Разработка методов оптимизации распределения ресурсов в сетевых информационных системах предприятий электросвязи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Терехов, Вадим Исаакович

• Терехов, Вадим Исаакович
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Терехов, Вадим Исаакович

ВВЕДЕНИЕ.

1. Обзор современного состояния вопросов построения информационных систем.

1.1 Обзор современных технологий, используемых в ИС.

1.1.1 Обзор сетевых технологий.

1.1.2 Платформенные решения для серверов СУБД.

1.1.3 Распределённые базы данных. Основные понятия и технологии

1.1.4 Построение ИС предприятий электросвязи исходя из концепции TMN.

1.1.5 Современные подходы к автоматизированному проектированию ИС.

Обзор CASE - технологий.

1.2 Обзор методик оптимального размещения данных и программных элементов в информационных системах.

2. Анализ параметров информационных систем.

Методики измерений и расчётов.

2.1 Методики измерения параметров нагрузки в ИС.

2.2 Выбор моделей для описания компонентов ИС и расчёта параметров производительности.

2.3 Дополнительные характеристики информационных систем.

3. Аналитические модели оптимального распределения ресурсов в информационной системе.

3.1 Решение задачи оптимального распределения данных.

3.1.1 Описание модели.

3.1.2 Алгоритм поиска оптимального решения.

3.1.3 Результаты использования модели для поиска оптимального решения.

3.1.4 Подход к учёту характеристик надёжности при поиске оптимального размещения данных.

3.1.5 Использование модифицированной модели поиска оптимального размещения данных при проектировании системы роуминга таксофонных карт.

3.2 Решение задачи оптимального размещения объектов.

3.2.1 Модель распределённой ИС, построенной на основе объектно-ориентированного подхода.

3.2.2 Практический пример использования модели.

3.3 Обобщённая методика для построения информационной системы оператора связи в соответствии с концепцией TMN.

4. Имитационная модель распределённой клиент-серверной системы.

4.1 Имитационное моделирование ИС.

4.2 Описание модели.

4.3 Результаты моделирования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов оптимизации распределения ресурсов в сетевых информационных системах предприятий электросвязи»

В течение последнего десятилетия, очевидно, наметилось ускорение темпов изменения рыночных конъюнктур. Это, в свою очередь, приводит к необходимости постоянного изменения и пересмотра производственной и управленческой деятельности предприятия. Чтобы устоять в конкурентной борьбе, производители товаров и услуг должны постоянно быть готовы удовлетворить растущие требования потребителей, иначе это сделает кто-то другой. Один из путей повышения эффективности функционирования предприятия - это использование методик реконструкции бизнес-процессов (business process reengineering - BPR). В основе этих методик лежат работы по постоянному совершенствованию стратегии фирмы, ориентированной на перспективные требования клиентов, разработка новых бизнес-правил, позволяющих снизить затраты, пересмотр структуры предприятия с целью повысить эффективность [15, 16, 17]. Один из путей повышения эффективности выполнения бизнес-операций - это использование информационных систем.

Диапазон решений в области информационных систем весьма широк, начиная от приобретения программных продуктов для автоматизации типовых бизнес-операций и заканчивая системами комплексной автоматизации предприятий и учреждений (системы класса MRP и ERP). Информационная система (ИС) может поставляться в коробочной версии, в виде комплексного решения, предлагаемого компанией-разработчиком, разрабатываться собственными силами либо с привлечением специализированных фирм-разработчиков. В любом случае ИС должна отвечать особенностям прикладной (предметной) области. Практика показывает, что создание серьёзных ИС зачастую требует значительных средств; для проектирования, разработки и внедрения ИС требуется много времени, в результате чего ИС часто устаревают и перестают отвечать требованиям прикладной области.

Поэтому необходимо уделять большое внимание разработке методов автоматизированного проектирования ИС [49].

Отрасль телекоммуникаций, являясь одной из отраслей национальной экономики, испытывает на себе те же процессы, что и другие отрасли. Так, крупные предприятия связи (традиционные операторы) давно утратили положение монополистов в отрасли и вынуждены бороться за своего клиента и свою часть рынка. При этом единственный способ выиграть в конкурентной борьбе - это предлагать более широкий спектр услуг, более высокого качества и по минимально возможной цене. Один из основных путей достижений обозначенных выше целей - это всё то же совершенствование бизнес-процессов, а именно, совершенствование системы управления на предприятии.

