Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Методология создания, моделирования и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время высокими темпами происходит развитие сетей телекоммуникаций, являясь частью инфраструктуры экономики, они играют чрезвычайно важную роль в развитии общества.

Для России характерно корпоративное разделение сетей. Корпоративная сеть - это коммуникационная система, принадлежащая и/или управляемая единой организацией (корпорацией). В состав такой сети входят различные типы компьютеров, несколько типов операционных систем, множество приложений, а также различное коммуникационное и технологическое оборудование (измерительные приборы, роботы, сборочные линии и т.п.). К передаче информации в корпоративных сетях имеют прямое отношение телефонные сети, спутниковые системы связи, системы сотовой радиосвязи, абонент корпоративной сети может быть не только пользователем, но и оператором процесса обмена. Сегодня, на основе достижений в области цифровых технологий идет процесс конвергенции и интеграции компьютерных и телекоммуникационных сетей в единую информационно-телекоммуникационную систему. Сетевая конвергенция позволяет более эффективно организовать эксплуатацию корпоративных сетей, снизить расходы на их поддержку, упростить взаимодействие между абонентами.

Корпоративные сети тесно связаны с реальным бизнесом предприятий, это накладывает отпечаток на их построение, а учитывая определенную направленность в работе корпораций и их функциональную организацию можно говорить о корпоративных функционально-ориентированных сетях, которые предназначены для решения определенных корпоративных задач. Такими сетями являются банковские сети, сети энергетических компаний и т.д. В каждом конкретной случае сеть не является универсальной, а ориентирована на решение определенных функциональных и прикладных задач. Сеть должна удовлетворять характеристикам этих корпоративных задач, а создавать универсальные сети в настоящее время становится экономически и технически не оправданным.

Перечень услуг, предъявляемых к сетям, и требования к качеству этих услуг постоянно возрастают, содержание корпоративной информации, интенсивность ее потоков и способы обработки постоянно меняются, появляются технические, технологические и организационные новинки (например, технологии NGN, MPLS, и т.д.), которые необходимо использовать в сети для поддержания ее в состоянии, соответствующем требованиям времени. Это означает, то, что нужна адаптация сетей к изменяющимся условиям.

Существующие методы и подходы к решению традиционных задач построения и моделирования сетей меньших масштабов для современных корпоративных функционально-ориентированных сетей оказываются непригодными потому, что такие сети являются гетерогенными системами и применяются не только для передачи данных, в них используется весь комплекс существующих технологий передачи информации и различные комбинации каналов связи, а также коммуникационное и технологическое оборудование, характерное для работы корпорации. На сегодняшний день нет готовой, отлаженной, универсальной, единой методологии, следуя которой, можно провести весь комплекс мероприятий по моделированию, созданию и адаптации таких сетей. Отсутствие методологии приводит к возникновению самых разнообразных подходов к их реализации, базирующихся на интуиции и опыте разработчиков, при этом используется множество технологий построения, стандартов, различных методик и моделей, что приводит к росту стоимости сетей. Для решения этой проблемы необходимо разработчику предоставить возможность в рамках единой методологии проводить весь комплекс мер по созданию, моделированию и адаптации сетей на базе уже имеющихся известных наработок в этой области. Следовательно, разработка научных основ создания, моделирования и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей обусловлено технико-экономической целесообразностью.

Создание и адаптация сетей должны сопровождаться опережающим развитием фундаментальной теории в этой области знаний. Автором были изучены различные направления и учтено все лучшее из мирового и отечественного опыта по соответствующим вопросам. На основании этого был сделан вывод о том, что к настоящему времени имеется множество эффективных методов и моделей для решения проблем, возникающих при разработки сетей, но эти модели и методы разрознены и с их помощью можно решать лишь ограниченное число задач. Современные средства моделирования сетей, использующие некоторые существующие модели и методы, требуют много вычислительных ресурсов и не позволяют полно и адекватно решать поставленные перед разработчиками сетей проблемы. Разрозненные, разнотипные модели в недостаточной степени отражают реальные характеристики современных сетей, и на сегодняшний момент имеется потребность в создании адекватной модели корпоративной функционально-ориентированной телекоммуникационной сети, базирующейся на системе моделей. Высокое качество технических характеристик сети может быть достигнуто только в том случае, когда отдельные методы и модели объединены на основе системного подхода в единый моделирующий комплекс, охватывающий все или большую часть задач, возникающих при создании и адаптации. Нужен подход, позволяющий объединять отдельные модели сетей в едином комплексе, а это значит, что существует необходимость в разработке методологической базы для организации взаимодействия моделей. Следовательно, актуальной проблемой является разработка новых более эффективных методов моделирования для корпоративных функционально-ориентированных сетей.

