Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Предпроектное обследование
• 1.1 Описание деятельности пансионата «Мандельброт»
• 1.2 Организационная структура пансионата «Мандельброт»
• 1.3 Определения требований заказчика к проектируемой вычислительной сети
• 1.4 Исследование объекта проектирования
• 1.4.1 Обследование здания
• 1.4.2 Состав существующего комплекса технических средств
• 1.4.3 Схема расположения существующих электрокоммуникаций
• 1.4.4 Информационные потоки
• 1.5 Итоговая постановка задачи
• 2. Моделирование
• 2.1 Модель функционала сети
• 2.2 Моделирование сети с помощью систем массового обслуживания
• 3. Проектирование локальной вычислительной сети пансионата «Мандельброт»
• 3.1 Постановка задачи
• 3.2 Количество и расположение стационарных рабочих станций
• 3.3 Выбор сетевой операционной системы
• 3.3.1 Описание сетевых операционных систем
• 3.3.2 Сравнительный анализ рассмотренных операционных систем
• 3.4 Описание, анализ и выбор топологии сети
• 3.5 Выбор метода доступа к среде передачи данных
• 3.5.1 Локальная сеть Token Ring
• 3.5.2 Локальная сеть Arknet
• 3.5.3 Локальная сеть Ethernet
• 3.6 Выбор сетевого аппаратного обеспечения
• 3.6.1 Обзор, сравнительный анализ и выбор типа кабеля
• 3.6.2 Сравнительный анализ и выбор коммутаторов для ЛВС
• 3.6.3 Выбор оборудования для организации беспроводной сети
• 3.7 Расчет характеристик корректности сети и её временных параметров
• 3.8 Итоговая конфигурация локальной сети пансионата
• 3.9 Физическая топология локальной сети пансионата
• 4. Социальный аспект разработки
• 5. Технико-экономическое обоснование работы
• 5.1 Расчет затрат на этапе проектирования
• 5.2 Состав эксплуатационных расходов
• 5.2.1 Расходы на содержание персонала
• 5.2.2 Расходы на функционирование программы
• 5.2.3 Накладные расходы
• 5.2.4 Прочие расходы
• 5.3 Расчет экономии за счет увеличения производительности труда пользователя
• 5.4 Расчет экономического эффекта от использования программы
• 6. Экологичность и безопасность проекта
• 6.1 Проблема труда человека - оператора
• 6.2 Обзор подходов к решению проблемы СЧМ
• 6.2.1 Физическая эргономика
• 6.2.2 Психологическая эргономика
• 6.2.3 Анализ труда проектировщика на ПЭВМ
• 6.3 Количественная оценка сложности алгоритма трудового процесса ЧО
• 6.4 Меры по улучшению условий труда
• 6.5 Пожарная безопасность
• Заключение


Введение

С середины 80-х годов идет бурное развитие локальных вычислительных сетей (ЛВС). Они становятся стратегическим ресурсом предприятий, учреждений и организаций, обеспечивая безошибочную транспортировку информации в скрытом виде и непрерывным потоком. И если сегодня информация - "кровь экономической жизни", то кабели - это "кровеносные сосуды", по которым она движется.

Глобализация интернета произошла быстрее, чем кто-либо мог себе вообразить. Чтобы не отставать от развития этой глобальной сети манера, в которой происходят социальные, коммерческие, политические и личные взаимодействия быстро меняется. В следующей стадии нашего развития новаторы будут использовать интернет в качестве отправной точки для их усилий по созданию новых продуктов и сервисов специально разработанных для использования всех преимуществ и способностей сетей. Поскольку разработчики выдвигают пределы возможному, способности связанных сетей образующих интернет, будут играть возрастающую роль в успехе этих проектов.

Среди всех предметов первой необходимости для человеческого существования, потребность взаимодействия с другими занимает первое место после потребности поддержания жизни. Общение почти так же важно для нас, как и воздух, вода, еда и кров.

Методы, которые мы используем для распространения идей и информации постоянно изменяются и развиваются. Принимая во внимание, что человеческая сеть была когда-то ограничена беседами лицом к лицу, прорывы в ИТ продолжают расширять протяженность наших коммуникаций. От печатной машинки до телевиденья, каждая новая разработка способствовала усовершенствованию и улучшению наших коммуникаций.

Пансионат «Мандельброт», целью которого является обеспечение гостей города комфортным жильем стремиться не отставать от темпов развития современного общества. Руководство пансионата проводит исследования направленные на определение нужд отдыхающих, так последнее исследование показало в острой необходимости предоставления отдыхающим информационно телекоммуникационных услуг. Поэтому было принято решение о разработке и последующем внедрении локальной вычислительной сети направленной на обеспечение потребностей клиентов пансионата и его персонала.

В данной работе проведено детальное исследование объекта проектирования, которым является пансионат «Мандельброт». Были определены планируемые и существующие информационные потоки. Построены модели характеризующие движение и типы данных потоков. Для каждого из видов информационного взаимодействия подобрана соответствующая математическая модель с помощью которой были рассчитаны требуемые интенсивности обслуживания.

В разделе проектирования был произведен анализ и выбор логической топологии сети, сетевой операционной системы, метода доступа к среде передачи данных. Так же на основе сформированных требований к ЛВС был произведен выбор активного и пассивного сетевого оборудования, составлены план размещения и физическая карта соединений устройств (топология).

Для расчета экономического эффекта от внедрения сети было произведено технико-экономическое проектирование. Так же были разработаны меры для обеспечения безопасности и экологичности проекта.

1. Предпроектное обследование

При проектировании любой вычислительной сети, этап предварительного сбора и систематизации информации, которая относится к объекту проектирования, является одной из важнейших задач. Именно на этом этапе собирается информация, которая дает возможность получить общее представление о предприятии, его деятельности, физических параметрах зданий и сооружений, существующем комплексе технических средств, организационной структуре, выполняемым функциям, а так же определить и документально зафиксировать самое главное - пожелания заказчика.

