Основным научным направлением кафедры является разработка аппаратных, программных и алгоритмических средств измерительно-вычислительных комплексов контроля сложных технических и производственных объектов.
С 1980-х гг. на кафедре, как и во всей отрасли приборостроения, начался переход от электромеханики к электронике и вычислительной технике. В 1988 г. на одном из ведущих предприятий в области приборостроения — Ульяновском конструкторском бюро приборостроения — был создан филиал кафедры (руководитель канд. техн. наук, ген. директор ОАО УКБП Н. Н. Макаров).
С 1984 г. кафедрой заведует д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии Правительства РФ в области науки Валерий Алексеевич Мишин. В настоящее время на кафедре работают и ведут занятия четыре доктора технических наук, профессора В. А. Мишин, Л. И. Волгин, Г. В. Медведев, С. К. Киселев.
На кафедре действуют все формы высшего образования — идет подготовка бакалавров ("Приборостроение"), инженеров ("Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы", "Информационные системы и технологии"), магистров ("Информационные измерительные технологии"). Квалификация выпускников высоко ценится работодателями. Команда УлГТУ, представленная студентами кафедры, в 2006 и
2007 гг. занимала первое место на Всероссийской студенческой олимпиаде по информатике среди непрофильных специальностей.
На кафедре эффективно работает аспирантура по трем научным специальностям — 05.11.05; 05.13.05 и 05.13.12 — и докторантура по специальности 05.11.05.
Научные проекты преподавателей кафедры высоко оцениваются не только в России, но и за рубежом. В последнее время они оценены на Всемирных салонах изобретений в Женеве и Выставке инноваций и новой техники в Нюрнберге золотыми, серебряными и бронзовыми медалями. Так, например, на Международной выставке изобретений в Женеве в 2004 г. два патента РФ — № 2173859 "Устройство для измерения емкости конденсатора" и № 2196966 "Датчик для измерения уровня жидкости" (авторы В. А. Мишин, Г. В. Медведев, В. Н. Шивринский) — получили золотую медаль, а проект "Универсальная среда разработки программного обеспечения для встраиваемых систем реального времени ВЛКЭЫХ" (авторы В. В. Шишкин, В. В. Улыбин) на Международной выставке изобретений в г. Женеве в 2007 г. получил бронзовую медаль.
Ниже публикуется тематическая подборка статей1 сотрудников факультета "Информационные системы и технологии" УлГТУ.
УДК 658.512(083.58)
СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАФИКА
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЙ И КАЧЕСТВЕННЫХ ОЦЕНОК
Н. Г. Ярушкина, А. С. Макеев, А. А. Стецко
Рассмотрена система моделирования трафика корпоративной сети с применением качественных оценок с целью корректировки стандартных протоколов маршрутизации.
ВВЕДЕНИЕ
Для повышения эффективности использования корпоративных сетей (КС) необходимо учитывать их качественные оценки характеристик. Так, при проектировании КС в алгорит-
1 Начало. Продолжение подборки статей см. в № 12, 2007.
мах маршрутизации следует учитывать такие дополнительные факторы сети, как временные перегрузки, периодичность изменения параметров сетевых устройств и каналов связи, информацию о протоколах маршрутизации, характере трафика, а также правила временной потребности трафика, вероятност-
ные метеорологические условия, нестандартные ситуации.
Все перечисленные факторы следует либо измерить, либо оценить качественно. Для успешного моделирования КС необходимо одновременно использовать результаты измерений трафика на основе сетевых анализаторов и экспертные оценки системных администраторов сети.
ФОРМАЛИЗОВАННАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Рассмотрим гиперграфовое представление КС и ее сегментов (рис. 1) на основе нечеткого графа и нечеткого гиперграфа [1, 2]. Нечеткий ориентированный гиперграф можно представить в виде произвольного набора нечетких подмножеств, определенных в одном множестве. Алгебраические операции будут являться операциями сравнения графовых представлений моделей КС. Использование такого подхода позволит привлекать возможности теории графов для построения алгоритмов принятия решений и исследования структуры объектов, сетевых взаимодействий (описания маршрутов), представимых нечеткими гиперграфами.
Будем считать, что маршрут Р в распределенной КС, которая описывается с помощью взвешенного графа О = {V, Е, с},
представлен как некоторый путь (V, м>):
V = V0 V! ...
... Vк = W.
Длина маршрута определена как с(Р) = с (Е1) + с (Е2) + ... + + с (Ек). Для поиска пути в КС будем использовать модифицированный алгоритм Дейкстры
[3].
В процессе описания межсетевого взаимодействия проектанты и администраторы КС учитывают объективные и необъективные параметры, которые описывают передачу трафика и взаимодействие межсетевых процессов. В результате описания фрагментов КС возникают как четкие, так и нечеткие параметры. К любому фрагменту КС можно применить термины "плохой канал", "быстрая линия", "медленный маршрутизатор", "хороший мультиплексор" и т. д.
