Разработка системы поддержки операций информационных процессов в сфере предоставления услуг связи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Хлюпин, Филипп Сергеевич

• Хлюпин, Филипп Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хлюпин, Филипп Сергеевич

Оглавление.

Введение.

Глава 1. Анализ существующих решений: клиент-сервер, кластер и пиринговые сети.

1.1 Технология «клиент-сервер».

Модели взаимодействия клиент-сервер.

Достоинтво и недостатки технологии «клиент-сервер».

1.2 Технология «кластер».Л.

Типы кластеров.

Высокопроизводительные вычисления.

Многопоточные системы.

Системы высокой надёжности.

Достоинства и недостатки технологии «кластер».

Логическая структура кластера.

Устройства памяти.

Программное обеспечение.

1.3 Пиринговые сети.

Алгоритмы.

1.4 Выводы из главы 1.

Глава 2. Процесс проведения адаптации комбинации методов «Распределённые хеш-таблицы» и «Семантическая маршрутизация» для совершенствования методики проектирования системы поддержки операций.

2.1 Адаптация алгоритма «распределенные хеш-таблицы».

2.2 Адаптация алгоритма «семантическая маршрутизация».

2.3 Описание взаимодействия между Алгоритмами «Распределённые Хеш-таблицы» и «Семантическая маршрутизация».

2.4 Метод повышения эффективности доставки и обработки служебной информации на основе комбинаций методов «Распределенные хеш-таблицы» и «Семантическая маршрутизация» в пиринговых сетеях.

2.4.1 Метод передачи данных в системе поддержки операций служебных информационных сообщений основанный на семантической маршрутизации и технологии распределённых хеш таблиц.

Глава 3. Процесс разработки иммитационной модели и аппаратно-программного комплекса моделирования системы поддержки операций.

3.1 Постановка задачи моделирования.

3.2 Цель моделирования.

3.3 Алгоритм моделирования.

3.4 Описание процесса работы системы поддержки служебных информационных сообщений. писание-.протокола DiameterRO.

3.5 Методы исследования.

315.1 Экспериментальное исследование.

3;5.2 Метод; статистических испытаний.

3.5.3 Аналитическое моделирование.!.

3.6 Результаты моделирования:.

3.6.1 Клиент-серверное решение.

3.6.2 Решение, основанное на предложенном методе.

3.6.3 Переход от тестового оборудования к продакшн.

Глава 4. Подтверждение адекватности алгоритма и аппаратно-программного комплекса для моделирования.

4.1 Объект исследования.

4.2 Цель мониторинга.

413 Процесс мониторинга.

4.3 Биллинг на основе пользовательской сессии.

4.4 Пример: пользователь пользуется услугой GPRS.

4.4 Результаты мониторинга.

Глава 5. Доказательство эффективности указанного алгоритма перед базовым решением.

5.1 Недостатки базового решения:.

5.2 Преимущества решения, основанного на оригинальном методе:.

5.3 Соотношение решения, основанного на оригинальном методе с базовым решением, и возможные проблемы, связанные с внедрением.

5.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы поддержки операций информационных процессов в сфере предоставления услуг связи»

В современном мире ни одно крупное предприятие невозможно представить без автоматизированной системы поддержки операций служебных информационных процессов. Практически все современные системы поддержки операций построены на основе технологии клиент-сервер, что значительно замедляет работу системы в реальном режиме времени в том-случае, если генерация заявок происходит на значительном расстоянии от системы, а также, если связь на этом расстоянии не надлежащего качества. Помимо1 этого, из-за постоянно растущего числа абонентов существенно увеличивается нагрузка на узлы сети, что приводит к значительным задержкам и перегрузкам системы. Поэтому актуальна задача поиска и обоснования использования более современных и эффективных распределенных сетевых информационных технологий, таких как пиринговые сети. Объект, исследования

Система поддержки операций служебных информационных сообщений, основанная на технологии пиринговых сетей, в частности их разновидностей: «Семантическая маршрутизация» и «Распределённые хеш-таблицы».

