Введение к работе
Лкту.'ишность проблемы ргиіпития методой щювктщюышин и управления для вычислительных сетей определяется генетическими свойствами глобальных информационно - вычислительных сетей . такими как большая размерность, многосвяэность. взаимная вависимость команд сетевого управления и информационных потоков, сложность процессов управления и функционирования при обеспечении обработки, поиска и передачи информации.
В настоящее время развитие науки и техники привело к осуществлению мировой информационной интеграции всех областей жизнедеятельности общества. На наших главах происходит объединение отдельных компьютеров при помощи средств передачи данных, создаются сети, которые сливаются, усложняются, обраэуя гетерогенные вычислительные сети. осуществляющие хранение, доставку и обработку информации. Доставка сообщений организуется по сложным правилам, которые закладывается в протоколы передачи данных. Запросы-сообщения для своей обработки часто используют постоянно усложняющиеся прикладные программы, поэтому задержки при удаленном использовании сетевых ресурсов сети могут в значительной степени зависеть от времени обработки запросов прикладной программой.
Таким образом. существенным требованием пользователей вычислительных сетей является своевременное получение обработанной информации, которое определяется временем доставки и обработки сообщений. Именно поэтому при создании новых региональных сетей, либо при модернизации и развитии уже функционирующих вычислительных сетей чрезвычайно актуальным является обеспечение требуемых вероятностно - временных характеристик функционирования вычислительных сетей.
В части повышения эффективности создания и использования вычислительных сетей в отечественной и зарубежной практике наметились следующие основные направления работы:
унификация и типизация проектных решений по техническим средствам вычислительных сетей;
унификация и типизация проектных решений по информационно-программным средствам. которые обеспечивают функционирование ВС. предоставляются пользователям и являются инвариантными к объекту применения:
унификация проблемных задач управления ресурсами
- 4 -вычислительных сетей на основе последовательной интеграции локальных и региональных ВС в глобальные информационно вычислительные сети.
В России, а ранее в СССР, разработка вопросов исследовании и совдания вычислительных сетей выполнялась на основании: Общесоюзной научно-технической программы 026.0.80.03 Государственного Комитета по науке и технике СМ СССР на 1986 -1990 годы(Постановление ГКНТ СМ СССР и АН СССР N 573/137 от 10.11.85г.): Приказа Госкомобразования СССР N 574 от 16.07.90 г. "О создании Единой Системы Информатизации Народного образования (ЕСИНО) " ; Международного проекта ЮНЕСКО "ЮНИКОМ" -"Университетские сети знаний" в соответствии с приказами Госкомвуза России от 01.10.93 N 237. от 09.11.93 N 332. от 09.12.93 N 426. ОТ 26.07.94 N 778 И 12.10.94 N 999.
Опыт разработки вычислительных сетей дает основание для заключения, что наименее структурированным, а следовательно унифицированным, и наиболее сложным, трудоемким процессом при проектировании является построение и практическое использование комплекса детализированных моделей, описывающих функционирование вычислительных сетей вцелом. отдельных регионов ВС и каждого узла ВС .
Таким образом. сформировался чрезвычайно широкий круг неисследованных проблем, объединенных единой целью повышения эффективности функционирования и управляемости вычислительных сетей, включающих в себя вычислительные ресурсы, средства связи, средства сбора, хранения и обработки информации, технологию и протоколы управления информационно - вычислительными ресурсами.
Предметом исследования являются гетерогенные вычислительные сети, региональные сети которых представляют собой распределенные и локальные вычислительные сети, имеющие в своем составе типовые средства вычислительных сетей . функционирование которых определяется профилями протоколов. обеспечивающих передачу и обработку коммутируемых сообщений.
Цель и задачи исследований. Современная теория и практика построения и эксплуатации ВС выдвигают проблему создания методологии аналива вероятностно - временных характеристик функционирования ВС и средств. предназначенных для проектирования и управления эффективно функционирующих ВС. позволяющих для реальных размерностей ВС учитывать специфику технических средств. протоколов передачи и обработки
- 5 -информации.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать методологию автоматизированного расчета вероятностно-временных характеристик функционирования ВС.
