Автоматизированное проектирование вычислительных сетей крупных проектных организаций

В шестой главе представлены результаты вычислительного эксперимента по размещения сервисов по транспортной схеме. В магистральной сети содержатся все серверы подразделений. В большинстве подсетей для коммуникации использованы коммутаторы. В подсетях крупных отделов применено каскадирование коммутаторов.

В целях изучения эффективности процесса оптимизации описанная структура прикладных процессов была сопоставлена со структурой ВС, исходя из реального расположения, существующего на предприятии. Для такого варианта размещения прикладных процессов было рассчитано значение целевой функции, которое было взято за сравнительную характеристику существующей сети. Затем неоднократно запускался процесс оптимизации, заложенного в систему проекта сети. Эксперимент проводился несколько раз с различными параметрами стандартного ГА. Изменялся размер популяции, порог стабильности и коэффициент мутации.

В результате согласования прикладного и транспортного уровней описания сформирована ТП-модель, то есть все прикладные сервисы размещены по транспортной схеме ВС и прогнозные параметры сети удовлетворяют заданным ограничениям.

Моделирование ВС на основе прогнозных значений трафика. Моделирование протокола маршрутизации на основе нечетких метрик.

Полученные результаты моделирования нечеткой маршрутизации ВС были использованы при переконфигурировании маршрутизаторов ВС. Для модернизируемой сети измерения были проведены с использованием программно-аппаратного анализатора трафика HP Internet Advisor J2300C. Рекомендации, полученные в ходе моделирования трафика на основе измерений с использованием нечетких параметров, были использованы при изменении таблиц маршрутизации.

Моделирование ВС на основе прогнозных значений трафика.

Построение модели нечетких тенденций динамики трафика, моделирование и прогнозирование эксплуатационных характеристик ВС.

По модели нечетких тенденций проанализирована работа одного из узлов вычислительной сети предприятия и создана модель узла, генерирующая нагрузку сетевого интерфейса в зависимости от параметров работы пользователей, программного обеспечения и оборудования. Узлом является сервер под операционной системой Microsoft Windows 2003, выполняющий приложения в терминальном режиме. Основное пользовательское приложение: базы данных, работающее в файл-серверном режиме, где данные расположены на этом же сервере. Для описания сервера были выбраны данные из журнала событий прикладного программного обеспечения (ПО) и журнала счетчиков операционной системы (ОС). Статистика собрана с 15 секундным интервалом в течение одного дня.

Для всех параметров установлены нечеткие переменные НВР, описывающие значения: «высокое», «низкое». Установлены НТ независимых параметров: «загрузка», «простой». Для трафика определены НТ: «рост», «падение», «простой», «скачок». Для построения модели работы узла ВС были проведены вычислительные эксперименты. Анализировались модели МНТ от самого простого случая (МНТ (n, p, 1, l) до моделей, включающих в себя как НВР, так и ВРНТ (МНТ (n, 5, 3, l).

На первом этапе рассматривались возможности метода МНТ и линейные модели ВР с распределенным лагом (DL), с авторегрессионной составляющей (ADL) и нелинейные модели на нейронных сетях (НС), полученные в программах Statistica 6.0 и Statistica Neural Networks.

Для моделирования объема трафика сервера экспертом были предложены и описаны следующие режимы работы сервера: ввод данных, чтение данных, формирование отчетов, с высокими значениями тенденций параметров. По нечетким тенденциям спрогнозированы низкие и высокие значения трафика, а также его четкие значения при различных режимах работы.

Таким образом, моделирование трафика при проектировании позволяет обосновать принимаемые проектные решения и обеспечивает выполнение требований технического задания на проектируемую ВС.

В заключении к диссертационной работе приведены основные итоги диссертационного исследования. В диссертации приведены 7 приложений: «Имитационное моделирование ВС в системе GPSS»; «Имитационное моделирование ВС в системе NS2»; «Оптимизация вариантов конфигураций ВС по критериям «стоимость-производительность»; «Оптимизация вариантов размещения прикладных процессов проектной организации»; «Визуализация прохождения пакетов с генерацией трафика»; «Вычислительные эксперименты по анализу нечетких временных рядов»; «Акты внедрения результатов диссертационной работы».

