий запросы «агенту», который является сервером.
При этом, анализ работ, посвященных как указанным протоколам, так и методу организации межпроцессного взаимодействия «клиент-сервер» [8, 44-50, 98] показывает, что данный метод имеет ряд недостатков.
Во-первых, одним из основных недостатков является статичность предоставляемых сервером (клиентом) интерфейсов: если система уже функционирует, нет возможности «на лету» изменить действия, выполняемые сервером или клиентом, в то время как в процессе управления сетями связи зачастую возникает необходимость изменения реакции системы на события, происходящие в сети.
Во-вторых, серьезной проблемой метода «клиент-сервер» является так называемая проблема микроменеджмента [98]. Проблема эта проистекает из того, что затруднительно определить должную степень гранулярности функций сервера. К примеру, если функции, предоставляемые сервером, ориентированы на выполнение примитивных действий, то таким образом может быть достигнут достаточно высокий уровень гибкости системы, но при этом возникает сильная зависимость между клиентом и сервером: для решения сервером какой-либо задачи необходимо пошаговое управление им со стороны клиента, т.е. - микроменеджмент. Если связь между клиентом и сервером обрывается, то задача остается невыполненной. С другой стороны, как попытка
избавиться от микроменеджмента, возможна реализация на сервере комплексных функций, ориентированных на выполнение сложных задач. В таком случае, «клиенту» для выполнения какой-либо определенной на сервере задачи, не требуется многократное обращение к серверу, и, таким образом, пошагового управления не происходит. При этом, однако, гибкость системы оказывается ограниченной теми задачами, решение которых реализовано в виде комплексных функций.
Непосредственно для СУ сетью ЦАТС проблема микроменеджмента актуальна еще и тем, что при объединении ЦАТС в сеть посредством низкоскоростных каналов передачи данных, и при высокой частоте обмена данными между клиентом и сервером создается значительная нагрузка на сеть, которая, в свою очередь, может существенно замедлить работу всей СУ в целом. В качестве примера можно привести процедуру обработки крупных массивов данных: если в СУ не реализованы средства обработки всего массива, а, например, как в протоколе SNMP vl.O [76, 77], реализованы только процедуры считывания одной ячейки данных, попытка обработать массив приводит к последовательным запросам к серверу в количестве, равном числу считываемых ячеек и такого же количества пересылок считанных данных, что не может не отразиться на скорости обработки данных.
Несмотря на то, что широко используемые на настоящий момент СУ сетями телекоммуникаций строятся на основе архитектуры «клиент-сервер», существуют и другие методы организации СРВ, которые относятся к области исследований мобильности кода.
Сама идея мобильности кода заключается в том, что код (или блоки кода) перемещается по сети в любой из доступных узлов и обработка данных производится на месте. Основными методами построения СРВ, базирующимися на использовании мобильного кода являются:
удаленные вычисления (remote evaluation),
код по запросу (code on demand),
мобильные агенты (mobile agents).
Такая классификация была предложена в работах [39,42]. Также следует отметить, что исследования, проведенные в работах [39,42,74] показывают, что методы, представляющие парадигму мобильного кода, лишены недостатков, которые свойственны методу «клиент-сервер». Таким образом, весьма перспективным является исследование методов организации систем распределенных вычислений в рамках направления мобильного кода и возможности их применения при построении СУ сетью ЦАТС с целью минимизации времени обслуживания системой сетевых устройств.
Учитывая особенности сетей ЦАТС и необходимость осуществлять управление элементами сети в реальном времени, в качестве основного критерия оценки производительности СУ примем время обслуживания управляющей станцией элементов сети. Проблема микроменеджмента, свойственная методу построения СРВ «клиент-сервер», является основной причиной чрезмерной загрузки сети и, как следствие, причиной неудовлетворительного времени обслуживания устройств. Использование методов мобильного кода, в силу их особенностей, может существенно повысить производительность СУ сетями ЦАТС, сокращая время обслуживания сетевых устройств. Таким образом, на этапе проектирования СУ, весьма актуальным становится вопрос о выборе эффективного архитектурного решения, базирующегося на том или ином методе построения СРВ и позволяющего сократить время обслуживания СУ элементов сети.
