Моделирование и оптимизация проектных решений при проектировании мультисервисных сетей связи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Пеньков, Алексей Викторович

• Пеньков, Алексей Викторович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пеньков, Алексей Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ДОСТИЖЕНИЙ В ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ.

1.1 Исследование процесса построения мультисервисных сетей.

1.2 Обзор современного оборудования.

1.3 Анализ существующих САПР СПД.

1.4 Цели и задачи исследования.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ.

2.1. Разработка комплексной математической модели мультисервисной сети на основе системного подхода.

2.2. Использование многовариантной интеграции в процессе проектирования мультисервисных сетей связи.

2.3. Модель поиска оптимального решения на различных этапах построения мультисервисной СПД.

2.4. Выводы второй главы.

3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ.

3.1 Оптимизация пропускной способности и экономических параметров СПД.

3.2 Оптимизация математических моделей алгоритмов маршрутизации.

3.3 Решение задачи прогнозирования трафика мультисервисных СПД.

3.4. Выводы третьей главы.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Архитектура САПР NMS-Extra.

4.2 Анализ и синтез процесса развития территориальной ведомственной мультисервисной сети связи ЦЧБ СБ РФ.

4.3 Анализ и синтез процесса развития корпоративной сети передачи данных ГУ ОПФР по Воронежской области.

4.4. Выводы четвертой главы.;.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование и оптимизация проектных решений при проектировании мультисервисных сетей связи»

Актуальность темы. Одной из важнейших проблем современного общества является создание высокоэффективной телекоммуникационной среды. Без решения вопроса доступа к распределенным информационным ресурсам чрезмерно затруднительно построение единого информационного пространства и внедрение в сферы науки, бизнеса, медицины, производства и т.д. новейших информационных технологий. Кроме того, информационное обеспечение является важнейшим фактором развития экономики и оказывает влияние на обороноспособность страны.

В обозначенной проблеме одно из ключевых мест занимают вопросы оптимизации технико-экономических вариантов построения сетей связи. Особенно это важно в том случае, когда в проектируемую сеть передачи данных необходимо заложить возможность безболезненно интегрироваться в уже существующую информационную структуру. Сети связи последнего поколения характеризуются интеграцией услуг для конечного пользователя, достаточно высокими требованиями к пропускной способности и качеству каналов связи, приоритетным обслуживанием real-time трафика, что, следовательно, накладывает дополнительные ограничения на процесс разработки структуры сети передачи данных, а также повышает экономические затраты при построении сетей. Известно, что применение научных математических подходов при проектировании и разработке структуры сетей сокращает затраты ввода сети в эксплуатацию примерно на 7-10 %. Соответственно использование высокоинтеллектуальных современных инструментальных программных средств проектирования мультисервисных сетей передачи данных позволяет ускорить процесс проектирования, а также сэкономить средства, которые впоследствии могут быть использованы на улучшение характеристик работы сети, ее модернизацию или же внедрения дополнительных сервисов, предоставляемых сетью.

Известные пакеты прикладных программ, используемые при проектировании мультисервисных сетей связи в своей работе направлены, как правило, на моделирование структуры самой сети, не учитывая при этом в должном объеме важных фактор совместимости с уже имеющимся оборудованием и структурой сети, оптимизацию экономических параметров проектируемой сети, вопросы прогнозирования трафика. Таким образом разработка комплекса методов и инструментальных средств, охватывающих моделирование и оптимизацию проектных решений при проектировании ИТС, является актуальной задачей.

Целю диссертационной работы является исследование проблем построения мультисервисных сетей связи, разработка математических моделей, предназначенных для анализа, синтеза и оптимизации параметров сетей передачи данных.

