Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап научно-технического прогресса во многом определяется информатизацией общества, базирующейся " на передовой компьютерной и телекоммуникационной технологии, соединяющей в единое целое совокупность разнородных вычислительных машин и средств связи.
В настоящее время сети передачи данных с коммутацией пакетов (СПД с КП), построенные в соответствии с эталонной моделью взаимодействия открытых систем мое и Рекомендацией Х.25 МККТТ, получили широкое распространение во многих развитых странах мира (TELENET в США, TRANSPAC во Франции, DATAPAC в Канаде, .DATEX-P в ФРГ и т.д.), эффективность которых зависит от технических характеристик, применяемых в них центров коммутации пакетов (ЦКП). С увеличением нагрузки на СПД с кп характеристики эксплуатируемых ЦКП не могут удовлетворять предъявленным к ним требованиям. Анализ принципов построения существующих в мире наиболее известных'ЦКП показывает, что их низкая эффективность, в основном, связана с тем, что в таких ЦКП реализованы статические методы маршрутизации и выбор путей передачи пакетов на СПД с КП осуществляется централизованно. С другой стороны, организация процесса коммутации пакетов и используемые в них аппаратно-программные средства ВТ и техники связи не отвечают современным требованиям . кроме того, появление мощных и относительно дешевых микропроцессорных средств, производство ведущими фирмами мира сетевых узлов на БИС, а также разработка эффективных методов динамического управления потоками информации и ратификация международными организациями новых стандартов в данной области создают необходимую предпосылку для проектирования высокопроизводительных; отказоустойчивых и многофункциональных ЦКП на базе микропроцессоров, обладающих свойствами модульности, развиваемос-ти, гибкости и т.д.' Исходя из этого, тема настоящей диссертационной работы-посвящена вопросам разработки и исследования методов проектирования многомикропроцессорного ЦКП с адаптивной маршрутизацией.
Цели и'задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка многомикропроцессорного (ММП) ЦКП с шинно-кольцевой структурой, позволяющего реализовать методы динамического управления потоками информации, службы Рекомендации Х.25 МККТТ,
-н-
включая сетеметрическую службу и отвечающего современным требованиям по производительности, отказоустойчивостии стоимости, в соответствии с поставленной целыов работе решаются следующие основные задачи:
- анализ принципов построения существующих в мире наиболее
известных ЦКП в целях определения их преимуществ и недостатков,
а также тенденции развития их архитектуры в зависимости от теку
щего уровня ВТ и техники связи;
разработка методов декомпозиции протокола сетевого уровня (СУ) ЦКП с адаптивной маршрутизацией;
разработка математической модели и алгоритмов для оценки эффективности методов декомпозиции протокола СУ ЦКП с адаптивной маршрутизацией;
разработка однокритериальных и многокритериальной оптимизационных моделей и алгоритмов для структурного синтеза ММП ЦКП с адаптивной маршрутизацией;
разработка алгоритма для определения порядка подключения микропроцессорных (МП) модулей к шинам с маркерным доступом в локальных группах ММП ЦКП с адаптивной маршрутизацией;
. - разработка алгоритма для определения порядка подключения локальных групп МП модулей к кольцу с маркерным доступом в ММП ЦКП с адаптивной маршрутизацией.
Методы исследования.При решении поставленных задач применялись методы теории графов, теории массового обслуживания, дискретного программирования с псевдобулевыми переменными, многокритериальной и комбинаторной оптимизации.
Научная новизна диссертационной работы заключается в сле
дующем! .
определена тенденция развития архитектуры ЦКП, с учетом которой разработаны методы декомпозиции протокола СУ;
предложены математические модели и алгоритмы для оценки эффективности методов декомпозиции протокола СУ, которые позволяют автоматизировать проектирование ММП ЦКП;
сделан системный подход к структурному синтезу ММП ЦКП, для осуществления которого разработаны однокритериальные и многокритериальная оптимизационные модели и алгоритмы;
получены математические модели и разработаны алгоритмы, определяющие порядок подключения МП модулей и локальных групп к шинам и кольцу с маркерным доступом в ММП ЦКП;
- полученные математические модели и разработанные алгорит
мы носят универсальный характер и могут быть применены в проек
тировании аналогичных систем распределенной обработки информа
ции и управления.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
- аппаратно-программная реализация ММП ЦКП с шинко-кольце-
вой структурой позволяет повысить гибкость и качество применения
таких цкп в сетевых системах, что в конечном итоге снижает
затраты на создание сетей пакетной коммутации;
- в связи с реализацией всего набора служб Рекомендации _
Х.25 разработанный ММП ЦКП может применяться в создании других
сетей пакетной коммутации с распределенным управлением;
возможность функционирования ММП ЦКП с различным количеством линий связи в реальном масштабе времени позволяет существенно снизить затраты на эксплуатацию сети в "условиях изменяющейся нагрузки;
разработанный пакет прикладных программ, реализующих предложенные в работе математические модели и алгоритмы для реше-. ния ряда задач проектирования ММП ЦКП позволяет автоматизировать процесс проектирования, снижает его стоимость и повышает качество технико-экономических характеристик создаваемых сетей пакетной коммутации ;
при помощи предложенных моделей и алгоритмов модернизированы и расширены функциональные возможности ЦКП, эксплуатируемых в региональной компьютерной сети AZERNET Совместного Азербайджанско-Российского предприятия "АЗериНКОМ";
результаты работы были использованы при разработке и внедрении I и II очередей Республиканской информационно-вычислительной сети с пакетной коммутацией, а также в создании азербайджанских узлов международной компьютерной сети INTERNET;
- предлагаемый " ММП ЦКП с шинно-кольцевой структурой в
качестве конкурентноспособного технического продукта на мировом
рынке телекоммуникационных средств включен' в план производства
перспективных разработок Азербайджанского Научно-производствен
ного Объединения "Улдуз".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались .-на V Всесоюзном симпозиуме по проблемам управления на сетях и узлах связи (Винница, 1985 г.); на VI Советско - Итальянском семинаре по сетям коммутации пакетов (Москва-Суздаль, 1986 г.); во
Всесоюзной школе "Проектирование автоматизрованных систем контроля и управления сложными объектами" (Туапсе, 1986 г.); на научной конференции аспирантов АН Азерб. ССР (Баку, 1987 г.); на XII Всесоюзном семинаре по вычислительным сетям (Москва-Одесса, 1987 г); в 3-ей Всесоюзной школе "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложным объектами" (Харьков, 1988 г.); в V всесоюзной школе "Распределенные автоматизированные системы массового обслуживания"1. (Москве- Рига, 1988 г.); на Международной конференции по сетям INE? 93 ..(Сан-Франсиско, 1993 г.); на Международном симпозиуме по компьютерам (Конья, 1993 г). Кроме того, основные положения диссертации с.бсуждались на семинарах Института Проблем Передачи Информации Российской АН, Таганрогского Радиотехнического Института им.В.Д.Калмыкова, Института Кибернетики и отдела Автоматизированных Систем Управления АН "Азербайджана.
Публикации, по теме диссертационной работы опубликовано' 12 научных работ, выполненных автором самостоятельно и в соавторстве. Во всех работах, написанных в соавторстве, автором диссертации предложены математические модели и методы оптимизации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений, общий объем дисссертации 155 страниц, в том числе 125 страниц машинописного текста основной части, 7 страниц списка литературы, включающего 86 наименований, 29 рисунков, 5 таблиц и 23 страниц приложений в тексте.диссертации.