1.1 Описание деятельности пансионата «Мандельброт»

Пансионат «Мандельброт», представляет собой организацию, основная задача которой заключается в предоставлении жилищных услуг и организации различного рода досуга для гостей и жителей города Геленджик. Пансионат представляет собой фундаментальное одноэтажное здание п-образной формы, расположенное в живописной части города, неподалеку от городского порта. Так как крыша здания имеет плоскую форму и выполнена на основе бетонных перекрытий, на ней администрация пансионата расположила летнюю оранжерею, с большим количеством тропических растений и местами для отдыха жильцов проживающих в номерах класса «ЛЮКС». С этой оранжереи открывается потрясающий вид на морской порт и Геленджикскую бухту в целом. Общее количество апартаментов в пансионате составляет 20 штук, 4 из них класса «ЛЮКС», а остальные 16, «ЭКОНОМ» класса. Номера класса «ЛЮКС» представляют собой двухкомнатные номера повышенной комфортности общей площадью 104,22 кв. м., в них так же имеется ванная и туалетная комната. В каждом номере «ЛЮКС» установлены индивидуальные системы кондиционирования воздуха, жидкокристаллические телевизионные панели с диагональю 51 дюйм подключенные к системе спутникового телевиденья и стерео система класса Hi-End. Номера «ЭКОНОМ» класса представляют собой однокомнатные номера площадью 23,4 кв.м, в каждом номере имеется телевизор диагональю 19 дюймов подключенный к антенне общего пользования, микроклимат поддерживается коллективной системой кондиционирования воздуха. Сантехнический узел для жителей номеров «ЭКОНОМ» класса являются общим и расположен отдельно от номеров. Пансионат может размещать своих клиентов в имеющихся апартаментах на неограниченный срок, помимо жилищных услуг можно выделить основные виды услуг и сервисов, которые предоставляет пансионат жильцам вне зависимости от того в каком классе апартаментов они проживают. А именно:

· Питание в высококлассном ресторане (20 столов), расположенном в здании отеля;

· Услуги прачечной по отчистки одежды от любых видов загрязнения;

· Проведение оздоровительных занятий в спортивном зале по различным фирменным программам;

· Проведение психологических тренингов;

· Организация экскурсий по достопримечательностям черноморского побережья;

· Организация частных закрытых вечеринок на территории ресторана;

В общем случае можно сказать, что деятельность отеля направлена на удовлетворение всяческих потребностей клиентов и соответственно извлечение из этого прибыли. Поэтому руководство отеля старается использовать самые современные технологии для оказания различных услуг своим клиентам.

1.2 Организационная структура пансионата «Мандельброт»

Деятельность пансионата образует взаимодействие 3 отделов:

· Отдел обслуживания - занимается непосредственным обслуживанием клиентов отеля, выполняет такие операции как оформление дополнительных услуг выбранных клиентом, следит за уровнем качества проживания клиента в отеле, по требованию составляет распорядок дня клиента и следит за его соблюдением и многое другое;

· Отдел бронирования - выполняет функции мониторинга свободных и занятых номеров в отеле, оформляет досрочные заказы номеров, осуществляет, по запросу, регулярное информирование постоянных клиентов отеля о новых услугах и проводимых акциях;

· Управленческий отдел - задачами данного отдела стоит глобальное управление всеми механизмами отеля, под его юрисдикцией лежит ведение бухгалтерского учета, планирование экономического развития, разрешение юридических споров, как с клиентами, так и с государственными и муниципальными органами.

Весь персонал, составляющий перечисленные отделы можно разбить на 2 группы:

· Обслуживающий персонал

· Управляющий персонал

К обслуживающему персоналу относятся уборщики, консьержи, работники прачечной, ресторана и спортзала. Они осуществляют прямой контакт с клиентами или занимаются непосредственным выполнением тех или иных нужд клиентов.

К персоналу управляющему относятся:

· менеджер по работе с клиентами - осуществляет прямое общение с клиентами по любым вопросом и возникшим разногласием, главной задачей данного сотрудника является информирование жильцов о проводимых акциях, разрешение возникших споров мирным путем, создание благоприятного образа отеля в сознании клиентов отеля;

· управляющий пансионата - обязанности данного сотрудника заключаются в комплексном управлении хозяйственной деятельности пансионата, и мониторингом выполнения своих функций каждым сотрудником. По сути управляющий отеля это первый заместитель директора;

· руководящие сотрудники отделов планирования и бронирования;

· делопроизводитель (секретарь-референт) - является связующим звеном между директором пансионата и основным руководящим персоналом;

· юрист;

· бухгалтер;

· директор пансионата.

Предприятие организованно по следующей схеме, непосредственное взаимодействие с клиентами осуществляет управляющий отеля и менеджер по работе с клиентами, бухгалтер и юрист взаимодействуют с директором в основном через делопроизводителя. Наглядно связи, которые устанавливаются между сотрудниками, в процессе функционирования отеля проиллюстрированы на рисунке 1.1.

Рис. 1.1 Организационная структура отеля



1.3 Определение требований заказчика к проектируемой вычислительной сети

Проведение данного этапа в большинстве случаев весьма затруднительно, так как заказчик и потенциальный разработчик зачастую говорят на разных языках. Для того чтобы сдвинутся с мертвой точки заказчику, как правило, предлагают написать свои желания в произвольной форме, после чего начинается процесс согласования и уточнения тех или иных пунктов.

