Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тематика работы посвящена телекоммуникационным сетям, в частности провайдерам связи, которые являются стыкующим звеном между отдельными пользователями и магистральной сетью передачи данных (Слайд 2). В контексте работы они рассматриваются, как компании, предоставляющие широкополосный доступ (т.е. предоставление голосовых, видео и других услуг) пользователям к магистральной сети. Инструментом предоставления доступа является комплекс аппаратно-программных средств. Задачей провайдера является принять потоки информации от пользователей, привести их к виду приемлемому для передачи в магистральной сети и сформировать потоки для передачи. При этом ресурсы провайдера, также как и ресурсы магистральной сети ограничены. В связи с этим, чтобы предоставить пользователям каналы связи, обеспечивающие высокое качество обработки данных необходимо сбалансировать загрузку имеющихся ресурсов. В работах российских и зарубежных авторов такие задачи, неоднократно раннее рассматривались. Они определяются, как задачи о кратчайшем пути или минимальной стоимости в зависимости от того, какой критерий выбирается. Между тем, сложность применения методов их решения связана с присутствием разнородных потоков и необходимости использования нескольких критериев для оценки загрузки ресурсов. Такая недостаточность исследования данного круга задач и определяет актуальность работы.
Целью работы является: формирование математической модели управления процессами загрузки оборудования провайдеров связи. Задачи, поставленные в работе для достижения этой цели, представлены на слайде 3. Это и определяет содержание работы, изложенное в 3 главах.
1 Глава посвящена теоретическим и практическим аспектам управления процессами загрузки оборудования провайдеров связи. Изложены основные положения применяемой технологии, описана структура и состав оборудования. В этой же главе рассматривается техническая сторона процесса управления ресурсами и возможность оптимизации процессов загрузки оборудования.
Во второй главе изложены полученные теоретические результаты МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ ЗАГРУЗКОЙ ОБОРУДОВАНИЯ ПРОВАЙДЕРОВ СВЯЗИ.
Процесс обработки данных оборудованием представлен на слайде 4. Имеется N пользователей, подключенных к провайдеру. Они генерируют n информационных потоков интенсивностью . Для обеспечения высокого качества обслуживания и приведения данных к виду приемлемому для передачи в магистральных сетях все эти потоки распределяются по M серверам в зависимости от типа данных передаваемых ими. Обработанные в сервере и сформированные в новые с интенсивностью , потоки поступают на вход транспортных модулей. В них осуществляется перераспределение потоков по выходным портам, в результате которой образуются новые потоки с интенсивностью . Эти потоки отправляются в магистральную транспортную сеть. Разнородность потоков, несколько этапов обслуживания и многокритериальность задачи требуют рассмотрения этих процессов в отдельности.
Процесс обработки потоков в серверном оборудовании выглядит следующим образом: потоки от N пользователей интенсивностью распределяются по M серверам на основе служебной информации. На каждом из серверов осуществляется обработка только одного вида трафика. Выходные потоки со всех серверов собираются, без объединения в единый, и передаются на транспортный модуль. При таком описании каждый сервер можно определить как СМО. Потоки на входе каждой характеризуются интенсивностью и классом обслуживания, определяющий порядок обработки. Их можно классифицировать как простейшие с дисциплиной обслуживания по мере пребывания, т.к. все поступающие пакеты имеют одинаковый приоритет. Распределение времени пребывания в сервере – экспоненциальное и длина входной очереди не ограничена. Их основные характеристики приведены на слайде 5.
Обработку потоков в транспортном модуле также рассматриваем как процесс функционирования СМО. Входящий поток опишется, как простейший, время обслуживания будет распределено по экспоненциальному закону, а дисциплина обслуживания основана на приоритетах. Основные характеристики такой СМО приведены также на слайде 5.
Управление процессом загрузки в такой СМО – это распределение потоков между входными и выходными портами оборудования. Формальная постановка задачи будет следующей: имеется L потоков от серверного оборудования (L1 потоков сервера 1, L2 потоков от сервера 2 и т.д. по количеству серверов), которые необходимо соединить с D портами на выходе. Каждый порт на выходе задает свое направление дальнейшей транспортировки по сети и характеризуется некоторой стоимостью. Необходимо составить оптимальное распределение потоков между входом и выходом оборудования обеспечивающее загрузку оборудования, отвечающее критерию минимизации стоимости транспортировки потоков. Такая постановка задачи определяет ее как транспортную, где для каждого поставщика i = 1,...,m задан объем производства Ai (), а для каждого потребителя j = 1,...,n задан объем потребления Bj () и известна стоимость коммутации одного потока Ci,j из пункта производства i в пункт потребления j. Решением будет нахождение оптимального базисного плана, минимизирующего стоимость соединений (слайд 6).
