Інформаційні технології та інструментальні засоби адаптивного управління мобільними безпровідними обчислювальними мережами

Размещено на http://allbest.ru

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Інформаційні технології та інструментальні засоби адаптивного управління мобільними безпровідними обчислювальними мережами

Загальна характеристика роботи

мобільний безпровідний мережа

Актуальність проблеми. Широке впровадження обчислювальної техніки в усі сфери діяльності людини пред'являє все зростаючі вимоги до продуктивності, безвідмовності, зручності обчислювальних інформаційних систем. Особливо акцентується увага на нових напрямках розвитку та удосконаленні мереж передачі даних. Серед них слід виділити безпровідні (мобільні) мережі. Такі мережі надають користувачеві унікальні можливості по оперативному доступу до віддалених мережевих ресурсів, в тому числі до глобальної мережі Internet, не обмежуючи його при цьому в мобільності й не прив'язуючи до дротових ліній зв'язку. Проте така організація доступу користувача до ресурсів мережі потребує виконання підвищених вимог до надійності та масштабування мережевих підключень.

Основним показником ефективності системи управління безпровідною мережею є оптимальне завантаження мережевих вузлів, які входять в цю мережу. Ефективність буде високою, якщо буде знайдено компроміс між довжиною маршруту передачі даних та рівнем завантаження проміжних мережевих вузлів. Це означає, що кожен сеанс передачі даних повинен чітко укладатися в стратегію глобального управління безпровідною мережею. Розв'язання цієї задачі полягає в балансуванні завантаження мережі і є найбільш важливою задачею мережевого менеджменту. Протоколи управління мережею, які використовуються в дротових мережах, не в повній мірі відповідають вимогам до оперативності та гнучкості, необхідних для ефективного управління безпровідними мережами.

Таким чином, актуальною науково-технічною задачею є розробка методу адаптивного управління мобільними безпровідними обчислювальними мережами, який підвищує ефективність маршрутизації та балансування завантаження мережі, а також повністю ураховує особливості, топологію та структуру безпровідної мережі. Таку можливість надає технологія мобільних інтелектуальних агентів (МІА) як актуальний мультиплатформовий інструмент розподільних обчислень, за своєю природою орієнтований на використання в обчислювальних мережах, без урахування їх типу.

Зв'язок роботи з науковими програмами та планами. Дисертаційна робота виконана згідно з відповідним планом науково-дослідних робіт Харківського національного університету радіоелектроніки у рамках держбюджетної НДР № 196 ,,Розробка методів та інструментальних засобів структурно-параметричної ідентифікації моделей багатофакторного оцінювання і багатокритеріальної оптимізації” по розділу № 196-1 ,,Розробка методів та інструментальних засобів структурно-параметричної ідентифікації моделей багатофакторного оцінювання” (№ ДР 0106U003175) та госпдоговірної НДР № Ю/804089 ,,Розробка принципів і програмних засобів системи підтримки прийняття рішень в умовах невизначеності для технологічних і організаційних систем” (№ 0108U004383), в розробці яких автор брав участь як виконавець.

Мета та завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методу та інформаційної технології адаптивного управління мобільними безпровідними обчислювальними мережами для підвищення ефективності та надійності функціонування вузлів таких мереж.

Для досягнення мети досліджень і вирішення сформульованої науково-технічної задачі необхідно:

? проаналізувати поточний стан проблемної області, яка досліджується;

? розробити метод адаптивного управління мобільними безпровідними мережами на основі мурахоподібних мобільних інтелектуальних агентів;

? розвинути метод визначення поточного стану мобільного абонента без використання даних супутникової навігації;

? удосконалити метод поновлення таблиць маршрутів передачі даних, відповідно до вимог сучасних мереж;

? удосконалити метод розподільного обчислювання координат мобільних терміналів, який враховує групові переміщення мобільних терміналів;

? розробити інформаційну технологію та інструментальний засіб адаптивного управління мобільними безпровідними мережами.

Об'єкт дослідження - процесси адаптивного управління та мережевого менеджменту в мобільних безпровідних мережах.

Предмет дослідження - методи автоматизованого управління безпровідними мобільними мережами, що базуються на технології МІА.

Методи дослідження: методи прийняття багатокритеріальних рішень, теорія мережевого менеджменту, теорія оптимального управління .