Цель диссертационной работы*

Сокращение времени ответа абоненту системы поддержки операций служебных информационных- сообщений за счет применения комбинации методов «Семантическая маршрутизация» и «Распределенные хеш-таблицы» при передаче данных в распределенных узлах модели пиринговой сети.

Данная комбинация методов позволит повысить быстродействие системы за счет перераспределения нагрузки на все компоненты системы и снижения нагрузки на каналы связи.

Для достижения поставленной цели были решены следующие научные и практические задачи:

1. Исследование базового клиент-серверного решения системы поддержки операций информационных служебных сообщений. Измерение времени ответа абоненту, в том числе, при локальных перегрузках.

2. Исследование особенностей методов передачи данных в пиринговых сетях, таких как «Gnutella», «Распределенные хеш-таблицы», «Семантическая маршрутизация» и «Freenet», а также исследование возможности их применения? в системе поддержки операций служебных информационных сообщений.

3. Разработка метода передачи данных, основанного на. адаптации методов «Распределённые хеш-таблицы»' и «Семантическая маршрутизация» для сокращения времени ответа абоненту от системы поддержки операций служебных информационных сообщений.

4. Разработка и исследование аппаратно-программого комплекса для оценки показателя времени ответа абоненту системы поддержки операций служебных информационных сообщений; учитывающего достоинства и недостатки комбинаций методов, выявленных в ходе исследования их особенностей.

5. Проверка на адекватность аппаратно-программного комплекса и лежащей в ее основе комбинации методов путем сравнения статистического материала, собранного в процессе мониторинга реальной сети, с результатами моделирования аналогичной сети в разработанном комплексе.

6. Обоснование области применения предложенного решения.

Методы исследования.

При выполнении диссертационной работы использовались методы теории вероятностей, математической статистики, теории случайных процессов, теории массового обслуживания, теории графов, а также инструментальное средство разработки программного обеспечения и симуляции запросов к системе (среда разработки РНР5), с получением статистической информации JMeter 2.5. Для запуска программного обеспечения использовалось современное оборудование фирмы Oracle (Sun Blade Х8420).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен метод повышения эффективности доставки и- обработка служебной информации на основе комбинаций методов «Распределенные хеш-таблицы» и «Семантическая маршрутизация» в, пиринговых сетях.

2. Разработана аналитико-имитационная модель на основе комплексного аппаратно-программного моделирования маршрутизации пакетов для управления системой поддержки операций в режиме реального времени.

3. Подтверждена адекватность указанной модели путем сравнения статистического материала, собранного в процессе мониторинга реальной сети, с результатами моделирования аналогичной сети в аппаратно-программном комплексе.

4. Доказана эффективность разработанной технологии по отношению клиент-серверным решением.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Создан аппаратно-программный комплекс моделирования маршрутизации пакетов для управления системой поддержки операций в режиме реального времени.

2. Разработан алгоритм обмена сообщениями между узлами сети, который обеспечивает сокращение времени ответа абоненту в системе поддержки операций служебных информационных сообщений.

Достоверность положений

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием метода аналитико-имитационного моделирования. Адекватность разработанного метода и модели подтверждена путем сравнения статистического материала, собранного в процессе мониторинга реальной сети, с результатами моделирования аналогичной сети в указанном комплексе.

Апробация работы.

Основные положения, теоретические выводы, и практические рекомендации диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседании кафедры «Информационные системы» ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин».

Реализация работы

Результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре «Информационные системы» ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин» и использованы при подготовке лабораторного практикума по дисциплине «Информационные сети» для студентов специальности 230201.65 «Информационные системы и технологии». Имеется акт о внедрении в учебный процесс;

Публикации

По. материалам диссертационной работы опубликованы 3 научные работы, включая две научные работы в рецензируемых журналах из Перечня ВАК РФ.

