Александр Чесалов – Методология построения распределенных сетей передачи, обработки и хранения данных: сервисные сети следующего поколения. Монография. Том 2 (страница 5)

В настоящее время в Российской Федерации происходит бурный процесс развития информационных технологий проектирования, внедрения и интеграции компьютерных телекоммуникационных сетей, объединяющих в себе сотовые сети, широкополосные сети, сети Wi-Fi, сети Интернета вещей, сети промышленного Интернета и другие сети специального назначения.

Внедрение информационных технологий в сферу социально-экономического управления субъектов Российской Федерации позволяет дать мощный импульс широкому проникновению научных знаний и информации во все сферы общественно-политической жизни, научной и социально-экономической деятельности. Это обуславливает новые требования к информационно-технологическому обеспечению органов регионального и местного управления. В частности, существенно повышается роль социологической и экономической информации, раскрывающей динамику взаимодействия органов управления и населения. Кроме этого, эффективность социально-экономического управления на современном этапе зависит от действительности форм и механизмов взаимодействия государственных структур и социума в процесс решения социально-экономических проблем.

На данный момент, территориально распределенные сервисные сети и сети хранения данных занимают важное место в развитии не только региональной экономики, но и науки и техники, образовании и культуры, здравоохранении, торговли и т. д. Это вызвано, в первую очередь, интенсивным ростом потребностей в распределенных прикладных и облачных вычислениях (Cloud computing), информационных и мультимедиа сервисах, дистанционных программных сервисах SaaS (Software as a Service), таких, как системы удаленного бухгалтерского учета, удаленной электронной почты, электронного документооборота, дистанционного обучения, торговли и сервисов, обеспечивающих безопасность передачи, хранения и восстановления данных, и т. д.

В целом, столь широкий спектр потребителей и независимых источников обработки и хранения информации, их территориальная разобщенность, технологическая и функциональная разобщенность создают значительные трудности объединения разнородных сетей.

Одни сети имеют глобальный характер и топологию, другие являются корпоративными или локальными. Характер роста указанных сетей является весьма стохастичным, база средств вычислительной техники, на которой они строятся, гетерогенна. Вместе с тем данные сети имеют мощную тенденцию к расширению и объединению, образуя в конечном итоге интегрированную территориально-распределенную сервисную сеть, входящую частично в мировую сеть Internet.

Однако, недостаток финансирования сетевых проектов со стороны государственных органов, ограниченность средств телекоммуникационных компаний, необходимых для создания единой интегрированной высокоскоростной среды, на сегодняшний день, не позволяют создать мощную основу для развития крупной сети регионального масштаба (хотя работы в этом направлении проводятся). Это определяет необходимость решения комплекса задач проектирования и повышения эффективности функционирования и увеличения производительности региональных территориально распределенных сервисных сетей (региональных сервисных сетей, РСС) и сетей передачи, обработки и хранения данных (региональных сетей хранения данных, РСХД), как сложных взаимосвязанных систем обработки социально-экономической информации, на базе уже существующих телекоммуникационных и вычислительных решений, как одной из составляющих Единой сети электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ) в направлении развития от сетей NGN (Next Generation Network) к сетям NGN с IMS (IP Multimedia Subsystem) или к сетям All-IP.

Важнейшим показателем потенциальных возможностей ресурсов сети является пропускная способность центров обработки, передачи и хранения данных для РСС и РСХД, управляемых протоколами IP (Internet Protocol) и SIP (Session Initiation Protocol) для сети NGN. Однако применяемые в настоящее время модели описания процессов функционирования РСС и РСХД являются недостаточно адекватными для проектирования и построения сети NGN или перехода от существующих сетей к сетям NGN с IMS. В частности, анализ существующих подходов к решению задачи оптимизации параметров РСС и РСХД показывает, что ряд существенных черт, факторов и механизмов, определяющих эффективность функционирования сети, необоснованно упрощается.