создать и обосновать обобщенную модель вычислительных сетей (ОМВС). которая обеспечивает многоуровневое описание функционирования мультирегиональных ВС. которые рассматриваются как объединение углов вычислительной сети, связанных разнообразными каналами связи по произвольной топологии, причем функционирование каждого уэла определяется имеющимся в нем профилем протоколов.
разработать для реализации ОМВС необходимый аппарат математических преобразований, позволяющий в полном объеме использовать адекватные; математические методы решения уравнений аналитической модели.
разработать структуру взаимодействия вычислительных процедур, обеспечивающих автоматизированный расчет вероятностно - временных характеристик функционирования ВС.
разработать комплекс программного обеспечения, реализующий автоматизированный расчет вероятностно - временных характеристик функционирования ВС.
разработать методологию формализованного описания многоуровневых протоколов, используемых в вычислительных сетях.
иллюстрировать результативность практического применения теоретических разработок.
Методы исследований. Для создания ОМВС использовались: аппарат теории массового обслуживания, преобразований Лапласа, тенэорных преобразований. матричных преобразований, математического моделирования . случайных процессов, итеративных методов решения систем линейных и нелинейных уравнений.
Научная новизна работы. В диссертации разработаны и представлены к защите следующие научные положения :
1. Обобщенная модель вычислительных сетей (ОМВС). основанная на методе контуров, предложеном в 1983 году [1], включающая модели узлов ВС и модели сетевого уровня. Разработанная ОМВС содержит спецификацию архитектуры параметров и характеристик ВС и аналитические соотношения, которые
- б -
позволяют для каждого узла сети моделировать многоуровневую систему протоколов с изменяющимся количеством сообщений, а для каждого региона ВС рассчитывать вероятностно - временные характеристики функционирования вычислительных сетей.
-
Тензор (ТІ) для ОМВС и вычислительные процедуры на базе преобразований Лапласа и расширенных автором матричных преобразований, которые позволяют вычислять первый и второй моменты распределения времени обслуживания заявок - сообщений в узле, а также вспомогательные параметры: обобщенные коэффициенты изменения количества сообщений в узлах и вероятности последовательных цепей взаимодействия элементов в увлах.
-
Тензор (Т2) для ОМВС и вычислительные процедуры, позволяющие по заданным характеристикам трафика и вычисленным значениям вспомогательных параметров узла автоматически формировать систему линейных уравнений и определять параметри интенсивности потоков сообщений во всех узлах и каналах связи ВС.
-
Комплекс программ, который поддерживает и реализует разработанные теоретические положения.
-
Исследование точности ОМВС. подтвердившее. что погрешность использования ОМВС не превышает 10%. и показавшее эффективность предложенных подходов. позволяющих достигнуть двухкратного снижения величины погрешности.
-
Математические модели функционирования протоколов SNA. TCP и программ прикладного уровня, построенные на основе разработанных методологии и понятийных средств ОМВС для региона ВС.
Практическая ценность и использование результатов работы. На основе созданной методологии анализа вероятностно - временных характеристик функционирования ВС был выполнен ряд работ, подтверждающих практическую и научную ценность теоретических исследований;
1. Комплекс работ по созданию Информационной Вычислительной Сети Московского энергетического института (ИВС МЭИ) [29-353 . [46-48]. который выполнялся в соответствии с Общесоюзной научно-технической программой 026.0.80.03 Государственного Комитета по науке и технике СМ СССР на 1986 - 1990 годы; задание Об.05.А - "Развить и ввести в опытную эксплуатацию в Московском
- 7 -энергетическом институте вычислительную систему коллективного пользования для автоматизации учебного процесса, управления вузом и решения научных задач". (Постановление ГКНТ СМ СССР и АН СССР N 573/137 ОТ 10.11.85 г.. приказ МЭИ N 237 ОТ 27.06.86).
