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

75753. Организация пожарной охраны в городах, промышленности и сельской местности 17.31 KB
  Организация пожарной охраны в городах промышленности и сельской местности. Рекомендации основываются на Федеральном законе О пожарной безопасности постановлениях Правительства Российской Федерации принятых во исполнение Федерального закона О пожарной безопасности соглашениях о взаимодействии между МВД России и федеральными органами службами а также министерствами ведомствами и департаментами. При организации пожаротушения в сельской местности следует также руководствоваться другими утвержденными в установленном порядке нормативными...
75754. Химический процесс горения. Факторы, обеспечивающие процесс горения. Основные принципы тушения возгораний 14.17 KB
  Химический процесс горения. Факторы обеспечивающие процесс горения. Для протекания процесса горения требуется наличие трех факторов: горючего вещества окислителя и источника зажигания. Полное – при избытке кислорода продукты горения не способны к дальнейшему окислению.
75755. Понятие о температуре воспламенения и вспышки. Самовозгорание 11.59 KB
  Температура самовоспламенения – минимальная температура вещества или материала при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций заканчивающихся пламенным горением. Используются также понятия температура воспламенения температура вспышки. Последняя используется для характеристики всех горючих жидкостей по пожарной опасности и делятся на легковоспламеняющиеся – температура до 610С бензин ацетон и т. Температура воспламенения используется для характеристик пыли.
75756. Классификация горючих жидкостей по температуре вспышки 12.31 KB
  Несгораемые материалы которые при воздействии огня или высокой температуры не воспламеняются не тлеют и не обугливаются. К несгораемым относятся все неорганические строительные материалы: бетон железобетон газобетон металл стекло асбест кирпич природные камни цемент известь. Трудносгораемые материалы которые при воздействии огня или высокой температуры с трудом воспламеняются тлеют или обугливаются и продолжают гореть или тлеть при наличии источника огня. К этой группе относят: смешанные строительные материалы органического и...
75757. Понятие о взрыве паров и газов. Степень взрывоопасности газовоздушной смеси 13.99 KB
  Степень взрывоопасности газовоздушной смеси. Взрывоопасную среду могут образовать смеси веществ газов паров пылей с воздухом и другими окислителями кислород озон. Газовоздушные смеси могут воспламеняться взрываться только тогда когда содержание газа в смеси находится в определенных для каждого газа пределах. Нижний предел соответствует минимальному а верхний максимальному количеству газа в смеси при котором происходят их воспламенение при зажигании и самопроизвольное без притока тепла извне распространение пламени...
75758. Характеристика производственных помещений по степени пожарной опасности 13.33 KB
  Все помещения и здания подразделяются на 5 категорий. Б помещения где осуществляются технологические процессы с использованием ЛВЖ с температурой вспышки свыше 28 С способные образовывать взрывоопасные и пожароопасные смеси. В помещения и здания где обращаются технологические процессы с использованием горючих и трудногорючих жидкостей твердых горючих веществ которые при взаимодействии друг с другом или кислородом воздуха способны только гореть. Г помещения и здания где обращаются технологические процессы с использованием негорючих...
75759. Пожарная сигнализация, ее виды 12.36 KB
  Пожарная связь и сигнализация играют важную роль в мероприятиях для предупреждения пожаров способствуют своевременному их обнаружению и вызову пожарных подразделений к месту возникшего пожара а также обеспечивают управление и оперативное руководство работами на пожаре. Пожарную связь можно подразделить на связь извещения своевременный прием вызовов на пожары диспетчерскую связь управление силами и средствами для тушения пожаров и связь на пожаре руководство пожарными подразделениями. Наиболее надежное и быстродействующее средство...
75760. Понятие системы «Человек-среда обитания» 14.32 KB
  Человеку эти потоки необходимы для удовлетворения своих потребностей в пище воде воздухе солнечной энергии информации об окружающей среде и т. В то же время человек в жизненное пространство выделяет потоки механической и интеллектуальной энергии потоки масс в виде отходов биологического процесса потоки тепловой энергии и др. Естественная среда обеспечивает поступление на нашу планету потоков солнечной энергии что создает в свою очередь потоки растительной и животной масс в биосфере потоки абиотических веществ воздух вода...
75761. Причины региональной деградации биосферы. Формирование техносферы-нового типа среды обитания 15.71 KB
  Этим изменениям во многом способствовали: высокие темпы роста численности населения на Земле демографический взрыв и его урбанизация; рост потребления и концентрация энергетических ресурсов; интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства; массовое использование транспорта; рост затрат на военные цели и ряд других процессов. Достижения в медицине повышение комфортности деятельности и быта интенсификация и рост продуктивности сельского хозяйства во многом способствовали увеличению продолжительности...