Наукова новизна отриманих результатів полягає в такому:

1. Вперше розроблено метод адаптивного управління мобільними безпровідними мережами, в якому використовуються мурахоподібні мобільні інтелектуальні агенти для розподільного прийняття рішень щодо маршрутизації та балансування завантаження мережі. Це надає можливість підвищити стійкість до відмов і збоїв апаратних та програмних засобів мережі.

2. Удосконалено метод поновлення таблиць маршрутів, який, на відміну від існуючих, використовує менший обсяг інформації, що зберігається в кожному вузлі мережі. Зменшення обсягу інформації відбувається шляхом групування ймовірних маршрутів передачі даних за напрямками, що дозволяє зменшити час процесу поновлення таблиць маршрутів.

3. Удосконалено метод розподільного обчислення координат мобільних терміналів, який, на відміну від існуючого, виділяє сегмент безпровідної мережі в залежності від щільності або мобільності абонентів, що надає можливість отримати підвищення швидкості визначення положення мобільних терміналів, та врахувати їх групові переміщення при аналогічних (порівняно з традиційними методами) значеннях похибки.

4. Набув подальшого розвитку метод визначення поточного стану мобільного абонента без супутникової навігації, який, на відміну від існуючих, базується на тригонометричних методах обчислення положення мобільного

об'єкту та напрямку його руху. За допомогою тригонометричних відношень можна отримати дані щодо положення кожного мобільного вузла, що надає можливість зменшити вартість розгортання, експлуатації та розвитку мобільної безпровідної мережі.

Практична цінність одержаних результатів полягає в тому, що розроблені математичні моделі та обчислювальні методи дозволяють вирішувати широке коло задач мережевого менеджменту, таких як: знаходження оптимальних маршрутів передачі інформації між будь-якими двома мережевими вузлами; побудова децентралізованої схеми балансування завантаження мережевих терміналів, зменшення кількості перевантажених мережевих терміналів, що є внеском в розвиток теорії створення систем управління мобільними мережами. Використання розроблених моделей дозволяє значно прискорити побудову таблиць оптимальних маршрутів передачі даних; відмовитися від дорогих методів обчислення координат мобільних терміналів, які базуються на GPS; відмовитися від централізованого управляючого модуля і виконувати більшу частину управляючих калькуляцій безпосередньо в мережевих терміналах; значно зменшити обсяг передачі управляючих пакетів даних, розвантаживши таким способом канали передачі службової інформації. Розроблений метод, інструментальний засіб та технологія можуть бути використані для знаходження місцеположення практично будь-яких мобільних об'єктів та знаходження оптимальних шляхів з'єднання між мобільними об'єктами в умовах швидкозмінної навколишньої обстановки.

Розроблені під час досліджень технологію адаптивного управління безпровідною мобільною мережею та інструментальний засіб впроваджено Регіональним Центром Сервісного Обслуговування „Арко” для оптимізації завантаження безпровідної мережі автоматизованих місць касирів (акт від 17.01.08). Це надало змогу суттєво підвищити якість обслуговування покупців у великих торгових об'єктах.

Крім того, результати досліджень використовуються в навчальному процесі в Харківському національному університеті радіоелектроніки на кафедрі системотехніки при викладанні дисциплін „Основи автоматизованого проектування складних об'єктів та систем”, „Інструментальні засоби імітаційного моделювання складних систем”, „Методи та засоби комп'ютеризованих інформаційних технологій”.

Апробація результатів дослідження. Основні результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на Міжнародних молодіжних форумах „Радіоелектроніка та молодь в ХХІ столітті” (м. Харків, 2003, 2005, 2007 рр.); на Міжнародній конференції „Теорія та техніка передачі, прийому та обробки інформації” (м. Туапсе, 2003 р.), на 2-му Міжнародному радіоелектронному форумі „Прикладна радіоелектроніка. Стан та перспективи розвитку” (м. Харків, 2005 р.), на 6-й Міжнародній міждисциплінарній науково-практичній конференції „Сучасні проблеми гуманізації та гармонізації управління” (м. Харків, 2005 р.), на Міжнародних конференціях „Глобальні інформаційні истеми. Проблеми і тенденції розвитку” (м. Харків, 2006, 2007 рр.).