-
Работы по проектированию и анализу Единой Системы Информатизации Народного образования (ЕСИНО) [39-41]. которые выполнялись в соответствии с приказом Госкомобразования СССР N 574 от 16.07.90 г., "О создании ЕСИНО" . планам Исполнительного совета МЭИ по проблеме создания ЕСИНО и приказа ректора МЭИ N 326 от 30.12.90 г. "Об образовании временного научно технического коллектива для разработки эскивного проекта подсистемы ВУЗ ЕСИНО".
-
Разработка типовых технических и программных сетевых средств для создания Национальной академической системы баз данных и баз знаний [44.45]. создание которой ведется с октября 1993 г. в развитие Международного проекта ЮНЕСКО "ЮНИКОМ" -"Университетские сети знаний" в соответствии с приказами Госкомвуза России от 01.10.93 N 237. от 09.11.93 N 332. от 09.12.93 N 426. от 26.07.94 N 778 И 12.10.94 N 999.
-
Разработка и исследование моделей для автоматизированного проектирования вычислительных систем с телеобработкой данных, которые проводились при выполнении научно-исследовательских работ по договорам между Московским энергетическим институтом и Московским научно-исследовательским и проектным институтом Систем Сетевого планирования и управления (МНИПИСПУ) В 1975-1987 Г.Г.
5.Исследование, моделирование и программная реализация перспективных протоколов вычислительной сети которые проводились при выполнении научно-исследовательских работ по договору между Московским энергетическим институтом и Московским предприятием "Салют'ЧЗб-38] . [42-43].
6. Применение разработок в учебном процессе. Результаты научных исследований, полученных при разработке методологии анализа вероятностно - временных характеристик вычислительных сетей использовались и используются при чтении лекций для студентов Московского энергетического института по следующим учебным курсам: "Проектирование вычислительных систем ' с телеобработкой данных", "Архитектура вычислительных сетей".
"Открытые системы и телекоммуникации". "Вычислительные сети".
Написаны и опубликованы 5 учебных пособий [2.3.8.11.21].
Разработан цикл лабораторных работ "Автоматизированное рабочее место пользователя EARN" для курсов "Вычислительные сети" и "Открытые системы и телекоммуникации".
Практическая ценность выполненных разработок и исследований определяется теми возможностями. которые могут быть предоставлены проектировщикам и администраторам вычислительных сетей для оценки функциональных характеристик: при создании новых вычислительных сетей. для развития существующих вычислительных сетей за счет подключения новых абонентов к сети, при объединении разнородных сетей для их совместного функционирования, при модернизации вычислительных сетей за счет изменения аппаратного и программного обеспечения, позволяющего использовать новые сервисные возможности сетей.
Квалификационная характеристика. Совокупность научных и практических результатов. полученных в работе на основе сформулированных и обоснованных положений представляет собой разработку теоретических положений, совокупность которых можно классифицировать как новое крупное достижение в формировании основ прикладной теории вычислительных сетей
Апробация работы. Результаты исследований. составляющих основное содержание работы докладывались и обсуждались на международных конференциях и симпозиумах: на XV Всесоюзной школе-семинаре по вычислительным сетям. Ленинград. 1990 г.; на XVI Всесоюзной школе-семинаре по вычислительным сетям. Винница, 1991 г.; на Международной конференции и Всесоюзной школе-семинаре по вычислительным сетям. Гурзуф. 1995 г.; на Международном симпозиуме по телеккоммуникации. Польша, Быдгощ, 1991 г.; на Международном симпозиуме по телеккоммуникации, Польша, Быдгощ. 1992 г.; на 39-ом Международном Научном Коллоквиуме. ФРГ. Ильменау. 1994г.; на 40-ом Международном Научном Коллоквиуме. ФРГ. Ильменау. 1995 г.
Под руководством автора по тематике исследований выполнены и успешно защищены две кандидатские диссертации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ, выпущено 15 отчетов по темам НИР.
- 9 -Структура и объем диссертации. Представленная работа состоит из введения, шести глав и заключения . содержит 40& стр. текста, 98 рис..253 наименований литературных источников .