87233

Подходы к рациональному выбору структуры сети единого образовательного информационного пространства региона

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

В настоящее время ведутся интенсивные прикладные исследования в области анализа и синтеза ИВС информационно-вычислительных сетей что обусловлено следующими обстоятельствами: с высокой скоростью растет размерность ИВС и объемы передаваемой информации и сложность вычислений; совершенствуются старые и активно внедряются новые каналы передачи данных на основе спутниковых и оптоволоконных технологий; совершенствуются и разрабатываются новые протоколы передачи данных в вычислительных системах и ИВС. Моделирование целесообразно использовать...

Русский

2015-04-17

42.03 KB

2 чел.


УДК 004.7:517

Подходы к рациональному выбору структуры сети единого образовательного информационного пространства региона

Аспирант Фролов А.И.

Орловский государственный технический университет

Россия, г.Орел, тел. 7+0862-76-19-10; e-mail: aifrolov@mail.ru

В статье рассмотрены особенности построения сети передачи данных единого образовательного информационного пространства региона. Сформулирована задача анализа сети передачи данных с целью рационального выбора ее структуры и технического обеспечения. Произведен анализ возможных методов решения поставленной задачи.

The peculiarities of the building the data communication network of the region’s united educational informative space have been examined in the article. The data communication network analysis problem for purpose of the rational choice of the structure and the technical network provision has been formulated here. The analysis of the possible solving methods of the formulated problem has been made.

В настоящее время информатизация сферы образования является важнейшей задачей в рамках государственной политики построения информационного общества. Многими регионами ведется разработка и внедрение систем обеспечения доступа к глобальному образовательному пространству. В рамках научно-исследовательских работ, проводимых в Орловском государственном техническом университете, выработан ряд технических, структурных и организационно-кадровых решений построения инфраструктуры единого образовательного информационного пространства Орловской области [1] на основе технологии спутникового доступа VSAT (Very Small Aperture Terminal — станции с очень малой апертурой антенн).

Создание инфраструктуры единого информационно-телекоммуникационного пространства региона с учетом значительной территориальной рассредоточенности объектов подключения имеет определенные особенности, которые коренным образом меняют схему организации связи. Так, существующая кабельная инфраструктура слаборазвита и ненадежна, а создание новой экономически неэффективно. При таких обстоятельствах единственным решением является применение беспроводных технологий связи. Ряд работ [1,2] показывают эффективность применения спутниковых каналов связи. В последнее время совершенствование технологии спутникового телевещания обеспечило ее экономическую эффективность. Различают спутниковые системы для симметричного и асимметричного доступов к сети. В большинстве систем спутникового телекоммуникационного доступа к Интернет обратный канал строится с использованием существующей наземной инфраструктуры (асимметричная схема доступа) и запросы пользователей отправляются стандартным модемом по обычному коммутируемом соединению с локальным поставщиком услуг Интернет (ISP), обеспечивая таким образом экономичный двунаправленный доступ с требуемой полосой. Это неприемлемо по причине низкого качества существующих и экономической неэффективности создания новых наземных соединений. Более выгодно в качестве обратного канала использовать дешевый низкоскоростной обратный канал, имеющийся в уже работающих корпоративных спутниковых сетях. Все эти системы обеспечивают низкую стоимость и широкую полосу доступа к Интернет для любой точки в пределах зоны покрытия спутника, используемого DVB системой. Именно использование дешевых низкоскоростных обратных каналов, уже работающих в корпоративных спутниковых сетях, вместо наземных каналов обратной связи, делает системы DVB/S-DVB/RCS наиболее приемлемым вариантом для подключения районных пунктов доступа к единой образовательной сети.

Доступ к единому информационному пространству области предполагается осуществлять на базе технологии VSAT, которая в последнее время является наиболее популярной при построении крупных территориально рассредотоенных сетей. Основой популярности сетей на базе VSAT не только в России, но и во всем мире стали заложенные в их архитектуру технические решения:

использование цифровых методов обработки и передачи информации;

возможность быстрого развертывания (до 2 дней);

достаточно высокая скорость передачи информации (до 4 Мбит/с);

наличие центра контроля и управления сетью, позволяющего избежать помех для других радиоэлектронных средств со стороны этих станций;

VSAT-станции являются необслуживаемыми (снижаются эксплуатационные расходы пользователей по сравнению с затратами на крупные земные станции);

– наличие у VSAT-терминалов разнообразных интерфейсных портов допускает подключение различного оконечного оборудования.