В данном случае было принято решение действовать в соответствии с процедурой описанной выше. Заказчик отразил свои пожелания к результатам данного проекта в произвольной форме:

Необходимо:

1. Модернизировать существующую локальную сеть отеля с целью повышения быстродействия для обеспечения возможности передачи мультимедийной информации;

2. Организовать высокоскоростной доступ к сети Интернет, АРМ персонала пансионата;

3. Организовать АРМ с высокоскоростным доступом к сети Интернет для каждого номера отеля;

4. Организовать беспроводной доступ в Интернет для клиентов ресторана;

5. С управлением спроектированной сетью должен справляться один администратор;

6. Проектируемая сеть должна быть защищенной от НСД;

7. Сеть должна обладать высокими показателями надежности;

После анализа желаний заказчика с ним была проведена беседа по поводу согласования и уточнения предоставленных им пунктов. В результате были сформированы четкие требования к локальной вычислительной сети пансионата «Мандельброт» понятные исполнителю и удовлетворяющие потребности и возможности заказчика:

1. Скорость обмена данными между компьютерами сотрудников отеля должна составлять 100 Мбит/с;

2. Доступ к сети Интернет для сотрудников отеля должен осуществляться на скорости 512 Кбит/с;

3. Клиенты отеля должны получать доступ к сети Интернет на скорости 256 Кбит/с, от остальных узлов сети они должны быть изолированы.;

4. Беспроводная сеть должна обеспечивать соединение с Интернет на скорости не менее 56 Кбит/с на клиента, доступ к иным ресурсам сети у клиентов ресторана должен отсутствовать;

5. Проектируемая сеть должна иметь централизованную архитектуру управления;

6. Сеть должна соответствовать классу безопасности согласно стандарту «Оранжевая книга» B3;

7. Вероятность отказов коммуникационного оборудования не должна превышать P=0,05;

1.4 Исследование объекта проектирования

Для квалифицированного выполнения этапа проектирования необходимо собрать и учесть множество различных данных об объекте проектирования, в данном случае это пансионат «Мандельброт». К необходимым данным относятся детальный план здания с нанесенными размерами, состав имеющегося комплекса технических средств, схема расположения существующей электропроводки, информационные потоки между подразделениями и сотрудниками предприятия.

1.4.1 Обследование здания

В ходе проведения детального исследование здания пансионата и произведения замеров геометрических параметров был составлен подробный план здания, представленный на рисунке 1.2.

Рис. 1.2 План здания

Из плана видно, что здание пансионата имеет п-образную форму, в левой части здания под номерами 1-16 расположены номера «Эконом» класса, разделенные на две группы по 8 номеров коридором. В правой части здания расположены номера класса «Люкс» обозначенные на плане 51-54, вдоль входных дверей в номера проходит коридор. Оба коридора правой и левой частей здания соединяются центральным коридором, проходящим через всю центральную часть здания и разбивающим его на две половины. В центральной части здания расположены следующие помещения:

· Комнаты гигиены, на плане обозначены номерами 21 и 22;

· Прачечная, обозначена номером 23;

· Отдел бронирования, номер 24;

· Отдел обслуживания, номер 25;

· Управленческий отдел, состоящий из четырех частей, обозначен номером 26;

· Приемная в управленческом отделе - 26.1;

· Кабинет бухгалтера - 26.2;

· Кабинет юриста - 26.3;

· Кабинет директора - 26.4;

· Спортзал - 27;

· Ресторан - 28;

· Место метродотеля - 29;

· Подсобное помещение - 30.

В ходе проведения обследования здания были так же выявлены следующие немаловажные факторы:

· Толщина несущих стен не менее 500 мм;

· Толщина внутренних стен здания не менее 250 мм;

· Максимальная ширина здания 42210 мм;

· Максимальная длина здания 60700 мм;

· Во всех помещениях здания установлены фальшь потолки.

1.4.2 Состав существующего комплекса технических средств

Комплекс технических средств на предприятии можно разделить на программную и аппаратную часть. При обследовании выяснилось, что программная часть включает в себя следующие компоненты:

· 6 лицензированных копий ОС Windows XP Professional;

· Программный комплекс 1С бухгалтерия версии 7.7;

· 1 лицензированная копия программы «Консультант +»

· ПО разработанное по заказу пансионата «Мандельброт» «Управление отелем»

· 4 комплекта MS Office 2003

Аппаратная часть комплекса технических средств состоит из устройств коммуникации, оконечных и периферийных устройств. Все полученные сведения об аппаратных устройствах КТС были сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Аппаратная часть комплекса технических средств

Наименование	Количество	Характеристики
Оконечные устройства
Компьютеры «DEPO»	6 шт.	Inel Core 2 Duo 1.8Гц, 1 Gbyte RAM, 260 Gbyte HDD, 19”
Телефоны Panasonic KX-204	8 шт.
Периферийные устройства
Принтер HP LaserJet1100	3 шт.	Ч.б., 5 стр/мин., 32 Мб RAM
Коммуникационные устройства
Концентратор 3COM	1 шт.	///
Модем ZyXel Omni 56k	3 шт.	COM, V.92, 56 Кбит/с
Мини АТС Panasonic KX-4850LE(включая управляющий телефон)	1 шт.	16 внутренних линий, 3 внешних

Существующая локальная сеть построена в соответствии со стандартом Ethernet IEEE 802.3 и соответственно в качестве среды передачи данных использовался кабель UTP 3 категории. Сеть имеет звездообразную топологию и обеспечивает информационный обмен между компьютерами секретаря, отдела бронирования, бухгалтера, юриста и директора на скоростях до 10 Мбит/с.

1.4.3 Схема расположения существующих электрокоммуникаций

Существующие электрокоммуникации в пансионате можно разделить на линии высокого напряжения и так называемую «слаботочку», последняя в данном здании представлена средой ЛВС - витая пара UTP-3, и телефонными двужильными проводами. Результаты обследования здания представлены рисунком 1.3, на котором схематично были нанесены линии высокого напряжения и рисунком 1.4 отображающим линии слабого напряжения.



Рис. 1.3 Схема линий высокого напряжения

Из рисунка 1.3 видно, что отель снабжен так называемым «грязным» питанием. Вся электросеть высокого напряжения в отели разбита на 3 части, и разграничивается управляющими разграничительными щитками. То есть электрическая сеть отеля состоит из трех подсетей, напрямую зависящих от городской сети, но не зависящих друг от друга. В каждом отдельном помещении в свою очередь установлен локальный щиток приборов.