На основании сформированных моделей построен алгоритм управления процессом загрузки оборудования провайдера, который представлен на слайде 7.
На первом шаге проводится анализ структуры и определение состава оборудования, вводятся ограничения задачи.
Второй шаг – это описание входящих потоков с целью составления стохастической модели процесса обработки данных в серверном оборудовании.
Шаг 3 связан с формированием модели обслуживания входящих потоков в серверном оборудовании и получение основных характеристик потоков на выходе серверов.
На шаге 4 осуществляется пересчет объемов данных с выходов серверного оборудования к количеству потоков, поступающих на вход транспортного модуля.
Шаг 5 - построение транспортной задачи для формирования оптимального плана загрузки ресурсов оборудования.
На 6-м шаге формируется матрица требований для задачи управления загрузкой в транспортном модуле.
7 шаг заключается в составлении матрицы стоимости каждого варианта перевозки.
На 8 шаге запускается алгоритм решения транспортной задачи. Его результатом является построение оптимального плана транспортировки с учетом выбранного критерия оценки стоимости.
3 Глава - это программная реализация разработанного алгоритма. Программа разработана в среде визуального программирования Borland Delphi, интерфейс представлен на слайдах 8-9. С ее помощью проведен вычислительный эксперимент.
В качестве исходных данных используются сведения, предоставленные одним из провайдеров г. Воронежа. Состав его оборудования: четыре сервера: SMTP – исходящий почтовый сервер (исходящих сообщений), POP3 – входящий почтовый сервер, HTTP – сервер гипертекста, т.н. web-сервер и сервер VoIP – голосового трафика и транспортный модуль, состоящий из 7 блоков, предоставляющих доступ к 2-м магистральным узлам. Количество подключенных к провайдеру пользователей определяется 700 линиями. Максимальная скорость подключений составляет 10 Мбит/сек. Активность пользователей фиксируется с помощью статистических программ, установленных на оборудовании провайдера.
Разработанная программа реализует два этапа алгоритма:
- на первом осуществляет оценка объемов передаваемых данных и расчет стоимости транспортировки; вид диалогового окна на этом этапе представлен на слайде 10; результатом является построение таблицы стоимости транспортировки;
- на втором этапе выполняется формирование плана распределения ресурсов оборудования, т.е. загрузка транспортного модуля (слайд 11); при этом возможно использование в качестве начального плана - существующее распределение.
Итогом работы программы – является построение таблицы оптимального распределения потоков между входными и выходными портами транспортного модуля, входящего в комплекс оборудования провайдера связи, на основании объявленного критерия оценки стоимости загрузки.
В работе выполнено несколько расчетов, результаты которых приведены на слайде 12:
|
Критерий оценки стоимости |
Существующее распределение |
Начальный план |
Оптимальный план |
|
Приоритет обслуживания |
48 |
46 |
46 |
|
Длина маршрута |
64 |
51 |
49 |
|
Скорость обработки |
124 |
124 |
124 |
На основе этого сделаны выводы:
- в качестве начального плана допустимо брать существующее распределение;
- один и тот же план не является одинаково оптимальным при использовании различных критериев оценки;
- наибольшую эффективность алгоритм дает при оптимизации загрузки ресурсов, когда в качестве критерия оценки используется длина маршрута; в этом случае удается построить план распределения, позволяющий сократить общую протяженность маршрутов на значительную величину (с 64 до 49, что составляет 23%); это можно трактовать, как возможность перераспределить нагрузку не только на отдельном оборудовании провайдера, но и на сегменте магистральной сети.
Таким образом, применение оптимизационных методов полученных в работе:
- позволяют прогнозировать загрузку оборудования и корректировать ее значения, путем подбора характеристик технического комплекса;
- могут быть рекомендованы для использования в проектных отделах на этапе выполнения расчетов загрузки оборудования при подготовке технических решений по строительству объектов связи, а также для эксплуатационных служб провайдеров.
На этом доклад закончен. Спасибо за внимание!