Основное содержание работы

В первой главе проводится анализ существующих решений: клиент-сервер, кластер и пиринговые сети, а также выявление их сильных и слабых сторон. Также, первая глава посвящена анализу алгоритмов в существующих пиринговых сетях таких как «Gnutella», «Распределенные хеш-таблицы», «Семантическая маршрутизация» и «Freenet».

Во второй главе описан метод повышения эффективности доставки и обработки служебной информации путём проведения адаптации комбинации методов «Распределённые хеш-таблицы» и «Семантическая маршрутизация» для совершенствования проектирования системы поддержки операций.

В третьей главе описан процесс разработки имитационной модели и аппаратно-программного комплекса моделирования системы поддержки у операции.

В четвертой главе подтверждается адекватность указанного алгоритма и аппаратно-программного комплекса для» моделирования, путем сравнения статистического материала, собранного В' процессе мониторинга реальной сети, с результатами моделирования аналогичной сети в программной среде.

В пятой главе приводится доказательство эффективности указанного алгоритма перед клиент-серверным решением.

На защиту выносятся:

1. Метод повышения эффективности доставки и обработки служебной информации на основе комбинаций методов «Распределенные хеш-таблицы» и «Семантическая маршрутизация» в пиринговых сетях.

2. Аналитико-имитационная модель на основе комплексного аппаратно-программного моделирования маршрутизации пакетов для управления системой поддержки операций в режиме реального времени.

3. Подтверждение адекватности и оценка точности указанного метода и программной среды моделирования на основе натурного эксперимента.

4. Доказательство эффективности разработанной технологии по отношению клиент-серверным решением.

5. Обоснование области эффективного применения предложенного метода.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Хлюпин, Филипп Сергеевич

Основные выводы и результаты работы

1. Решена задача, имеющая существенное значение в области передачи данных, заключающаяся в сокращении времени ответа абоненту в системе поддержки операций служебных информационных сообщений. решения и после реконструкции)

2. Разработан метод передачи данных для сокращения времени ответа абоненту от системы поддержки операций служебных информационных сообщений на основе исследования особенностей методов передачи данных в пиринговых сетях «Распределённые хеш-таблицы» и «Семантическая маршрутизация».

3. Разработана аналитико-имитационная модель на основе аппаратно-программного комплекса для оценки показателя времени ответа абоненту системы поддержки операций служебных информационных сообщений.

4. Подтверждена адекватность моделирования и лежащего в его основе метода путем сравнения статистического материала, собранного в процессе эксплуатации реальной сети, с результатами моделирования.

5. Результаты выполненных исследований заинтересуют предприятия, основная деятельность которых связанна с предоставлениями услуг связи, а также в учебном процессе в технических ВУЗах по направлению 230201.65 «Информационные системы и технологии».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хлюпин, Филипп Сергеевич, 2011 год

1. Хлюпин Ф.С. Маршрутизация в пиринговых сетях // Электронный журнал «Вычислительные Сети, Теория и практика», №1 (14):4.1, 2009 г, http://network-journal.mpei.ac.rii/cgi-bin/main.pl?l=ru&n=14&pa=4&ar=l .

2. Официальный сайт проекта Freenet // http://freenetproject.org/

3. Страница проекта Chord*// http://pdos.csail.mit.edu/chord/

4. Даниил Кальченко «Пиринговые сети» // КомпьютерПресс http://www.compress.ru/Archive/CP/2005/10/39/

5. Официальный пресс релиз Adobe Stratus // Оффициальный сайт компании Adobe http://www.adobe.com

6. Описание DHT протокола // http://dictionary.sensagent.com/DHT/ru-ru/

7. Авен О.И., Турин A.A., Коган Я.М. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем. М.: Наука, 1982. - 464 с.

8. Алиев Т.И. Математические методы теории вычислительных систем. Л.: ЛИТМО, 1979.-92 с.

9. Альянах И.Н. Моделирование вычислительных систем. Л.: Машиностроение, 1988. -224 с.

10. Барановская Т.П. и др. Архитектура компьютерных систем и сетей. / Барановская Т.П., Лойко В.И., Семенов М.И., Трубилин А.И. М.: Финансы и статистика, 2003. - 256 с.