Данная диссертация посвящена исследованию методов и средств построения СРВ, анализу их эффективности при использовании в СУ сетью ЦАТС с точки зрения минимизации времени обработки СУ обслуживаемых устройств и нагрузки на каналы связи, а также формализации обоснования выбора наиболее эффективного архитектурного решения, позволяющего уменьшить время обслуживания устройств и тем самым повысить производительность СУ.
Целью данной работы является сокращение времени обслуживания сетевых устройств системой управления сетью ЦАТС.
Исходя из поставленной цели, основной научной задачей является: создание методики обеспечивающей минимизацию времени обслуживания сетевых устройств системой управления при следующих исходных данных: сетевыми устройствами являются ЦАТС, управление сетью ЦАТС производится с единого центра управления, сетевые устройства объединены в сеть посредством низкоскоростных каналов связи.
Основная задача включает следующие этапы решения:
Анализ состояния разработок в области систем управления сетями ЦАТС.
Анализ методов и оценка эффективности средств взаимодействия открытых систем с целью выявления наиболее перспективных для сетей ЦАТС средств.
Разработка метода оценки полного объема передаваемых по сети данных.
Разработка метода оценки объема накладных расходов для транспортных протоколов.
Разработка метода оценки времени реакции системы на управляющее воздействие.
Разработка методики построения высокопроизводительной системы управления сетями ЦАТС.
Рамки исследования: сеть ЦАТС, телекоммуникационные протоколы и методы построения систем распределенных вычислений: «клиент-сервер», «удаленные вычисления», «код по запросу», «мобильные агенты».
Методы исследования: математическое моделирование, численный эксперимент, теория систем.
Достоверность основных положений работы и применимость предложенных методов подтверждается строгостью математических выкладок и результатами экспериментов.
Наиболее существенные новые научные положения, выдвигаемые для защиты:
Существующий метод построения систем управления сетями ЦАТС не обеспечивает требуемых производительности и гибкости систем управления в силу наличия проблем микроменеджмента и статичности предоставляемых интерфейсов, в связи с чем, создание методики построения высокопроизводительной системы управления сетью ЦАТС представляет собой актуальную научную задачу.
Адекватная оценка полного объема передаваемых по сети данных и времени реакции системы на управляющее воздействие осуществима на основе учета топологии сети, структуры потоков данных в применяемых методах построения систем распределенных вычислений и объема дополнительной информации, вводимой в целях реализации функций управления передачей данных.
Существенное (на 15-30%) сокращение времени обслуживания элементов сети системой управления достижимо за счет комбинирования выбора мест расположения управляющей станции, методов и средств построения систем распределенных вычислений.
Другие наиболее существенные новые научные результаты, выдвигаемые для защиты:
1. Усовершенствованные методы оценки объема передаваемых по сети данных в системах распределенных вычислений, отличающиеся от известных тем, что для случая одного устройства метод разработан на основе суммирования полных объемов передаваемых запросов и результатов, а для случая нескольких сеансов управления метод разработан на основе суммирования по количеству сеансов управления полного объема передаваемых данных во всей системе.
Впервые разработанные методы оценки времени обслуживания сетевых устройств для систем управления функционирующих в сетях топологий «шина», «звезда» и комбинированной топологии, посредством суммирования времен передачи полного объема данных между промежуточными узлами сети и времени обслуживания для одиночного узла, суммирования времен обслуживания узлов для случая последовательной обработки и определения максимального значения времени обслуживания узла для случая параллельной обработки.
Впервые разработанный метод оценки полного объема передаваемых по каналу связи данных, учитывающий ранее не оценивавшийся объем дополнительной информации, вводимой в целях реализации функций управления, посредством суммирования объемов заголовков и окончаний пакетов и объемов служебных пакетов.
Методика построения высокопроизводительных систем управления сетями ЦАТС отличающаяся тем, что в ней присутствует этап оптимизации архитектурного решения на основе комбинирования выбора мест расположения управляющей станции, методов и средств построения систем распределенных вычислений.
Апробация работы.
Полученные результаты обсуждались на: VI Всероссийской конференции с международным участием «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения» (Таганрог, 2003 г.), республиканской научно-практической конференции «Современные управляющие и информационные системы» (Ташкент, 2003 г.), VI международной научно-практической конференции «Информационная безопасность» (Таганрог, 2004г.), VII Всероссийской конференции с международным участием «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения» (Таганрог, 2004г.). Также результаты работы публиковались в сборнике научно-исследовательских работ «Новые грани познания» (Москва, 2004г.)
