Анализ и оптимизация опорной сети корпоративной телекоммуникационной системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.15, кандидат технических наук Никитин, Евгений Валерьевич

• Никитин, Евгений Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Никитин, Евгений Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. КОРПОРАТИВНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ФЕДЕРАЛЬНОГО УРОВНЯ.

1.1. Состояние и перспективы развития корпоративных систем федерального уровня .8 1.1.2. Цели и задачи создания КСФУ.

1.2. Архитектура корпоративных информационных систем федерального уровня.

1.3. Единая информационно-телекоммуникационная система ОВД.

1.3.1. Назначение и задачи системы.

1.3.2. Состояние ЕИТКС.

1.3.2. Развитие системы.

1.3.3. ИМТС ЕИТКС.

1.4. Обобщенная структура КСФУ.

Выводы.

2. ОПОРНАЯ СЕТЬ КОРПОРАТИВНОЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ФЕДЕРАЛЬНОГО УРОВНЯ.

2.1. Опорной сеть, как основа телекоммуникационной системы КСФУ.

2.1.1. Назначение и состав опорной сети.

2.1.2. Характеристики опорной сети.

2.1.3. Формирование структуры опорной сети.

2.2. Коммуникационные узлы опорной сети.

2.2.1. Назначение коммуникационных узлов.

2.2.2. Структура коммуникационного узла.

2.3. Узлы ИМТС МВД России.

2.3.1. Описание узлов и их назначение.

2.3.2. Задачи анализа и построения опорной сети КСФУ.

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ АНАЛИЗА ОСТОВНОЙ СЕТИ.

3.1. Анализ структуры сети.

3.1.1. Описание структуры сети.

3-.1.2. Расчет параметров потоков данных в сети.

3.2. Формирование структуры сети.

3.2.1. Общая постановка задачи.

3.2.2. Задача построения дерева с переменными весами узлов.

3.2.3. Задача построения дерева с учетом параметров потоков данных.

3.3. Модели для анализа работььузлов сети.

3.3.1. Описание системы.

3.3.2. Модели для расчета характеристик системы.

3.3.3. Задачи оптимизации характеристик системы.

3.4. Расчет вероятности потери пакета в иерархической сетевой структуре.

Выводы.

4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ.

4.1. Технические решения по организации магистральной составляющей ИМТС.

4.1.1. Функциональная структура ИМТС.

4.2. Коммуникационные узлы сети.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ и оптимизация опорной сети корпоративной телекоммуникационной системы»

Выполнение федеральных программ по информатизации требует решения задач, связанных с созданием телекоммуникационной инфраструктуры государственных учреждений и ее основной составляющей — корпоративных сетей, являющихся основой для создания компьютерных сетей различного назначения.

Наиболее распространенными решениями при создании структуры сетевых систем подобного уровня являются решения, связанные с использованием опорных (остовных) сетей, поскольку эффективность таких структур неоднократно подтверждалась на практике и доказана теоретически. Однако, использование опорной сети, как базы для создания полноценной телекоммуникационной системы должно основываться на заданных критериях качества и эффективности, которые достаточно разнообразны и во многом зависят от целей создания системы. При этом применение сложившихся «классических» постановок задач построения опорной сети и методов их решения сегодня' не может удовлетворить разработчика, поскольку они не учитывают многих новых факторов, появившихся в процессе развития телекоммуникационной инфраструктуры, усложнения прикладных задач и повышения требований к сетям.

Таким образом, особенностью создания любой корпоративной телекоммуникационной сети является* необходимость учета большого количества разнообразных факторов, обеспечивающих ее построение и функционирование, что требует разработки и применения новых подходов к постановке и решению задач формирования сети с заданными характеристиками. Особенно это свойственно крупным корпоративным сетям федерального уровня, имеющим значительное число территориально распределенных узлов, использующих услуги нескольких операторов связи и создаваемых для выполнения различных задач при большом количестве условий и ограничений.

В связи с этим представляется целесообразным проведение исследований, направленных на разработку и теоретическое обоснование методов постановки и решения задач формирования и расчета характеристик опорной сети корпоративной телекоммуникационной системы федерального уровня.

Своевременность заданного направления исследований обусловлена также возрастающей потребностью в телекоммуникационных системах, связанной, с выполнением различных федеральных программ и необходимостью, в связи с этим, сокращать сроки разработки и повышать качество создаваемых систем, что возможно при наличии достаточно универсальных (типовых) решений.