Рис 1.4 Схема линий слабого напряжения



Локальная компьютерная сеть отеля и телефонная сеть проложены, в специальных магистральных каналах над фальшь-потолком. И та и другая сеть имеют звездообразную топологию. Центром схождения всех оконечных устройств для компьютерной сети является концентратор 3COM расположенный в приемной управленческого отдела (см. 26.1, рисунок 1.4). Для телефонной сети центр схождения это мини-АТС Panasonic KX-4850LE, которая расположена в отделе обслуживания (см. 25, рисунок 1.4). В качестве внешних каналов связи отель использует 4 цифровые телефонные линии, предоставляемые городским узлом связи.

1.4.4 Информационные потоки

Формальная оценка количества информации, которое должно проходить через сеть пансионата является необходимым этапом, так как результаты данной оценки будут использоваться на этапе построения моделей. Описание информационных потоков и дальнейшее построение моделей на основе полученных данных позволит выявить интенсивность взаимодействия тех или иных АРМ пансионата.

Учитывая требования к проектируемой сети, выдвинутые в пункте 1.3 весь информационный поток пансионата можно разделить на 4 вида.

· Первый и наиболее приоритетный вид, составляет взаимодействие 6 АРМ персонала пансионата между собой. Информационный поток между указанными АРМ образуется в результате взаимодействия сетевых приложений используемых персоналом. (Приложения, используемые в работе персонала, перечислены в п. 1.4.2). Так же нагрузку в данном классе информационных потоков создаёт дополнительная информация передающаяся сотрудниками через каналы связи;

· Второй вид информационных потоков образуют 6 АРМ персонала своим взаимодействием с внешней средой, которая представлена сетью Интернет;

· Третий вид информационных потоков образуют 20 АРМ, которые планируются установить в номерах пансионата. Согласно требованиям на каждое АРМ должно иметь возможность взаимодействовать с другими АРМ и с внешней средой представленной сетью Интернет;

· Четвертый вид информационных потоков образуют беспроводные соединения, возникающие в ресторане пансионата, согласно требованиям максимальное количество беспроводных подключений не должно превышать 20;

Характер всех видов информационных потоков одинаков и представляется неравномерным пульсирующим компьютерным трафиком. Однако, необходимо разобрать трафик по типу передаваемой информации (видео, фото, текстовая и т.д.), так как на этапе моделирования необходимо определить требования к скорости сети для отдельных классов взаимодействия. Для удобства составим таблицу 1.2, которая будет отражать наименование категории и вида информационного трафика и создаваемую им нагрузку. Данные для заполнения составленной таблицы были собраны в результате исследования проведенного комитетом IEEE и излагаются в документе под названием RFC2560.

Таблица 1.2

Перечень категорий и видов информационного трафика и создаваемая ими нагрузка

Группы информационного трафика	Вид информации	Создаваемая нагрузка (Кбит/с)	Допустимое время задержки (мс)
Мультимедийный трафик	Фото, графика, Flash	128	30
	Видео	256	5
Трафик задач реального времени	VoIP	256	5
	Видеоконференцсвязь	512	<1
Текстовый трафик	e-mail	28	<1000
	Instant Message	16	<60
	HTML	56	<150

Выводы: В результате выполнения данной части предпроектного обследования были получены данные, которые следует использовать на этапе построения моделей предметной области и расчета требуемых характеристик будущей сети.

1.5 Итоговая постановка задачи

Итак, главная задача данной работы спроектировать локальную вычислительную сеть пансионата «Мандельброт» основываясь на исходных данных собранных в результате предпроектного обследования. Локально-вычислительная сеть представляет собой иерархическую среду передачи электрических или оптических сигналов в здании, разделённую на структурные подсистемы и состоящую из элементов -- кабелей и разъёмов. По сути ЛВС состоит из набора медных и оптических кабелей, коммутационных панелей, соединительных шнуров, кабельных разъёмов, модульных гнёзд информационных розеток и вспомогательного оборудования. ЛВС обеспечивает подключение локальной АТС, одновременную работу компьютерной и телефонной сетей и предоставляет возможность гибкого изменения конфигурации кабельной системы. Кабели, оснащенные разъемами и проложенные по определенным правилам, образуют линии и магистрали. Линии, магистрали, точки подключения и коммутации являются функциональными элементами ЛВС.

ЛВС проектируется с учетом избыточности, как по числу абонентов, так и по пропускной способности. Таким образом, закладывается возможность для дальнейшего её расширения без реструктуризации. Наличие ЛВС существенно упрощает обслуживание и эксплуатацию компьютерных сетей и других подсистем. Для кроссирования кабелей отводятся специальные помещения, называемые кроссовыми. В кроссовых поддерживается температурный режим, режим кондиционирования и электропитания. Рабочие места и точки подключения соединяются с кроссовыми горизонтальной кабельной магистралью.

Каждый элемент ЛВС маркируется. В зависимости от типа элемента маркировка может наноситься несколько раз (в случае кабелей -- как минимум на двух концах). Маркировки составляют информационную базу элементов ЛВС, по которой осуществляется коммутация и планирование мощностей.

Общие требования, которые предъявляются к выполнению проекта сети можно сформировать следующим образом:

· ЛВС должна быть выполнена в соответствии стандартам - международным, европейским, американским. Таким как ANSI/EIA/TIA 568, ANSI/EIA/TIA 569;

· ЛВС должна соответствовать всем требованиям заказчика;

· ЛВС должна строиться оптимальным образом под нужды заказчика.