Создание и адаптация связаны с оптимизацией и принятием решений, как на уровне отдельных частных задач, так и для всей сети в целом. Основное внимание здесь следует сосредоточить на выборе альтернативных сетевых решений, средств их реализации и определении наиболее эффективного или базового варианта сети. Эта проблема является не только наиболее сложной, но и узловой, поскольку ошибка в исходных позициях при разработке сети зачастую не всегда может быть исправлена без существенных материальных затрат. Следовательно, нужны методы, которые позволяли бы уже на самых ранних этапах создания и адаптации сетей достаточно правильно выбрать их параметры и структуру, а также оценивать различные характеристики качества, с тем, что бы получить сетевое решение, не требующее серьезных изменений в будущем.

Учитывая вышесказанное, необходима новая методологическая база, предназначенная для исследования, создания, моделирования и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей, которая в отличие от уже существующих походов, позволяет:

1) более адекватно и с наименьшими затратами комплексно решать проблемы создания и адаптации сетей, моделировать сети, а также их элементы (включая устройства), проводя многовариантные расчеты и анализ альтернативных сетевых решений с целью выбора оптимального варианта;

2) решать как отдельные задачи создания и адаптации (например: расчет производительности канала связи, времени задержки распространения сигнала по кабелю, выбор коммуникационного оборудования и корпоративной СУБД, расчет времени, необходимого для обработки данных в корпоративной прикладной системе и др.), так и моделировать, проводить расчеты и анализ всей сети;

3) обеспечивать многоуровневое моделирование при адекватном отображении заданных свойств сети, используя существующие эффективные методы и модели для решения задач создания и адаптации, а также вводить и применять, наряду с уже имеющимися, новые модели;

4) осуществлять организацию взаимодействия моделей и их согласования по параметрам и характеристикам сети, времени счета, точности и единицам измерения, интегрируя модели в зависимости от конкретной ситуации для поэтапного совершенствования модели всей сети;

5) проводить разработки для широкого спектра сетей, обрабатывать данные больших размерностей (тысячи факторов и состояний сети), обеспечивая эффективную вычислимость на основе имеющихся данных и получение достоверных результатов.

При решении данной проблемы автор в своих исследованиях опирается на труды российских и зарубежных ученых, внесших большой вклад в развитие телекоммуникационных сетей. Проводимые исследования актуальны как в настоящее время, так и на обозримую перспективу развития сетей телекоммуникаций.

Цель и задачи исследований

Целью диссертационной работы является разработка единой методологической базы для исследования, создания, моделирования и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей, позволяющей сократить сроки и затраты на их реализацию, и повысить эффективность функционирования.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1) проанализировать тенденции развития телекоммуникационных сетей (в том числе на основе концепции NGN), исследовать процессы конвергенции и интеграции телекоммуникационных и компьютерных сетей,

2) провести анализ стратегических проблем создания, моделирования и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей, проанализировать предъявляемые к ним требования и определить основные критерии оценки их качества;

3) определить основополагающие характеристики и требования, предъявляемые к моделям сетей;

4) разработать методологические принципы создания и анализа функционально-ориентированных сетевых архитектур на основе моделирования их элементов;

5) разработать методы организации взаимодействия и согласования моделей;

6) разработать метод многовариантного синтеза сетевых решений;

7) для решения частных задач создания и адаптации разработать эффективные с точки зрения затрат машинного времени, легко адаптируемые к изменению функциональных зависимостей и дающие близкие к оптимальным, теоретико-расчетные методы и модели оценки основных характеристик сетей;

8) разработать методы, позволяющие оценивать эффективность альтернативных сетевых решений и методы выбора базового варианта сети в различных информационных ситуациях;

9) разработать программное обеспечение системы синтеза и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей.

Методы исследования

Методы исследования базируются на теории проектирования объектов связи, теории систем и сетей массового обслуживания, теории графов, теории потоков в сетях, теории принятия решений и оптимизации, теории исследования операций, теории вероятности и математической статистики. В работе также использовались экспериментальные методы, применяемые в современных телекоммуникационных сетях - пассивные и активные измерения.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1) методологические принципы создания и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей;

2) метод многовариантного синтеза сетевых решений;

3) новый подход к моделированию корпоративных функционально-ориентированных сетевых архитектур, основанный на построении комплекса моделей элементов сетей;

4) новая научная концепция организации взаимодействия моделей сетевых элементов;

5) многоуровневая графовая модель сети;

6) новые теоретико-расчетные методы и модели оценки основных характеристик сетей, необходимые для решения частных задач создания и адаптации;

7) методы принятия сетевых решений и выбора концептуального (базового) варианта сети для различных информационных ситуаций.

