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

59717. Складання листа. Оформлення конверта (урок розвитку зв’язного мовлення в 5 класі) 220.5 KB
  Мета: ознайомити учнів з ознаками офіційноділового стилю сферами його вживання правилами написання листів; формувати вміння та навички правильно визначати зміст і композицію листа добирати потрібні слова та словосполучення правильно писати адресу на конверті...
59718. на тему: Структура уроку української мови проблема структури уроку вимагає переосмислення Основною мето. 87.5 KB
  Сказане насамперед стосується таких модулів як принципи і методи навчання урок зокрема структурування уроку. Організація такого процесу значною мірою залежить від структурування уроку.
59719. Тарас Шевченко — видатний художник. Цінність його живописної спадщини (урок української літератури у 9 класі) 62.5 KB
  Обладнання: портрет Тараса Шевченка репродукції Шевченкових картин таблиці слівтермінів і дат визначних подій в житті поета малюнки учнів. Шевченка працювали над розкриттям ідейного змісту його поезій вивчали напамять його твори.
59721. Урок-мандрівка «Історія кобзарства в Україні» 92 KB
  На ній фотопортрети кобзарів. Пригадайте що ви вже знаєте про кобзарів звертається до класу вчитель. А тих хто грав на щипкових можливо кобзоподібних інструментах і під їх супровід виконував старовинні епічні твори билини старини вважають прототипами кобзарів бандуристів лірників.
59722. Музи генія (інтимна лірика Тараса Шевченка) 68.5 KB
  Стіл накритий скатертиною на ньому ваза з квітами люстерко свічка чорнильниця перо папір та конверт для листа томик Шевченкової поезії. Тарас Шевченко виходить до столу на якому підсвічник Запалює свічку читає на фоні музики...
59723. Шевченківський вечір (методичні рекомендації на допомогу вчителям-словесникам) 64.5 KB
  І все це він Тарас Григорович Шевченко. Але на превеликий жаль не всі розуміли Тарас Шевчека. Тарас Шевченко боровся за визволення України з-під гніту Імперії тому намагалися принизити його гідність показати що це не талановитий письменник а ворог народу.
59724. А. Де Сент-Екзюпері. Життєпис письменника. «Маленький принц» 76.5 KB
  Засвоїти поняття філософська казкапритча; допомогти школярам зрозуміти ідейнохудожній зміст твору Маленький принц його філософський зміст та гуманістичну спрямованість; сприяти моральноетичному вихованню учнівОбладнання...
59725. Літературний вечір: День святого Валентина 90.5 KB
  Кохання одна з магістральних тем світової літератури від самого початку її існування. Знайомлячись із шедеврами скарбниці світової культури захоплюємося античною любовною лірикою; дивуємося глибині проникнення й відображення людських почуттів...