Для решения выдвинутых требований необходимо выполнить следующую последовательность задач:

· этап моделирования локальной сети в ходе выполнения оного необходимо создать функциональную модель, которая должна отражать требуемый набор функциональных возможностей ЛВС, математическую модель позволяющую рассчитать и описать временные характеристики сети, и на основе полученных данных сформировать исходные данные для этапа проектирования;

· этап проектирования наиболее емкий и ответственный в данной работе, в ходе его выполнения необходимо создать логическую и физическую топологию сети, произвести обоснованный выбор той или иной сетевой технологии для решения поставленных задач. Спланировать логическую адресацию IP, спланировать правила маркировки кабелей и сетевых устройств, произвести выбор активного и пассивного оборудования, описать правила монтажа необходимого оборудования;

· настройка и тестирование, тут необходимо произвести настройку оборудования так, чтобы его конфигурация отвечала логическому проекту сети. Так как построение локальных вычислительных сетей достаточно дорогостоящая операция, то прежде чем переходить к непосредственному построению спроектированной сети необходимо провести имитационное тестирование с помощью специализированных программных средств, которое позволяет проверить на наличие ошибок логическую структуру сети и методы настройки оборудования;

· технико-экономическое проектирование, на данном этапе необходимо произвести расчет затрат на построение сети и возможными способами оценить экономическую эффективность от внедрения данного проекта;

· безопасность жизнедеятельности, в данном разделе работы необходимо разработать меры для безопасной реализации проекта, меры должны быть направлены как на защиту людей участвующих в реализации проекта и людей которые в дальнейшем будут использовать его результаты, так и на защиту оборудования от поломок связанных с неправильным монтажом или эксплуатацией.



2. Моделирование

Как говорилось выше, результатом выполнения данного этапа должны явиться исходные данные для этапа проектирования. К таким данным можно отнести требования к пропускной способности внутренних и внешних каналов связи, функциональные требования к сети, понятные визуальные модели взаимодействия элементов пансионата, на основе которых будут создаваться логические и физические топологии сети. Для получения таких данных необходимо провести комплексное исследование объекта на основе данных полученных в ходе предпроектного обследования. Современная парадигма научного исследования состоит в том, что реальные объекты заменяются их упрощенными представлениями, абстракциями, выбираемыми таким образом, чтобы в них была отражена суть явления, те свойства исходных объектов, которые существенны для решения поставленной проблемы. Построенный в результате упрощения объект называется моделью. Модель - это упрощенный аналог реального объекта или явления, представляющий законы поведения входящих в объект частей и их связи. Построение модели и ее анализ называется моделированием. В инженерной работе моделирование является одним из главных элементов научного познания. В практической деятельности цель построения модели - решение некоторой проблемы реального мира, которую дорого либо невозможно решать, экспериментальным способом. Обычно исходная проблема стоит в анализе существующего или предполагаемого объекта для принятия некоторых решений по его управлению, модернизации или рациональному построению.

В нашем случае реальный объект это еще не существующая вычислительная локальная сеть пансионата «Мандельброт». Зачастую вычислительные сети обладают такими отрицательными характеристиками как отсутствие соединений с требуемым сервером, недопустимо высокое время задержки TTL, зависание сети которое происходит вследствие зацикливания пакетов внутри сети. Причины таких проблем нередко заключаются в потребительском отношении к пропускной способности сети, сетевым устройствам, к сетевой инфраструктуре вообще. Очень часто сети не проектируются, а строятся по принципу «детских кубков». «Нужно подключить сервер? Вот свободный порт - сюда и подключим!!!» Или же проект сети строится, но оказывается неэффективным или слишком дорогим и избыточным, так как проект строился на некорректных исходных данных. Процесс проведения моделирования позволяет заранее определить характеристики, под которые будет строиться проект.

При построении модели как заменителя реальной системы выделяются те аспекты, которые существенны для решения поставленной проблемы, и игнорируются те аспекты, которые усложняют проблему, делают анализ очень сложным или вообще невозможным. Проблема анализа всегда ставится в мире реальных объектов. В примере с сетью это может быть проблема определения оптимальной пропускной способности внешнего канала связи в пансионате «Мандельброт». Стоит отметить, что если модель отражает свойства системы, существенные для решения конкретной проблемы, то анализ модели позволяет вывести характеристики, которые объяснят известные и предскажут новые свойства исследуемой реальной системы без экспериментов с самой системой.

Хотя существуют устоявшиеся подходы к выбору уровня абстракции и разумные объяснения данного выбора для построения достаточно адекватных моделей при решении многих типов проблем, все же общей методики построения модели с требуемым уровнем адекватности не существует. Выделяются лишь рекомендации по выбору уровня абстракции. Нужно начать с наиболее простой модели, отражающей только самые существенные (с точки зрения исследования) аспекты моделируемой системы. После обнаружения неадекватности модели, т.е. неприменимости ее к решению поставленной проблемы, отдельные подструктуры и процессы модели следует реализовать более детально, на более низком уровне абстракции. Можно быть уверенным, что разработка последовательности усложняющихся все более подробных моделей может привести к обеспечению приемлемой адекватности при решении конкретной задачи. Стоит так же помнить, что для каждого уровня абстракции может существовать свой наиболее оптимальный тип модели.

Итак, приступим к созданию модели, которая позволит описать функционал вычислительной сети.

1.6 Модель функционала сети

Модель, описывающая функциональность сети необходима, прежде всего, для адекватного построения логической топологии, выбора типа оборудования и формирования политики доступа и безопасности внутри сети. Однако помимо перечисленных задач у данной модели есть побочная, но не менее важная задача - это разбиение общего потока данных на более мелкие, что позволит, выполнив соответствующие расчеты получить численные характеристики параметров проектируемой сети. Модели, характеризующие функционал сети, как правило, представляются в виде визуальных диаграмм, на которые существует множество стандартов. Примерами таких стандартов могут быть методологии структурного моделирования представленные семейством диаграмм:

· IDEF0 - вид диаграмм предназначенный для моделирования бизнес процессов в виде отдельных взаимосвязанных функциональных блоков;

· DFD (Data Flow Diagrams) - диаграммы потоков данных, предназначенные для демонстрации того как каждая отдельно взятая функция отображенная на диаграмме IDEF0 преобразует свои входные данные в выходные;

· IDEF3 (Workflow diagramming) - предназначены для описания логики взаимодействия информационных потоков, с их помощью можно описывать сценарии действий сотрудников организации или событий которые необходимо обработать за конечное время.