Достижение поставленной цели предполагает постановку и решение следующих задач:

• исследование процесса построения мультисервисных сетей связи, выявление основных этапов проектирования, анализ существующих технологий сетей передачи данных;

• установка сущности и проблемы проектирования мультисервисных сетей связи с использованием телекоммуникационного оборудования различных производителей;

• анализ существующих САПР сетей передачи данных, их достоинств и недостатков при выполнении отдельных этапов проектирования;

• осуществление разработки математической модели территориальной мультисервисной сети, отвечающую требованиям расчета основных параметров сети;

• разработка модели поиска оптимального решения на различных этапах построения мультисервисной сети передачи данных разработка комплекса методов и средств оптимизации различных параметров проектных решений, таких как экономические затраты, производительность сети, маршрутизация в ядре сети и других параметров.

Теоретическая и методологическая основы исследования. При выполнении работы использованы элементы общей теории систем, теории массового обслуживания, теории автоматов, теории графов, методы многокритериальной оптимизации, элементы нечеткой математики и лингвистический подход.

Научная новизна. В результате проведенного исследования получены и выносятся на защиту следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Математическая модель мультисервисной СПД, построенная на основе теории шкалированных автоматов, отличающаяся адаптированностью к современным используемым технологиям.

2. Методика проектирования мультисервисных сетей на основе многовариантной интеграции, охватывающая весь процесс проектирования сетей и позволяющая использовать на различных этапах наиболее удобные и эффективные методы обработки данных и оптимизации структуры сети.

3. Модель поиска оптимального решения на различных этапах проектирования мультисервисной СПД, обеспечивающая декомпозиционный подход, основанный на принципах многовариантной интеграции.

4. Комплекс методов оценки и прогнозирования изменения трафика во времени на основе математической модели распространения эпидемии и регрессионных моделей, отличающийся возможностями построения комплексных прогнозов для мультисервисных сетей передачи данных.

5. Процедура . оптимизации расчетных экономических параметров при проектировании мультисервисных СПД на основе использования модели замкнутой экспоненциальной модели сети МО, отличающаяся возможностью оперирования нечеткими величинами.

Практическая ценность диссертационной работы. Результаты и рекомендации, полученные в ходе исследований, могут быть использованы в деятельности структур и организаций, занимающихся проектированием и строительством территориально распределенных мультисервисных сетей передачи данных.

Практическое значение имеют следующие разработки:

Методическое обеспечение САПР мультисервисных СПД на основе многовариантной интеграции, позволяющая принимать решения при проектировании и построении сетей передачи данных различного масштаба и назначения, включающее в себя комплекс методов и средств экспертной оценки проектов.

Система автоматизации проектирования NMS-Extra, позволяющая применить на практике разработанное методическое обеспечение проектирования мультисервисных СПД и предназначенная для использования различными группами пользователей.

Внедрение разработанных рекомендаций и методических положений позволит компаниям-проектировщикам и организациям-заказчикам усовершенствовать процесс создания новых сетей и внесения необходимых изменений в существующие сети, обеспечить своевременное выявление отклонений в процессе проектирования сети, а также даст возможность сократить материальные и человеческие затраты на реализацию принятых решений.

Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на Международной научной конференции «Анализ и синтез как методы научного познания» (Таганрог, 2004), научно-практических конференциях Воронежского государственного технического университета (2002-2005).

Разработанные в диссертации методические положения анализа и синтеза проектирования мультисервисных сетей передачи данных нашли практическое применение ГУ ОПФР по Воронежской области и Центрально-Черноземном банке Сбербанка России.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Список работ включен в список литературы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 58 наименований. Основная часть работы изложена на 147 страницах, содержит 18 рисунков и 4 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Пеньков, Алексей Викторович

4.4. Выводы четвертой главы

1. В соответствии с методикой разработки информационных систем был определен набор групп пользователей, заинтересованных в использовании системы. Набор состоит из следующих трех групп: проектировщики сетей; эксперты; лица принимающие решения.

Архитектура САПР СПД была сформирована с учетом требований именно этих групп.

2. Разработан САПР мультисервисных сетей передачи данных для поддержки всех этапов проектирования, включая проектирование структур первичных и вторичных сетей передачи данных, анализ проектных характеристик сетей, анализ узких мест и реконфигурация существующих сетей, выбор сетевого оборудования, прогнозирование развития сетей с учетом различных тенденций.