11. Бахвалов Л.А. Моделирование систем. Учебное пособие для вузов. Изд-во МГГУ, 2006.

12. Башарин Г.П., Толмачев А.Л. Теория сетей массового обслуживания и её приложения к анализу информационно-вычислительных систем. / Итоги науки и техники / ВИНИТИ. М.:1983 т.21. с. 172-179.

13. Березина Л. Ю. Графы и их применение. М.: Просвещение, 1979, 144 с.

14. Березко М. П., Вишневский В. М., Левнер Е. В., Федотов Е. В., Математические модели исследования алгоритмов маршрутизации в сетях передачи данных. Журнал "Информационные процессы", т. 1, № 2, 2001. с. 103-125.

15. Бестугин А.Р. и др. Контроль и диагностирование телекоммуникационных сетей. / Бестугин А.Р., Богданова А.Ф., Стогов Г.В. -СПб: Политехника, 2003. 174 е.: ил.

16. Блэк Ю. Сети ЭВМ: пртоколы, стандарты, интерфейсы. М.: Мир, 1990-506с.: ил.

17. Болынев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Изд-во «наука», 1965.

18. Бусленко В. Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М.: Наука, 1977. 240 с.

19. Бусленко Н.П. и др. Метод статистических испытаний (методМонте-Карло). / Бусленко Н.П., Голенко Д.И., Соболь И.М., Срагович В.Г., Шрейдер Ю.А. / М.: Физматгиз, 1962.

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

21. Вуколов В. Э. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTICA® и Excel. -М.:ФОРУМ: ИНФА-М, 2004.

22. ГОСТ Р ИСО 9000-2001. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.

23. ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99 Информационная технология. Взаимосвязь открытых систем. Базовая эталонная модель. Часть 1. Базовая модель

24. Данилин Г.Г., Зарвигоров Д.А. Оценка качества структур кампусных вычислительных сетей. Вестник Московского энергетического института. 2008, №2, с. 90-94.

25. Денисов Е.А. Комплексная оценка эффективности методов иерархической распределенной адаптивной маршрутизации в корпоративных вычислительных сетях. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: Станкин, 2002.

26. Домрачев В.Г., Безрукавный Д.С., Калинина Э.В., Ретинская И.В., Скуратов А.К. Нечеткие методы в задачах мониторинга сетевого трафика. «Информационные технологии, 2006, №3, с. 2-10.

27. Енюков И.С., Ретинская И.В., Скуратов А.К. Статистический анализ и мониторинг Интернет-сетей. М.: Изд-во «Финансы и статистика», 2004.

28. Жожикашвили Е.А., Вишневский В.М. Сети массового обслуживания.i

29. Теория и практика применения к сетям ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988. 192 с.

30. Зайцев С.С. Описание и реализация протоколов сетей ЭВМ. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. 272 с.

31. Закер К. Компьютерные сети. Модернизация. Поиск неисправностей, СПб, БВХ-Петербург, 2002. 1008 с.

32. Зарвигоров Д.А. Разработка методики выбора структуры корпоративной информационно-вычислительной сети. Авторефератдиссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, МЭИ, 2009.

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

34. Золотов С. Протоколы Интернет. СПб.: ВНУ-Санкт-Петербург, 1998.

35. Климанов В.П. Методология анализа вероятностно-временных характеристик ЛВС составных топологий на основе аналитического моделирования. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. М.: МЭИ, 1992 г. 388с.: ил.

36. Климанов В.П. Методы разработки аналитических моделей для анализа локальных вычислительных сетей, используемых в . управлении технологическими процессами. / под ред. Еремеева А.П., М.:Изд-во .>ЛЗИ, 1995.- 115 с.

37. Климанов В.П. Разработка математических моделей и анализ эффективности вычислительных систем. / под ред. Ю.П. Кораблина. М.: ЗЯзД" во МЭИ, 1992.-103с.

