Общая характеристика (стр. 1 )

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

  Актуальность темы. В диссертационной работе объектом исследования является мультисервисная сеть (МСС), функционирующая на базе интегральной цифровой сети связи(ISDN). Сегодня популярность Интернета настолько громадна, что технические возможности Всемирной сети не успевают обеспечить полноценно растущий с каждым днем поток информации. По мнению бывшего Генерального директора Google Эрика Шмидта в ближайшие годы практически сотрутся границы между локальными и сетевыми сервисами – видео, радио, телефонией и пр. Известная организация как Pew Research Center в прогнозе на 2020 г. прогнозирует, что такие управляемые коммуникационные сервисы как YouTube, Gmail, WordPress станут основными. С технической стороны эти множества задач могут обеспечиваться мощными сетями передач и коммутации пакетов, высокоскоростными линиями доступа, оптическими телекоммуникационными технологиями, которые и определяют новые поколения телекоммуникационных сетей. Но трансформация сетей ISDN в сети NGN тормозиться. Сами по себе технические решения сетей NGN дороги, поэтому для увеличивающегося информационного трафика в мире реализуется идея гибкого программного коммутатора (softswitch) как средства централизованного управления набором VoIP-шлюзов. Традиционные сети еще не могут поддерживать обмен трафиком в новом формате, при этом необходима реконструкция всей архитектуры сети: транспортной инфраструктуры, уровня доступа и сетевой иерархии. Когда технические средства не успевают за темпами роста – на первый план выступает задача качественного подхода к созданию таких сетей. К ним в первую очередь относятся такие задачи как: выбор топологической структуры сети, определение оптимального числа узлов и линий связи сети, расчет ее пропускной способности, нахождение кратчайших путей передачи нагрузки, вычисление вероятностно-временных характеристик сети и. т.д. При этом обычно рассматривают следующие технические вопросы: управление сетью, ее пропускной способностью, рассматриваются вопросы задержки и синхронизации.

  В диссертации рассматриваются  методы, основанные на марковских моделях входных и выходных информационных потоков, использующие модели трафика для определения основных характеристик цифровых систем связи. В процессе анализа и синтеза сети проблема вычисления ее вероятностно-временных характеристик (ВВХ) представляет у проектировщиков наибольший интерес, так как решение этой проблемы позволяет: значительно повысить производительность сети; предотвращать сбои сети при перегрузках информационного трафика; определить оптимальные обходные направления  передачи трафика; вычислять оптимальные параметры качества обслуживания интегральной сети. Решение этой проблемы в соответствии с принципами системного подхода должно быть органически связано с решением всех остальных задач проектирования ISDN. Данными проблемами занимались следующие ученые: , , , , Беллами Дж. житман И., и другие

Сам вопрос о функционировании МСС актуален до сих пор. А так как сам трафик МСС не однороден, поэтому актуальна и роль технологий управления мультисервисной сетью связи. В сети происходит накоплений критичных ситуаций, что приводит к нарушению функционала сети, ее работоспособности. «Высокопластичные» аппаратные средства как коммутаторы и маршрутизаторы не могут гибко управлять етью. Более гибкими методами считаются методы, не основанные на маршрутизаторах, а использующие активное программное обеспечение. Разработка технологий управления сетью связи тесно связана с математическим моделированием процессов управления сетью и ее элементами. Для МСС моделирование позволяет определить пороговые значения ее вероятностно-временных характеристик, то есть фактически параметры работы сети, при достижении которых становится необходимым то или иное управляющее воздействие на элементы сети. Математическое моделирование процессов управления МСС является едва ли не самым важным и одновременно сложным направлением работ при проектировании и внедрении сетевого управления современными ISDN. Формализовать и промоделировать все возможные ситуации на ISDN сложно, а количество прикладных задач управления весьма велико. На сегодняшний день не существует единой методологии расчета, прогнозирования и анализа трафика мультисервисных сетей из-за его разнородности. Поэтому проблема разработки методов оценки параметров трафика мультисервисной сети является актуальной проблемой. Банк решений, составляющих приложения управления, постоянно растет.