3. Проект САПР СПД, разработанный в рамках данной главы, соответствует структуре MSF и может быть реализован с использованием любого объектно-ориентированного языка программирования. В проекте предусмотрены возможности расширения системы как новыми компонентами, моделирующими сетевые структуры, так и новыми методами анализа и обработки данных.

4. Сделаны расчеты по оптимизации проекта территориальной ведомственная мультисервисная сеть связи ЦЧБ СБ РФ и корпоративной сети передачи данных ГУ ОПФР по Воронежской области. В результате расчетов показана эффективность разработанных моделей и алгоритмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. На основе современного положения телекоммуникационной отрасли выявлена необходимость анализа и синтеза проектных решений, предлагаемых компаниями проектировщиками заказчику с целью уменьшения финансовых и человеческих затрат при реализации данных проетов.

2. Проведен анализ современных технологий сетей передачи данных, голосового и видеотрафика и в соответствии с полученными результатами подобраны методики синтеза и моделирования сетей передачи данных, а также методы анализа корректности получаемых результатов.

3. Произведен анализ задач, возникающих в процессе проектирования, разработки и оптимизации структур сетей передачи данных и подобраны соответствующие алгоритмы их решения.

4. Разработана методика проектирования мультисервисных сетей на основе многовариантной интеграции, охватывающая весь процесс проектирования сетей и позволяющая использовать на различных этапах наиболее удобные и эффективные методы обработки данных и оптимизации структуры сети.

5. Осуществлена разработка системы NMS-Extra, позволяющей применить на практике разработанное методическое обеспечение проектирования мультисервисных СПД и предназначенная для использования различными группами пользователей.

6. Реализован комплекс методов оценки и прогнозирования изменения трафика во времени на основе математической модели распространения эпидемии и регрессионных моделей, отличающийся возможностями построения комплексных прогнозов для мультисервисных сетей передачи данных.

7. Реализована процедура оптимизации расчетных экономических параметров при проектировании мультисервисных СПД на основе использования модели замкнутой экспоненциальной модели сети МО, а также комплекс процедур оптимизации, используемых на отдельных этапах проектирования муль-тисервисной сети для построения оптимального проекта на основе многовариантной интеграции.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пеньков, Алексей Викторович, 2005 год

1. Rubin I. Message Delays in FDMA and TDMA Communication Channels. IEEE Trans. Commun., vol. COM27, n. 5, May, 1979, pp. 769-777.

2. Nirenberg L. M. and Rubin I. Multiple Access Systems Engineering — A Tutorial. IEEE WESCON/78 Professional Program, Modern Communications Techniques and Applications, session 21, Los Angeles, September, 13, 1978.

3. Рындин A.A., Хаустович A.B. и др. Проектирование корпоративных информационных систем. Воронеж: Кварта, 2003.

4. Клейнрок Л. Коммуникационные сети: Пер. с англ. М.: Наука, 1975. -256 с.

5. Бесслер Р. Проектирование сетей связи / Бесслер Р., Дойч А., М.: Радио и связь, 1988. 272 с.

6. Теория телетрафика / Лившиц Б. С., Пшеничников А. П., Харкевич А. Д. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. . М.: Связь, 1979.224 е., ил.

7. GPSS/H User's Manual, Third Edition, (Annandale, VA: Wolverine Software Corp., 1989).

8. Сачков B.H. Введение в комбинаторные методы дискретной математики. М.:Наука, 1982, 384с.

9. MOD SIM II Reference Manual, CAC1 Products Company, La Jolla, CA, 1993.

10. Гридин B.H. Теоретические основы построения базовых адаптируемых компонентов САПР МЭА / Под ред. Г.Г.Рябова. М.:наука, 1989,256с.

11. Палмер М., Синклер Р.Б. Проектирование и внедрение компьютерных сетей. Учебный курс. -2-е изд., перераб. и доп. СПб.:БХВ-Петербург, 2004, 752с.