«
Публикации. По результатам исследования опубликовано 9 печатных работ, из них 3 статьи, 6 тезисов докладов.
Содержание работы.
В первом разделе производится анализ предметной области. Изложены основные задачи управления сетями телекоммуникаций, исследован и проанализирован широко используемый в настоящее время метод построения СРВ - «клиент-сервер». На основании исследованных работ сделан вывод, что основные недостатки данного метода заключаются в проблеме микроменеджмента и статичности интерфейсов.
Исследованы особенности сетей ЦАТС РФ и возможности наложения среды передачи данных для СУ на уже функционирующие сети без прокладки дополнительных линий связи. На основании анализа сделан вывод о недостаточной эффективности применения метода клиент-сервер к управлению сетью ЦАТС. Также произведен обзор существующих методов построения СРВ в рамках парадигмы «мобильного кода» и исследованы качественные характеристики методов.
Во втором разделе разработан метод оценки полного объема данных, передаваемых по сети, для модели ISO/OSI и методы оценки полного объема данных, передаваемых по сети в случае использования при построении СУ методов «клиент-сервер», «удаленные вычисления», «код по запросу», «мобильные агенты».
В третьем разделе разработаны методы оценки времени обслуживания СУ элементов сети. Получены оценки времени реакции системы на управляющее воздействие. Разработанные методы позволили проанализировать зависимость эффективности применения методов от топологии сети. Разработана методика построения высокопроизводительных систем управления сетями цифровых автоматических телефонных станций, формализующая процедуру обоснованного выбора архитектурного решения СУ.
Четвертый раздел содержит описание и результаты применения разработанной методики при проектировании СУ сетями ЦАТС произвольной топологии. Разработанная методика позволила осуществить выбор архитектурного решения, наиболее эффективного для конкретной топологии в аспекте временных затрат на обслуживание сетевых устройств.
Заключение содержит выводы по проделанной работе.
Исследование архитектуры типовых систем управления сетями телекоммуникаций
Телекоммуникационные системы состоят из набора географически распределенных узлов, которые представляют собой, в общем случае, коммутационные устройства, объединенные в сети связи различных топологий, с различной физической средой передачи данных (оптическая линия, коаксиальный кабель, медный провод) [20, 29].
Здесь следует отметить, что среди всего многообразия топологий, в сетях ЦАТС, как правило, наиболее часто используются топологии «звезда» и «шина» [27]. В рамках нормативных документов, определяющих основные принципы построения системы управления сетями телекоммуникаций, сеть определяется как совокупность сетевых управляющих станций (УС) и элементов сети (ЭС), которыми являются рабочие станции, шлюзы, маршрутизаторы и т.д. и над которыми производятся мониторинг и управление [8, 9, 22, 36, 37, 58, 59, 76, 78-81]. Управление сетью основано на взаимодействии выделенных в ней УС с ЭС; мониторинг подразумевает периодический сбор и, возможно, дальнейшую обработку данных с ЭС. В качестве УС обычно используют достаточно мощные рабочие станции [29, 91]. Установленную на такой станции специализированную управляющую программу называют менеджером. Агентом называется компонент программного обеспечения сетевого элемента, обеспечивающий его взаимодействие с менеджером. База данных управления — это база данных, в которой представлены переменные, характеризующие состояние сетевого элемента. Значения этих переменных поддерживаются агентом и могут быть запрошены или установлены агентом по требованию менеджера (см. рис. 1.2) [8 - 10, 22, 29, 91]. СУ сетью телекоммуникаций является системой распределенных вычислений в силу того, что в случае управления и мониторинга ЭС происходит взаимодействие вычислительных процессов, расположенных на различных узлах сети, что, в свою очередь, попадает под определение системы распределенных вычислений [30, 32].
Рассмотрим архитектуру СУ с точки зрения построения систем распределенных вычислений. Анализ документации [36, 37, 76, 77, 79 - 81] показывает, что взаимодействие менеджера и агентов происходит на основании метода «клиент-сервер», т.е. менеджер, исполняющий роль клиента, посылает запрос агенту, который, являясь сервером, выполняет команду и возвращает результат своей работы менеджеру. Каждый агент (сервер) имеет статично определенный набор сервисов, ориентированный на работу с БД управления, и производит вычисления, запрашиваемые менеджером (клиентом), тем самым реализуя взаимодействие менеджера с аппаратным обеспечением сетевого узла.
