Введение к работе
Актуальность темы. Работа направлена на повышение эффективности процессов модернизации и преобразования магистральных сетей связи В настоящее время телекоммуникационные сети являются неотъемлемой частью жизнедеятельности человека, в современной мировой экономике эта отрасль имеет очень высокие темпы развития Активно идет процесс создания сетей следующего поколения NGN, способных преодолеть архитектурные ограничения, свойственные традиционным сетям связи (телефонным, мобильным, передачи данных) Это достигается за счет реорганизации и оптимизации существующей сетевой архитектуры, выделения нового уровня управления услугами, слияния телекоммуникационных и информационных технологий, использования открытых протоколов Все активнее используют информационные технологии в своей деятельности крупные организации Огромное внимание при этом уделяется развитию сетей, основанных на цифровых технологиях передачи пакетов Развитие ISDN услуг, IP телефонии и ATM технологий ведет к слиянию телефонных сетей и передачи данных Одни и те же каналы связи используются для передачи разнотипного трафика Значительный объем информации приходит из публичных сетей, например, с Web-серверов, создавая при этом большой межсетевой трафик Как следствие — резкое возрастание количества информации, передаваемой по магистральным линиям корпоративных сетей, перегрузка активного сетевого оборудования, отказы различных участков сети Также наблюдается постоянный рост количества абонентов корпоративных сетей, вызывающий дополнительную нагрузку на магистральную сеть Это связано как с общим увеличением числа компьютеризированных рабочих мест, пользующихся стандартными сервисами корпоративных сетей, так и с предоставлением новых сетевых услуг, генерирующих дополнительный трафик. ч Таким образом, в процессе эксплуатации корпоративной сети регулярно возникает задача модернизации и преобразования структуры существующей магистральной сети. Исследования в данном направлении ведутся в рамках различных правительственных программ по развитию связи и телекоммуникаций. Большое внимание задачам структурной оптимизации сетей уделяют производители оборудования, операторы связи, научно - исследовательские центры
В общем виде эту задачу можно сформулировать следующим образом Необходимо создать поэтапный план модернизации и развития магистральной сети, исходя из заданных начальных условий и ограничений на характеристики качества связи, характеристики надежности При решении задачи надо принимать во внимание предполагаемый рост трафика, создание новых узлов связи, подключение новых сетей доступа, ввод в эксплуатацию новых линий связи Модернизация заключается в монтаже новых линий связи, установке нового, замене или перемещении коммутационного и оконечного оборудования, перераспределении существующих информационных потоков
Такая задача вследствие ряда причин достаточно сложна для решения Основная причина, вызывающая затруднение при решении задачи - ее
\, , J
переборный характер, и, следовательно, экспоненциальный рост времени поиска оптимальной структуры при увеличении числа узлов сети Другая -большая размерность реальных корпоративных сетей, делающая практически невозможной поиск оптимального решения за приемлемое время
В настоящее время задачи проектирования корпоративных магистральных сетей решаются разработчиками на основании собственного опыта без использования автоматических средств структурной оптимизации Из-за большой размерности задачи без использования автоматизированных систем сложно проанализировать качество решения, возможность масштабирования получаемых структур Ошибки, допущенные при проектировании и монтаже различных участков магистральной сети, исправлять дорого и долго, и, таким образом, можно сделать вывод о том, что задача создания алгоритма построения и развития оптимальных или квазиоптимальных структур корпоративных магистральных сетей на сегодняшний день достаточно актуальна
Цель работы: Повышение эффективности модернизации магистральных корпоративных сетей связи путем структурной оптимизации телекоммуникационных сетей.