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

13. ATM Forum. Private Network-Network Interface Specification. Version 1.0, AF-PNNI-0055.000, March 1996.

14. Каплинский А.И., Чернышева Г.Д. Об одном способе построения адаптивных алгоритмов решения задач оптимизации с булевыми переменными // Автоматика и телемеханика, 1976. №10. с.66-77

15. Arena Reference Guide. (Sewickley. PA: Systems Modeling Corp., 1993).

16. Пеньков A.B. «Анализ технологий обеспечения мультисервисного доступа». Мужвузовская научная конференция. ВГТУ. 2005

17. Донец A.M., Львович Я.Е., Фролов В.Н. Автоматизированный анализ и оптимизация конструкций и технологии РЭА. М.:Радио и связь, 1983, 208с.

18. Хаустович А.В., Пеньков А.В. «Сравнение голосовых и интегрированных сетей передачи голоса и данных». Сборник «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах». Воронеж, 2005.

19. Теория телетрафика. / Штермер X., Белендорф Э., Бининда Н., Брейтшнайдер Г., Хоффман Э., Зухландт Г., Пер. с нем. Под ред. Башарина, М.: Связь. 1971. 320 с.

20. BONeS DESIGNER User's Guide, Version 2.5, (Foster City, CA: Comdixo Systems. Inc. 1993).

21. BONeS PlanNet User's Manual, Version 1.0, (Foster City, CA: Comdisco Systems. Inc., 1992).

22. Network II.5 User's Manual, Release 9.0. CAC1 Products Company, La Jolla, Cn. 1993.

23. SES/workbench User's Manual, Release2.1. Scientific and Engineering Software, Inc., Austin, TX, 1992.

24. SIMAN V Reference Guide, Systems Modeling Corp., Sewickly. PA, 1993.

25. COMNET III User's Manual, Release l.O. CAC1 Products Company, La Jolla, CA, 1993.

26. Борсут P.M. Цифровые сети проводной связи и распределения информации / М.: Моск.техн. ун-т связи и информат. 1993. 200 с.

27. SIMSCRIPTII.5 Refefence Handbook. САС1 Products Company, La lolla. С A, 1993.

28. SLAMSYSTEM User's Guide, Version 4.0, Pritsker Corp., Indianapolis, IN, 1992.

29. L"NET 11.5 User's Manual, CAC1 Products Company, La Jolla, Cn. 1993.

30. OPNET Modeling Manual, Release 2.4, MIL 3, Inc., Washington, DC,1993.

31. A. M. Law and W. D. Kelton, Simulation Modeling and Analysis, Second Edition, (New York McGraw-Hill, 1991).

32. Law Averili M. Simulation software or communications networks // Law Averili M., Mc.Comas Michael G. The state of the art. IEEE Commun.Mag.1994. 32. № 3. P. 44-50

33. V.Frost Traffic Modeling for Telecommunications Networks // V.Frost, B.Melamed. IEEE Communication Magasine. March. 1994.34. http://www.ciscoretail.com/sbnd/35. http://www.ciscowebtools.com/designer/36. http://www.netwizard.ru

34. Батищев Д.И., Львович Я.Е., Фролов B.H. Оптимизация в САПР. Воронеж, Изд-во Воронежского государственного университета, 1997. 416 стр.

35. Пеньков А.В. «Создание опорной сети оператора связи». Вестник ВГТУ. Интеллектуальные информационные системы. ВГТУ, 2002.

36. Вишневский В.М., Федотов Е.В. Анализ методов маршрутизации при проектировании сетей пакетной коммутации // 3-rd I.S. «Teletraffic Theory and Computing Modeling». София, 1992.

37. Рындин А. А. Автоматизация проектирования сетей передачи данных распределенных информационно-телекоммуникационных систем. // Рындин А. А., Сапегин С. В., Хаустович А. В. Воронеж: ВГТУ. 2001. 235 с.

38. Рындин А. А. Моделирование сетевого трафика в распределенных информационно-телекоммуникационных системах // Рындин А.А., Сапегин С.