Таким образом, можно сделать вывод, что тематика диссертационной работы является актуальной, а полученные результаты имеют важное прикладное значение.

В качестве основного объекта для формирования задач, апробации и практического применения результатов диссертации взята информационно-телекоммуникационная система МВД России.

Целью диссертационной работы является постановка и решение задач формирования структуры и расчета характеристик опорной сети, основанных на разработке комплекса математических моделей обеспечивающих учет наиболее значимых факторов влияющих на характеристики сети.

Для достижения поставленной цели были проведены исследования по следующим направлениям:

• анализ проблем формирования опорной сети, связанных с наличием нескольких операторов, связи, заданным набором узлов, транзитными потоками данных, обуславливающих необходимость развития^ традиционной постановки задачи построения сети, как задачи построения минимального покрывающего дерева на исходном графе;

• выбор системы характеристик работы сети и ее узлов;

• анализ работы узлов сети как многосерверных систем;

• создание типовых решений для расчета характеристик опорной сети, учитывающих влияние новых факторов, определяющих специфику формирования сети, работу узлов.

На защиту выносятся следующие результаты, полученные при проведении исследований:

• математическое описание процесса формирования структуры опорной сети, позволившее сформулировать новые постановки задачи построения покрывающего дерева при дополнительных условиях, связанных с загрузкой каналов и узлов сети;

• комплекс математических моделей для расчета и оптимизации характеристик структуры опорной сети, учитывающих возможности потери передаваемых пакетов, вариацию затрат, связанную с наличием нескольких операторов связи;

• комплекс математических моделей для расчета характеристик работы многосерверных узлов сети.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования в диссертационной работе является опорная сеть, создаваемая на основе исходной сети при заданной системе ограничений.

Предметом исследования являются задачи и математические модели, описывающие процесс создания опорной сети и позволяющие проводить расчет характеристик сети и отдельных узлов.

Методы исследования/ определялись спецификой решаемых задач и поставленными целями. В работе использовались методы теории графов, теории систем, теории вероятностей, теории множеств, проектирования сетей связи, оптимизации, теории множеств и системного анализа.

Научная новизна результатов диссертации определяется оригинальностью объекта исследования и условий его функционирования — опорная сеть корпоративной телекоммуникационной системы при наличии внешних операторов связи, специфических алгоритмов обработки информации на узлах, и заключается в: выявлении общих закономерностей и установлении ряда специфических особенностей процесса формирования опорной сети, определивших необходимость новой постановки, задачи построения сети, учитывающей необходимость выбора операторов и загрузку узлов;

- разработке комплекса математических моделей для расчета характеристик алгоритмов обработки информации на узлах сети.

Полученные результаты обобщают известные данные в этой области и составляют научную основу диссертационной работы.

Практическая значимость и внедрение результатов диссертации. Использование полученных результатов позволило создать методы формирования структуры корпоративной телекоммуникационной сети адаптированные к конкретным условиям, с учетом специфики объекта информатизации, разнообразия возможных вариантов организации, наличием нескольких операторов связи, различных категорий пользователей.

В целом, совокупность полученных результатов можно рассматривать как основы типовой методики разработки и расчета характеристик структуры корпоративных базовых сетей.

Достоверность и обоснованность результатов диссертации обусловлены согласованностью принятых ограничений и допущений при моделировании с реальными данными, строгим математическим обоснованием построенных моделей, согласованностью с имеющимися в печати данными о результатах и методах построения телекоммуникационных систем и, наконец, результатами применения разработанных методов и моделей при формировании сетей различных организаций.

Основания для выполнения работы. Работа является результатом систематизации и обобщения исследований, проведенных автором в период с 1990 года по настоящее время. Основные результаты получены в ходе проведения работ при выполнении следующих постановлений, распоряжений и договоров: Государственный оборонный заказ на 2008 г. Постановление Правительства Российской Федерации от 10.11.2007 № 771-35; Государственный Контракт № 178-2007/84 от 31 июля 2007г. между ГУ НПО «СТиС» МВД России и ИЛИ РАН; Техническое задание на ОКР «Разработка и ввод в действие единой информационно-телекоммуникационной системы органов внутренних дел», шифр «Почерк411» (Приложение А к Государственному контракту); Договор № 2206-07(Н) от «03» сентября 2007 г. между Головным исполнителем ОКР - ИЛИ РАН и исполнителем СЧ ОКР «ЕСИБ ЕИТКС ОВД» - ЗАО «РНТ»; ЧТЗ на составную часть ОКР ««Разработка и ввод в действие единой информационно телекоммуникационной системы органов внутренних дел. Функционально-технологическая подсистема организации единой системы информационной безопасности (ФТП ЕСИБ)», шифр «ЕСИБ ЕИТКС» (Приложение 1 к Договору №2206-07(Н)); Договор № 2328-08(Н) от «09» января 2008 г. между Головным исполнителем ОКР - ИЛИ РАН и исполнителем СЧ ОКР «ЕСИБ ЕИТКС ОВД» - ЗАО «РНТ»; Дополнение №1 к Частному техническому заданию на СЧ ОКР, шифр «ЕСИБ ЕИТКС»; Специальное техническое задание на Единую систему информационной безопасности контура обработки конфиденциальной информации ЕИТКС ОВД, шифр «ЕСИБ ЕИТКС-К».

