авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Математические модели и алгоритмы анализа и оптимизации функционирования локальной компьютерной сети

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Аль-Шрайдех Халед Садек

Математические модели и алгоритмы анализа и оптимизации функционирования локальной компьютерной сети

05.13.18 -«Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»

05.13.13-«Телекоммуникационные системы и компьютерные сети»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва-2007

Работа выполнена на кафедре открытых информационных систем в Московском государственном университете экономики, статистики и информатики (МЭСИ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Пятибратов Александр Петрович

Официальный оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бирюков Алексей Леонидович

доктор технических наук, профессор
Назаров Станислав Владиримович

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие Московский научно-исследовательский центр (МИНЦ) Министерства связи и телекоммуникации РФ

Защита состоится “09” ноября 2007 г. в …. часов на заседании диссертационного совета Д 212.204.10 при Российском химико-технологическом университете им.Д.И Менделеева по адресу: 125047, Москва, Миусская пл., д.9, кабинет гуманитарных знаний (ауд. 431)

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева

Автореферат разослан “…..” …. 2007г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.204.10

доктор физико-математических наук, профессор Аристов.В.М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В последние годы широкое распространение получили так называемые распределенные ЛКС. Это довольно сложные локальные сети, функциональные части которых (малые локальные сети с типовой топологией, отдельные персональные компьютеры, серверы, коммутаторы и другое сетевое коммуникационное оборудование) рассредоточены на различных этажах того же здания или в различных зданиях на территории одного и того же предприятия (по периметру эта территория может занимать несколько километров). Тем не менее, это локальная сеть, так как она имеет свою штатную систему передачи данных (СПД). Для связи функциональных частей сети между собой территориальные сети связи (ТСС) не используются. К услугам ТСС приходится прибегать только в случае общения с удаленными абонентами.

Распределенные ЛКС относятся к категории сложных кибернетических человеко-машинных систем (ЧМС), эффективность функционирования которых определяется всеми тремя компонентами: человеком (то есть управленческим и обслуживающим персоналом сети), вычислительной машиной (программно-аппаратурными средствами и технологиями сети) и производственной средой.

Совершенствование распределенных ЛКС в настоящее время основывается главным образом на улучшении организационных структур, внедрении новых операционных систем, а также грамотной организацией сетевых и коммуникационных служб.

Системы с распределенной обработкой данных, позволяя рассредоточивать процессы хранения и обработки данных в соответствии с потребностями в информации пользователей, в состоянии обеспечить тем самым весьма широкий круг требований по оперативности управления, качеству информационного обслуживания, а также по устойчивости и надежности системы в целом. Чтобы это стало возможным, необходимо иметь соответствующую методику оптимизации построения и функционирования систем рассматриваемого типа. Кроме того, необходима разработка универсальной концепции разработки и администрирования ЛКС в условиях глобализации экономики России.





Настоящая работа посвящена решению актуальной научной задачи разработке математических моделей и алгоритмов анализа, оценки и оптимизации локальной компьютерной сети как человеко-машинной система. Аппарат математического моделирования по мнению автора, должен обеспечить теоретически обоснованное формирование оптимальной ЛКС с возможностью количественной оценки степени приближения получаемых решений по структуре и процессам функционирования сети к строго оптимальным решениям. В этом и заключается актуальность работы.

Цель диссертационной работы состоит в постановке и решении актуальной научно-практической задачи по разработке инструментария, математических моделей и алгоритмов анализа и оценки оптимизации локальной компьютерной сети, рассматриваемой как человеко-машинная система.

Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:

  • обоснование необходимости методико-алгоритмического аппарата (МАА) анализа, оценки и оптимизации ЛКС, разработка требований к такому аппарату;
  • определение этапов формирования оптимальной ЛКС и их содержания;
  • разработка концептуальных положений и методических основ количественной оценки и оптимизации структуры и процессов функционирования ЛКС;
  • разработка системы показателей целевой и экономической эффективности функционирования ЛКС и алгоритмов определения их значений;
  • выбор и обоснование метода моделирования процессов функционирования ЛКС с целью определения показателей эффективности (ПЭ) этой сети;
  • формирование математической модели процессов функционирования локальной сети для определения значений показателей целевой и экономической эффективности функционирования ЛКС;
  • адаптация матрично-табличного метода формирования оптимального эргономического обеспечения человеко-машинной системы к созданию оптимальной ЛКС;
  • проведение экспериментальных исследований с целью подтверждения работоспособности и эффективности предлагаемого инструментария и разработки рекомендаций по совершенствованию объекта исследований.

Объект исследования – распределенная локальная компьютерная сеть, рассматриваемая как сложная кибернетическая человеко-машинная система, эффективность функционирования которой определяется всеми тремя компонентами: человеком, машиной и производственной средой.

Предметом исследования является совокупность теоретических, методологических, методических и практических положений, определяющих процессы исследования эффективности функционирования компьютерных сетей

Методы исследования и источники информации. В ходе выполнения диссертационной работы использованы труды отечественных и зарубежных ученых (Пятибратов А.П., Кириченко А.А., Губинский А.И., Гайнович Ю.В., Дмошинский Г.М., Серегин А.В., Макарова Н.В., Назаров С.В., Расторгуев С.П., Смирнов А.Д., Нанс Б., Шатт С., Таненбаум Э., Шиндер Д.Л., Амато В., Блэк Ю. и др.), научный обзор, общегосударственные и отраслевые материалы и стандарты, регламентирующие механизмы исследования эффективности сложных ЧМС. Исследование базируется на принципах системного анализа, обобщения, статистической обработке данных, теории эффективности функционирования ЧМС, теории вероятностей, методах математического моделирования.

Научная новизна. В рамках решения поставленной научно-практической задачи получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

• разработаны концептуальные положения и методические основы количественной оценки и оптимизации структуры и процессов функционирования локальной компьютерной сети, рассматриваемой как человеко-машинная система;

• предложена система показателей количественной оценки целевой и экономической эффективности функционирования ЛКС и алгоритмы определения их значений;

• разработана математическая модель процессов функционирования ЛКС, базирующаяся на использовании обобщенного структурного метода моделирования;

• разработан матрично-табличный метод формирования оптимальной ЛКС, представляющий собой результат адаптации соответствующего метода формирования оптимальной системы эргономического обеспечения ЧМС;

• показана работоспособность и эффективность предложенного МАА на примере анализа и оценки конкретного объекта.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что эти результаты могут быть использованы в научно-исследовательских и проектных организациях для формирования ЛКС, удовлетворяющей заданным требованиям, а также на предприятиях и в организациях, занимающихся эксплуатацией локальных сетей, для оценки уровня эффективности их использования и разработки предложений по их совершенствованию путем внедрения новых программно-аппаратных средств и технологий.

Апробация работы. Основные научные выводы и положения, полученные в ходе диссертационного исследования, прошли апробацию в виде публикаций статей в сборниках научных трудов МЭСИ и в журнале «Открытое образование» (учредитель МЭСИ) № 6, 2006 («информационные технологии в науке, образовании и бизнесе»). Основные результаты работы по мере их получения докладывались на различных семинарах и совещаниях.

Внедрение результатов исследования осуществлялось в Современной гуманитарной академии (г. Москва).

Достоверность научных результатов и выводов подтверждается корректным использованием научных методов исследования, использованием современного математического аппарата, а также итогами проведенного эксперимента.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, общим объемом 32 п.л. Лично соискателю принадлежит 16 п.л.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 61 наименований. Диссертация содержит 173 стр. машинописного текста, 14 рисунков и 4 таблицы.

Оглавление диссертации.

Введение.