В соответствии с установленными стандартами, менеджер может получать и модифицировать только те данные, которые описаны в базе данных управления. Агент наполняет модель управляемого ЭС текущими значениями характеристик данного устройства. Менеджер использует базу данных управления, чтобы получить информацию о том, чем характеризуется ЭС, какие данные он может запросить у агента и какими параметрами можно управлять.
Агенты могут быть встроенными в управляемое оборудование, а могут и работать на отдельной станции, связанной с управляемым оборудованием по какому-либо интерфейсу. Программная реализация агента может быть как простейшей, так и более сложной: начиная с подсчета проходящих через оборудование пакетов, и заканчивая возможностью самостоятельных действий по выполнению последовательности управляющих действий в аварийных ситуациях, построению временных зависимостей, фильтрации аварийных сообщений и т. п. Здесь следует отметить, что усложнение реализации агента зачастую невозможно в силу небольших вычислительных мощностей, которые могут предоставить ЭС [20,22]. Кроме того, усложнение агентов не решает такой проблемы, как, статичность набора сервисов, определенных для агента, в силу невозможности изменения метода обработки данных на сетевом устройстве.
К настоящему времени сложилось достаточно устойчивое определение метода организации взаимодействия вычислительных процессов «клиент-сервер» как одного из направлений в рамках распределенных вычислений, наиболее распространенного и широко используемого на настоящий момент. Метод «клиент-сервер» определяется следующим образом [101]: «клиент-сервером» называется такой метод построения компьютерной сети, в которой множество клиентов (удаленных процессоров) запрашивают и получают сервисы от сервера.
Разработка метода оценки роста объема передаваемых по сети данных для модели ISO/OSI
Для дальнейших исследований методов построения СРВ и оценки их с точки зрения объема передаваемых данных, введем функцию Т(х), которая отражает полный объем передаваемых по сети данных с учетом всех служебных данных, добавляемых к исходным данным во время их прохождения по сетевым уровням согласно модели ISO/OSI [16,22,23].
Обозначим через х[байт] исходный объем данных, передачу которых необходимо произвести.
Анализ работ [2, 3, 4, 20 - 23, 25, 28, 31, 78, 83, 84, 91, 90, 92] показал, что в общем случае сеанс передачи данных состоит из трех этапов: установление соединения, передача данных, разрыв соединения. Протоколы передачи данных можно разделить на две категории: протоколы с установлением соединения, протоколы без установления соединения. В качестве примеров можно привести протокол TCP - с установлением соединения и протокол UDP - без установления соединения. Оба протокола являются частью стека протоколов TCP/IP. Исходя из того, что часть протоколов не производит установления соединения, можно сделать вывод, что обязательным является только этап передачи данных, а этапы установления и разрыва соединения являются необязательными и присутствуют только при использовании протоколов, ориентированных на соединение. При транспортировке через сеть, блок данных делится на пакеты, и, как показано на рис. 2.1, к каждому из пакетов добавляется служебная информация при прохождении по различным уровням 7-ми уровневой модели ISO/OSI [21, 22]. При прохождении пакета вниз по стеку протоколов к нему производится добавление служебных данных каждого уровня. При прохождении пакета вверх на каждом уровне производится обработка и удаление служебных данных данного уровня. В итоге прикладному приложению-получателю попадают только те данные, которые были отправлены прикладным приложением-отправителем. Схематично передача пакета по сети представлена на рис. 2.2. Рассмотрим более подробно сеанс передачи данных. На первом этапе происходит установление соединения. После успешного установления соединения начинается этап передачи данных, во время которого от стороны отправителя по сети передаются пакеты, снабженные служебными заголовками, а сторона-получатель при использовании протоколов с установлением соединения может производить управление передачей данных по соединению (например, посылать подтверждения получения пакетов). В силу того, что в сети возможна потеря или искажение пакетов, при использовании протоколов с гарантированной доставкой данных, происходит повторная передача данных, находящихся в утерянных или искаженных пакетах. После того, как все данные переданы, происходит разрыв соединения. Данное выражение, описывающее полный объем данных, передаваемых по каналу связи, можно представить в виде: С(х) — объем служебных данных, пересылаемых при установлении соединения. В случае использования протоколов, ориентированных на установление соединения не равно нулю и зависит от конкретного протокола; при использовании протоколов, не ориентированных на установление соединения, равно нулю [байт]. Sc(x) — объем служебных данных, пересылаемых с целью управления передачей данных по соединению [байт]. Packs(x) - суммарный объем пакетов, получаемых при разбиении исходного блока данных на пакеты для передачи в сеть [байт]. г(х) - объем данных, переданных повторно из-за возможных потерь и искажений при передаче кадров по каналу связи [байт]. Значение г(х) напрямую зависит от качества каналов связи, т.к. очевидно, что в случае использования ненадежного канала доля искаженных пакетов будет выше, чем в случае использования надежного. Значение г(х) носит вероятностный характер, но более глубоко в рамках данной работы не рассматривается. d(x) — объем служебных данных, пересылаемых при разрыве соединения. В случае использования протоколов, ориентированных на установление соединения не равно нулю и зависит от конкретного протокола; при использовании протоколов, не ориентированных на установление соединения, равно нулю [байт].