Практическое внедрение результатов работы. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, были использованы в разработках Специального бюро МВД России, ОАО Газпомбанк, Внешэкономбанка, Компании. ТрансТелеКом.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ХЬУГ Всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии (Москва, РУДН- 2010 г.);, 16-й Международной НТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и с.истемах телекоммуникаций» (Рязань, РГРТУ, 2010 г.); научно-практической конференции « Суперкомпьютеры: вычислительные и информационные технологии» (Хабаровск, ТОГУ 2010); Научно-практической конференции «Современные информационные компьютерные технологии (тс1Т - 2010 г.)» (Беларусь, Гродненский ГУ,. 2010 г.); научно-техническом совете ФГУП «НТЦ «Орион».

Публикации по теме диссертации; По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи^ в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертаций, а также в отчетах по госбюджетным и хоздоговорным темам, выполненным по теме диссертации при непосредственном участии и под руководством автора.

Заключение диссертации по теме «Вычислительные машины и системы», Никитин, Евгений Валерьевич

Результаты работы могут быть полезны разработчикам и администраторам корпоративных сетей при анализе работы и расчете характеристик сетей, выборе параметров оборудования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Никитин, Евгений Валерьевич, 2010 год

1. Авен О.И., Гурин H.H., Коган Я.А. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем. — М.: «Наука». 1982. — 464 с.

2. Аншина M.JL, Цимбал A.A. Технологии создания распределенных систем. Для профессионалов. — СПб.: «Питер», 2003. — 576 с.

3. Бекетов Н.В. Проблемы формирования и перспективы развития телекоммуникационной системы региона // Информатизация общества, 2003, вып. 2, с. 38-40.

4. Бертсекас Д., Галагер Р. Сети передачи данных.: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.-544 с.

5. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы. Стандарты, интерфейсы. / Пер. с англ. — М.: Мир. 1990.-510с.

6. Бочаров П.П., Печинкин A.B. Теория массового обслуживания. М.: Изд-во РУДН, 1995. 529 с.

7. Бройдо B.JI. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Спб.: Питер, 2002. 688 с.

8. Бурков С.М. Алгоритмы и методы поэтапного формирования телекоммуникационных сетей региона. Математическая модель./ТНаучный журнал «Вестник ТОГУ», №1 (8), изд-во ТОГУ, Хабаровск, 2008. С. 91-100.

9. Житникова Л.М., Бурков С.М., Савин С.З., Посвалюк Н.Э. Моделирование региональных инфокоммуникационных систем // Дальнаука, Владивосток 2009. 252с.

10. Введение в информационный бизнес / Под ред. акад. Тихомирова В.П. и проф. Хорошилова A.B. М.: Финансы и статистика, 1996. - 246с.

11. Вегешна Ш. Качество обслуживания в сетях IP. — М.: Изд-во Вильяме, 2003. 368 с.

12. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. — М.: Техносфера, 2003. — 512с.

13. Дунаев С.Б. INTRANET технологии. М.: Диалог-МИФИ.- 1997. - 272 с.

14. Дэвис Д., Барбер Д., Прайс У., Соломонидес С. Вычислительные сети и сетевые протоколы. М.: Мир, 1982. 562 с.

15. Евтушенко А. Обзор: Провайдеры Интернет // Деловой квартал, 37, 2008.

16. Захаров Г.П. Методы исследования сетей передачи данных. М.: Радио и связь, 1982. 208с.

17. Клейнрок JI. Вычислительные системы с очередями. Пер. с англ. Под ред. Б.С. Цыбакова.- М.: Мир. 1979. 600 с.