38. Климанов В.П., Сутягин М.В. Корпоративные информациоНН°~ вычислительные сети. Технологии и модели. М.: ГОУ ВПО ГуН"^^ «Станкин», 2009. 243с.

39. Кокс Д., Льюис П. Статистический анализ последовательностисобытий. М.: «МИР», 1969.

40. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Изд-во «наука», 1968.

41. Шербо В.К. и др. Стандарты по локальным вычислительным сегся^л-Справочник. М.: Радио и связь, 1990. - 304 е.: ил:

42. Щербо В.К. Стандарты вычислительных сетей. Взаимосвязи сетей. Справочник М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2000, - 267 с.

43. Щербо В.К. Протоколы маршрутизации Internet. Журнал "Открытые системы" № 11-12, 1999: http://www.osp.ru/os/1999/ll-12/021.htm.

44. Юдаева Н. В. Динамическое управление маршрутизацией в сетях массового обслуживания. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Саратовский Государственный университет, 2000.

45. Якубайтис Э. А. Архитектура вычислительных сетей. М.: Статистика, 1980.-279 с.

46. ANSI/IEEE Standard 802.1D-2004: Media access control (MAC) Bridges

47. Configuring IP routing protocols материалы сайта http://wwwxisco.eom/en/US/docs/ios/l I0/router/configuration/gde/ciproute.html

48. Gigabit Campus Network Design Principles and Architecture. Cisco Systems Inc. White paper, 1999 -http://www.cisco.com/application/pdCen/us/guest/netsol/ns432/c649/ccmigration 09186a00805fccbf.pdf

49. IEEE Standard 802.3-2005: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications

50. Кокс Д., Лыоис П. Статистический анализ последовательности событий. М.: «МИР», 1969.

51. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Изд-во «наука», 1968.

52. Кульгин М. В. Коммутация и маршрутизация IP и IPX-трафика. М.: КомпьютерПресс, 1998, 320 с.

53. ISO/IEC 11801: Ed 2.1 2008-05. Информационные технологии. Структурированная кабельная система для помещений заказчиков. Издание 2.1.

54. ISO/IEC Standard 7498-1:1994: Open systems Interconnection Basic Reference Model

55. Pierre Francois, Clarence Filsfils, John Evans, Olivier Bonaventure Achieving subsecond IGP convergence in large IP networks -http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns34 l/ns524/ns610/cf-je-ccr-igp-convergence.pdf

56. Russ White. Caveats in Testing Routing Protocol Convergence // The Internet Protocol Journal Volume 8, Number 4 - http://www.cisco.com/ web/about/acl23/acl47/archivedissues/ipj8-4/testingrouting.html

57. Russ White. High availability in routing // The Internet Protocol Journal -Volume 7, Number 1 http://www.cisco.com/web/about/acl23/acl47/ archivedissues/ipj7-1 /highavailabilityrouting.html

58. Oracle CSI. Using the Diameter Ro Interface Application for Online Charging // пер. ст. из документации по протоколу DIAMETER RO. http://download.oracle.com/docs/cd/E1320901/wlcp/wlss30/programming/diamet erro.html

59. Ericsson CSI Service Aware Support Node // пер. ст. из документации по программному комплексу. http://www.ericsson.com/ourportfolio/products/service-aware-support-node-sasn?nav=fgb101214|fgb101256

60. Климанов В.П. Хлюпин» Ф.С. Анализ эффективности технологии пиринговых сетей при распределенной обработке большого объема данных // Естественные и технические науки, № 5, 2011

61. Климанов В.П., Хлюпин Ф.С. Анализ эффективности маршрутизации в пиринговых сетях // ВЕСТНИК МГТУ «Станкин», №4, 2011

62. Литвинюк А.А. JXTA: будущее пиринговых сетей// Преодическое интернет издание Одноранговые сети (Р2Р) http://p2pinside.ru/story/8 8 .html

63. RecordingControllerguiclass="RecordController" testclass="RecordingController" testname-'RecordingController" enabled="true"/> <hashTree>

64. Управление интерактивом1, array(new componentarticle( 'accounts',