На правах рукописи

Зарвигоров Дмитрий Андреевич РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА СТРУКТУРЫ КОРПОРАТИВНОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ Специальность 05.13.13 -Телекоммуникационные системы и компьютерные сети

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2008 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 2

Работа выполнена на кафедре Вычислительные машины системы и сети Московского энергетического института (технического университета)

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Данилин Геннадий Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Климанов Вячеслав Петрович кандидат технических наук, доцент Борчанинов Михаил Георгиевич

Ведущая организация: Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА)

Защита диссертации состоится 26 декабря 2008 г. в 16:00 ч. в аудитории Г-306 на заседании диссертационного совета Д 212.157.01 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан л_2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.01 к.т.н., доц. Фомина М.В.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время выбор структуры корпоративных информационно-вычислительных сетей (КИВС) чаще всего осуществляется импирическим путем. Как правило, это делают специалисты, основываясь на собственном опыте. Таким образом, процесс проектирования КИВС субъективен и зависит от конкретного человека (или фирмы, осуществляющей проектирование). На начальном этапе, когда число КИВС было невелико, такой подход к проектированию был приемлем.

Стремительное развитие информационных технологий, их активное внедрение в производство и бизнес привело к резкому увеличению спроса на корпоративные вычислительные сети. Кроме того, назрела необходимость оценки качества и модернизации большого числа КИВС, спроектированных и введенных в эксплуатацию в 90-х годах ХХ века. Появились компании осуществляющие проектирование, монтаж и техническое сопровождение КИВС. Методики и алгоритмы проектирования в таких компаниях являются основным производственным средством (ноу-хау) и составляют коммерческую тайну. Из-за этого они недоступны для широкого круга специалистов, нельзя оценить их достоинства и недостатки, вносить изменения, направленные на улучшение качества методик и алгоритмов проектирования. Отсутствие общедоступных методик и алгоритмов выбора структур КИВС негативно сказывается на развитии данной области IT.

Наличие общедоступных методик и алгоритмов выбора структур КИВС сделают эту область открытой для более широкого круга специалистов, что ускорит темп её развития.

Научные исследования и разработки, посвященные данной проблемной области, сделанные как несколько десятилетий назад, так и современные обладают рядом существенных недостатков, основными из которых являются: синтез структуры КИВС без тщательного анализа потребностей организации в информационном обмене, без учета структуры и параметров информационного взаимодействия внутри организации; использование при расчете и оптимизации сетевой инфраструктуры низкоэффективных алгоритмов, делающими практически невозможным получение решений с удовлетворительной точностью за приемлемое время даже на современных вычислительных машинах; несоответствие получаемых проектов сетей требованиям современных стандартов, что существенно снижает их практическую ценность. Такие недостатки присущи большей части работ, за исключением лишь некоторых, например, посвященных проектированию региональных сетей.

Анализ проектных процедур показывает, что наиболее сложными и трудоемкими являются начальные этапы проектирования КИВС, поскольку именно на этих этапах принимаются решения, оказывающие влияние на качество всей сети. Ошибки, допущенные на начальных этапах проектирования, в конечном счете, приводят к необходимости переделки всего проекта, а значит к значительным материальным убыткам. Поэтому представляется актуальным разработка эффективной методики, в рамках PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com которой осуществляется формализация, алгоритмизация и автоматизация решения задач выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования.

Несмотря на относительную молодость этой области IT, на некоторые ее составляющие (часть протоколов базовой модели OSI, структурированную кабельную систему и т.д.) введены международные стандарты. Кроме того, существует довольно обширный опыт и наработки в сфере проектирования вычислительных сетей (ВС), накопленный ведущими компаниями производителями оборудования для компьютерных сетей, таких как Cisco, 3Com и д.р. Поэтому, для повышения практической значимости и легкой реализации разработанного проекта сети на практике, выбор структуры КИВС в рамках разрабатываемой методики в обязательном порядке должен вестись в соответствии с требованиями международных стандартов в области компьютерных сетей, а также учитывать опыт ведущих компаний.

Алгоритмы, реализующие выбор лучшей структуры КИВС должны позволять получать решения за приемлемое время. Особое внимание стоит уделить анализу бизнес-процессов организации с последующей формализации их в информационной модели, которая должна использоваться в качестве главного источника данных при проектирования КИВС.

Цель работы. Целью диссертации является разработка методики выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, позволяющей осуществлять синтез структуры сети с минимизированной стоимостью.