18. Климов Г.П. Стохастические системы обслуживания. — М.: Наука. 1966 244 с.

19. Концепция развития информационно-вычислительной системы МВД России на 2002-2006 годы. Утверждена приказом МВД от 13.06.2002 № 562.

20. Короткое A.B. Формирование и реализация государственной политики в сфере региональной информатизации // Информационное общество. 2003, вып.2, с. 18-21.

21. Костина А. Обзор: Интернет — провайдеры // Деловой квартал, 2, 2008.

22. Кофман А., Анри-Лабордер А. Методы и модели исследования операций. -М.: Мир, 1977.-432 с.

23. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. Мир, М.: 1978. 432с.

24. Кульгин М. Технология корпоративных сетей: Энциклопедия. СПб.: Изд-во «Питер», 2000. 512 с.

25. Ланкастер П. Теория матриц. Пер. с англ., Наука, М.: 1978.- 280 с.

26. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. : Пер. с англ. М.: Мир, 1981.-323 с.

27. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1980. 664 с.

28. Мартин М. Введение в сетевые технологии.- М.: Лори, 2002. 659 с.

29. Мейер Д. Теория реляционных баз данных. М.: Мир, 1987. 608 с.

30. Минниханов Р.Н. Защита от несанкционированного доступа в специализированных информационных системах. Казань, 1999. 199с.

31. Моисеев H.H., Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации. М.: Наука, 1978.-352 с.

32. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.

33. Назаров А.Т. М: Технические решения создания сетей. Горячая линия-Телеком, 2000. 376 с.

34. Нейман В.И. Структуры систем распределения информации. М.: Связь, 1975. 264 с.

35. Никитин Е.В. Модель расчета вероятности потери пакета в иерархической сетевой структуре // XLVI Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии. Секции математики и информатики М.: РУДН, 2010. С. 55-56.

36. Никитин Е.В., Саксонов Е.А. Управление потоками данных в многосерверных системах обработки информации // Информатика и системы управления, 3(25), 2010. С.З -9.

37. Горшков Г.С., Никитин Е.В., Саксонов Е.А. Задача формирования структуры базовой сети // Вестник ТОГУ, 2(17), 2010. С. 59 66.

38. Никитин Е.В., Саксонов Е.А., Шередин Р:В., Нгуен Нгок Хуэ. Классификация информационных систем // Качество. Инновации. Образование. 2010.

39. Никитин Е.В. Анализ однолинейной СМО с несколькими потоками данных // Современные информационные компьютерные технологии (mcIT 2010). 2-я Международная научно-практическая конференция. Беларусь, Гродно, 2010.

40. Горшков Г.С., Никитин Е.В., Е.А. Саксонов Е.А. Формирование структуры базовой сети // Современные информационные компьютерные технологии (mcIT 2010). 2-я Международная научно-практическая конференция. -Беларусь, Гродно, 2010.

41. Никитин Е.В., Саксонов Е.А. Многосерверные системы обработки информации. Управление потоками данных. // Суперкомпьютеры: вычислительные и информационные технологии. Материалы научно-практической конференции. Хабаровск, ТОГУ, 2010. - С. 462 - 469.

42. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. JL: Машиностроение, 1985. - 199 с.

43. Олифер В.Г., Олифер H.A. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Издательство «Питер», 1999. - 672 с.

44. Олифер В.Г., Олифер H.A. Новые технологии и оборудование 1Р-сетей. СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 200. 512с.46,Остерлох X. Маршрутизация в IP-сетях. Принципы, протоколы, настройка, Diasoft, 2002. 512 с.

45. Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. М.: Финансы и статистика, 2001,- 512 с.

46. Ретана А., Слайс Д., Уайт Р. Принципы проектирования корпоративных LP-сетей.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2002. — 368 с.

47. Решение совета главных конструкторов информатизации регионов Российской Федерации от 27 апреля 2006г. // http://www.pvti.ru/sgk/resh.pdf.

48. Риордан Дж. Вероятностные системы обслуживания. М.:Связь. -1966. - 184 с.

49. Саати Т.А. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. -М.: Сов. Радио. 1971. 520с.

50. Садовский В.Н. Основания общей теории систем. М.: Наука. 1974. -280 с.

51. Семенов Ю.А. Сети Интернет. Архитектура и протоколы. М.:, изд. "Сирин". 1998.-424 с.

