ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ презентация

Толстых С.С.

Тамбовский государственный технический университет

Тамбовский государственный технический университет
АСНИ - автоматизированная система научных исследований
АОС - автоматизированная обучающая система
ИАИС - интегрированная автоматизированная информационная система
TWN - Тамбовская беспроводная сеть
РРЦ - региональный ресурсный центр
РЕОИС - развитие единой образовательной информационной среды
ЛВС - локальная вычислительная сеть
ФРЦ - федеральный ресурсный центр
ИКТ - информационно-коммуникационные технологии
ММ - математическая модель
ЦФО - Центральный федеральный округ

1

рамках функционального разнообразия РОКС
Резкое усложнение процессов обработки информации о текущем состоянии РОКС
Необходимость повышения эффективности отслеживания текущего состояния сети большой размерности для обеспечения высокого качества обслуживания клиентов
Обоснование затрат на реконструкцию РОКС
Необходимость построения систем моделирования РОКС с ограниченной вычислительной сложностью и возможностями использования распределенных вычислений на внутренней сетевой основе

6

распределения Пуассона в условиях высокой производительности и разнообразия запросов пользователей

ρ

пакеты информации

σ² = ∞ ?

Математическое моделирование конкретной сети имеет частный характер, требует значительного времени на разработку и больших вычислительных ресурсов на выявление практически значимых особенностей функционирования этой сети

время

неактуальность

разработка

…..расчеты…..

Состояние сети большой размерности описывается множеством наблюдаемых и расчетных величин

?

Не используются возможности сетей для распараллеливания вычислений при их моделировании

7

и реконструкцию сетей, что достигается с помощью создания теоретических основ построения типовых региональных образовательных компьютерных сетей и их дальнейшего развития с использованием
оценок структурной сложности.

8

большой размерности.
Формирование критериев оценки структурной сложности в применении к решению задач реконструкции и стабилизации качества обслуживания региональных образовательных компьютерных сетей.
Разработка типовых подходов к построению региональных образовательных компьютерных сетей с точки зрения практической реализации
Создание поддерживающей организационной инфраструктуры региональных образовательных компьютерных сетей.
Определение условий унификации действующей Тамбовской региональной образовательной компьютерной сети как типовой для других регионов России.

9

трафика и контента.

Предмет исследования

Математические методы и модели, описывающие состояние компьютерной сети большой размерности, способствующие принятию оперативных решений по качеству обслуживания и реконструкции в условиях непрерывного функционирования сети.

10

Сжатие данных

Основные научные направления:

Вероятностное и стохастическое представление процессов, происходящих в сети.
Использование теории очередей и массового обслуживания.
Фрактальный подход

Основные предпосылки новых разработок:

отсутствие теоретических основ, учитывающих большую размерность сетей;
множественность характеристик – трудности анализа состояния;
не учитываются возможности сетей для распределения вычислений.

11

семантических оценок сложности

Количественный уровень познания сложности

Исследуемое явление

Система

Математическое
моделирование

Структура системы

13

сложности

14

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2

3

4

5

7

8

9

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1

граф сильно связный

Матрица
инцидентности:

1

2

4

3

+1

4

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

+1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

-1

+1

+1

+1

+1

106 вершин сопоставима со структурной сложностью полного орграфа из 8 вершин

18

Дуги упорядочены в порядке возрастания числа вхождений в контуры

Дуга с наибольшим приоритетом

2

1

7

5

2

5

3

8

1

2

7

1

8

2

3

4

5

6

7

2

1

9

8

2

1

11

15

3

Взвешенная матрица контуров

m)

(m x K)

(n x m)

(n x K)

Структурная сложность взвешенного орграфа

20

Для не взвешенных сильно связных орграфов

XBC*=0

1)

γi=idem

2)

 j: γj > γk, k ≠ j, 1 ≤ k ≤ n

XBC* ≠ 0

наибольший приоритет при упрощении графа ?

Познание сложного через упрощение

Гамак

Критическая дуга

приоритет

Диаграмма приоритетности дуг, упорядоченных по числу вхождений в контуры орграфа и по весу

Матричный критерий S(G) позволяет оценивать
сложность взвешенного орграфа. С его помощью выявляется дуга с наивысшей приоритетностью,
указывающая на наискорейший путь упрощения графа с целью познания его структурной сложности

Вычисление приоритетности дуг

23

считается нулевой,
если система не содержит ни одной сильно связной подсистемы

Алгебра структурной сложности

Формализация структурной сложности

28

Для количественной оценки структурной сложности необходимо
найти дескрипторы, непротиворечиво декларирующие искомую
шкалу сложности, которая, в свою очередь, отображает меру
достижимости цели анализа системы .
Основными дескрипторами шкалы структурной сложности
являются аксиоматика и алгебра структурной сложности.