В развитии системы управления на предприятиях связи можно выделить следующие этапы, обусловленные прежде всего техническим совершенствованием средств связи:

- Этап ручного труда (до 1970). Техническое обслуживание в ручном режиме, отсутствие систем расчётов и бух. учёта.

- Механизация (1970-1980). Механизация типовых операция по техническому обслуживанию сети. Разработка отдельных модулей программного обеспечения для автоматизации конкретных операций.

- Централизация (1980-1988). Создание центров технического обслуживания. Создание единых баз данных клиентов. Проведение единой учётной и экономической политики. Разработка централизованных автоматизированных систем расчётов.

- Автоматизация (1988-1994). Внедрение автоматизированных систем технического обслуживания (централизованные бюро ремонта, системы эксплуатации и технического обслуживания, системы администрирования и поддержки). Внедрение централизованных автоматизированных систем расчётов, систем ведения линейной бухгалтерии. Внедрение систем автоматизированного ведения бухгалтерского учёта и систем управления ресурсами.

- Интеграция (начиная с 1994). Переход к этому этапу обусловлен формированием целостного взгляда на функционирование предприятия электросвязи. Ведущую роль в этом процессе сыграло появление TMN - целостной концепции проектирования системы управления сетью на всех уровнях [75].

К сожалению, приведённая периодизация соответствует темпам развития лидирующих компаний ведущих зарубежных стран, в нашей же стране предприятия отрасли ещё не полностью прошли этап автоматизации и не готовы к развёртыванию интегрированных систем, соответствующих концепции TMN. Однако последнее обстоятельство не умаляет ценности данной концепции.

В настоящее время в отрасли телекоммуникаций можно выделить следующие основные направления развития автоматизированных систем управления:

- Управление финансово-экономической деятельностью. На данном направлении автоматизируются задачи: финансового планирования, бюджетирования, прогнозирования, оперативного (управленческого) учёта, бухгалтерского учёта и финансово-экономического анализа. В качестве решений в данной области используются системы, соответствующие стандартам MRP, MRPII и ERP.

- Управление технологическими процессами. Данное направление закрывает следующие задачи: управление расчётами за услуги связи (автоматизированные системы расчётов, приёма платежей, транзакционные системы на основе пластиковых карт), управление взаимодействием с клиентом системы класса CRM, управление средствами и сетями связи (системы технического учёта, системы автоматизации технического обслуживания), управление корпоративным документооборотом.

- Системы поддержки приятия решений. Хранилища данных и системы аналитической обработки данных (OLAP и DataMining).

Как видно из приведённого далеко не полного перечня, диапазон решений в области информационных систем, используемых на предприятиях связи, достаточно широк. Однако можно отметить следующие общие черты, характерные для большинства информационных систем, внедряемых на предприятиях отрасли:

- Абсолютное большинство систем построено на базе серверов СУБД. Этот факт связан с теми очевидными преимуществами, которые даёт использование серверов СУБД, а именно: надёжность и безопасность хранения данных, увеличение производительности системы за счёт кэширования, снижение нагрузки на каналы, рабочие станции и сервера приложений. Однако переход от режимов разделения файлов к клиент-серверным и многозвенным технологиям практически перечеркнул богатый научный опыт построения оптимальной структуры информационных систем, базирующихся на разделении файлов.

- Большая часть информационных систем на предприятиях электросвязи использует существующую корпоративную сеть, базирующуюся на первичной цифровой сети. Простая экономическая целесообразность приводит к необходимости совместного использования первичной сети одновременно для оказания услуг и в качестве транспортной сети для корпоративных информационных систем. В связи с этим потеряла свою актуальность задача синтеза структуры коммуникационных сетей исходя из потребностей конкретных информационных систем.

- Большинство внедряемых систем создаётся специализированными предприятиями-разработчиками (зачастую всемирно известными). По этой причине задачи оптимизации структурных параметров баз данных выпадают из сферы влияния предприятия связи (заказчика) и полностью возлагаются на разработчика программного обеспечения.

Таким образом, обобщая сказанное выше, можно отметить, что усилия специалистов предприятий связи, занимающихся внедрением ИС, должны сконцентрироваться на поиске оптимальных конфигураций внедрения. При этом одними из основных становятся задачи оптимального размещения данных и оптимального размещения программных элементов по серверам и узлам корпоративной сети. Именно через выбор той или иной конфигурации: централизованной, распределённой или частично распределённой, на основе готовой настраиваемой системы, возможно построение информационной системы, в большей мере удовлетворяющей требованиям пользователей по производительности и надёжности.