Публікації. При виконанні наукових досліджень опубліковано 13 друкованих праць: 5 статей в збірниках наукових праць (2 без співавторів); 8 публікацій в збірниках праць конференцій (5 без співавторів).

Особистий внесок здобувача. У наукових роботах, що опублікувалися в співавторстві, особисто здобувачеві належать наступні матеріали. У [2] -удосконалення методу поновлення таблиць маршрутизації для адаптивного управління безпровідними обчислювальними мережами, у [4] - удосконалення методу розподільного обчислення координат, у [5] - моделювання процесу адаптивного управління безпровідними обчислювальними мережами, у [6] - обґрунтування доцільності використання МІА в методі адаптивного управління мобільними безпровідними обчислювальними мережами, у [7] - вибір архітектурних схем побудови МІА, у [11] - принцип побудови схеми обчислення локальних/глобальних координат мобільних терміналів, який використовується в методі визначення поточного стану мобільного абоненту.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (108 джерел на 11 сторінках), 25 рисунків, 10 таблиць. Повний обсяг дисертації складає 135 сторінок, з них 126 сторінок основного тексту.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, показано її зв'язок з науковими планами і роботами з аналогічної тематики; сформульовано мету та завдання дослідження, наведено характеристику наукової новизни та практичне значення роботи. У вступі також виділено особистий внесок здобувача в публікаціях у співавторстві і стан апробації результатів.

Перший розділ присвячено детальному розгляду предметної галузі дослідження. Проведено аналіз сучасного стану сфери комп'ютерних мереж, визначено тенденцію до стрімкого розвитку безпровідних інформаційних технологій, безпровідних обчислювальних мереж зокрема. Запропоновано моделі ідентифікації рівня завантаження та маршрутизації, що базуються на технології мобільних інтелектуальних агентів (МІА). Крім цього, в першому розділі визначено головні напрямки подальшого розвитку й удосконалення безпровідних комп'ютерних мереж і визначено потенційні напрямки докладання зусиль в теоретичних та практичних наукових дослідженнях для покращення існуючого стану.

Розглянуто тенденції інтелектуалізації комп'ютерних технологій, одним із інструментів яких є МІА. У контексті поставленої задачі технологія МІА розглядається як ефективний метод для отримання безпосереднього та безперервного доступу до розподілених та обмежених мережевих ресурсів шляхом виконання локальної обробки даних, на відміну від технології віддаленого централізованого доступу в архітектурі клієнт/сервер. Проведено аналіз існуючих видів, типів та класів МІА; розглянуті варіанти архітектурних схем МІА. Розглянуті також типи взаємодії МІА, проаналізовані ієрархічні схеми взаємодії МІА. Внаслідок виконаної роботи було виділено оптимальний тип МІА для розв'язання поставленої задачі. На підставі проведеного аналізу сформульована мета і завдання дослідження.

Другий розділ присвячено розробці методу адаптивного управління мобільними безпровідними обчислювальними мережами. Цей метод складається з двох основних етапів: маршрутизації та балансування завантаження. Під маршрутизацією будемо розуміти пошук шляху (маршруту) між двома мережевими терміналами для отриманої заявки, який:

? задовольняє топологічним та структурно-організаційним обмеженням на вірогідні шляхи між заданим джерелом та адресатом;

? відповідає вимогам заявки щодо трафіку та QoS параметрах;

? оптимізує показники мережі;

? не суперечить глобальній стратегії управління мережею.

Задача оптимальної маршрутизації формулюється як:

Z= (1)

де - сумарний потік, який проходить по лінії , , тобто підсумовування проводиться за всіма маршрутами , які проходять по цій лінії ; - деяка вартісна функція, яка пов'язана із конкретною лінією при виконанні нижче вказаних обмежень на вибір всіх потоків по вибраним маршрутам для кожної пари відправник та адресат

та , (2)

де - множина всіх можливих пар «відправник-адресат»; - множина всіх шляхів, які з'єднують вузли відправника і адресата пари ; - потік (трафік) по маршруту ; - вимоги до трафіку з боку пари .

Реалізація методу балансування містить такі етапи.

1. Розробка процесу оперативної, в режимі реального часу, ідентифікації рівня завантаження для кожного мережевого терміналу (точки доступу). Для цього необхідно визначити топологію мережі, кількість МІА в мережі, вільну місткість кожного мобільного терміналу, значення трафіку між кожною парою мобільних терміналів для кожного можливого маршруту.