Или же методологии, основанные на объектно-ориентированном подходе, такие как UML (Unified Modeling Language), который представляет собой общецелевой язык визуального моделирования, разработанный для спецификации, визуализации, проектирования и документирования компонентов программного обеспечения, бизнес-процессов и других систем. Этот язык одновременно является простым и мощным средством моделирования, который может быть эффективно использован для построения концептуальных, логических и графических моделей сложных систем самого различного целевого назначения. Он вобрал в себя наилучшие качества методов программной инженерии, которые с успехом использовались на протяжении последних лет при моделировании больших и сложных систем.

В рамках языка UML все представления о модели сложной системы фиксируются в виде специальных графических конструкций, получивших название диаграмм. В терминах языка UML определены следующие виды диаграмм:

· Диаграмма вариантов использования описывает функциональное назначение системы или, другими словами, то, что система будет делать в процессе своего функционирования;

· Диаграмма классов служит для представления статической структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования;

· Диаграмма состояний описывает процесс изменения состояний только одного класса;

· Диаграмма деятельности представляет собой некоторую совокупность отдельных вычислений, выполняемых автоматом;

· Диаграмма последовательности используется для моделирования взаимодействия элементов во времени;

· Диаграмма кооперации предназначена для спецификации структурных аспектов взаимодействия;

· Диаграмма компонентов описывает особенности физического представления системы;

· Диаграмма развертывания предназначена для визуализации элементов и компонентов программы;

Из описания видно, что обе рассмотренные методологии предназначены в большей части для сопровождения разработок программных средств, для описания функционала сети можно воспользоваться неформальными диаграммами, главное условие это понятность смысла и читабельность составленных диаграмм. Так же стоит отметить, весьма полезной может оказаться диаграмма вариантов использования из методологии UML. Необходимо определиться с программным средством позволяющим строить различные графические формации без особых трудностей. Из функциональных требований, предъявляемых к программному средству с помощью которого планируется составление графических моделей можно выделить следующие:

· Создание произвольных геометрических фигур;

· Установка именованных связей между этими фигурами;

· Добавление текстовых комментариев на модель;

· Простая интеграция созданной модели в офисные документы;

· Поддержка основных диаграмм нотации UML.

Рынком ИТ, представляются множество средств реализующих некоторые из приведенных функций, существуют даже интернет он-лайн системы, которые нет нужды устанавливать на компьютер, примером такой системы может являться пилотный проект под названием «Best4» доступный по адресу в интернете www.best4c.com, однако для работы с такой системой требуется постоянный и достаточно высокоскоростной доступ к сети Интернет. Наиболее подходящим и удовлетворяющим в полной мере все функциональные критерии является средство MS Visio 2007. Так же существенным достоинством в пользу этого средства является обширная коллекция визуальных объектов для различных областей человеческой деятельности. Остановим свой выбор на нем.

Построим первую модель на наивысшем уровне абстракции. В данном случае самый верхний уровень абстракции это структура процесса обмена информацией в сети. Для построения этой модели было принято решение не использовать какие-либо стандарты на модели. Для более объективного взгляда на предметную область был применен метод процессного разбиения задач. Так задача обмена информацией в сети пансионата представляется двумя глобальными процессами «Обмен информацией внутри пансионата» и «Обмен информацией с внешней средой», как показано на рисунке 2.1. Далее каждый процесс был рассмотрен на один уровень глубже, так исходя из требований выдвинутых заказчиком в пункте 1.3, следует, что процесс обмена информацией внутри пансионата представляется двумя классами «Клиенты пансионата» и «Персонал пансионата». В свою очередь процесс обмена информацией с внешней средой осуществляется тремя классами «Клиенты пансионата», «Персонал пансионата» и «Клиенты ресторана». Стоит отметить, что каждый из классов изолирован от других. Это означает, что в процессе обмена информацией внутри пансионата экземпляры класса «Клиенты пансионата» взаимодействуют между собой, но, ни в коей мере не осуществляют взаимодействие с экземплярами класса «Персонал пансионата». Аналогично ситуация происходит и в процессе обмена информацией с внешней средой, все экземпляры отдельно взятого класса взаимодействуют с внешней средой но не как не видят экземпляры других классов.

Рассмотрим процесс обмена информацией внутри пансионата более подробно в нотациях языка UML, с помощью диаграмм вариантов использования (use case).

На рисунке 2.2 изображена диаграмма вариантов использования типов информации классами пользователей «Клиенты пансионата» и «Персонал пансионата». Из данной диаграммы видно, каким типом информации могут пользоваться пользователи.

Рис. 2.1 Задача обмена информацией в сети пансионата

Рис. 2.2 Процесс обмена информацией внутри пансионата

Анализируя данную диаграмму и значения таблицы 1.2 можно сделать вывод о том, что наиболее мощными информационными потоками внутри пансионата, для обоих классов пользователей является «Видеоконференцсвязь». Учитывая тот факт, что вычислительные сети строятся с избыточностью по пропускной способности, то для расчета минимальных необходимых характеристик следует рассматривать ситуации экстремального характера, а именно ситуацию когда всеми пользователями будет использоваться одновременно услуга видеоконференцсвязи. Расчет и математическое обоснование характеристик будет произведено в следующем пункте данного раздела.