В данной работе будут рассмотрены вопросы проектирования информационных систем для предприятий электросвязи, при этом особое внимание уделяется вопросам оптимального размещения ресурсов в информационных системах. Будет приведён обзор современных промышленных технологий, используемых при проектировании ИС. Также будут рассмотрены известные модели на основе теории массового обслуживания, используемые для описания компонентов информационных систем. В том числе будет предложено использовать одну из известных моделей СМО для описания процесса репликации данных в распределённых ИС. В практической части работы будет приведены результаты измерений параметров производительности компонентов ИС и проведён анализ допустимости использования моделей теории очередей. Автором будут предложены методики построения модели для поиска оптимального размещения таблиц по серверам СУБД в распределённых ИС и модели для оптимального распределения объектов по узлам сети. В заключение предложен подход к имитационному моделированию клиент-серверных ИС.

Полученные в работе результаты могут быть положены в основу общей инженерной методики проектирования информационных систем для предприятий связи.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Терехов, Вадим Исаакович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным научным результатом работы является разработанная методика оптимизации информационных систем предприятий связи в части оптимального размещения данных и программных элементов по узлам корпоративной сети. Предлагаемая методика основывается на теории очередей и подкрепляется проведёнными измерениями параметров производительности информационных систем и результатами имитационного моделирования.

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана модель для поиска оптимального размещения таблиц реляционной базы данных по узлам распределённой информационной системы.

2. Преложен эвристический алгоритм для поиска оптимального решения на основе построенной модели.

3. Проведена практическая апробация предлагаемого метода при проектировании автоматизированной расчётной системы оператора связи.

4. Предложена модель для оптимального размещения объектов (данных и программных элементов) по узлам распределённой информационно-вычислительной системы, для систем, спроектированных на основе объектно-ориентированного подхода.

5. На основе теории очередей предложена модель процесса синхронизации данных в распределённых информационных системах.

6. Проанализированы критерии поиска оптимальных решений в задачах размещения данных и предложено дополнить традиционный список параметрами структурной надёжности элементов.

7. Проведены измерения параметров производительности компьютерных сетей, подтвердившие возможность использования известных моделей теории очередей для анализа параметров производительности клиент-серверных ИС.

8. Предложена имитационная модель клиент-серверной ИС.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Терехов, Вадим Исаакович, 2002 год

1. Альянах И.Н., Моделирование вычислительных систем. -Л.: Машиностроение, 1988.

2. Арсеньев Б.П., Яковлев С.А. Интеграция распределённых баз данных. -СПб.: Издательство "Лань", 2001.

3. Астапчук В.А., Воевода А.А., Коротиков С.В. О проблемах оптимального построения распределенных информационных систем. // Научный вестник НГТУ. -1999. №2(7).

4. Башарин Г.П., Бочаров П.П. и др. Анализ очередей в вычислительных сетях. Теория и методы расчёта. -М.: Наука, 1989.

5. Бертсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных. Пер. с англ. -М.: Мир, 1989.

6. Богуславский Л.Б., Дрожжинов В.И. Основы построения вычислительных сетей для автоматизированных систем. -М.: Энергоатомиздат, 1990.

7. Карманов В.Г. Математическое программирование. -М.: "Наука", 1975.

8. Вендров A.M. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. -М.: Финансы и статистика, 2000.

9. Евреинов Э.В., Хорошевский В.Г. Однородные вычислительные системы.-Новосибирск: "Наука", 1978.

10. Заборовский B.C., Рязанов М.Г. Управление в компьютерных сетях: концепция сетевых процессоров. // "Демиург". -1998. -№1.

11. Захаров Г.П. Методы исследования сетей передачи данных. -М.: Радио и связь, 1982.

12. Захаров Г.П. Сети передачи данных. Часть II. -Л.: ЛЭИС, 1977.

13. Захаров Г.П. Сети передачи данных. Часть III. -Л.: ЛЭИС, 1979.

14. Зиндер Е.З. Новое системное проектирование: информационные технологии и бизнес-реинжениринг. // "СУБД" -1995. -№4.

15. Зиндер Е.З. Новое системное проектирование: информационные технологии и бизнес-реинжениринг. Часть 2: бизнесс-ренижиниринг. // "СУБД"-1996. -№1.

16. Зиндер Е.З. Новое системное проектирование: информационные технологии и бизнес-реинжениринг. Часть 3: методы нового системного проектирования // "СУБД" -1996. -№2.