2. Реалізація маршрутної оптимізації, тобто прийняття рішення про маршрут передачі даних між усіма мобільними терміналами, з урахуванням необхідності балансування завантаження проміжних терміналів, протягом усього маршруту передачі даних.

Для цього визначаються рівні завантаження для кожного термінала який складається з:

? завантаження терміналу пакетами даних, для яких цей термінал є приймачем;

? завантаження терміналу пакетами даних, для яких цей термінал є передавачем;

? завантаження терміналу пакетами даних, для яких цей термінал є проміжним при передачі даних від передавача до приймача;

? завантаження терміналу пакетами даних, необхідних для підтримки нормального функціонування ЛОМ (різні службові та допоміжні дані, броадкастинг-розсилки та інше).

3. Оцінка рівня завантаження кожної пари терміналів з використанням нижче наведених критеріїв.

Критерій вирівнювання вільного ресурсу

. (3)

Слід відзначити, що критерій можна максимізувати, коли це необхідно для управління обчислювальною мережею.

У деяких випадках слід ввести своєрідний мінімальний рівень вільного ресурсу, який резервується для обслуговування передач різного типу управляючих даних.

Другий критерій має вигляд:

. (4)

Передбачається, що мобільні термінали мають різну важливість, яка оцінюється ваговими коефіцієнтами. Такий варіант використовується досить часто. Незалежно від організаційної структури об'єкту, який користується безпровідною ЛОМ, завжди є суб'єкти, що мають привілеї пріоритетного доступу до всіх ресурсів мережі. Якщо, наприклад, мережа функціонує на виробництві, то такими суб'єктами є керівники, менеджери вищого рівня, керівники відділів та інші.

Позначимо як відносну важливість -го мобільного терміналу - , .

Великі значення мають ті мобільні термінали, для яких бажано мінімальне завантаження, тобто максимальний рівень вільного ресурсу

(5)

або можливо використати критерій

. (6)

Особливий інтерес викликає варіант, коли значення можуть змінюватися в часі, тоді цій критерій має вигляд

. (7)

Вище вказані критерії використовуються в методі адаптивного управління мобільною безпровідною мережею, а саме для оцінювання рівня оптимальності запропонованих маршрутів передачі даних, методу балансування завантаження та дослідження з точки зору складності реалізації, чутливості та ступеня адекватності реальним процедурам управління мережею.

У третьому розділі набули подальшого розвитку метод визначення поточного стану мобільного абонента без використання даних супутникової навігації та метод поновлення таблиць маршрутів.

Метод визначення поточного стану мобільного абонента містить такі кроки:

1. Обчислення координат (фізичних та мережевих) усіх активних мобільних терміналів. Для розв'язання цієї підзадачі пропонується використання внутрішніх алгоритмів визначення координат мобільних терміналів, які використовують зміну рівня сигналу передачі даних і тригонометричні методи. У зв'язку з мобільністю мережевих користувачів ця задача повинна циклічно вирішуватися протягом усього періоду функціонування безпровідної ЛОМ.

2. Визначення множини можливих маршрутів передачі даних для всіх мережевих терміналів. Далі з даної множини повинні бути виключені циклічні маршрути та маршрути, які мають петлі. При розв'язанні цієї задачі раціонально використати обмеження сектору напрямку передачі даних для відсіву явно неоптимальних маршрутів.

3. Оцінювання пропускної спроможності (місткості) кожного мережевого терміналу . Ця величина змінюється дуже рідко, тільки у зв'язку зі змінами конфігурації мережевого терміналу.

4. Визначення вільного ресурсу (незавантаженої місткості) кожного мережевого терміналу . Знаходження величин незавантаженої місткості разом із відомим значенням місткості мобільного терміналу мережі дозволяє визначити рівень завантаження терміналу.

5. Обчислення трафіка для кожного мобільного терміналу.

6. Обчислення вартості передачі даних між всіма парами терміналів безпровідної ЛОМ , для усіх .

Метод поновлення таблиць маршрутів передбачає використання таких елементів для ідентифікації маршруту передачі даних: вузол мережі - джерело передачі, вузол мережі - пункт призначення, а також час передачі інформації. Завдяки детермінованому характеру моделі цей час визначається дискретною кількістю дискретних інтервалів часу. Якщо сеанс зв'язку закінчено, то передані дані видаляються із системи, звільняючи вузол мережі.