39. B., Хаустович А. В. Высокие технологии в технике, медицине и образовании, часть 1: межвуз. сб. науч. тр., Воронеж 1999. С. 56-64.

40. Пеньков А.В., Сапегин С.В. «Построение территориальных мультисервисных сетей на основе Frame Relay». Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах, ВГТУ, 2002.

41. Пеньков А.В. «Моделирование локальных вычислительных сетей». Вестник ВГТУ. Серия САПР. 2003.

42. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд. / Пер. с англ. М.: Изд-во Бином, СПб.: Невский диалект, 1999 г. 560 с.

43. C.-Петербург. 15-18 мая 1996. С. 46-48.

44. Пеньков А.В., Васильев А.В. «Анализ качества речи в 1Р-телефонии». Международная научная конференция «Анализ и синтез как методы научного познания» (АС-2004), ТРТУ, Таганрог, 2004.

45. Васильев А.В., Пеньков А.В. «Технология сквозного проектирования в экономических системах». Вестник ВГТУ. Серия САПР. 2004.

46. Пеньков А.В., Золотухин А.В., Васильев А.В. «Интеллектуальное здание: стандарты и концепция развития». Вестник ВГТУ, Серия «САПР и системы автоматизации производства», 2004.

47. Хаустович А.В., Пеньков А.В. «Анализ построения корпоративной IP-видеотелефонии». Вестник ВГТУ, Серия «САПР и системы автоматизации производства», 2004

48. Хаустович А.В., Пеньков А.В. «Виртуальные частные сети MPLS». Сборник «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах». Воронеж, 2005.

49. Работа Пенькова А.В. выполнена на кафедре САПРИС Воронежского государственного технического университета. При построении территориальной ведомственной мультисервисной сети связи ЦЧБ СБ РФ были внедрены и использованы следующие результаты исследования:

50. Комплекс методов оценки и прогнозирования изменения различного типа трафика во времени, построение комплексных прогнозов для мультисервисных сетей передачи данных.

51. Процедура оптимизации расчетных экономических параметров при проектировании мультисервисных СПД.

52. Модель поиска оптимального решения на различных этапах проектирования мультисервисной СПД, обеспечивающая декомпозиционный подход, основанный на принципах многовариантной интеграции.

53. САПР сетей передачи данных.

54. Годовой экономический эффект от внедрения составил 110000 (сто десять тысяч) рублей.

55. Директор управления информатизации

56. И автоматизации банковских работ и Л^^ / В.А. Абрамов /1. ЦЧБ СБ РФ — —

57. Управляющий ГУ-ОПФР .Й|по Воронежской области vNr w А.Ф.Меркулов1. УТВЕРЖДАЮ1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

58. Работа Пенькова А.В. выполнена на кафедре САПРИС Воронежского государственного технического университета. При проектировании корпоративной ведомственной сети связи ГУ ОПФР по Воронежской области были применены следующие результаты исследования:

59. Методы оценки и прогнозирования сетевого трафика различных классов обслуживания, построение прогнозов развития для мультисервисных сетей передачи данных.

60. Процедура оптимизации пропускной способности и расчетных экономических параметров при проектировании мультисервисных СПД.

61. Система автоматизации проектирования мультисервисных сетей передачи данных.

62. Использование указанных результатов позволило повысить качество голосовой связи в сети, сократить затраты на проведение натурных испытаний, повысить эффективность выполнения работ по обслуживанию сети.

63. Начальник отдела информационных технологий ГУ ОПФР по Воронежской областио внедрении результатов диссертационной работы Пенькова А.В. в учебный процесс

64. Указанные результаты включены в учебный процесс ВГТУ на кафедре САПРИС и используются для проведения лабораторных работ по курсу «Сети ЭВМ и телекоммуникации».

65. Заведующий кафедрой САПРИС ^ ^—— Я.Е. Львович1. Ж 2005г.

66. Начальник учебного управления B.C. Железный1. Л>»т$е&Мя 2005г.