52. Советов Б.Я. Моделирование систем. М.: Высшая школа. 1995. 372 с.

53. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. Л.: Машиностроение. 1990. 332 с.

54. Спортак М., Паппас Ф. и др. Компьютерные сети и сетевые технологии, ДиаСофт. 2002.- 736 с.

55. Столингс В. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. — М.: Вильяме. 2002. 896 с.

56. Столлингс В., Компьютерные системы передачи данных. Изд. 6, Вильяме. 2002. 928 с.

57. Стратегия развития информационного общества в Российской Федерации. Утверждена 7 февраля 2008 г. № Пр-212. Российская газета от 16 февраля 2008 г.

58. Танненбаум Э., М. Ван Стен. Распределенные системы. Принципы и парадигмы. СПб.: Питер, 2003. - 877 с.

59. Ульман Дж. Основы систем баз данных: Пер. с англ. М.: Финансы и статистика. 1983. - 572 с.

60. Уэлдон Д.-Л. Администрирование баз данных: Пер. с англ. М.: Финансы и статистика. 1984. - 208 с.

61. Федеральная целевая программа «Электронная Россия (2002 -2010)» Утверждена постановлением Правительств Российской Федерации от 28 января 2002 г. № 65.

62. Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании».

63. Фейт С. TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация. -М.: Лори, 2000. -424 с.

64. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее применения. В 2-х томах Пер с англ. М.: Мир, 1987. Т1-528с. Т2-738с.

65. Харари Ф., Палмер Э. Перечисление графов. М.: Мир. 1977. - 324 с.

66. Харари Ф. Теория графов. М.: Едиториал УРСС. 2003. -296 с.

67. Хелд Г. Технологии передачи данных. — СПб.: Питер. 2003. 720 с.

68. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2 ч. М.: Наука. 1992. 336 с.

69. Шенк Д.Д. Руководство Novell. Технология клиент/сервер и ее приложения. М.: Лори. 1995. - 272 с.

70. Chazelle В. A Minimm Spanning Tree Algorithm with Inverse-Accerman Type Comlexity. Journal of the ACM, 47 (2000), pp. 1028-1047.

71. Chazelle B. A The Soft Heap: An Approximate Priority Queue wth Optimal Error Rate. Journal of the ACM, 47 (2000), pp. 1012-1027.

72. Chung S., Gordon A. Parallel implementation of Boruvka's minimum spaning tree algorithm. // In Proc. 10th Int'l Parallel Processing Symp. (IPPS'96), April 1996.-pp. 302-315.

73. Cisco Catalist 2950. http: //atlas.itl.net.ua/Cisco/2900/2950.htm.

74. Cisco IOS Commands, www.cisco.simtel.ru.

75. Configuring the System Switch Processor, www.cisco.com.ru.

76. Configuring VTP, VLANs, VLAN Trunks, and VMPS. www.amt.ru.

77. David R., Karger, Phillip N. Klein, Robert E. Tarjan. A randomized lineartime algorithm to find minimum spaning trees. Journal of the ACM, 42 (2), 1995. pp. 321-328.

78. Designing Switched LAN Internetworks. http://cco.sci-nnov.ru/cc/td/doc/cisintwk/idg4/nd2012.htm.

79. Forman I.R. On the design of large distributed system // Proc. IEEE CS 1986 Int. Conf. on Computer Languages, Miami, FL.-1986.-P.84-95.

80. Graham R.L., Hell P. On the history of the minimum spaning tree problem. -Annals of the History of Computing, 7(1), 1985. pp. 43-57.

81. King V.A simpler minimum spaning tree verification algorithm.-Algorithmica 18, 1997. pp. 263-270.

82. Rowlands D. Towards an information market model / ASLIB proceedings. -1993, 1.

83. Lawor E.L., Levitt K.N., Turres I. Module Clustering to Minimize Delay in Digital Network / IEEE Trans. v.EC - 18. - N1 - p.445-451.

84. Nesetil J. A few remarks on the history of MST-problem. Archivum Mathematicum, Brno, 33 (1997). pp. 15-22.

85. Oracle. Database Administrator's Guide. Oracle Corp.- 1984.

86. Pejhan S., Schwartz M., Anastassion D. Error Control Using Retransmission Schemes in Multicast Transport Protocols for Real-Time-Media.// IEEE/ACM Transactions on Networking.-1996.-V.4, No.3.

87. Tannenbaum A. Computer Networks. Prentice Hall, N.-Y. 1988. 568p.