Після ініціації сеансу передачі даних дані із поточних таблиць маршрутів приймаються за маршрути. Далі відбувається зниження рівня незавантаженої місткості в кожному із мережевих вузлів, які включені в маршрут. Якщо хоч в одному з мережевих вузлів значення незавантаженої місткості буде меншим ніж необхіднє для коректного сеансу передачі даних - сеанс передачі даних вважається невдалим. Для поновлення таблиць маршрутів використовуються МІА.

Кожний раз, коли мобільний агент прибуває в мережевий вузол, значення запису в таблиці феромону (маршрутів), відносно його стартового мережевого терміналу збільшується згідно з формулою:

, (8)

де - нове значення ймовірності; - величина приросту значення ймовірностей; - попереднє значення ймовірності.

Величиною можна варіювати кожного разу, коли необхідно одержати більш гнучку одиницю оцінки функціональності механізму оптимального розподілення навантаження в мережі.

Останні записи в цій таблиці змінюються згідно з такою формулою:

. (9)

Після визначення усіх маршрутів необхідно провести оцінку балансування. Як параметр, що оптимізується, розглянемо дисперсію завантаження ЛОМ. У такому випадку цільова функція може бути надана як мінімізація дисперсії завантаження мережі:

, (10)

де та - поточний та попередній мережевий термінал в наданому маршруті, відповідно ; - загальна кількість мережевих терміналів; - кількість проміжків часу в моделі; , - повне завантаження мережі в попередньому та поточному мережевому терміналі, відповідно.

Задля спрощення моделі виконаємо апроксимацію функції моделі інтегралу на операцію підсумування. Точність апроксимації у такому разі визначається кількістю разів отримання інформації. Таким чином апроксимуюча функція набуває вигляду:

. (11)

Повне завантаження мережі у мережевому терміналі може бути визначене як

. (12)

Таке завантаження являє собою сумарний обсяг даних, які проходять через мережевий термінал за заданий проміжок часу. Загальне завантаження мережевого терміналу складається з таких часткових навантажень:

? сумарне навантаження терміналу вихідними пакетами даних з терміналу в термінал .

, (13)

де - сеанс передачі даних;

? сумарне завантаження терміналу вхідними пакетами з терміналу в термінал

; (14)

? додаткове завантаження терміналу, яке з'являється внаслідок використання даного терміналу як проміжного при передачі даних з терміналу в термінал , де термінал виступає в ролі ланки в колі

; (15)

? додаткове завантаження терміналу , яке з'являється внаслідок передачі службових даних, необхідних для нормального функціонування мережі. У такому разі пересилка мобільних агентів, які, як правило, мають невеликий фізичний розмір, але в зв'язку з численністю також впливають на загальномережевий трафік. Інколи такий параметр може бути заданий константою, коли відома усереднена кількість МІА, які знаходяться в мережі.

Рішення приймається при таких обмеженнях:

, , , ;

(16)

У четвертому розділі удосконалено метод розподільного обчислення координат мобільних терміналів, розроблено технологію адаптивного управління мобільними безпровідними мережами та представлені результати моделювання.

Для визначення (обчислення) координат мобільних терміналів, як фізичних, так і віртуальних, пропонується застосувати удосконалений метод „само-позиціонування”, де не використовується супутникова система глобального позиціонування, яка може бути невиправдано дорогою для невеликих безпровідних обчислювальних мереж. Головна роль МІА у цьому методі полягає в безперестанному курсуванні в мережі, протягом цього часу МІА ідентифікують мобільні термінали за їхніми ідентифікаторами, та послідовному повторюванні в часі обчислень їх координат, як віртуальних, так і фізичних. У наслідок цього розкривається топологія всієї безпровідної мережі. Для обчислення координат пропонується використовувати метод часу прибуття, який обчислює дані про відстань між мобільними терміналами, відстань між мобільними терміналами та точками доступу, а також кутові пропорції між вузлами мережі. Для опису структури сегменту мережі використовуються такі дані:

? _ набір усіх вузлів у мережі;

? для будь-якого існує такий набір вузлів , що для кожного , є „сусідом” для точки доступу даного сегменту;

? - набір усіх мобільних терміналів всередині даного сегменту безпровідної ЛОМ;

? існує набір вузлів , який являє собою перелік приблизних відстаней між поточною точкою доступу та її внутрішніми безпровідними терміналами.