17. Иглхарт Д.Л., Шедлер Д.С. Регенеративное моделирование сетей массового обслуживания: Пер. с англ. -М.: Радио и связь, 1984.

18. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. -М.: Мир, 1979.

19. Кокс Д.Р., Смит У.Л. Теория очередей. -М.: Издательство "Мир", 1966.

20. Колесников Д.Г. Оптимизация размещения информационных файлов в сетях ЭВМ с параллельной обработкой // Приложение к журналу "Научная мысль Кавказа". 1998. №1. С.43-49.

21. Колесников Д.Г., Остроух Е.Н. Построение модели оптимального размещения копий информационных файлов по узлам сети ЭВМ // Материалы конференции "Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности". Тезисы докладов. -Таганрог: ТРТУ, 1998.

22. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. Т.1: Учеб. пособие. -Новосибирск: Сиб. предприятие "Наука" РАН, 1998.

23. Кульба В.В. и др. Теоретические основы проектирования оптимальных структур распределённых баз данных. -М.: СИНТЕГ, 1999.

24. Ланге О. Оптимальные решения. Основы программирования. -М.: Издательство "Прогресс", 1967.

25. Лившиц Б.С., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика. Учебник для вузов. -М.: Связь, 1979.

26. Лонгботтом Р. Надёжность вычислительных систем: Пер. с. англ.-М.: Энергоатомиздат, 1985.

27. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. -М.: Радио и связь, 1988.

28. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. -М.: Мир, 1980.

29. Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. -М.: Финансы и статистика, 1984.

30. Мартин Дж. Системный анализ передачи данных. Т.И Проектирование систем передачи данных. Пер. с англ. -М.: Издательство "Мир", 1975.

31. Мартин Дж. Системный анализ передачи данных./ Пер. с англ.-М.: Мир, 1975.

32. Нейман В.И. Новое направление в теории телетрафика. // Электросвязь. -1998. -№7. С. 27-30.

33. Нейман В.И. Самоподобные процессы и их применение в теории телетрафика.// Труды Международной академии связи. -1999. -№ 1(9). С. 11-15.

34. Петров М.Н. Вероятностно-временные характеристики в сетях и системах передачи интегральной информации: Научное издание. -Красноярск, 1997.

35. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. -М.: "Наука", 1968.

36. Сервер Огас1е8. Версия 8.0.4. Настройка производительности. Oracle Press, 1998.

37. Сервер Oracle8. Версия 8.0.4. Распределённые базы данных. Oracle Press, 1998.

38. Сотсков Б.С. Основы теории и расчёта надёжности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. -М.: "Высшая школа", 1970.

39. Столяров Б.А. Оптимизация структуры сетей ЭВМ с распределённой базой данных.// Оптимизационные задачи в автоматизированных системах управления.-М.: ИЛУ АН СССР, 1981.-С. 111-113.

40. Терехов В.И., Соколов Д.Е., Треногин Н.Г. Мониторинг и анализ трафика в IP-сетях: комплексный подход. // Материалы Международной научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций". Новосибирск: СибГУТИ, 2001.

41. Терехов В.И., Треногин Н.Г. Имитационная модель клиент-серверной ИС. // Материалы Международной научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций". Новосибирск: СибГУТИ, 2002.

42. Терехов В.И., Треногин Н.Г. Моделирование процесса репликации данных// Материалы Российской научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций". Новосибирск: СибГУТИ, 2000.

43. Терехов В.И., Треногин Н.Г. Принципы имитационного моделирования вычислительных систем предприятий связи. // Материалы Международной научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций". Новосибирск: СибГУТИ, 2002.

44. Терехов В.И., Треногин Н.Г. Проблема организации автоматизированной системы расчётов на предприятии связи.// Материалы Российской научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекоммуникаций". Новосибирск: СибГУТИ, 2000.

45. Технологии IBM для электронного бизнесса. -М.: ИПО "Лев Толстой", 2001.

46. Треногин Н.Г., Терехов В.И. Методика размещения данных при проектировании биллинговых систем. // Электросвязь. -2002. -№3.

47. Треногин Н.Г., Терехов В.И. Решение задачи оптимизации структуры информационной системы в рамках объектно-ориентированного подхода.// Информационные технологии. 2002. -№12. (В печати.)