А в данный момент необходимо повторить процедуру уменьшения уровня абстракции с помощью диаграмм вариантов использования для процесса обмена информацией с внешней средой. Построенная модель представлена на рисунке 2.3. Категории и типы информации в процессе взаимодействия с внешней средой не изменились по отношению к процессу внутреннего взаимодействия. Изменилось количество классов пользователей (Актеров) и характер их связи с типами информации. Проведем анализ диаграммы представленной на рисунке 2.3 и значений в таблице 1.2. В ходе проведения анализа выяснилось следующие особенности процесса внешнего взаимодействия:

· Клиенты пансионата используют в процессе взаимодействия с внешней средой все типы информации категорий «Мультимедиа» и «Текстовая информация», а так же услуги VoIP. Из таблицы 1.2 следует, что наиболее требовательным из указанных типов информации является VoIP (время задержки<5 мс, интенсивность потока заявок на одного абонента =256 Кбит/с);

· Посетители ресторана могут использовать все типы текстовой информации, исходя из данных, приведенных в таблице 1.2 можно сделать вывод, наиболее требовательным к каналам связи является информационный поток создаваемый работой с HTML (время задержки<150 мс, интенсивность потока заявок на одного абонента =56 Кбит/с);

· Персонал пансионата может использовать все типы информации следующих категорий: «Мультимедиа», «Задачи реального времени», «Текстовая информация». Опять же обращаясь к таблице 1.2 можно видеть, что в данном случае самый требовательный тип информации это видеоконференцсвязь (время задержки<1 мс, интенсивность потока заявок на одного абонента =512 Кбит/с).

Рис 2.3 Процесс обмена информацией пансионата с внешней средой

Выводы: В ходе построения моделей процессов информационного взаимодействия и их совместного анализа с таблицей информационных потоков были выявлены наиболее критичные типы информации для каждого класса пользователей как в процессе внутреннего обмена информацией, так и в процессе обмена информацией с внешней средой. Главным образом результатом проделанных операций явились следующие данные: для двух видов процесса информационного взаимодействия были выявлены участвующие в оном классы пользователей, а для них в свою очередь определены типы информации которые могут использоваться. Из всех возможных типов на основе таблицы информационных потоков были выявлены наиболее критичные, так как для вычислительных сетей важно то, как она будет справляться с пиковыми нагрузками. Эти данные будут использованы для построения математических моделей. Итак, подводя сухой остаток, отметим следующее:

1. Информационное взаимодействие внутри пансионата:

a. Клиенты пансионата

Видеоконференцсвязь (время задержки<1 мс, интенсивность потока заявок на одного абонента=512 Кбит/с);

b. Персонал пансионата

Видеоконференцсвязь (время задержки<1 мс, интенсивность потока заявок на одного абонента=512 Кбит/с);

2. Информационное взаимодействие с внешней средой

a. Клиенты пансионата

VoIP (время задержки<5 мс, интенсивность потока заявок на одного абонента=256 Кбит/с);

b. Персонал пансионата

Видеоконференцсвязь в качестве 240*120, (время задержки<5 мс, интенсивность потока заявок на одного абонента =512 Кбит/с);

c. Клиенты ресторана

HTML (время задержки<150 мс, интенсивность потока заявок на одного абонента =56 Кбит/с).

На основе данных полученных в первом разделе данной работы и результатов анализа проведенного в текущем разделе перейдем к этапу построения математических моделей направленных на расчет характеристик проектируемой сети.

1.7 Моделирование сети с помощью систем массового обслуживания

Системы массового обслуживания являются одним из множества видов математических моделей, данный вид систем был выбран исходя из непосредственного опыта автора работы. Процесс выбора типа модели в данной работе рассмотрен не будет ввиду многообразия существующих моделей и сложности формализации критериев выбора. Рассмотрим модель систем массового обслуживания более подробно. СМО - это такие системы, в которые в случайные моменты времени поступают заявки на обслуживание, при этом поступившие заявки обслуживаются с помощью имеющихся в распоряжении системы каналов обслуживания. Основными компонентами систем массового обслуживания любого вида являются:

· Входной поток поступающих требований или заявок на обслуживание. Для описания входного потока требуется задать вероятностный закон определяющий последовательность моментов поступления требований на обслуживание и указать количество таких требований в каждом очередном поступлении. При этом, как правило, оперируют понятием «вероятностное распределение моментов поступления требований»;

· Дисциплина очереди - это важный компонент системы массового обслуживания, он определят принцип, в соответствии с которым поступающие на вход обслуживающей системы требования подключаются из очереди к процедуре обслуживания. Чаще всего используют дисциплины очереди, определяемые следующими правилами: «первым пришел - первый обслуживаешься», «пришел последним - обслуживаешься первым», «случайный отбор заявок», «отбор заявок по критерию приоритетности», «ограничение времени ожидания момента наступления обслуживания»;

· механизм обслуживания определятся характеристиками самой процедуры обслуживания и структурой обслуживающей системы.

Следует отметить, что время обслуживания заявки зависит от характера самой заявки или требований клиента и от состояния и возможностей обслуживающей системы. Вообще говоря, предметом теории массового обслуживания является установление зависимости между факторами, определяющими функциональные возможности системы массового обслуживания, и эффективностью ее функционирования. В большинстве случаев все параметры, описывающие системы массового обслуживания, являются случайными величинами или функциями, поэтому эти системы относятся к стохастическим системам. Случайный характер потока заявок, а так же в общем случае и длительности обслуживания приводит к тому, что в системе массового обслуживания происходит случайный процесс. По характеру случайного процесса, происходящего в системе массового обслуживания, различают системы марковские и немарковские. Независимо от характера процесса, протекающего в системе массового обслуживания, различают два основных вида СМО:

· Системы с отказами, в которых заявка, поступившая в систему в момент времен, когда все каналы заняты, получает отказ и сразу же покидает очередь;

· Системы с ожиданием (очередью), в которых заявка, поступившая в момент, когда все каналы обслуживания заняты, становится в очередь и ждет, пока не освободится один из каналов. В свою очередь системы массового обслуживания с ожиданием делятся на системы с ограниченным ожиданием и системы с неограниченным ожиданием. Ограничиваться может либо длина очереди, либо время пребывания в очереди.

