Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время большое распространение тучили средства автоматизированной разработки и проектирования, пользование математического моделирования по сравнению с физическим :периментом позволяет значительно ускорить процесс создания новых онизмов и устройств. Существует большой класс задач для которых шизуемая математическая модель не может быть построена с использованием іельной цифровой машины в качестве моделирующего устройства.
Одним из существующих подходов к решению подобных задач является уединение ЭВМ в вычислительные комплексы. Развитие современной числительной техники достигло того уровня, при котором персональные лпьютеры имеют производительность, сравнимую с производительностью юрЭВМ типа Сгау-1. Кроме того, широкая доступность и высокий ;нический уровень средств обмена информацией позволяют организовывать сокоскоростные глобальные сети обмена данными. Теоретические основы строения и применения многомашинных вычислительных комплексов >ажены во многих трудах отечественных и зарубежных исследователей, нако, при организации территориалыю-распределённых вычислительных лплексов, традиционные методы проектирования многомашинных систем ізьіваются недостаточно пригодными. Это связано с тем, что глобальные шуникационные сети предполагают одновременную работу нескольких іьзователей с одним и тем же ресурсом сети, например физическим каналом, иный факт приводит к тому, что для вычислительной подсети остальные іьзователи являются своего рода "помехой". Поэтому многими ;ледователями в области сетевых технологий ведется поиск эффективных иений программно-аппаратных средств построения территориальных сетей гегрального обслуживания.
На сегодняшний день можно выделить три основных подхода к построению «мутационного оборудования: применение коммутационной матрицы с >странственным разделением; с общей средой или с коллективной памятью.
В реальных системах наиболее распространенным является использование личного рода комбинаций базовых архитектур. Наиболее яркими примерами гут служить следующие изделия: коммутатор Sunshine - пример проекта с >единением различных ключевых решений; в этом коммутаторе одновременно юльзуются рециркуляция с возвратом во входной порт, параллельные іуктурьі и групповая магистраль между внутренними узлами; ASX-100 от Fore ;tems - построен с применением не блокируемых раздельно используемых >аллельных шин, работающее на скорости в 16 раз превышающую скорость (едьного порта; Lattiscell от Synoptic Communications с многоэтапной тренней архитектурой и пространственным разделением.
Наибольший интерес представляют системы с изначальной ориентацией і использование разделяемой памяти. На сегодняшний день это самь эффективные, с точки зрения использования аппаратных средств, коммутатор! В качестве примера можно привести коммутационное оборудование фирм Cisco. Однако следует отметить, что в рамках существующих программ» аппаратных решений имеется рад проблем, один из возможных варианте решения которых рассматривается в данной работе. Перечислим это проблемы.
-
Экстенсивное использование ширины диапазона пропускной способное! канала приводит к возникновению блокировок и нерациональном расходованию ресурсов оборудования. Это обстоятельство приводит к том; что такой подход весьма невыгодно использовать с экономической точк зрения;
-
Архитектура коммутатора, применяющая сложные протоколы дг установления соединения и маршрутизации не позволяет эффективк использовать всю ширину диапазона внутренних линий коммутатора;
-
Отсутствует стандартная математическая модель трафика в сетях интегрированным обслуживанием и стандартное описание поведен* коммутационного оборудования при передаче информации от разнородны источников.
Объект исследований. Объектом исследования являются: современнь; сетевые технологии глобальных сетей с интегрированным обслуживание} основные архитектурные решения коммутационного оборудования да высокопроизводительных глобальных сетей.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являете разработка структуры программно-аппаратных средств для коммутационног оборудования глобальных сетей передачи данных с интегрированны обслуживанием. В процессе достижения поставленной цели решаютс следующие задачи:
исследование протоколов и методов управления трафиком в глобальны
сетях передачи данных с интегрированным обслуживанием;
» анализ современных сетевых технологий с интегрированны обслуживанием, позволяющих построить территориально-распределённы вычислительный комплекс;
разработка методов управления и аппаратных средств транспортной сеті обеспечивающих обработку разнородного трафика с гарантированны качеством обслуживания;
оценка эффективности функционирования предложенных программа аппаратных средств;
создание программной модели сети и экспериментальная проверк предложенных решений.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовалис методы теории вычислительных систем, теория вероятности, теория массовог обслуживания, методы вычислительной математики и имитационног моделирования.