Исходя из анализа функционирования сетей образовательных учреждений Орловской области (Орловский государственный технический университет, Орловский региональный центр Федерации Интернет Образования), прототипа сегмента сети в Орловской области и других данных [3,4], можно выделить некоторые особенности построения информационно-телекоммуникационной образовательной сети:

– большой объем разнородного трафика (телефония, передача данных, видеоинформация);

– требование эффективного использования существующего кабельного хозяйства и сведения к минимуму затрат на создание новой кабельной инфраструктуры;

– наличие большого количества интерфейсов и протоколов обмена, используемых пользователями сети;

– необходимость достижения высоких скоростей передачи информации.

В настоящее время существуют четыре основные технологии для сетей спутниковой связи (SCPC, DAMA, TDMA, TDM/TDMA). Все они имеют свои достоинства и недостатки, и ни одна из них не является универсальной. Выбор конкретной технологии или их сочетания также является предметом детального анализа.

Таким образом, в рамках общей задачи создания инфраструктуры образовательной информационной среды региона, прослеживается необходимость проведения анализа проектируемой сети с целью обеспечения заданной производительности при минимизации затрат, т.е. решение задачи рационального выбора структуры сети и соответствующего технического обеспечения.

В настоящее время ведутся интенсивные прикладные исследования в области анализа и синтеза ИВС (информационно-вычислительных сетей), что обусловлено следующими обстоятельствами:

– с высокой скоростью растет размерность ИВС и объемы передаваемой информации и сложность вычислений;

– совершенствуются старые и активно внедряются новые каналы передачи данных на основе спутниковых и оптоволоконных технологий;

– совершенствуются и разрабатываются новые протоколы передачи данных в вычислительных системах и ИВС.

Большая часть исследований направлена на моделирование и анализ параллельных вычислительных систем, систем телекоммуникаций, локальных вычислительных сетей с различными протоколами, протоколов и алгоритмов маршрутизации в глобальных вычислительных сетях.

Таким образом, с учетом перспектив развития инфраструктуры единой образовательной информационной среды, тематика исследования построения математических моделей и анализа спутниковых информационно-телекоммуникационных сетей на основе технологии VSAT является актуальной и своевременной.

В настоящее время признанным инструментом решения подобных задач является метод математического моделирования. Моделирование целесообразно использовать на этапе проектирования ИВС и вычислительных систем разных масштабов и для анализа функционирования действующих систем в экспериментальных условиях, при изменении их состава, структуры, способов управления, рабочей нагрузки и при решении задач оптимизации производительности. Применение моделирования на этапе проектирования позволяет анализировать варианты проектных решений, определять работоспособность и производительность, выявлять дефицитные и малозагруженные ресурсы, вычислять ожидаемые времена реакции и принимать решения по рациональному изменению состава и структуры ИВС.

Математическая модель функционирования системы может быть исследована различными методами – аналитическими и имитационными. Имитационное моделирование является более универсальным методом исследования систем и количественной оценки характеристик их функционирования. При имитации можно снять многие ограничения аналитических моделей, о которых будет сказано ниже, но при этом резко возрастают трудоемкость программирования и затраты машинного времени, а «прозрачность» результатов уменьшается, что на этапе проектирования затрудняет построение моделей и снижает ценность полученных результатов.

Аналитическая модель представляет ИВС как сеть массового обслуживания, узлами которой являются ресурсы, а заявками – задания (открытая сеть), фиксированное множество заданий (закрытая сеть) или комбинация потоков и множества заданий (смешанная сеть) [5]. Модель позволяет отобразить взаимодействие между рабочей нагрузкой и ресурсами ИВС и оценить как ожидаемую производительность, так и отношение «стоимость/производительность». Анализ производительности некоторой ИВС дает также ключ к пониманию того, как можно улучшить характеристики производительности за счет изменения структуры ИВС, алгоритма функционирования, числа компонентов и их параметров. Высокая стоимость ИВС и необратимость ряда решений, принятых на этапе проектирования требуют хотя бы приближенной оценки производительности проектируемой системы даже до создания первого ее прототипа. Недостатками аналитического моделирования являются сложность построения детальной модели ИВС и, часто, невозможность ее решения известными математическими методами.