Разнородный и строго иерархический характер взаимного обмена данными между узлами сети предопределяет необходимость развития принципов модернизации или построения новой сети – сети нового поколения, выделения программно-аппаратных средств информационного обмена (СИО) на операционном, системном и внешнем уровнях в самостоятельный объект сети, подвергающийся процедурам оптимизации выбора.

Существующие методики выбора оптимальной структуры сети и параметров работы её структурных элементов не учитывают степень необходимой связности между узлами сети, характеризующей сложность передачи данных, интенсивность обмена и обработки информации, сложность ее передачи, влияние внешних факторов и тому подобное.

Таким образом, возникает потребность в создании более совершенных моделей описания процессов функционирования РСС и РСХД и методик выбора оптимальных решений по организации и выбору варианта построения региональной или глобальной сети.

В работе в качестве объекта исследования рассматривается в комплексе региональная сервисная сеть передачи, обработки и хранения социально-экономической информации (региональная сервисная сеть хранения данных, РССХД), как совокупность технологий построения распределенных сетей NGN. Узлами РСCХД являются административный и районные центры, представляющие собой сложные аппаратно-программные комплексы, и соединяющие их в единую систему разнородные каналы передачи информации.

Предметом исследования являются модели, методики и методы оптимизации структуры организации сети нового поколения, каналов связи и операционных характеристик РССХД.

Научная проблема исследования состоит в разработке методического обеспечения процессов формирования новой структуры или оптимизации старой, определения параметров региональной сервисной сети передачи, обработки и хранения данных с учетом характера информационного обмена, а также состояния и перспектив развития каналов связи между узлами сети нового поколения в рамках имеющихся ресурсных ограничений.

Цель исследования состоит в повышении производительности распределенной сервисной сети передачи, обработки и хранения данных, как сети следующего поколения на основе разработки нового методического обеспечения выбора ее оптимальной структуры и операционных характеристик с учетом характера функционирования системы информационного обмена.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие основные задачи:

1. провести анализ технологий и особенностей построения распределенных сервисных сетей передачи, обработки и хранения данных, как сетей нового поколения;

2. исследовать модели и методы проектирования распределенных сервисных сетей передачи, обработки и хранения данных;

3. предложить комплексную модель построения и функционирования региональной сервисной сети передачи, обработки и хранения данных, представляющую собой совокупность модели функционирования центра обработки информации и системы в целом;

4. разработать методику выработки альтернативных вариантов организации РССХД на основе вертикальной и горизонтальной структуризации узлов сети, отношения между которыми определены матрицей связности;

5. разработать методику оценки необходимой связности узлов сети с учетом информационной близости состава решаемых задач, обрабатываемой информации и характеристик каналов связи;

6. разработать алгоритмы повышения производительности, а как следствие, и эффективности функционирования системы и методику выбора рациональной структуры региональной сервисной сети передачи, обработки и хранения данных;

7. сформировать по результатам моделирования альтернативные, допустимые и предпочтительные варианты построения системы информационного обмена сети следующего поколения;

8. осуществить выбор рационального варианта построения системы информационного обмена сети следующего поколения;

9. обосновать выбор рационального варианта построения системы информационного обмена региональной сервисной сети и произвести оценку эффективности предложенной разработки;

10. провести анализ и предложить методику определения и оптимизации операционных характеристик сети на протокольном уровне, позволяющую учесть взаимосвязь основных сетевых механизмов процессов передачи данных в условиях использования разнородных каналов связи для региональной сервисной сети передачи, обработки и хранения данных, как сети следующего поколения;

11. разработать предложения и рекомендации по выбору рациональной структуры при проектировании РССХД и повышению эффективности ее функционирования.

12. разработать соответствующее научно обоснованные техническое решение, внедрение которого позволит внести значительный вклад в развитие экономики страны и провести апробацию результатов исследования.

Методы исследования

При выполнении работы использовались методы теории графов, теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории марковских процессов, методы математического моделирования и векторной оптимизации.