Методы анализа эффективности сетей передачи данных с учетом структурной и функциональной организации Гагаринова, Надежда Юрьевна

Введение к работе

Актуальность проблемы. Последние несколько лет стали периодом бурного развития сетевой интеграции do всем мире и у нас в стране. Вычислительные сети, представляющие основу для создания принципиально новой индустрии обработки данных, нанли широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Численность вычислительных сетей растет с кавдш годом, обеспечивая значительное повышение эффективности использование вычислительной техники.

Сотрудничество меяду отраслями приводит к тому, что большинство локальных сетей объединяются в глобальные с помощью сетей передачи данных (ПД), связывая все большее число пользователей. Отказ в сетях ПД ведет к значительным убыткам. Поэтому, большое внимание уделяется работам, направленным на улучшение их эффективности функционирования, повыаения их надежности и т.д.

Вопросы повышения эффективности функционирования вычислительных сетей за счет применения более современных процедур управления, позволяющих наладить надежное функционирование сети ПД, ликвидировать "узкие" места, защитить сеть от перегрузок, чрезвычайно актуальны в настоящее время. В большинстве случаев для разрешения этих вопросов требуется разработка новых моделей и математических методов исследования сетей.

Объектом исследования диссертационной работы являются сети ПД, базирующиеся на протоколе Х.25 и используемые в глобальных и локальных вычислительных сетях с типовыми топологиями. Предметом исследования являются модели и математические методы анализа эффективности функционирования сетей ПД в вычислительных сетях.

Цель работы. Основной целью диссертации является разработка обіцєй методики анализа эффективности функционирования сетей ПД в вычислительных сетях, базирующаяся на применении современных математических методов и расширении областей исследования, а также применение этой методики для решения практических задач оценки и повышения эффективности функционирования сети ПД.

Состояние проблемы и задачи исследования. В настоящее время разработано достаточно много методов и моделей анализа сетей ПД с различными топологиями. Известны работы Берма П.. Гадасина В. А., Захарова Г. П.. Морозова Ю. М.. Праневичуса Г. И., Присязнкка СП., Рябинина И. А., Ушакова И. А., Филина Б. Н.. Шарейко Л.А., Черкесова Г.Н.. Хатина A.A., Huang Т.3.. Mitchell Tony L.. Nil-son Агпе A.. Shier D.R., Wang J.Р. и др.

В этих работах предлагаются разнообразные методы и модели

- і -анализа эффективности функционирования, как правило, анализирующие сети ПД с фиксированными топологиями. Большинство методов основаны на использовании модели очередей с простейшими потоками входящих данных и ориентированы на один протокол.

В настоящее время отсутствует общая методика анализа эффективности функционирования сетей ПД с различнши топологиями, базирующихся на любом протоколе при произвольных потоках входящих данных. Такие отсутствует методика выбора оптимальных параметров сети и параметров входных данных.

В соответствии с указанной цельа и состоянием проблемы в работе поставлены и решены следующие задачи.

1. Разработка общей и частной методик анализа эффективности
функционирования сети ПД. позволяющих решать практичесісие задачи
ее оценки и повышения.

1. Разработка методики анализа структурной надежности, позволяющей по выведенному в работе универсальному рекуррентному выражению исследовать свойства и уровни надежности сетей ПД с различными типовыми и близкими к типовым топологиями и выбирать параметры сети ПД, для достижения требуемого уровня надеаности.

2. Разработка методики анализа алгоритмической надеаности, позволяющей исследовать свойства сети ПД с точки зрения надеаной реализации протоколов и выбирать параметры сети и входных данных, которые дают возможность повысить эффективность функционирования сети ПД.

3. Разработка общей методики анализа, основанной на комбинированном методе, позволяющей проводить анализ эффективности функционирования сети ПД с учетом структурной и Функциональной организаций сетей.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Предложен критерий эффективности функционирования сети ПД, учитывающий ее структурную и алгоритмическую надеяность.

2. Разработан комбинированный метод анализа и основанная на нем общая методика анализа эффективности функционирования сетей ПД, позволяющая применять ее для решения практических задач оценки и повышения эффективности функционирования сетей с различными топологиями и базирующихся на различных протоколах, при произвольных входящих потоках данных.

3. Получено универсальное рекуррентное выражение на основе модифицированного логико-вероятностного метода для оценки вероятности связности сети ПД с любой типовой топологией, поглощающее многие частные случаи и позволяющее проводив лнялпз струк-

- 5 -турной надеаности сети ПД, а такие вибирать параметри с целью достижения максимальной надепюсти. При этом используется экспертный подход, основанный на разработанной в результате исследований базе правил.

4. Предложена комбинированная модель анализа алгоритмически надежности сети ПД, оцениваемая по вероятности доставки данных за заданное время, позволяющая выбирать параметры сети и входных данных, обеспечивающих нанболызую вероятность доставки данных. Практическая ценность результатов работы состоит в следующем:

1. Предложено критерий эффективности функционирования сети ПД. учитывающий структурную и функциональную организации сети, оценивать в виде произведения вероятностей связности и доставки данных за заданное время или по вероятности доставки с учетом надеаности элементов. Показано, что второй случай дает более точную оценку эффективности функционирования.

2.Разработанные методики анализа эффективности функционирования сети ПД позволили решить ряд практических задач анализа и повышения эффективности функционирования.

З.На основе предложенных методик разработаны пакеты прикладных программ, позволяющие неподготовленному в области теории надежности пользователю реаать задачи анализа структурной и алгоритмической надежности сетей ПД с различными топологиями и выбирать оптимальные параметры сети.

4. Определены области преимущественного использования сетей ПД с различными топологиями в зависимости от параметров сети и параметров входных данных.

Реализация в народнем хозяйстве. Результаты диссертации использовались для обоснования работы тестера сети ПД на X.25 и исследования сети ПД с быстрыми коммутаторами, и внедрены в ОКБ "Радуга" и ВКА им. Можайского, о чем имеются соответствующие документа.

Апробация работы. Пакет прикладных программ по анализу структурной надегности и выбору параметров сети ПД демонстрировался на ВДНХ "Здравохранение-90\

Основные полозения диссертационной работы реализованы при выполнении ряда НИР. Теоретические результаты обсувдались и были одобрены на следующих конференциях и семинарах: 1-" Международном учредительном научно-коішерческом симпозиуме "Волокши-ка-90". г.Суздаль, 1990; Всесоюзной конференции "Надежность, живучесть и безопасность автоматизированных комплексов", г.Суздаль. 1991; Всероссийской научно-технической конференции "Транс-

ком-94", Г.С.Петербург, 1994; Научно-технических семинарах ОКБ "Радуга" и ВКА им.Можайского, 1994; Научно-технических семинарах профессорско-преподавательского состава каф. ТК (САиУ) СПбГТУ, 1992-1994 гг.

Публикации. Основные результаты нашли отражение в 6-ти публикациях [1-6].

Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретические исследования, выводы и рекомендации, содермащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Объем работа. Диссертационная работа состоит иэ введения, четырех глав, заключения. Работа содераит 155 страниц текста, 28 рисунков, 9 страниц библиографии из 115 наименований.