Для обчислення координат вузлів мережі слід виконати такі процедури: знайти всі безпровідні термінали всередині сегменту (сформувати множину ); послідовно запускати МІА для визначення відстаней між мобільними терміналами всередині сегменту, а також між точкою доступу і всіма безпровідними терміналами всередині сегменту (сформувати множину ).

Маючи такі дані, можна безпосередньо обчислити координати мобільних об'єктів всередині кожного сегменту мережі (рис. 1).

Початком процесу визначення координат мобільних терміналів є вибір двох вузлів таких, що:

? відстань між , та визначено;

? відстань між , та не дорівнює нулю (; );

? , та не розміщуються на одній лінії;

? вузол розміщено на позитивній осі (осі локальної системи координат можна безболісно повертати для кожного визначеного кластеру;

? вузол повинен мати позитивне значення по осі ().

Після виконання вище вказаних дій можна визначити локальну систему координат для поточного сегменту мережі, яка буде задана унікально функціями відношень між , та .

Координати центру системи координат, а також вершин та визначені як

(17)

(18)

(19)

де - кут в трикутнику (рис. 1) обчислюється з використанням правила косинусу

. (20)

Рис. 1. Визначення координат вузла у локальній системі координат сегменту

Локальна система координат, яка представлена вершинами , визначається теж із використанням правила геометрії. Координата по осі вузла обчислюється як

. (21)

Координата по осі вузла може бути знайдена з використанням допоміжного кута

(22)

де - кут в трикутнику , - кут в трикутнику і - кут в трикутнику .

Величини кутів та визначаються з використанням правил косинусів:

, (23)

. (24)

Координати будь-якого вузла можуть бути обчислені з використанням координати центрального вузла сегменту та координати двох інших вузлів, які вже обчислені.

При проведенні тестового моделювання системи балансування завантаження безпровідної мережі у тестовому прикладі були прийняті такі початкові дані. Тривалість експерименту складає 1500 ітерацій. Рівень інтенсивності вхідного трафіка складає 25% від допустимого. Крок зняття показань складає 50 ітерацій. До середини експерименту (750 ітерацій) завантаження мережі балансується за допомогою управляючого методу, який заснований на МІА.

Після 750 ітерацій реалізуються три сценарії поведінки, які показано на рис. 3 різними типами ліній: балансування завантаження за допомогою МІА - суцільна лінія; зміна параметрів завантаження системи мобільними агентами (динамічне регулювання кількості МІА) - пунктирна лінія; припинено запуск мобільних агентів - штрихпунктирна лінія.

Рис. 2. Графік залежності кількості відмов у обслуговуванні заявок при 25% завантаженні мережі.

На рис. 2 видно, що використання схеми управління завантаженням мережі, яка ґрунтується на технології МІА, дає в середньому 10 відмов в обслуговуванні протягом усього часу моделювання. При цьому максимальна кількість відмов у обслуговуванні не перевищує 18. Після середини і до кінця експерименту за таким сценарієм характер залежності не змінюється. Якщо змінюється динаміка запуску МІА, то змінюється лише характер піків та провалів. Це свідчить про те, що запропонована схема управління завантаженням безпровідної ЛОМ є малочутливою до зміни характеру запуску МІА, має високий ступінь адаптації та короткий період стабілізації.

Третій сценарій демонструє ситуацію, коли не здійснюється балансування завантаження мережевих терміналів. У цьому випадку спостерігається різке збільшення кількості відмов у обслуговуванні. Середня кількість відмов у такому випадку складає близько 22, а максимальна - більше 30. Характер кривої залишається таким самим. При зміні інтенсивності надходження заявок на обслуговування до 75% графік змінюється (рис. 2)

З рис. 3 видно, що зміна інтенсивності надходження заявок кардинально змінює вид кривих кількості відмов. Так, використання різних стратегій запуску МІА дає середню кількість відмов у обслуговуванні приблизно 18, а максимальну - не більше 27. У ситуації, коли не здійснюється балансування завантаження за допомогою МІА, спостерігається різке збільшення кількості відмов у обслуговуванні. Так, середня кількість відмов досягає 31, а максимальна складає більше 46.