Научная новизна работы

Заключается в разработке новых эффективных методов создания, моделирования и адаптации телекоммуникационных сетей на базе исследования общих свойств, принципов функционирования, взаимодействия и распределения ресурсов. Методология создания, моделирования и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей, направлена на совершенствование общей теоретической базы в области организации телекоммуникационных сетей и разработки новых принципов информационного обмена в таких сетях. На основании выполненных исследований были получены теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение крупной научной проблемы.

В результате проведенных исследований получены следующие новые научные результаты:

1) сформулировано определение корпоративной функционально-ориентированной сети, выявлены характерные проблемы и задачи, возникающие при создании, моделировании и адаптации таких сетей;

2) предложен и обоснован научный подход к моделированию корпоративных функционально-ориентированных сетей, связанный с построением иерархического моделирующего комплекса, где отдельные модели сетевых элементов объединены на основе системного подхода в единый комплекс, охватывающий все или большую часть задач, возникающих при создании и адаптации, что позволяет более экономично решать поставленные перед разработчиками сетей проблемы, эффективно моделировать сети и сетевые элементы, требуя значительно меньше вычислительных ресурсов;

3) выдвинута новая научная концепция организации взаимодействия моделей сетей и их элементов, с помощью, которой осуществляется взаимодействие и согласование разрозненных, разнотипных моделей и параметров сетей, а также проводится калибровка необходимых данных;

4) для реализации этой концепции предложены: эффективная методика оценка точности математических моделей, методика подготовки и анализа модельных данных, модифицированный метод регрессии на главные компоненты, алгоритм сопряжения параметров моделей и многоуровневая графовая модель сети, позволяющая определять взаимосвязь и взаимовлияния частных задач создания и адаптации, параметров и характеристик сетей;

5) предложен метод многовариантного синтеза сетевых решений, позволяющий проводить многовариантные расчеты в режиме диалога и использовать творческие возможности разработчика сети;

6) обоснованы и разработаны новые эффективные теоретико-расчетные методы и модели оценки основных характеристик сетей для решения частных задач создания и адаптации, которые в отличие от уже существующих, дают возможность обоснованно планировать и прогнозировать стратегию развития сетей;

7) предложены методы оптимизации и принятия сетевых решений для условий определенности и неопределенности исходной информации, предназначенные для выбора оптимального варианта сети из множества альтернативных.

Практическая значимость работы состоит:

- в создании методических материалов по моделированию телекоммуникационных сетей;

- в разработке методики по классификации моделей телекоммуникационных сетей на основе многоуровневого их представления, оценки критериев качества и анализа решаемых задач;

- в применении, разработанных методов для создания новых и адаптации имеющихся сетей в учреждениях и организациях страны;

- в разработке инструментальных средств для исследования и выбора эффективных сетевых решений;

- в создании, на основе предложенной методологии, системы синтеза и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей;

- в разработке технических рекомендаций по созданию автоматизированных систем проектирования телекоммуникационных сетей;

- в использовании результатов исследований в учебном процессе для разработки учебных планов, рабочих программ и методического обеспечения по специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».

Приоритет практических решений

Приоритет практических решений подтвержден авторскими свидетельствами и патентами.

Достоверность научных результатов подтверждается:

- данными об успешном практическом применении результатов диссертации при разработке сетей;

- корректностью вывода математических зависимостей для расчета сетевых параметров;

- использованием результатов анализа состава и возможностей современных и перспективных средств и методов моделирования телекоммуникационных сетей при проведении теоретических исследований и построении адекватных математических моделей, что позволяет учесть специфику их применения;

- полученные научные результаты обеспечены математическими доказательствами или экспериментальной проверкой и согласованы с имеющимися результатами других авторов, опубликованными в отечественной и зарубежной литературе.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы использованы в следующих госбюджетных НИР: «Разработка элементов теории и методов принятия технических решений в САПР сетей ЭВМ» № гос.регистрации РК 01200204915; «Разработка элементов теории многоцелевой оптимизации в задачах проектирования сетей ЭВМ» № гос.регистрации РК 01200302727; «Разработка математических моделей объектов проектирования для систем поддержки принятия технических решений корпоративных сетей» № гос.регистрации РК 01200406224; «Разработка методов комплексирования моделей представления функционально-ориентированных сетей для автоматизированной системы обеспечения надежности и качества электронной аппаратуры» № гос.регистрации РК 01200502551; «Создание методологии автоматизированного формирования и принятия концептуальных предпроектных решений при разработке корпоративных функционально-ориентированных сетей и проектировании электронной аппаратуры» № гос.регистрации РК 01200602336.