На базе полученных выводов предложена структурная схема оборудования ї узлов коммутации сетей с трансляцией ячеек. Разработаны методы анализа нкционирования коммутационного узла, обеспечивающего работу ;пределё'нной вычислительной системы на базе сетей с интеграцией шородного трафика.
Основные положения выносимые на защиту. На защиту выносятся гдующие положения и результаты: архитектурное решение на базе современных сетевых технологий с интегрированным обслуживанием, позволяющее построить территориально-распределённый вычислительный комплекс;
структурная схема коммутатора транспортной сети, обеспечивающей обработку разнородного трафика с гарантированным качеством обслуживания;
математические модели для оценки эффективности функционирования предложенной структуры.
Научная новизна. Научная новизна заключается в предложенных китектурных решениях построения коммутационного оборудования, зволяющих более эффективно использовать аппаратное обеспечение ммутационного оборудования; в методах анализа трафика в сети с гочниками различного типа, отличающихся от существующих тем, что они зволяют прогнозировать нагрузку сетей и определить среднюю задержку, а оке изменение среднего времени задержки при передаче данных, критичных к иному параметру.
Основные научные результаты заключаются в следующем: исследованы основные протоколы и методы управления трафиком в глобальных сетях передачи данных с интегрированным обслуживанием, определена возможность создания распределённого вычислительного комплекса на базе глобальных информационных сетей; исследованы современные сетевые технологии с интегрированным обслуживанием, позволяющие построить территориально распределённый вычислительный комплекс, и предложены требования, выполнение которых позволяет использовать территориально-распределённый вычислительный комплекс для решения задач математической физики; на программном эмуляторе проведена оценка эффективности функционирования предложенных программно-аппаратных средств. Практическую ценность работы представляют:
разработанные математическая модель коммутационного оборудования и алгоритм построения вычислительной подсети в рамках сети с интегрированным обслуживанием;
разработанная структурная схема коммутатора с совместным использованием памяти.
Использование результатов работы. Теоретические и практически результаты диссертационной работы использованы при разработке регионально сети персонального радиовызова (СПРВ) РЭП "Октябрь" и информационно управляющей сети ООО "Цифровые телефонные сети". В частности, разработан программное обеспечение узлов сети СПРВ, которое установлено и успешн функционирует в ряде городов Ростовской области, в том числе Ростове-нг Дону, Таганроге, Шахтах, Новочеркасске. Предложенные алгоритмі преобразования существующих информационных сетей доведены д практической реализации и были использованы при построении информациокне управляющей сети ООО "Цифровые телефонные сети". Также по результата! диссертационной работы разработана программа быстрого декодировани разделённых помехоустойчивых блочных кодов Боуза-Чоудхури-Хоквингемг которая используется в системе контроля радиоэфира.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались : обсуждались на всероссийской научной конференции студентов и аспиранте "Радиоэлектроника, микроэлектроника, системы связи и управления (г. Таганрог, 1997 г.), межрегиональной научно-практической конференци: "Проблемы экономики регионов России" (г. Гуково, 1998 г.; III межгосударственной научно-практической конференции "Экономико организационные проблемы проектирования и применения информационны: систем" (г. Ростов-на-Доігу, 1998 г.), всероссийской научно-техннческоі конференции с международным участием "Компьютерные технологии ; инженерной и управленческой деятельности" (г. Таганрог, 1998 г.] межрегиональной научно-практической конференции студентов и молоды: учёных "Экономические проблемы становления товарного рынка" (г. Ростов-на Дону, 1999 г.)
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано і печатных работ. Кроме того, тезисы доклада на XV Международно! конференции "Информационные технологии в задачах математической моделирования" были помещены в Internet по адрес;
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четыре: глав и заключения. Диссертация изложена на 162 страницах, из них 7 страши приложений, 147 страниц основного текста. Содержит 30 рисунков. Списо: использованных источников включает 96 наименований.