У результаті проведеної роботи вдалося встановити залежність кількості МІА від часу функціонування мережі (моделювання) при застосуванні динамічної та статичної стратегій запуску МІА.

Рис. 3. Графік залежності кількості відмов у обслуговуванні заявок при 75% завантаженні мережі.

Наведена вище інформація про виконання моделювання та обчислення, дозволяє стверджувати, що у разі, коли є достатня кількість МІА, збільшення популяції МІА не впливає суттєво на ефективність функціонування мережі. Можна також припустити, що позитивний ефект у вигляді зменшення кількості відмов, при збільшенні кількості МІА, нівелюється навантаженням мережі самими МІА.

Таким чином, ґрунтуючись на результатах досліджень та експериментів, слід зробити висновок, що запропонований метод адаптивного управління мобільними безпровідними ЛОМ стандарту IEEE 802.11х з використанням МІА є працездатним та ефективним. При цьому метод продемонстрував високу стабільність при управлінні завантаженням, швидку адаптивність до змін характеру та інтенсивності вхідного навантаження. У процессі дослідження було створено технологію адаптивного управління безпровідною мережею, що базується на запропонованому методі, а також розроблено інструментальні засоби, які використовуються в декількох підприємствах, що доводиться актами впровадження.

Технологія адаптивного управління мобільною безпровідною мережею містить такі елементи: модель ідентифікації поточного стану мобільних абонентів, моделі програмування МІА, імітаційну модель, підходи та алгоритми балансування завантаження та маршрутизації мобільної безпровідної ЛОМ. Впровадження цієї технології та інструментального засобу показало досить значний економічний ефект та надало змогу покращити якість функціонування мобільних мереж, розгорнутих у цих підприємствах.

У додатках наведено таблиці калькуляційних даних проміжних кроків моделювання, деякі алгоритми, а також акти впровадження результатів дисертаційного дослідження.

Основні результати та висновки

У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу адаптивного управління мобільними безпровідними мережами. У процесі досліджень були отримані такі основні результати:

1. Проведено аналіз поточного стану проблемної області, який показав, що застосування традиційного централізованого підходу до створення методів управління мобільними безпровідними мережами не задовольняє повністю вимогам щодо оперативності та надійності управління такими мережами. Технологія мобільних інтелектуальних агентів завдяки своїй децентралізованості, дозволяє підвищити якість функціонування мережі.

2. Вперше розроблено метод адаптивного управління мобільними безпровідними обчислювальними мережами, який характеризується підвищеною стійкістю до відмов і збоїв апаратних та програмних засобів. Розроблений метод використовує мурахоподібних мобільних інтелектуальних агентів, як засіб розподільного прийняття рішень, щодо балансування рівня завантаження у мобільних вузлах безпровідної мережі. Крім підвищення стійкості до відмов, це надає можливість більш чіткого моніторингу стану як усієї мережі, так і окремих її частин, у порівнянні с традиційними централізованими методами управління безпровідною мережею.

3. Набув подальшого розвитку метод визначення поточного стану мобільного абонента без використання даних супутникової навігації, який базується на групуванні мобільних терміналів на сегменти за рівнем мобільності та територіальної щільності, що значно зменшує вартість та складність усієї системи управління в цілому, що, в свою чергу, забезпечує зменшення вартості розгортання, експлуатації та розвитку безпровідної мережі.

4. Удосконалено метод поновлення таблиць маршрутів, який характеризується зменшенням обсягу інформації, котра зберігається в кожному вузлі мережі, що дозволяє прискорити процес поновлення таких таблиць. Зменшення обсягу інформації здійснюється шляхом групування схожих за типом параметрів станів мережевого вузла та параметрів сеансу передачі даних.

5. Удосконалено метод розподільного обчислення координат мобільних терміналів, який базується на тригонометричних методах обчислення положення мобільного об'єкта. Це дозволяє при аналогічних (у порівнянні з традиційними методами визначення положення об'єктів) значеннях похибки, підвищити швидкість знаходження координат мобільних об'єктів.