Теоретические и практические результаты исследований были так же внедрены и использовались:

- в в/ч 32382 при проведении НИР «Каскад»;

- в Автономной некоммерческой организации «Региональный учебный информационный центр», что позволило адаптировать локальную сеть Центра, определить оптимальную структуру узла связи, оценить пропускную способность канала связи, выбрать оптимальные способы подключения к первичным Internet-провайдерам;

- на Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский институт «Аргон», что позволило повысить эффективность функционирования сети предприятия, обеспечить необходимую производительность, надежность, поддержку различных видов трафика, совместимость и управляемость.

- в ЗАО Научно-производственной фирмы «Информационные и сетевые технологии» в рамках работы по проектированию и созданию широкополосных беспроводных сетей, а также при проведении НИР: «Разработка новых беспроводных телекоммуникационных средств передачи мультимедийной информации на основе лазерной и радио технологий» и «Разработка проекта широкополосного беспроводного доступа к информационным ресурсам ГПНТБ России»;

- в учебном процессе Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный институт электроники и математики» (технический университет).

Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы

Основные положения диссертационного исследования регулярно докладывались и обсуждались на научных конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе на: Международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий», Москва-Сочи, 1999; 2-й Всероссийской научно-методической конференции «Образование ХХ1 века: инновационные технологии, диагностика и управление в условиях информатизации», Красноярск, 2000; Международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию гражданской авиации России «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества», Москва, 2003; Международной конференции «Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems», Barcelona (Spain), 2003; I Всероссийской конференции «Инновации, качество, образование», Москва, 2003; Международной конференции “Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems”, Theoretical Footings Of Information Systems Barcelona, (Spain), 2004; Международной научно-технической конференции, посвященной 35-летию со дня основания МГТУГА «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества», Москва, 2006; IХ научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН» по математическому моделированию и информатике, Москва, 2006.

Публикации

Основные положения диссертационной работы непосредственно отражены в 86 публикациях, в том числе в монографии Сафонова И.Е. Методы и модели оценки основных характеристик корпоративных функционально-ориентированных сетей в САПР. М.: МИЭМ, ЦОП, 2007. - 344с.: ил. ISBN 978-5-94506-184-2, УДК 681.324(03), ББК32.973.202, С 22, в 14 статьях, опубликованных в журналах, входящих в перечень ВАК России, в 45 статьях в других рецензируемых журналах, 9 трудах конференций, в 12 учебно-методические работах, зарегистрировано 5 объектов интеллектуальной собственности.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключение, списка литературы и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена ее цель и задачи исследования, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, практическая значимость полученных результатов, изложено краткое содержание глав.

В первой главе проведены обзор, исследование состояния и перспектив развития российских и зарубежных телекоммуникационных сетей. Исследования показали, что большинству современных корпораций требуется развитая телекоммуникационная инфраструктура, объединяющая кабельные, беспроводные сети центральных офисов с региональными филиалами в единое информационное пространство для передачи различной информации.

Проанализированы тенденции развития телекоммуникационных сетей следующего поколения - Next Generation Networks (NGN), показано, что весь комплекс проблем по эффективной эволюции от традиционных сетей телекоммуникаций к NGN, весьма актуален на сегодня для корпоративных сетей и должен отражать концепцию «неразрушающего перехода к NGN», т.е. постепенный перевод отдельных сетевых элементов на новые технологии без кардинальной смены всей инфраструктуры телекоммуникаций. Исследованы процессы конвергенции и интеграции компьютерных и телекоммуникационных сетей, являющиеся закономерным этапном в их развитии. Показано, что сетевая конвергенция позволяет создать единую корпоративную телекоммуникационную среду; более эффективно организовать эксплуатацию сетей, снизив расходы на поддержку и, обеспечив надежность и стабильность их функционирования, повысить качество и эффективность использования телекоммуникационных сервисов.

Представлена классификация сетей. Сформулировано определение корпоративной функционально-ориентированной сети. Исследованы характеристики сетей, определены, предъявляемые к ним требования и основные критерии оценки качества (критерии оптимизации): K₁ - производительность, K₂ - надежность и безопасность, K₃ - расширяемость, K₄ - масштабируемость, K₅ - прозрачность, K₆ - поддержка разных видов трафика, K₇ - управляемость, K₈ - совместимость. Выявлены и проанализированы характерные стратегические проблемы и частные задачи, возникающие при создании и адаптации таких сетей.

Дана формальная постановка научной проблемы и определены основные этапы ее решения. Введено определение концептуального (базового) сетевого решения Х ^k_pr:

Х^k_pr = {Х_pr, Х^D_pr, Х^N_pr}, (1)

где Х_pr - совокупность «наименований» параметров и характеристик, определяющих сеть; конкретные числовые значения дискретных - Х^D_pr и непрерывных параметров - Х^N_pr (возможно наличие логических переменных).