Достижение поставленной цели предполагает решение в диссертационной работе следующих основных задач:

Х разработку метода построения информационной модели организации, расчета параметров информационного взаимодействия её структурных элементов (СЭ) с использованием процедуры иерархической декомпозиции и анализа бизнес процессов;

Х исследование и разработку метода использования средств имитационного моделирования для получения параметров работы проектируемой КИВС, разработку способа формирования исходных данных для имитационных моделей КИВС;

Х разработку методики выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, основанной на системе взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, обеспечивающей синтез структуры сети с минимизированной стоимостью;

Х разработку способа оценки точности методики выбора структуры КИВС;

Х разработку инструментального программного обеспечения (ПО) для автоматизации решения задачи получения наилучшей структуры КИВС и оценки точности разработанной методики.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы теории графов, математической логики, теории множеств, теории вероятностей и математической статистики, математического PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com программирования, имитационного моделирования, современные методологии программирования, CASE технологии.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

Х разработан метод построения информационной модели организации, расчета параметров информационного взаимодействия её СЭ с использованием процедуры иерархической декомпозиции;

Х предложен метод использования средств имитационного моделирования для получения параметров работы КИВС, а также способ формирования исходных данных для имитационных моделей КИВС;

Х разработана методика выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, основанная на системе взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, проведена оценка её точности;

Х разработана система взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, проведена формализация задачи выбора наилучшей структуры сети, разработано ПО, автоматизирующее решение задачи выбора наилучшей структуры сети.

Практическая значимость. Предлагаемая в диссертационной работе методика выбора структуры КИВС позволяет синтезировать минимизированную по стоимости структуру сети, удовлетворяющую потребностям организации в информационном обмене, созданную с использованием современных технологий построения и управления компьютерными сетями и учетом опыта ведущих компаний производителей сетевого оборудования, отвечающую требованиям международных стандартов. Особенности методики позволяют без дополнительной адаптации реализовывать разработанные проекты на практике. Кроме того, учет опыта ведущих компаний и стандартов позволяет значительно улучшить качественные показатели проектируемых сетей (стоимость эксплуатации, масштабируемость, надежность, управляемость и др.). Кроме того, при помощи данной методики можно проводить анализ и оценку уже существующих КИВС, разрабатывать проекты модернизации с различной стоимостью работ, а также оценивать эффективность предложенных решений. Практическая ценность методики подтверждена при её использовании для анализа и модернизации сегментов КИВС Отраслевого центра внедрения Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ОЦВ ВНИИ ЖТ), модели и алгоритмы, входящие в состав методики частично реализованы в виде программного обеспечения, используются в производственных процессах ЗАО АСТ.

Достоверность. Достоверность полученных результатов основана на использовании современных технологий построения и управления информационными сетями, учете требований международных стандартов, интеграции в методику опыта и наработок ведущих компаний производителей сетевого оборудования, применении адекватных моделей КИВС, практической реализации и апробации работы.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях Информационные средства и технологии 18-20 октября 2005 г. и 17-19 октября 2006 г. Москва МЭИ (ТУ).

Публикация результатов работы. Результаты диссертационной работы отражены в 3-х печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 52 наименований и приложений. Работа содержит 152 страниц машинописного текста содержательной части, 60 рисунков, 22 таблиц и 5 страниц библиографии.

Положения, выносимые на защиту.

Х Методика выбора структуры КИВС на начальных этапах проектирования, основанная на системе взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, обеспечивающая синтез структуры сети с минимизированной стоимостью, способ оценки точности разработанной методики.

Х Метод построения информационной модели организации и расчета параметров информационного взаимодействия между её СЭ.

Х Метод использования средств имитационного моделирования для получения параметров работы КИВС, способ формирования исходных данных для имитационных моделей КИВС.

Х Система взаимосвязанных иерархических моделей подсетей, построенная с использованием современных сетевых технологий, требований международных стандартов и опыта ведущих компаний производителей сетевого оборудования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, определена область исследований, перечислены полученные в диссертации новые результаты, их практическая ценность, сформулированы положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.

В первой главе рассмотрены особенности корпоративных информационно-вычислительных сетей, как основной части корпоративных информационных систем (КИС). Для определения предмета исследований проанализирована эволюция информационно-вычислительных сетей организации и с использованием ряда признаков (размер сети, вид деятельности организации), идентифицирующих КИВС, сделана классификация и определены требования, предъявляемые к корпоративным сетям. В качестве предмета исследований выступают вопросы оценки качества и выбора структуры малых (расположенных в комплексе рядом стоящих зданий - кампусе) КИВС офисного предназначения. В качестве критерия эффективности используется критерий стоимости КИВС.

Для определения качеств разрабатываемой методики сделан обзор информационных источников, относящихся к данной проблемной области, PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com осуществлен анализ и оценка существующих методик проектирования КИВС. В результате проведенного анализа установлено, что одна группа информационных источников, с одной стороны, содержит модели сетей, построенные с использованием устаревших сетевых технологий, а, с другой стороны, содержит подходы к проектированию сложных информационных систем, которые с некоторыми изменениями могут быть использованы при разработке методики выбора структуры КИВС. Другая группа информационных источников посвящена описанию современных сетевых технологий, однако не содержит информации о том, как с их использованием построить большую гетерогенную КИВС. Анализ методик проектирования КИВС (методика на основе эволюционного моделирования, группа методик на основе системы поддержки принятия решений) показал, что проекты сетей, созданные с их использованием, обладают низким качеством, а применяемые в них алгоритмы и реализующий их математических аппарат характеризуются высокой вычислительной сложностью, наличием большого числа ограничений и допущений. Современные сетевые технологии, требования международных стандартов, опыт ведущих компаний производителей сетевого оборудования также практически не нашли отражения в рассматриваемых методиках.