Далее рассмотрим подробнее слагаемое Packs(x) выражения (2.1), являющееся функцией, при помощи которой можно вычислить суммарный объем пакетов, получаемых при разбиении исходного блока данных на пакеты при их передаче в сеть и, кроме того, обязательное как для протоколов, ориентированных на соединение, так и для протоколов не ориентированных на соединение.
Обозначим через N - количество пакетов, необходимых для передачи данных объемом х. Очевидно, что количество пакетов, необходимых для передачи данных пользователя, зависит от объема данных пользователя и от максимальной полезной нагрузки пакета, который может быть передан по сети.
Пусть р,г - максимальная полезная нагрузка пакета данных, передаваемого по заданному типу сети. Тогда количество пакетов, необходимых для передачи блока данных размером х может быть вычислено согласно следующему выражению:
Разработка метода оценки объема передаваемых по сети данных для одного сеанса управления
Очевидно, что при соблюдении условия (2.12), в случае пересылки итогового результата произведенных на ЭС вычислений объем передаваемых по сети данных будет меньше, чем в случае пересылки результатов выполнения каждой управляющей инструкции.
Код по запросу. Рассмотрим взаимодействие вычислительных процессов при использовании метода «код по запросу». УС может заказать исполнение некоторой операции на ЭС. Для этого УС отправляет на ЭС сообщение, содержащее идентификатор операции, которую необходимо выполнить на заданном ЭС. В случае, если исполняемый код для выполнения операции с заданным идентификатором к этому моменту уже расположен на ЭС, производится выполнение заданного исполняемого кода и на УС посылается результат. В противоположном случае, если исполняемого кода для выполнения операции с заданным идентификатором на ЭС нет, то в ответ на УС посылается сообщение, указывающее, что требуется загрузка исполняемого кода. После получения сообщения с требованием загрузки исполняемого кода УС передает исполняемый код на ЭС для выполнения запрашиваемой операции, где код долговременно хранится и возможно его многократное исполнение.
В процессе функционирования системы в рамках данного метода можно выделить две основных фазы: распространение исполняемого кода на узлы сети; функционирование в установившемся режиме. При поступлении запроса на ЭС, в случае, если это первый запрос на выполнение требуемой операции, происходит загрузка исполняемого кода. При многократном повторении одних и тех же запросов происходит лишь однократная доставка исполняемого кода для выполнения этих запросов; в дальнейшем лишь происходит обмен запросами на исполнение операций, содержащими только идентификаторы операций, и результатами выполнения кода. В фазу распространения исполняемого кода на сетевые устройства входят операция запроса передачи исполняемого кода на устройство и операция передачи кода на устройство. В фазу функционирования в установившемся режиме входят операции передачи идентификатора операции, запрашиваемой к исполнению и передача результата выполнения кода. Введем следующие обозначения: hod " размер сообщения, содержащего идентификатор операции, запрошенной к исполнению [байт]. 1/etch размер сообщения, указывающего на необходимость загрузки на сетевой узел исполняемого кода для выполнения операции с заданным идентификатором [байт]. Ccod - размер исполняемого кода для выполнения заданной операции [байт]. Рассмотрим взаимодействие вычислительных процессов в рамках метода «код по запросу» для этапа распространения кода на узлы сети. УС отправляет на ЭС идентификатор операции, запрошенной к исполнению. ЭС на данный момент не обладает экземпляром исполняемого кода для выполнения требуемой операции, и поэтому отправляет на УС сообщение, указывающее на необходимость загрузки исполняемого кода соответствующего операции с заданным идентификатором. УС пересылает исполняемый код на ЭС, на котором он запускается на выполнение, а результат исполнения каждой инструкции исполняемого кода пересылается на УС. Таким образом, объем передаваемых данных при первом исполнении некоторой операции при обработке одного ЭС выражается следующей формулой: Tflrsa = ПІС0 і) + Т(І/еІсН) + Т(СС0 1) + Т(Кп,ч). (2.17) Для N ЭС взаимодействие происходит согласно следующему укрупненному алгоритму: УС осуществляет рассылку для N ЭС сообщения, содержащего идентификатор запрашиваемой к выполнению операции, ЭС в ответ пересылают в УС сообщение, содержащее запрос на загрузку исполняемого кода, происходит рассылка требуемого кода на ЭС и его выполнение на каждом из N ЭС, ЭС осуществляют отправку на УС результатов каждой управляющей инструкции.