Состояние рассматриваемых вопросов. Проблемой оптимизации корпоративных сетей занимались многие российские и зарубежные ученые Иванова К И., Кульгин М В , Таненбаум Э , Шварц М, Янбых Г Ф и др Тем не менее, задача оптимизации магистральных корпоративных сетей достаточно подробно не изучалась и для ее решения в настоящее время применяются эмпирические методы Основной недостаток существующих методов состоит в том, что оптимизация магистральных корпоративных сетей проводится для одного периода времени, не учитывая длительности и этапности реализации проекта магистральной сети, и существование ограничений для каждого этапа Кроме того, существующие алгоритмы поиска оптимальных и квазиоптимальных структур магистральных сетей не учитывают архитектурных особенностей современного сетевого оборудования и дискретности изменения пропускной способности каналов связи
Задачи работы:
Формирование математической модели магистральной корпоративной сети для оптимизации структуры сети
Разработка алгоритма позволяющего проектировать квазиоптимальные структуры магистральной корпоративной сети связи
3. Поиск минимальной по стоимости структуры магистральной
корпоративной сети при заданных ограничениях на ее технические
характеристики Основные положения, выносимые на защиту: 1 Разработанная математическая модель магистральной корпоративной
сети позволяет осуществлять структурную оптимизацию сети 2. Адаптация генетического алгоритма для решения рассматриваемого
класса задач позволяет улучшить характеристики сходимости алгоритма
3 Синтезированный алгоритм оптимизации структуры магистральной корпоративной сети позволяет находить квазиоптимальный план поэтапной модернизации магистральной корпоративной сети Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем
Разработана математическая модель магистральной сети, которая, в отличие от известных, достаточно полно учитывает основные архитектурные особенности современного сетевого оборудования.
Впервые сформулирована и формализована задача поиска оптимального плана поэтапной модернизации структуры магистральной корпоративной сети по критерию стоимости при заданных ограничениях на ее технические характеристики
Для решения задачи поиска оптимального плана поэтапной модернизации магистральной корпоративной сети применен и модифицирован генетический алгоритм Новый способ кодирования хромосом позволяет описывать изменение структуры сети в течение нескольких временных периодов
На основе модифицированного генетического алгоритма получен метод, позволяющий формировать квазиоптимальный план поэтапной модернизации магистральной корпоративной сети в течение нескольких временных периодов
Методы исследования. Для изучения и решения поставленных задач использовались математические возможности теории моделирования, теории множеств, методы математического программирования, существующие эвристические алгоритмы, теории графов, теории телетрафика, теории надежности, методы математического анализа
Практическая ценность:
Предложенный метод позволяет создавать квазиоптимальные по стоимости структуры сетей за более короткое время по сравнению с существующими методами оптимизации
Предложенный метод позволяет решать задачу проектирования и модернизации магистральной корпоративной сети в течение нескольких временных этапов, в результате чего сокращаются затраты на создание и эксплуатацию сети
Созданный пакет программ позволяет автоматизировать расчет параметров сети
Теоретическая значимость. Адаптация генетического алгоритма для решения задач подобного типа
Сведения о внедрении. Результаты диссертационной работы были внедрены в следующих организациях
- ООО «Волготрансгаз», г Нижний Новгород Для оптимальной расстановки коммутационного и оконечного оборудования в узлах связи применена программная реализация на базе разработанного алгоритма, в результате, полученная структура сети оказалась более дешевой и более надежной по сравнению с первоначальным вариантом проекта
- ЗАО «СтартТелеком», г Москва Разработанный метод использован при
создании рабочего проекта сети беспроводного широкополосного доступа
WiMax, что позволило оптимально распределить финансовые ресурсы по
времени, и минимизировать общую стоимость проекта
ООО «Кометех», г Санкт-Петербург Материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе краткосрочных курсов повышения квалификации.
ОАО «Волгателеком», г Нижний Новгород Разработанный метод использовался в процессе проектирования транспортной сети на основе волоконно-оптических линий связи, что позволило сократить затраты на модернизацию и повысить надежность сети.
ООО «Оптические транспортные сети», г Нижний Новгород При разработке рабочего проекта «Транспортная сеть ОАО «ВымпелКом» II очередь» использована программная реализация предложенного метода
Программная реализация разработанного метода внедрена в учебный процесс НГТУ
Публикации результатов. Результаты диссертации опубликованы в 10 работах, из них три статьи, материалы трех конференций, тезисы четырех докладов, в том числе 1 работа в издании рекомендованном ВАК
Апробация результатов диссертации.
Диссертационная работа неоднократно рассматривалась на научных семинарах Института радиотехники и информационных технологий Нижегородского государственного технического университета, заседаниях технического согета ООО «Волготрансгаз», результаты работы обсуждались на семи научно-технических региональных и международных конференциях
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и четырех приложений Общий объем работы без приложений составляет 145 страниц текста, 36 иллюстраций Библиографический список включает 118 наименований отечественных и зарубежных авторов