6. Створено технологію адаптивного управління безпровідною мережею, що базується на запропонованому методі, а також розроблено інструментальний засіб, які використані при побудові та експлуатації безпровідних мобільних мереж. Результати досліджень впроваджені в РЦСО «АРКО», в держбюджетній НДР № 196 ,,Розробка методів і інструментальних засобів структурно-параметричної ідентифікації моделей багатофакторного оцінювання і багатокритеріальної оптимізації” по розділу № 196-1 ,,Розробка методів та інструментальних засобів структурно-параметричної ідентифікації моделей багатофакторного оцінювання” (№ ДР 0106U003175), в госпдоговірній НДР № Ю/804089 ,,Розробка принципів і програмних засобів системи підтримки прийняття рішень в умовах невизначеності для технологічних і організаційних систем” (№ 0108U004383), а також в навчальному процесі Харківського національного технічного університету радіоелектроніки, що підтверджується актами впровадження.

Загалом отримані наукові результати дозволяють підвищити ефективність функціонування мобільних обчислювальних мереж за рахунок підвищення безвідмовності обслуговування абонентів.

Список опублікованих робіт ЗА темОЮ дисертації

1. Колесник А.Б. Схема построения децентрализованной системы оптимизации загрузки беспроводной ЛВС / А.Б. Колесник // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2004. - № 1 (19). - С. 79-82.

2. Петров Э.Г. Применение муравьино-подобных мобильных интеллектуальных агентов для оптимизации загрузки вычислительных сетей / Э.Г. Петров, А.Б. Колесник // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2005. - № 1 (21). - С. 256-261.

3. Колесник А.Б. Оценка эффективности алгоритмов оптимизации загрузки и маршрутизации в беспроводных сетях / А.Б. Колесник // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2006. - № 1 (24). - С. 549-553.

4. Колесник А.Б. Интеллектуализация процедур определения координат мобильных терминалов в беспроводных сетях / А.Б. Колесник, Л.В. Колесник // Бионика интеллекта. - 2007. - № 1 (66). - С. 134-138.

5. Петров Э.Г. Моделирование системы инициализации маршрутов для оптимальной маршрутизации и загрузки беспроводных сетей / Э.Г. Петров, А.Б. Колесник, Л.В. Колесник // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2007. - № 4 (27). - С. 147-151.

6. Колесник А.Б. Мобильные агенты для решения задач оптимизации управления вычислительными сетями / А.Б. Колесник, Л.В. Батий // Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке: междунар. молод. форум: тезисы докл. - Х., 2003. - С. 293.

7. Петров Э.Г Выбор и сравнительный анализ архитектурных схем построения мобильных агентов / Э.Г. Петров, А.Б. Колесник // Теория и техника передачи, приема и обработки информации: междунар. конф.: тезисы докл. - Х., 2003. - С. 361-362.

8. Колесник А.Б. Решение задачи оптимизация загрузки беспроводных ЛВС / А.Б. Колесник // Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке: междунар. молод. форум: тезисы докл. - Х., 2005. - С. 391.

9. Колесник А.Б. Применение технологии мобильных интеллектуальных агентов для оптимизации загрузки беспроводных ЛВС / А.Б. Колесник // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития: междунар. радиоэлектронный форум: тезисы докл. - Х., 2005. - Т.3. - С.135-138.

10. Колесник А.Б. Выделение подмножества «терминалов-соседей» при оптимизации беспроводных ЛВС / А.Б. Колесник // Современные проблемы гуманизации и гармонизации управления: междунар. междисципл. науч._практ. конф.: тезисы докл. - Х., 2005. - С.255-257.

11. Петров Э.Г Построение системы вычисления локальных/глобальных координат мобильных терминалов беспроводных ЛВС / Э.Г. Петров, А.Б. Колесник // Глобальные информационные системы. Проблемы и тенденции развития: междунар. конф.: тезисы докл. - Х., 2006. - С.282-283.

12. Колесник А.Б. Система определения координат мобильных терминалов в беспроводных ЛВС / А.Б. Колесник // Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке: междунар. молод. форум: тезисы докл. - Х., 2007. - Ч2. _С. 118.

13. Колесник А.Б. Анализ и сравнение результатов оптимизации загрузки беспроводной ЛВС при помощи МИА / А.Б. Колесник // Современные информационные системы. Проблемы и тенденции развития: междунар. конф.: тезисы докл. - Х., 2007. - С. 367-368.

Размещено на Allbest.ru

...