Разработка методов оценки времени выполнения сеанса управления
Время выполнения сеанса управления СУ является одним из наиболее значимых критериев в оценке эффективности ее функционирования. Чтобы оценить степень применимости рассмотренных выше методов построения СУ сетью ЦАТС, произведем оценку времени выполнения одного сеанса управления сетью.
Обозначим через t0 временной интервал, за который осуществляется один сеанс управления. Во время проведения сеанса управления на сетевом устройстве исполняется Q командных инструкций. За время t0 СУ должна произвести следующие действия: пересылку всех управляющих инструкций на ЭС, их выполнение на ЭС и получение результатов выполнения управляющих инструкций. Введем также величину г, обозначающую усредненное время выполнения командной инструкции на сетевом устройстве. Положим, что все командные инструкции представлены элементарными действиями, выполнение каждого из которых требует времени много меньшего, чем пересылка данных по каналу связи. При этом, для случая «клиент-сервер» обозначим через время выполнения сетевым устройством одной командной инструкции, для остальных случаев - «удаленные вычисления», «код по запросу» и «мобильные агенты» - будем использовать величину г„, обозначающую время исполнения блока кода на сетевом устройстве. Также положим, что время исполнения блока кода на сетевом устройстве для методов «удаленные вычисления», «код по запросу» и «мобильные агенты» равно сумме времени исполнения управляющих инструкций применяемых для метода «клиент-сервер» используемых для выполнения одинаковых воздействий на сетевой узел: Кроме того, введем величину V обозначающую пропускную способность канала связи, при этом будем считать, что для всех каналов представленной к рассмотрению сети пропускная способность одинакова, т.е. V=const для всех линий связи данной сети.
Рассмотрим наиболее широко применяющиеся топологии сетей ЦАТС [27], т.е. топологии «шина» и «звезда» (см. рис. 3.1). Также рассмотрим смешанную топологию, комбинирующую эти два способа (см. рис. 3.2). 2. Часть программного комплекса УС располагается непосредственно на одном из узлов сети и связана с другими компонентами УС посредством высокоскоростного интерфейса. На рис. 3.3 приведены примеры топологий с обозначением подключения УС к сети. п - номер сетевого устройства, для которого осуществляется расчет времени реакции п є [\,N] . Произведем построение аналитических выражений для оценки времени выполнения одного сеанса управления для рассмотренных методов для сетей с топологиями «звезда» и «шина». Клиент-сервер. Найдем t0 для случая топологии «звезда». При построении СУ сетью ЦАТС возможно использование различных подходов к организации взаимодействия УС и сетевых устройств. Наиболее часто используются последовательный и параллельный способы взаимодействия. При последовательной обработке каждое из сетевых устройств поочередно получает управляющие инструкции от УС, производит указанные действия и возвращает результат, т.е. взаимодействие с каждым последующим сетевым устройством начинается после того как на УС поступит результат выполнения командных инструкции на предыдущем сетевом устройстве. При параллельной обработке сетевые устройства одновременно получают управляющие инструкции от УС, производят указанные действия и возвращают результат.
Очевидно, что время выполнения одной командной инструкции сетевым устройством складывается из времени доставки ее на узел, времени обработки данной инструкции узлом и времени доставки результата на УС. В случае, если часть комплекса УС находится непосредственно на узле и связана с оставшимися компонентами высокоскоростным интерфейсом, при необходимости УС произвести управление узлом, на котором она установлена, то временем доставки можно пренебречь.