системы называется индивид программного обеспечения, разработанный

для получения всех выходных переменных ММ Out(fi), i=1..n на компьютерах вычислительного кластера

:

Контурность дуги

Контурал

1

1

1

Σ

Дуга

Контурион

связные подсистемы

вершин, ассоциируемых с узлами сети:

Множество дуг без учета внешних связей РОКС:

Период прогнозирования:

Формализация структуры РОКС

40

управление РОКС – основа поддержания QoS на уровне стандартов

42

Балансовое ограничение

Финансовое ограничение

задаче оперативного управления РОКС

* - оптимальность иерархической кластеризации,
когда для решения крупных задач используются
все имеющиеся ресурсы региональной сети,
причем для связей между подзадачами
предпочтительными являются каналы наибольшей
мощности с наименьшей загрузкой

43

на происходящих в сети случайных изменениях активности пользователей и особенностях прохождении пакетов в условиях функционирования конкретной РОКС

Соответствие между дисперсией стохастической структурной сложности и QoS

44

Большая дисперсия: плохое QoS

Улучшение QoS сопровождается уменьшением дисперсии

стоимость трафика по направлению от

к

– стоимость обслуживания линии связи

– оценка пропускной способности линии связи

– оценка пропускной способности выходного канала узла

45

реконструкции
РОКС при наличии трендов и флуктуаций пропускной
способности каналов связи, активности пользователей и
и контента сети

46

колебаний информационной энтропии

сложности замкнутых детерминированных систем большой размерности применительно к целям структурного анализа региональных образовательных компьютерных сетей.
Сформулирован критерий структурной сложности взвешенных сильно связных орграфов, соответствующий целям математического моделирования региональных образовательных компьютерных сетей.
Разработаны методы и алгоритмы имитационного моделирования региональных образовательных компьютерных сетей, использующие новый подход на основе оценки структурной сложности системы большой размерности.
Найдены условия применения критерия оценки структурной сложности для решения задач развития и реконструкции региональных образовательных компьютерных сетей.

48

реконструкции

49

Советская, 116 (площадка 2), 3 – Советская, 106 (площадка 3), 4 – Мичуринская, 112 (площадка 4), 5 – Тамбовгражданпроект (площадка 5), 6 – Телецентр (площадка 6), 7 – Железнодорожный дом связи (площадка 7), 8 – сеть RBNet, 1Mб/сек, 9 – радиосеть, сота 2, 10 – сети Центртелеком, 11 – сети Управления образования и науки области, 12 - сеть RUNNet, 2Mб/сек, 13 – сети Администрации области, 14 - радиосеть, сота 1.

50

13

9

5

10

11

12

7

1

3

14

6

4

2

8

Мичуринская, 121

Площадка 4
ТГТУ,
ул. Мичуринская, 112

ул. Советская

ул. Комсомольская

Площадка 7 ЮВТТК, Привокзальная пл.,10

Площадка 2
ТГТУ,
ул. Советская, 116

Площадка 5 Тамбовгражданпроект
ул. Советская, 34
RB-net, РTK Internet

ул. Интернациональная

ул. Советская

Площадка 1
ТГТУ,
ул. Ленинградская, 1
Runnet

TWN
региональная компонента

Транстелеком

ТОИПКРО, Управление образования
ул. Советская, 108

RUNNet

RBNet,
РТКомм

RUNNet

TWN

Схема трассы волоконно-оптической линии связи

52

реконструкции типовых региональных образовательных компьютерных сетей.

Практические результаты исследования постоянно используются при функционировании Тамбовской РОКС TSTUnet.
Создание поддерживающей организационной инфраструктуры РОКС в масштабах Тамбовской области.

Экономия средств на реконструкцию сети.

53

и областных научных конференциях

Имеются акты о внедрении от:

54

размерности применительно к целям структурного анализа региональных образовательных компьютерных сетей.
Найдены условия применения теории структурной сложности для моделирования региональных образовательных компьютерных сетей, позволяющие упростить процедуру оценки их состояния до анализа одномерной величины в отличие от ранее известных методов, требующих большой вычислительной мощности и не использующих сети в режиме распределенных вычислений.
Разработаны методы и алгоритмы имитационного моделирования региональной образовательной компьютерной сети, использующие новый подход на основе оценки структурной сложности системы, что позволило снизить затраты на реконструкцию сети.
Сформулированы типовые технические подходы к построению региональных образовательных компьютерных сетей, открывающие новые возможности выбора рационального состава технических средств и особенностей телекоммуникаций при построении новых сетей и совершенствовании имеющихся. Типовые подходы использованы в работах по ФЦП «Развитие единой образовательной информационной среды».
Основные результаты исследования реализованы при развитии Тамбовской региональной образовательной компьютерной сети, которая может быть признана типовой, и отдельные элементы которой использованы при создании и развитии образовательных сетей других регионов.

Заключение

55