48. Треногин Н.Г., Терехов В.И., Шувалов В.П. Роуминг безактивных электронных карт и организация биллинговой системы.// Материалы IV Международной конференции "Современные информационные технологии. СИТ 2000". Новосибирск, 2000.

49. Перспективы развития современных средств и систем телекоммуникаций". Новосибирск: СибГУТИ, 1999.

50. Хорошевский В.Г. Инженерный анализ функционирования вычислительных машин и систем. -М.: Радио и связь, 1987.

51. Цегелик Г.Г. Системы распределённых баз данных. -Львов.: Свит, 1990.

52. Шакун Г.И. и др. Отказоустойчивость систем передачи данных. -М.: Радио и связь, 1984.

53. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2-х ч. Ч. I: Пер. с англ. М: Наука, 1992.

54. Шварц М. Сети ЭВМ. Анализ и проектирование. Пер. с англ. -М.: Радио и связь, 1981.

55. Шварцман В.О., Михалёв Д.Г. Расчёт надёжностных характеристик трактов передачи данных. -М.: "Связь", 1975.

56. Шнепс М.А. Системы распределения информации. Методы расчёта: Справ, пособие. М.: Связь, 1979.

57. Щедрин Н.И., Кархов А.Н. Математические методы программирования в экономике. -М.: "Статистика", 1974.

58. Янбых Г.Ф., Столяров Б.А. Оптимизация информационно-вычислительных сетей. -М.: Радио и связь, 1987.

59. Burkhard W.A., Menon J. Disk Array Storage System Reliability.

60. Cisco System. Internetworking Technology Overview. Cisco Press, 1999.

61. Interactive Web Service via Satellite to the Home // IEEE Communications Magazine, March, 2002, pp. 182-188.

62. ITU-T Recommendation M.3000 Overview of Telecommunication Management Network Recommendation, 1992.

63. ITU-T Recommendation M.3010 Principles for a Telecommunication Management Network, 1996.

64. Jenq B.-C., Kohler W.H., Towsley D. A Queuing Network Model for a Distributed Database Testbed System.// IEEE Transaction on Software Engineering, Vol. 14, No.7, 1988.

65. Kalampoukas L., Varma A. and Ramakrishnan К. K., "Two-Way TCP Traffic over ATM: Effects and Analysis", in Proceedings of IEEE INFOCOM'97, Kobe, Japan, April 1997.

66. Khunboa C., Banerjee S. Network Traffic Characterization of Distributed Database Application.// In Proceedings of the 31st Annual Simulation Symposium, pp. 98-105, 1998.

67. Lavenberg S.S. Computer performance modeling handbook. -N.Y.: Academic Press. 1983.

68. Lim S.-J., Ng Y.-K. Vertical Fragmentation and Allocation in Distributed Deducative Database System.

69. Lindqvist M., Repo P., Soinio M., "Evolution Network Management", St. Petersburg Regional International Teletraffic Seminar, Digital Communication Network Management, Proceeding, LONIIS, St. Petersburg, 15-20 June, 1993, p.p. 88-103.

70. Matthews W., Cottrell L. The PingER Project: Active Internet Performance Monitoring // IEEE Communication Magazine, May, 2000, pp. 130-136.

71. McGregor Т., Braun H.-W., Brown J. The NLANR Network Analysis Infrastructure // IEEE Communication Magazine, May, 2000, pp. 144-151.

72. Measurement and Analysis of IP Network Usage and Behavior // IEEE Communication Magazine, May, 2000, pp. 144-151.

73. Menasce D.A., Almeida V.A.F. Performance of Client/Server System. // Performance Evaluation, LNCS 1769, pp. 201-218, 2000.

74. Ozsu M.T., Valduriez P. Distributed database system: where are we now? // IEEE Computer, Vol.24, No.8, 1991.

75. Park K., Kim G., Crovella M., "On the effect of traffic self-similarity on network performance", in Proc. of the 1997 SPIE International Conference on Performance and Control of Network Systems.

76. Paxson V., Floyd S. Wide-Area Traffic: The Failure of Poisson Modeling, 1995.

77. RFC 1157. Simple Network Management Protocol (SNMP).

78. RFC 1180. A TCP/IP Tutorial.

79. RFC 1662. Point-to-Point Protocol (PPP).

80. RFC 815. IP Datagram Reassemble Algorithms.

81. Sheikh F., Woodside M. Layered Analytic Performance Modeling of Distributed Database System. -Ottawa, 1997.

82. Suri N., Hugue M.M., Walter C.J. Reliability Modeling of Large Fault-Tolerant System.