Общую проблему, связанную с созданием и адаптацией корпоративных функционально-ориентированных сетей, целесообразно решать с помощью процедуры декомпозиции, где общая проблема представляется как решение последовательности частных задач, и на основании критериев оценки качества сетей и анализа статистических данных, необходимо выявить и классифицировать эти частные задачи, а также определить методы и модели их решения.

При создании крупных территориально-распределенных корпоративных функционально-ориентированных сетей процесс их разработки и ввода в действие охватывает большой интервал времени. Возникают проблемы создания и адаптации сети как развивающейся системы. Для этого необходимо учитывать рост потребностей абонентов в переработке информации с течением времени, изменение технико-экономических характеристик средств сети и т.п., отсутствуют достоверные исходные данные, например интенсивность потоков сообщений пользователей и распределение длин сообщений. Погрешность оценки этих величин может достигать более 100%, что порождает проблемы создания и адаптации сети в условиях неопределенности. Для разрешения этих и многих других проблем, необходимо проводить многовариантные расчеты. Такие многовариантные расчеты должны проводиться в режиме диалога, а при определении необходимых характеристик сети нужно располагать соответствующими моделями их расчета. Следовательно, необходима разработка метода многовариантного синтеза сетевых решений.

Создание и адаптацию корпоративных функционально-ориентированных сетей целесообразно проводить с использованием теории построения сложных систем. В соответствии с положением этой теории можно выделить три основных этапа: 1 этап - определение критериев оптимизации;

2 этап - математическое моделирование сети;

3 этап - принятие концептуального сетевого решения (оптимального с точки зрения разработчика).

Базовым средством решения поставленной общей научной проблемы является создание комплекса моделей - М_СЕТИ. Решение общей научной проблемы создания и адаптации корпоративных функционально-ориентированных сетей на основе моделирующего комплекса представлено на рисунке 1.

Реализация моделирующего комплекса базируется на следующих общих принципах: принцип декомпозиции, принцип иерархии и многоуровневого моделирования сетей, принцип организации взаимодействия моделей сетевых элементов.

Проблемы создания и адаптации сетей во многом схожи, поэтому адаптацию существующих сетей рационально проводить на основе многовариантного синтеза сетевых решений с учетом уже имеющейся сети и изменившихся условий, согласно принципам модульности, стандартизации, открытых систем и QoS.

Рис. 1 - Решение общей научной проблемы

В связи с этим в данной главе предложен метод многовариантного синтеза сетевых решений на основе моделирующего комплекса. На рисунке 2 представлен процесс многовариантного синтеза концептуального сетевого решения.

Рис. 2 - Синтез концептуального сетевого решения

Во второй главе проанализированы и определены характеристики и требования, предъявляемые к моделям корпоративных функционально-ориентированных сетей. Представлено обоснование разработки моделирующего комплекса, сформулированы основные требования и основополагающие характеристики комплекса, определено его функциональное назначение.

Реализация моделирующего комплекса предложена на основе многоуровневого представления сети - иерархической системы нескольких взаимодействующих уровней, соответствующих определенному классу практических задач создания и адаптации с учетом критериев оценки качества. Представлено отображение этих задач на многоуровневую архитектуру сети и предложена их классификация. Принцип определения соответствия задач создания и адаптации основан на анализе теоретических и экспериментальных исследований и заключается в выявлении характерных для каждого уровня иерархии критериев оценки качества. Показано соответствие уровней иерархии корпоративной функционально-ориентированной сети уровням эталонной модели OSI и уровням базовой эталонной модели телекоммуникационной сети следующего поколения NGN.

Основополагающими свойствами моделирующего комплекса являются:

1) свойство интеграции, то есть комплекс должен интегрировать частные модели в зависимости от конкретной ситуации создания или адаптации;

2) свойство эволюционности, заключающееся в том, что моделирующий комплекс, по сути, должен являться рабочим пространством для поэтапного совершенствования модели сети;

3) свойство дуальности, отражающее возможность представления комплекса, с одной стороны как модели исследуемого объекта, а, с другой стороны как модели, отражающей сами процессы создания и адаптации;

4) универсальность или применимость для разработки широкого спектра сетей;

5) свойство развития, состоящее в том, что комплекс создается и функционирует с учетом пополнения, совершенствования и обновления моделей;

6) свойство полноты, то есть полнота охвата замысла сетевого решения.

Основные требования, предъявляемые к моделирующему комплексу.

1. Адекватность - правильность отображения заданных свойств сети.

2. Модульность - соответствие структурным составляющим сети.

3. Важным требованием к комплексу, является возможности его уточнения в процессе создания или адаптации сети.

4. Возможность многоуровневого моделирования.

5. Содержательная интерпретируемость.

6. Сопоставимость результатов моделирования в пространстве и времени.