В ходе диссертационного исследования получены следующие основные результаты:

Главным итогом диссертационной работы является создание нового теоретического подхода к автоматизированному проектированию ВС на основе научного направления мягких вычислений; разработка комплекса моделей и алгоритмов для элементов ВС, позволяющих генерировать транспортную схему ВС по формализованному описанию прикладного уровня.

1. Выполнен научный анализ современных работ по стохастической, генетической и байесовской оптимизации, обоснована целесообразность нового теоретического подхода к автоматизированному проектированию ВС на основе научного направления мягких вычислений в связи с нарастающей сложностью вычислительных сетей. На основе анализа возможностей и ограничений существующих САПР вычислительных сетей определено место нечетких систем в САПР ВС. Обоснована необходимость использования нечетких данных на этапе проектирования и перепроектирования вычислительных сетей. Выполнен сравнительный анализ существующих систем автоматизированного проектирования и моделирования ВС, а так же анализ существующих языков имитационного моделирования.

2. Адаптированы методы генетической оптимизации для АП ВС. Адаптация включает формализацию функции оптимальности ГА за счет моделирования трафика. Для построения функции оптимальности построена достаточная для применения ГА модель топологии вычислительной сети на основе упрощенных функциональных моделей коммутационного оборудования вычислительных сетей: концентраторов и коммутаторов. Исследованы различные виды генетических алгоритмов применительно к задаче оптимизации топологии ВС, в частности алгоритм «только мутация», эволюционные стратегии, мобильный генетический алгоритм.

3. Построена модель вычислительной сети на основе меры трафика, представленной нечеткой случайной величиной. Разработаны алгоритм выбора коммуникационного оборудования и определения оптимального варианта сегментации ВС в условиях нечетко заданных исходных данных.

4. Разработаны модифицированные DFD-диаграммы (дополненные расписанием) для проектирования ВС. Разработана модель рабочей нагрузки на основе потоковых диаграмм; разработана методика и алгоритм слияния двух видов описаний сети: прикладного описания на уровне прикладных процессов и физической структуры сети.

5. Построена модель распределенной корпоративной сети на основе нечетких гиперграфов; разработана модель маршрутизации в условиях неопределенности; разработан алгоритм поиска кратчайшего пути по нечеткому гиперграфу с использованием нечетких метрик.

6. Разработана система моделирования маршрутизации в распределенных вычислительных сетях с использованием четких и нечетких параметров в условиях автоматизированного проектирования.

7. Разработаны модели функционирования сервера приложений на основе гибридного метода нечетких тенденций и нечеткого моделирования временных рядов.

8. Разработаны имитационные модели различных серверов: данных, proxy, файл-серверов и модели различных клиентов на основе сетей Петри.

9. Проведены вычислительные эксперименты по исследованию эффективности разработанной САПР ВС.

10. Предлагаемый теоретический подход, методы и средства автоматизированного проектирования были успешно применены в проектных работах, выполняемых предприятием ФНПЦ ОАО «НПО «МАРС» в интересах АСУ ВМФ РФ (Море-99, Мелодия, Запевала и др.).

Таким образом, в диссертации решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение для развития вычислительных сетей крупных проектных организаций, а именно: разработан новый теоретический подход к автоматизированному проектированию вычислительных сетей на основе интеграции процессов принятия проектных решений, моделирования и оптимизации в условиях нечетко заданного трафика и нечетких метрик маршрутизации, разработано на основе данного подхода новое структурно-функциональное решение САПР вычислительных сетей, позволяющее повысить качество автоматизированного проектирования в условиях неопределенности.

Список основных публикаций

сеть алгоритм маршрутизация автоматизированный

1. Азов М.С., Макеев А.С., Стецко А.А. и др. Прикладные интеллектуальные системы, основанные на мягких вычислениях / Под ред. Н.Г. Ярушкиной, Ульяновск, 2005. - 138 с.

2. Батыршин И.З., Недосекин А.О., Стецко А.А., Тарасов В.Б., Язенин А.В., Ярушкина Н.Г. /Под ред. Н.Г. Ярушкиной Нечеткие гибридные системы. Теория и практика М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 208 с.

3. Стецко А.А. Автоматизированное проектирование вычислительных сетей крупных проектных организаций. Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 195 с.

Размещено на Allbest.ru