Таблица 1 Описание переменной "стабильность работы"
Параметр Лексическое значение
Очень большая Высокая Очень малая
^г (тах) ^г (тт) 5 лет 3 года 3 года 1 год 1 год 6 мес 1 день 1 час
Введем параметры, относящиеся к узлам маршрутизации: Рг — пропускная способность маршрутизатора; 2Г — задержка при передаче; Бг — стабильность работы. Аналогично для каналов связи определим следующие переменные: Рк — пропускная способность канала; Бк — стабильность работы; Zk — задержка.
Эксперты КС описывают лингвистические переменные (Рг, Хг, Бг; Рк, Бк, 2к) с семью лексическими значениями. В табл. 1 показан пример описания одной переменной ("стабильность работы" Бг), зависящей от ряда таких факторов, как перегрузка, нагрев, круглосуточный режим работы, погодные условия. Определим интегральные качественные оценки каналов и узлов КС. Оценка эффективности канала Ок определяется аддитивным способом: Ок = Л/^к + /2Бк + /вРк, где /1, У2, /з — коэффициенты, отражающие нечеткие характеристики канала.
Оценка эффективности узла Ог определяется аналогично: Ог = 1\/2г + t2Sr + ?зРг, где ?2, tз — коэффициенты, отражающие нечеткие характеристики узла.
Общая оценка эффективности маршрута вычисляется по формуле для п узлов и т кана-
п т - 1
лов: Ор = £ О,. + £ Ок..
I = 1 ] = 1
4
вепвогв & Эувгетв • № 11.2007
Каждую нечеткую величину Ог и Ок рассмотрим как объединение трапециевидных нечетких интервалов п узлов и т каналов, заданных своими функциями принадлежности (ФП) [4, 5]. Последовательность операций объединения представлена на рис. 2.
Таким образом, общей метрикой маршрута будет являться объединение нечетких величин — параметров каналов связи и узлов маршрутизации, которые в свою очередь представляют собой объединение нечетких интервалов, представленных ФП каждой из локальных характеристик (см. рис. 2).
ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ КС НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЙ ТРАФИКА
Практическая реализация системы моделирования КС с использованием нечетких гиперграфов подразделяется на шесть основных блоков — интерфейсный, блок исходных данных, блок динамических данных, блок маршрутизации, блок алгоритмов и блок моделирования (рис. 3).
Интерфейсный блок после выполнения процесса расстановки сетевых элементов взаимодействует с блоком исходных данных. Блок исходных данных
передает основные параметры сети блоку маршрутизации и параллельно блоку динамических данных, в котором используются дополнительные четкие и нечеткие параметры. Блок маршрутизации, используя модуль формирования таблиц маршрутизации, взаимодействует с блоком алгоритмов, применяя математические инструкции для создания маршрутов в сетевых устройствах.
РЕЗУЛЬТАТЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТРАФИКА КС
Описание сетевой структуры
Эксперименты проводились на базе реальной КС ГУ ЦБ РФ по Ульяновской области. Полученные результаты были использованы при переконфигурации маршрутизаторов КС. Сегмент КС, в которой прово-
Модуль анализа и сохранения параметров
Структура исходных данных
Блок исходных данных
Модуль формирования параметров узлов
Модуль формирования
параметров каналов связей
Модуль формирования моделей подсетей
Модуль установки элементов сети
Модуль описания сетевых компонент
Модуль управления сетевыми компонентами
Модуль визуализации
Интерфейсный блок
Структура исходных данных
Блок динамических данных
Модуль установки параметров маршрутизации
Модуль формирования таблиц маршрутизации
Блок маршрутизации
Алгоритмы маршрутизации с четкими параметрами
Блок алгоритмов
Алгоритмы маршрутизации с нечеткими параметрами
Модуль журнализации
Модуль посылки пакетов в сети
Модуль анализа прохождения пакетов в сети
Модуль формирования сетевого пакета
Блок моделирования
Рис. 3. Программная реализация системы проектирования и моделирования КС
Рис. 4. Представление КС с помощью гиперграфа
дились эксперименты, был разделен на пять основных сетевых сообществ и представлялся в виде гиперграфа, упрощенно показанного на рис. 4. Вершины графа ^75— Г80, Г87 соответствуют выборочным серверам и рабочим станциям. Вершины графа У\— ^74 соответствуют сетевому оборудованию. Вершины ^81—^86, соответствующие выборочным серверам, взаимодействуют с трафиком, предназначенным для оптимизации.
Каждая из подсетей ¿1, ¿2, Бз, ¿4, ¿5 представляет собой очень сложный граф с внутренними ребрами. На рис. 4 изображены и обозначены только соединения между подсетями. Внутренние ребра подсетей и межсетевые соединения Е1—Е107 соответствуют каналам связи, причем ребра Е26, Е27, Е44, Е45,
^ ^ ^^ ^^ ^^ E63, Е23, Е24, Е25 являются отображением резервных каналов связи.
Исходные данные и задача оптимизации
В ходе вычислительных экспериментов была решена задача оптимизации трафика 7\, 72, T3, 74, который создавался на рабочих станциях Vgg, V77, V96, V75 соответственно. Оптимизация трафика 75, сгенерированного серверами V91, V79 не производилась.
Маршрут трафика 7\, созданный приложениями, выглядит следующим образом:
P = V88 V2 V10 J^ Vi J2^ Vi6 ^ V86.
Измерения были проведены с использованием прогр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.