Рассмотрим выводы, сделанные в пункте 2.1. Очевидно, что в процессе информационного взаимодействия внутри пансионата для пользователей классов «Персонал пансионата» и «Клиенты пансионата» требования к трафику одинаковы. Следовательно, для определения необходимой пропускной способности для перечисленных классов можно воспользоваться общей моделью. Учитывая, что максимально допустимое время задержки для данных классов пользователей меньше 1мс, можно сделать предположение, что для математического описания данных процессов наиболее подходящей будет являться одноканальная модель СМО с отказами имеющая пуассоновский входной поток. Рассмотрим вышеуказанную модель более подробно.

Одноканальная СМО с отказами.

Представим данную систему массового обслуживания в виде графа (рисунок 2.4), у которого имеются два состояния:

S0 - канал свободен (ожидание);

S1 - канал занят (идет обслуживание заявки).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.4 Граф состояний одноканальной СМО с отказами

Обозначим вероятность состояний: P0(t) - Вероятность состояния «канал свободен»; P1(t) - вероятность состояния «канал занят». По графу состояний составим систему дифференциальных уравнений Колмогорова для вероятностей состояний:

(2.1)

Система линейных дифференциальных уравнений имеет решение с учетом нормировочного условия P0(t)+ P1(t)=1. Решение данной системы называется неустановившимся, поскольку оно непосредственно зависит от t и выглядит следующим образом:

(2.2)

По истечению большого интервала времени (при ) достигается стационарный (установившейся) режим:

(2.3)

Вероятность отказа в обслуживании заявки будет равна вероятности состояния «канала занят»:

(2.4)

Используя рассмотренную модель системы массового обслуживания можно рассчитать необходимую пропускную способность оборудования необходимого для организации информационного взаимодействия, по следующей формуле:

(2.5)

Произведем расчет требуемой интенсивности обслуживания для указанных категорий информационного взаимодействия:

Клиенты пансионата, внутреннее взаимодействие:

Исходя из требований к проектируемой сети выдвинутых заказчиком 0,05;

Исходя из проведенного анализа информационных потоков интенсивность поступления заявок для данного класса будет равна:

(2.6)

Подставляя данные значения в формулу 2.5 получим:

Персонал пансионата, внутреннее взаимодействие:

Исходя из требований к проектируемой сети выдвинутых заказчиком 0,05;

Исходя из проведенного анализа информационных потоков интенсивность поступления заявок для данного класса будет равна:

(2.8)

Подставляя данные значения в формулу 2.5 получим:

(2.9)

Возвращаясь к выводам, сделанным в пункте 2.1 можно видеть, что процессы информационного взаимодействия с внешней средой более толерантны к времени задержки, но все же имеют некоторые ограничении на максимальные значения данного параметра. Поэтому можно сделать предположение о возможности математического описания данных процессов с помощью математической модели одноканальной системы массового обслуживания с ограниченным временем пребывания заявки (СМО с ожиданием) в очереди, рассмотрим оную модель более подробно.

Одноканальная СМО с ожиданием

Система массового обслуживания имеет один канал. Входящий поток заявок на обслуживание - простейший поток с интенсивностью . Интенсивность обслуживания равна . Длительность обслуживания случайная величина подчиненная случайному закону распределения. Поток обслуживания является простейшим пуассоновским потоком событий. Заявка, поступившая в момент, когда канал занят, становится в очередь и ожидает обслуживания. Если предположить, что независимо от того, сколько требований поступает на вход обслуживающей системы, данная система (очередь + обслуживаемые клиенты) не может вместить более N требований (заявок), т.е. заявки не попавшие в ожидание получают отказ. Граф состояний СМО в этом случае имеет вид, показанный на рисунке 2.5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2.5 Граф состояний одноканальной СМО с ожиданием

Состояния рассматриваемой СМО имеют следующую интерпретацию:

- «канал свободен»;

- «канал занят» (очереди нет);

- «канал занят» (одна заявка стоит в очереди);

…………………………

- «канал занят» (n-1 заявок стоит в очереди);

- «канал занят» (N-1 заявок стоит в очереди);

Стационарный процесс в данной системе будет описываться следующей системой алгебраических уравнений:

(2.10)

Где , n- номер состояния. Решение приведенной выше системы уравнений (2.10) для данной модели СМО имеет вид:

(2.11)

(2.12), тогда

(2.13)



Теперь предположим что длина очереди неограниченна, а ограничивается лишь время пребывания заявки в системе, тогда при условии N в установившемся (стационарном) режиме СМО будет описываться системой линейных алгебраических уравнений вида:

(2.14)

Решение данной системой уравнений имеет вид

(2.15)

(2.16)

Среднее число находящихся в системе заявок на обслуживание для одноканальной СМО с ожиданием, без ограничений на длину очереди равно:

(2.17)

(2.18)

С помощью описанной модели предполагается определить интенсивность обслуживания, которая обеспечит заданную вероятность отказов при определенной интенсивности поступления заявок и времени ожидания заявки в очереди.

Используя формулы 2.11, 2.14, 2.15, 2.16 получим, что средняя продолжительность пребывания заявки в системе:

=, тогда

(2.19)



Используя 2.16 и 2.17 получим формулу, для определения интенсивности обслуживания:

(2.20)

Итак, рассчитать интенсивность обслуживания при заданных начальных условиях в приведенной модели СМО можно с помощью формул 2.19 и 2.20.

Учитывая, что данный вид модели СМО был приведен для процессов информационного взаимодействия с внешней средой. Проведем расчет соответствующих характеристик для каждого из образующих данный процесс классов.

Клиенты пансионата, взаимодействие с внешней средой.

Исходя из требований к проектируемой сети выдвинутых заказчиком 0,05;

Исходя из проведенного анализа информационных потоков интенсивность поступления заявок для данного класса будет равна:

(2.21)

(2.22)

Подставляя данные значения в формулы 2.19 и 2.20 получим:

(2.23)

(2.24)

Персонал пансионата, взаимодействие с внешней средой

Исходя из требований к проектируемой сети выдвинутых заказчиком 0,05;

...