Глава 1. Характеристика проектируемой локальной компьютерной сети как объекта
математического моделирования

1.1. Сущность и общая постановка задачи формирования
оптимальной ЛКС

1.2. Требования к формируемой ЛКС и их анализ

1.3. Выбор сетевого оборудования ЛКС

1.4. Структурированная кабельная система и логическая
структуризация ЛКС

1.5. Выбор конфигурации локальной сети
1.6. Выбор сетевого программного обеспечения

1.7. Выводы

Глава 2. Методико-алгоритмический аппарат (МАА) анализа и
оценки эффективности процессов функционирования
ЛКС

2.1. Требования к методико-алгоритмическому аппарату анализа и
оценки эффективности процессов функционирования ЛКС

2.2. Концептуальные положения оценки эффективности
функционирования ЛКС

2.3. Система показателей целевой эффективности
функционирования ЛКС

2.4. Алгоритмы определения значений показателей целевой
эффективности функционирования ЛКС

2.5. Система показателей и алгоритмы оценки экономической
эффективности функционирования ЛКС

2.6. Методика оценки эффективности функционирования ЛКС

2.7. Требования к математической модели ЛКС как
человеко-машинной системы

2.8. Характеристика обобщенного структурного метода математического
моделирования процессов функционирования человеко-машинных систем

2.9. Математическая модель процессов функционирования ЛКС

2.10. Выводы

Глава 3. Методы и алгоритмы оптимизации структуры и процессов функционирования
ЛКС

3.1. Концептуальные положения формирования оптимальной ЛКС

3.2. Возможные типы задач оптимизации ЛКС

3.3. Выбор методов оптимизации ЛКС

3.4. Матрично-табличный метод формирования оптимальной ЛКС

3.5. Обобщенная структура методико-алгоритмического аппарата
формирования оптимальной ЛКС.

3.6. Выводы

Глава 4. Экспериментальные исследования математических моделей и алгоритмов
формирования оптимальной ЛКС.

4.1. Выбор объекта экспериментального исследования

4.2. Характеристика объекта экспериментального исследования

4.3. Алгоритмы и математическая модель оценки процессов
функционирования объекта экспериментального исследования

4.4. Проведение эксперимента и его результаты

4.5. Выводы

Заключение

Литература

Содержание работы

Работа включает введение, четыре главы и заключение. Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируются цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В первой главе («Требования к формируемой ЛКС и этапы ее проектирования») рассматриваются сущность и общая постановка задачи формирования оптимальной ЛКС, требования к формируемой сети, основные этапы проектирования ЛКС и их содержание.

МАА оценки, анализа и оптимизации ЛКС необходим:

  • для создания оптимальной ЛКС на основе строгих математических предпосылок (а не на базе более или менее богатого практического опыта отечественных и зарубежных разработчиков, что может привести не только к неоптимальным, но даже к нерациональным решениям;
  • для оценки эффективности уже эксплуатируемой сети, чтобы знать, насколько она отвечает своему прямому назначению;
  • для оценки эффективности внедрения новых программно-аппаратных средств и технологий (кратко: новой техники и технологии – НТТ) с целью совершенствования эксплуатируемой ЛКС.

Исследование эффективности функционирования ЛКС включает решение как прямой, так и обратной задачи.

Суть решения прямой задачи состоит в комплексной оценке эффективности ЛКС заданной структуры с известными параметрами (характеристиками) и алгоритмами функционирования при выполнении заданных функций в определенных условиях эксплуатации (использования). Обратная задача есть задача формирования ЛКС, удовлетворяющей заранее сформулированным требованиям по ее целевой и экономической эффективности, или короче: задача формирования оптимальной ЛКС по выбранным критериям целевой и экономической эффективности.

Методико-алгоритмический аппарат оценки и анализа эффективности функционирования ЛКС включает такие компоненты:

• методологические (концептуальные) и методические основы оценки целевой и экономической эффективности функционирования ЛКС;

• систему показателей и алгоритмов определения их значений для оценки целевой и экономической эффективности функционирования ЛКС;

• методы моделирования процессов функционирования ЛКС;

• структуру математической модели для оценки эффективности функционирования ЛКС;

• типовые функциональные модули (ТФМ) математической модели для определения показателей целевой и экономической эффективности функционирования ЛКС.