Сети массового обслуживания являются эффективным средством аналитического моделирования ИВС, особенно на этапе их проектирования, когда нужно быстро получить хотя бы грубые оценки ряда важных параметров проекта. Теоретические исследования в области сетей ЭВМ направлены на выбор топологии сети и пропускной способности каналов, выбор алгоритма маршрутизации, анализ узлов коммутации и связных протоколов, структуры буферной памяти, управление потоками и защиту от перегрузок, анализ длительностей задержек в узлах и в сети в целом и т.д. В конце ХХ века была проведена значительная работа по формированию и систематизации основных положений теории массового обслуживания и применению ее к анализу ИВС в работах Л. Клейнрока, Г.П. Башарина, П.П. Бочарова, Я.А. Когана [ 5-7].

Ряд аналитических моделей, особенно при значительной их детализации, не поддается аналитическим решениям известными математическими методами. Для их исследования могут быть использованы численные методы. Они применимы к более широкому классу систем, для которых математическая модель представляется в виде системы уравнений, допускающей решение численными методами. Здесь исследователи сталкиваются с проблемами сходимости, вычислительной сложности и точности вычислительных дискретных схем. Эти проблемы связаны с недостаточной точностью линейной аппроксимации нелинейных процессов и возрастанием вычислительной сложности и погрешности машинной арифметики с увеличением количества точек разбиения пространства решений.

Эти недостатки классических численных методов частично могут быть устранены их модификацией, в том числе на основе гомеоморфных (топологических) преобразований /8/, позволяющих получать более эффективные вычислительные схемы на основе сложных операций, получивших наибольшее развитие в микропроцессорной технике, и находить решения новых видов дифференциальных уравнений.

На основании приведенного анализа можно сделать вывод о необходимости использования комбинированных методов математического анализа. Построение общих моделей для качественной и грубой количественной оценки производительности ИВС разумно осуществлять на основе аналитического моделирования с применением классических и модифицированных численных методов для их решения. Для анализа узких мест возможно применение имитационных методов моделирования.

Литература

1 «Создание инфраструктуры единого информационно-телекоммуникационного пространства области на базе районных консультационно-сервисных пунктов» / Отчет о НИР 1528. – Орел: ОрелГТУ, 2003. – 64 с.

2 Калмыков В.В., Васин В.А. Исследование способов построения перспективных спутниковых систем связи с "малыми" земными станциями, использующих радиосигналы со сложной структурой // Труды Всероссийской научно-технической дистанционной конференции "Информационно-телекоммуникационные технологии" [Электронный ресурс]. – М.: МАИ, 2003. Способ доступа: URL: http://conf2003.mai.ru 

3 Макаров А.А., Ковба Н.Л., Турков В.А. Анализ трафиков научно-образовательных сетей России на канале rbnet-teleglobe // Труды Всероссийской научно-методической конференции «Телематика’2000» [Электронный ресурс]. – С-Пб.: ВВЦ, 2000. – Способ доступа: URL: http://ict.edu.ru/vconf/index.php

4 Гугель Ю.В., Хоружников С.Э. Анализ потоков данных и топология сети runnet // Труды Всероссийской научно-методической конференции «Телематика’1999» [Электронный ресурс]. – С-Пб.: ВВЦ, 1999. – Способ доступа: URL: http://ict.edu.ru/vconf/index.php

5 Башарин Г.П., Бочаров П.П., Я.А. Коган Анализ очередей в вычислительных сетях. Теория и методы расчета. – М.: Наука, 1989. – 336 с.

6 Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. – М.: Машиностроение, 1979. – 432 с.

7 Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. – М.: Мир, 1979. – 600 с.