7. Комплекс должен обеспечивать возможность введения метрики (параметры сетей должны количественно измеряться в единых единицах измерения), а для не метрических функций измерения должны проводиться на базе выбранной количественной меры.

8. Корректность работы.

9. Обработка данных больших размерностей.

10. Математическая и алгоритмическая ясность и простота.

11. Комплекс должен обеспечивать эффективную вычислимость на основе имеющихся данных.

12. Эффективная и экономичная программная реализация комплекса характеризующаяся затратами вычислительных ресурсов на его реализацию.

13. Надежность - получение достоверных результатов.

14. Точность оценивается степенью совпадения значений выходных параметров реальной сети и значений тех же параметров, рассчитанных с помощью комплекса моделей.

15. Наглядность, т.е. удобное визуальное восприятие.

Разработаны структура и схема функционирования иерархического моделирующего комплекса, представлена организация его работы.

В состав комплекса включены следующие компоненты:

1. Интерфейс пользователя.

2. Базы данных: база моделей и БД параметров сети; БД сетевых стандартов и нормативно-справочной информации; база данных разработчика сети.

3. Таблицы: статистической информации о сети; классов и подклассов задач создания и адаптации; признаков параметров и признаков моделей; расчетная таблица разработчика сети, предназначенная для занесения исходных данных и полученных вычислений.

4. Модули: анализа входных данных для задач создания и адаптации; модуль организации взаимодействия моделей элементов сети; анализа взаимосвязей параметров и моделей; расчетный модуль; оценки точности моделей; калибровки моделей; модуль анализа результатов.

Схема функционирования иерархического моделирующего комплекса многоуровневого представления корпоративных функционально-ориентированных сетей представлена на рисунке 3.

Интерфейс пользователя позволяет осуществить проблемно-ориентированную коммуникацию между разработчиком сети и системой реализующей работу комплекса.

В БД представлены модели и параметры сетей по каждому уровню иерархии, а также необходимая справочная информация по создаваемым или адаптируемым сетям. База данных разработчика сети содержит сетевые решения и имеющиеся наработки в данной области.

Функциональное назначение модуля модуль анализ входных данных для задач создания и адаптации - сформировать структуру данных. Ввод данных и выбор конкретной задачи осуществляется по запросу пользователя, при этом, производится считывание информации из соответствующих таблиц и БД. Состав используемых входных данных может варьироваться от задачи к задаче.

Наиболее важным является модуль организации взаимодействия моделей элементов сети, его функциональное назначение - организация работы модуля анализа взаимосвязей параметров и моделей, расчетного модуля, оценки точности, калибровки моделей и модуля анализа результатов. Здесь реализуются процессы организации взаимодействия моделей сетевых элементов. На основе существующих таблиц и баз данных происходит статистическая обработка информации об объектах - редукция размерности пространства признаков, т.е. выделение такой подсистемы признаков, которая была бы по объему меньше априорного пространства признаков, и обеспечивала приемлемое сетевое решение. Проводится анализ характеристик моделей, анализ и сопряжение (согласование) единиц измерения входных и выходных параметров моделей комплекса в процессе решения каждой конкретной задачи при разработки сетей. Анализ всей сети на основе иерархического комплекса осуществляется с помощью графовой модели.

Функциональное назначение модуль анализа взаимосвязей параметров и моделей - определение необходимых параметров сети при решении частных задач создания и адаптации и построение зависимости критериев оценки качества для каждого уровня сетевой иерархии.

Расчетный модуль - служит для получения на основе теоретико-расчетных методов значений сетевых параметров и характеристик, которые могут являться исходными данными для последующих расчетов сети в целом и каждого сетевого элемента в отдельности.

Рис. 3 - Схема функционирования моделирующего комплекса

Модуль оценки точности моделей. Его функциональное назначение - оценка точности каждой, рассматриваемой модели при решении конкретной задачи создания (адаптации) и общая оценка всей совокупности, выбранных моделей, причем модели должны правильно отражать существо реальной сети (моделируемые процессы) и составляться не только с учетом практической осуществимости проведения количественных расчетов, но и учитывать имеющуюся в распоряжении разработчика сети информационную базу.

Калибровочный модуль реализует: процесс управления калибровкой; подготовку и анализ модельных данных, которые формируются с помощью таблиц (классов и подклассов задач создания и адаптации, статистической информации о сети, признаков параметров и признаков моделей); соответствующий метод калибровки; проверку и оценку показателей калибровки.

Модуль анализа результатов - здесь по результатам анализа, полученных в ходе функционирования моделирующего комплекса, выводится сообщение, содержащее оценку полученных результатов и, в случае необходимости, рекомендации по их корректировке либо по корректировке исходной задачи создания (адаптации).