Для формирования МАА оптимизации структуры и процессов функционирования проектируемой ЛКС (имея в виду, что на каждом шаге оптимизации будет использоваться инструментарий оценки) потребуется решение следующих задач:

• математическая постановка задачи оптимизации структуры и процессов функционирования ЛКС;

• разработка методологических (концептуальных) и методических основ оптимизации;

• выбор и обоснование метода оптимизации;

• выбор целевых и ограничивающих функций, разработка алгоритмов определения их значений;

• построение оптимизационной модели.

Функциональное совершенство человеко-машинной системы характеризуется ее эффективностью, причем количественной мерой этого совершенства являются показатели эффективности. В задачах оптимизации ЛКС в качестве целевых и ограничивающих функций используются показатели эффективности, выбираемые из множества W. Процесс оптимизации ЛКС основывается на сравнении реального выходного сигнала Y ЛКС с требуемым выходным сигналом YT.

ЛКС будем называть оптимальной, если она определяется такими параметрами и характеристиками, при которых достигается экстремальное значение показателя ее эффективности.

В процессе оптимизации ЛКС учитывается ряд ограничений, являющихся следствием конструктивных, энергетических, эксплуатационных и других ее особенностей. Учитываются как реальные возможности самой ЛКС, так и реальные возможности среды, в которой она функционирует. Ограничения описываются равенствами, неравенствами, логическими связями.

В работе рассмотрено содержание основных этапов формирования ЛКС: разработка требований к создаваемой сети и их анализ, выбор сетевого оборудования, конфигурации и сетевого программного обеспечения (ПО), построение структурированной кабельной системы.

Разработка требований к ЛКС начинается со сбора информации о Заказчике сети (о его ресурсах, планах, финансовых возможностях и т.д.).

Требования к ЛКС можно разбить на две группы:

а) общие практические для любой сети: функциональность, расширяемость, адаптируемость, управляемость;

б) специфические, отражаемые в техническом задании на разработку сети

Следующий шаг при формировании сети – анализ требований к будущей сети. Цель анализа заключается в оценке требований Заказчика, в оценке технической и финансовой возможности их удовлетворения. При этом приходится учитывать то обстоятельство, что с течением времени пользователи сети, как правило, повышают свои требования.

Структурированная кабельная система (СКС) составляет фундамент любой компьютерной сети и представляет собой набор коммуникационных элементов (кабелей, разъемов, кроссовых панелей и шкафов, коннекторов), которые удовлетворяют стандартам локальных сетей путем добавления сегментов, коммутаторов или изъятия ненужного оборудования.

Структурированная кабельная система, отвечающая высоким требованиям к качеству кабельной системы, строится избыточной, что облегчает реконфигурацию и расширение сетей (стоимость последующего расширения СКС превосходит стоимость установки избыточных элементов).

СКС состоит из трех иерархически построенных подсистем: горизонтальной (в пределах этажа), соединяющей кроссовый шкаф этажа с розетками пользователей; вертикальной, соединяющей кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратной здания; подсистему кампуса, соединяющей несколько зданий с главной аппаратной всего кампуса.

Все недостатки и ограничения, возникающие из-за использования общей разделяемой среды, преодолеваются путем разделения сети на несколько разделяемых сред, или отдельных сегментов, которые соединяются мостами, коммутаторами или маршрутизаторами. Следовательно, единая разделяемая среда, созданная концентраторами, делится на несколько частей (сегментов), подсоединяемых к портам моста, коммутатора или маршрутизатора. Такое деление сети, называемое логической структуризацией сети, обладает рядом преимуществ.

Очень важен выбор конфигурации сети, т.е. ее макроструктуры, которая существенно определяется ее топологией. Основное внимание в работе уделено звездообразной и расширенной звездообразной типологиям. ЛКС этих топологий работают в соответствии со стандартами Ethernet и IEEE 802.3, где используется метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). В работе подробно рассмотрены вопросы формирования топологий физического, канального и сетевого уровней модели OSI.

Суммируя материал по формированию ЛКС, можно отметить следующее:

• формирование (проектирование) сети является одним из наиболее важных факторов в обеспечении быстрой и устойчивой ее работы;



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.