8 Рубцов К.А. Новые математические объекты. – Белгород: БелГТАСМ, Киев: НПП ИФОРМАВТОСИМ, 1996. – 251 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77879. Право общей собственности 31.5 KB
  Право общей собственности Общая собственность имущество находящееся в собственности двух или нескольких лиц. Существует несколько точек зрения определения в праве собственности доли: теория идеальной доли при наличии неделимого имущества деление в уме; теория реальной доли материальная часть целого объекта общей собственности; теория доли в праве собственности. Сособственник имеет долю не в объекте а в праве общей собственности. Общая долевая собственность в ней определяется доля каждого участника в праве общей...
77880. Гражданско-правовая защита 30 KB
  Обязательственно-правовые способы защиты носят относительный характер и могут иметь объектом любое имущество включая как вещи так и различные права. Если к этому моменту вещи у ответчика не окажется то виндикационный иск к нему предъявлять нельзя ибо исчез сам предмет виндикации. Содержание такого иска возврат конкретной вещи а не ее замена другой вещью или вещами того же рода и качества.
77881. Авторское право 33 KB
  Авторское право. Функций: признание авторства на произведения науки литературы и искусства; установление режима использования произведений; наделение авторов и иных правообладателей личными и имущественными правами; защита данных прав. Субъекты: создатели произведений; работодатели; правопреемники; другие лица приобретшие права по закону или договору. Права автора: личные неимущественные права: право авторства; право на имя; право на обнародование; право на защиту репутации.
77882. Право на защиту чести, достоинства и деловой репутации 28.5 KB
  Диффамации которое распространяется на разглашение не только ложных но и действительных сведений позорящих честь и достоинство гражданина или юридического лица. Под распространением сведений следует понимать сообщение их различными способами как любому третьему лицу так и нескольким лицам неопределенному кругу лиц. При рассмотрении исков о защите чести и достоинства суду необходимо установить: имело ли место распространение сведений которые оспаривает истец; порочат ли они честь и достоинство истца; соответствуют ли они...
77883. Понятие, виды и исполнение обязательств в гражданском праве 28.5 KB
  Признаки обязательства: относительное гражданское правоотношение его субъектами являются строго определенные лица конкретный должник и конкретный кредитор; объектом обязательства является действие обязанного лица; содержанием являются права и обязанности сторон; опосредуют динамику гражданскоправовых правоотношений процесс перехода имущественных благ от одних лиц к другим; за невыполнение наступает гражданскоправовая ответственность; 6 реализация кредитором своего права возможно только через исполнение обязанности...
77884. Поручительство и банковская гарантия как способы обеспечения исполнения обязательств 30.5 KB
  Поручительство и банковская гарантия как способы обеспечения исполнения обязательств Поручительство способ по которому поручитель обязуется исполнить обязательство за должника. При поручительстве ответственным перед кредитором за неисполнение основного обеспечиваемого обязательства становится наряду с должником еще и другое лицо поручитель...
77885. Залог как способ обеспечения исполнения обязательств 28 KB
  Общие признаки: носят имущественный характер то есть интересы кредитора удовлетворяются за счет имущества должника; направлены на обеспечение удовлетворения интересов кредитора которое состоит в надлежащем исполнении ему обязательства; между должником и кредитором чаще всего существует два обязательства; возникает на основании закона или договора...
77886. Понятие и виды гражданско-правовых договоров 28.5 KB
  Свобода договора: недопущение понуждения к заключению договора; свобода выбора партнера при заключении договора; свобода участников гражданского оборота в выборе вида договора; свобода усмотрения сторон при определении условий договора кроме условий которые предусмотрены законом. Значение договора: договор представляет собой одно из самых уникальных правовых средств в рамках которого интерес каждой стороны в принципе может быть удовлетворен лишь посредством удовлетворения интереса другой стороны; договор...
77887. Формы и способы заключения договоров. Содержание гражданско-правовых договоров 31.5 KB
  Содержание гражданскоправовых договоров Содержание договора условия на которых достигнуто соглашение сторон: существенные условия которые необходимы и достаточны для заключения договора. Во-первых являются условия о предмете договора. Они включаются в текст договора по усмотрению сторон. Однако в отличие от обычных они приобретают юридическую силу лишь в случае включения их в текст договора.