Были определены требования, предъявляемые к моделям комплекса и указан их состав.

Иерархический моделирующий комплекс многоуровневого представления корпоративных функционально-ориентированных сетей состоит из множества моделей с определенной или необходимой степенью детализации:

M_СЕТИ : (М_К, М_ТС , М_ОС, М_СУБД, М_СС, М_П), (2)

где М_К - модель 1-го уровня - компьютеров (оборудования или аппаратный), М_ТС - модель 2-го уровня - транспортной системы, М_ОС - модель 3-о уровня ОС, М_СУБД - модель 4-го уровня - СУБД, М_СС - модель 5-го уровня - системных сервисов, М_П - модель 6-го уровня - приложений конкретной предметной области.

М_К, М_ТС , М_ОС, М_СУБД, М_СС, М_П - это модели, определяющие классы задач создания и адаптации при многоуровневом представлении корпоративных функционально-ориентированных сетей. Каждая из этих моделей содержит основные модели комплекса M_i для решения подклассов задач 1-го типа, а любая из основных моделей M_i может быть представлена множеством более простых моделей - mⁱ_j (mⁱ_j - элементарные модели для решения подклассов задач создания и адаптации 2-го типа). Согласно многоуровневому представлению сетей, моделирующий комплекс имеет 6 уровней иерархии, и состоит из 44 основных моделей - M_i, с учетом критериев оценки качества для каждого уровня - K^u_g, где u - уровень сети, а g - номер критерия, и элементарных моделей - mⁱ_j. При необходимости в основную модель (или несколько моделей, в зависимости от задач создания или адаптации) могут быть добавлены дополнительные элементарные модели. Для этого в каждой из 44 основных моделей предусмотрено множество X*_pr. Это необходимые дополнительные параметры сети X*_pr X_pr, где X_pr - все параметры сети, т.е. в соответствующую M_i могут быть внесены X*_pr, при этом, число основных моделей M_i остается неизменным.

С целью преодоления существующей на сегодняшний день разрозненности представления моделей сетей и их элементов для иерархического комплекса определены форма представления моделей, их входные и выходные параметры, единицы измерения параметров сетей. Модели (аналитические и имитационные) комплекса представлены в виде следующих зависимостей:

1) для основных моделей:

M_i : {X_pr^вх} K^u_g, (3)

где M_i - основная модель, i - номер модели, X_pr^вх - входные параметры, K^u_g - критерий, u - уровень сети, g - номер критерия.

2) для элементарных моделей:

mⁱ_j : {X_pr^вх} X_pr^вых , (4)

где mⁱ_j - элементарная модель, i - номер основной модели, j - номер элементарной модели, X_pr^вх - входные параметры, X_pr^вых - выходные параметры.

Каждая модель имеет свой вектор признаков:

M =или m =, (5)

где компоненты x_Mi и x_mj, векторов M и m характеризуют наличие i-го (j-го) признака.

В вектор признаков моделей входят: номера уровней моделей OSI, NGN и номер самой модели, принадлежность соответствующим уровням и определенному классу (подклассу) задач; время расчета, входные и выходные параметры.

Аналогично параметры характеризуются вектором признаков параметров

X_pr =, (6)

где каждая компонента x_pri, вектора X_pr характеризует наличие i-го признака.

Фрагмент иерархической системы моделей (состав моделей комплекса) показан на рисунке 4, где , М_T, SP_элем, …, X*_pr, K₁^{ПРОГРАММЫ} - параметры сети.



Рис. 4 - Фрагмент иерархического моделирующего комплекса

На сегодняшний день для решения конкретных задач создания и адаптации сетей разработано множество моделей некоторые из них включены в иерархический моделирующий комплекс, т.е. в состав комплекса входят как уже существующие модели, так и модели, специально для этого разработанные. Все модели, составляющие иерархический моделирующий комплекс наилучшим образом пригодны для оценки параметров корпоративных функционально-ориентированных сетей и отвечают всем необходимым требованиям.

В третьей главе диссертации представлена разработанная новая научная концепция для организации взаимодействия моделей элементов корпоративных функционально-ориентированных сетей в составе иерархического комплекса, которая позволяет: осуществлять организацию взаимодействия разрозненных моделей и их согласования по параметрам и характеристикам сети, по времени счета, точности и единицам измерения; оперировать с уже существующими моделями, а также включать в состав комплекса вновь создаваемые модели, обеспечивая возможность пополнения, совершенствования и обновления моделей; интегрировать модели комплекса в зависимости от конкретной ситуации создания и адаптации; моделировать сети и их элементы; проводить многовариантные расчеты и многоуровневое моделирование; эффективно оценивать сетевые параметры и характеристики. Были определены процессы организации взаимодействия моделей сетевых элементов на основе моделирующего комплекса и разработана структура взаимодействия моделей.