Актуальность исследования диссертационной работы еще обусловлена тем, что разработанные в диссертационной работе математические модели вычисления ВВХ мультисервисной сети позволяют адекватно отобразить взаимодействие между рабочей нагрузкой и ресурсами сети и оценить ее ожидаемую производительность. С помощью разработанной математической модели предотвращаются пиковые ситуации, которые неизбежно возникают при перегрузке сетей. Данная модель позволяет контролировать такие нежелательные ситуации. Это достигается главным образом за счет эффективного использования обходных направлений передачи нагрузки. За счет рационального использования ресурсов сети в значительной степени повышается производительность всей сети в целом. Тем самым достигается экономический эффект за счет более экономичного функционирования компьютерной сети.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка и развитие теоретических основ, математических методов и моделей, программных средств расчета ВВХ для оптимального управления процессами обработки и передачи информации в сетях ЭВМ. В рамках сформулированной цели ставятся и решаются следующие задачи:

•        анализ современных научных разработок процесса моделирования мультисервисных сетей ЭВМ;

•        разработка и формализация общей постановки задачи вычисления оптимальных вероятностно-временных характеристик для мультисервисной сети  в математическом виде, разработка методологии ее решения;

•        разработка новой модели и нового метода расчета вероятностных характеристик подсети коммутации каналов, входящую в состав интегральной сети связи;

•        разработка адаптивного квазистатического алгоритма решения оптимизационной задачи вычисления ВВХ мультисервисной сети ЭВМ;

•        исследование сходимости разработанного алгоритма.

в критических ситуациях.

Объектом исследования является мультисервисная сеть, функционирующая на базе интегральной цифровой сети связи, так как на современном этапе это сочетание является наиболее перспективным направлением в развитии сетей электросвязи. 

Инструментом исследования являются новые модели и новые методы, влияющие на  управление качеством обслуживания мультисервисных сетей.

Методы исследования. Теоретические и прикладные исследования проблемы базируются на методах системного анализа и теории сетей связи, методов теории исследования операций и теории графов, теории систем массового обслуживания, математического анализа, методов оптимизации, математического программирования и теории распределенных вычислений. Ряд вопросов, касающихся разработки алгоритмического обеспечения модели основаны на методах теории алгоритмов.

Научная новизна работы заключается в развитии численных методов теории массового обслуживания и теории телетрафика:

1.Сформулирована общая задача вычисления ВВХ для оптимального функционирования мультисервисной сети ЭВМ, учитывающая в отличие от известных моделей изменение ситуации на всей сети в целом;

2.Описана формализованная математическая задача вычисления оптимальных вероятностно - временных характеристик для всей сети в целом;

3.Получены и доказаны необходимое и достаточное условия оптимальности решения математической задачи вычисления оптимальных вероятностно - временных характеристик для сети ЭВМ;

4.Разработаны новая математическая модель распределения узловой нагрузки подсети коммутации каналов, входящая в состав мультисервисной сети по обходным направлениям каналов связи, новая математическая модель метода вычисления для каждой пары узлов текущего значения вероятностей потерь, новая математическая модель метода оценки среднего времени задержки для подсети коммутации каналов;

5.Получена система уравнений, определяющая значения узловой нагрузки подсети  коммутации каналов и доказана единственность существования этой системы;

6.Разработан децентрализованный алгоритм вычисления вероятностно - временных характеристик для оптимального функционирования мультисервисной сети ЭВМ;

7.Исследована сходимость полученного алгоритма, получено значение масштабного множителя, при котором разработанный алгоритм сходится.

Практическая ценность работы заключается в создании  новых алгоритмов и программ для исследования, моделирования и оптимизации ВВХ интегральных систем, с выбором параметров по требуемым критериям. Основной практической ценностью является создание принципиально нового метода вычисления оптимальных характеристик мультисервисной сети и его математического описания для более рационального использования вычислительных ресурсов сети ЭВМ. Данный метод позволяет получить достаточно эффективные решения многих сетевых, экономико-экологических и технических задач из различных областей науки и техники. Полученные в диссертационной работе теоретические и прикладные результаты могут быть успешно использованы в теории сетей связи и в разработках формирования информационной и телекоммуникационной инфраструктуры, предоставляющие пользователям широкие спектры интегральных услуг.

Связь темы диссертации с крупными научными проектами и основными научно-исследовательскими программами. Исследования, представленные в диссертации проведены в рамках НИР программ фундаментальных и прикладных исследований РГП «Институт  проблем информатики и управления» РГП «ИМИМ» Комитета науки МОН РК(1991-2013 гг.):