Организация взаимодействия моделей элементов сетей при многовариантном синтезе сетевых решений включает следующие этапы:

1 этап. Определение параметров и характеристик разрабатываемой сети.

2 этап. Анализ взаимосвязи параметров и моделей элементов сетей на основе разработанной структуры иерархического моделирующего комплекса.

3 этап. Калибровка моделей. Сопряжение входных и выходных параметров моделей сетей и их элементов, т.е. выбор соответствующих задач создания и адаптации (определение классов и подклассов задач), выявление принадлежности каждого параметра сети к конкретным моделям M_i и mⁱ_j.

4 этап. Построение и анализ графовой модели корпоративной функционально-ориентированной сети.

При этом выполняются следующие процессы иерархического комплекса:

1 - анализ моделей расчета параметров и характеристик сетей mⁱ_j и M_i;

2 - построение и анализ графовой модели сети;

3 - преодоление количественной дисбалансировке имеющихся входных данных для моделей mⁱ_j и M_i: запрос данных у пользователя, переход к их определению через другие модели комплекса, согласование моделей путем введения расчетных констант;

4 - анализ входящих в модель параметров с помощью таблиц: апостериорной информации о сети, таблицы классов и подклассов задач создания (адаптации), таблиц признаков параметров и признаков моделей;

5 - анализ имеющихся на данный момент параметров для расчета (по задачам создания и адаптации);

6 - формирование временной расчетной таблицы для занесения исходных данных и полученных вычислений;

7 - анализ вычислительных действий над параметрами, которые предусмотрены в этой модели;

8 - ввод расчетных констант сonst1=0 и const2=1, замена этими константами недостающих в модели входных параметров в соответствии с анализом вычислительных действий и последующая корректировка данных.

При организации взаимодействия моделей элементов сетей, расчета параметров и характеристик осуществляется проверка полноты исходной информации, устанавливаются и согласовываются входные и выходные параметры моделей, единицы измерения параметров для M_i и mⁱ_j, входящих в комплекс, анализируются характеристики моделей с учетом векторов их признаков, определяется время расчета, т.е. учитывается допустимая размерность задачи, поскольку при машинном счете сразу же возникают вопросы ограниченной памяти и реального времени счета, определяется необходимая точность моделей, так как математические модели должны быть согласованы с точки зрения их точности (для этого предложена методика оценка точности моделей комплекса, обеспечивающая получение достоверных результатов).

Проанализированы проблемы калибровки моделей иерархического моделирующего комплекса для решения проблем создания и адаптации сетей. Определены оценки показателей калибровки. Разработана методика подготовки и анализ модельных данных телекоммуникационных сетей, позволяющая эффективно проводить калибровку необходимых моделей.

Показано, что процесс управления калибровкой включает:

1) обращение к базе моделей и выбор необходимой модели;

2) обращение к базе параметров и выбор параметров;

3) анализ вектора признаков модели;

4) анализ вектора признаков параметров;

5) построение калибровочной зависимости и установление значения показателей x_pr^вх₁, x_pr^вх₂, …, при нахождении x_pr^вых_k для очередной модели mⁱ_j (или M_i) в процессе их согласования:

X_pr^вх = F(х_pr^вых), (7)

где X_pr^вх - множество входных параметров сети для модели mⁱ_j (или M_i), х_pr^вых - необходимый для расчета характеристик сети параметр, получаемой на выходе этой модели, F - калибровочная модель.

Для согласования взаимодействия моделей элементов сетей предложен модифицированный метод регрессии на главные компоненты (PCR), который в наибольшей степени соответствует специфике решаемой научной проблемы. Графическая интерпретация калибровки моделей иерархического моделирующего комплекса многоуровневого представления корпоративных функционально-ориентированных сетей с помощью модифицированного метода PCR показана на рисунке 6.

Рис. 6 - Согласование взаимодействия моделей элементов сетей с помощью модифицированного метода PCR

В данной главе представлен, разработанный алгоритм сопряжения параметров моделей сетей, который позволяет учитывать входные и выходные параметры, а также единицы их измерения.

Для определения взаимосвязи и взаимовлияния частных задач создания и адаптации, сетевых параметров и характеристик, а также анализа всей сети в целом разработана многоуровневая графовая модель корпоративной функционально-ориентированной сети. Сеть представляется в виде ориентированного графа G=(М,L) (рис.7), М - множество вершин которого соответствует моделям M_СЕТИ (M_u=), где u - количество вершин в графе G (число уровней сети); вершины графа - это модели M_u, M_i, mⁱ_j, а вершины М_К, М_ТС, М_ОС, М_СУБД, М_СС и М_П представляют собой совокупности моделей.

...