Автоматизированное проектирование вычислительных сетей крупных проектных организаций
На правах рукописи
Стецко Александр Алексеевич
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
КРУПНЫХ ПРОЕКТНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ
Специальность 05.13.12 – Системы автоматизации проектирования по
техничеcким наукам (промышленность)
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Ульяновск – 2008
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный технический университет» на кафедре «Информационные системы»
Научный консультант: доктор технических наук, профессор
Ярушкина Надежда Глебовна
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Валеев Султан Галимзянович
доктор технических.наук., профессор
Курейчик Владддд
димир Викторович
доктор технических.наук., профессор
Ковалев Сергей Михайлович
Ведущая организация: ОАО «Концерн «Моринформсистемы-Агат»
Защита состоится состоится 18 февраля 2009______ в _______ г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.277.01 при ГОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет» по адресу: 432027, Ульяновск, ул. Северный венец, 32, ауд. 211(главный корпус).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета
Автореферат разослан «____»_______________ 20098г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д 212.277.01
доктор технических наук, профессор Казаков М.К.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблем ы
За последнее десятилетие отмечается интенсивное развитие вычислительных сетей (ВС) различныхой конфигураций,и интегрированных в глобальную информационную сеть. Несмотря на широкое распространение ВС, Практический потенциал в этой области накоплен очень большой, однако на практике очень часто сети проектируются и устанавливаются без привлечения соответствующих теоретических научных результатов, что приводит в итоге к частым выходам сетей из строя и их большим перегрузкам. Для малых сетей это не является критичным, в то время как для ВС крупных проектных организаций ошибки разработчиков непосредственно сказываются на эффективности такихэксплуатации сетей.
ВС предприятия представляет собой эволюционирующий объект, который за время эксплуатации переживает несколько модификаций. Условия модификации существенно отличаются от условий проектирования тем, что существующая ВС в текущем состоянии доступна для измерений. Результаты измерения параметров трафика и эксплуатационных параметров ВС могут быть использованы для прогнозирования параметров новой конфигурации ВС, создаваемой в процессе проектирования.в новом послепроектном состоянии При проектировании с нуля гипотетические параметры могут быть получены в результате вычислительного эксперимента в ходе имитации (моделирования) или в результате экстраполяции результатов какого-то «типового» варианта на рассматриваемый вариант сети.
Следовательно, аАвтоматизированное проектирование (АП) ВС предполагает в качестве обязательной компоненты подсистему моделирования сети.
Математическая мМодель ВС описываетпредставляет собой топологию узлов, каналов и коммуникационного оборудования. Коммуникационное оборудование включает в себя: концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. Концентраторы и коммутаторы задаются функционально, модели маршрутизаторов зависят от выбранного протокола и метрик каналов. Каналы обеспечивают передачу сигналов – пакетов. Узлы на транспортном уровне представляют собой генераторы и потребители трафика. На прикладном уровне узлы делятся следующим образом: серверы данных, файловые серверы, proxy-серверы, «толстые» и «тонкие» клиенты.
Взаимодействие узлов на прикладном уровне описывается как на уровневзаимодействие производственных процессов. Однако модифицированными диаграммами потоков данных (дополнение – расписанием работы ВС). Особенность ВС проектной организации составляет наличие особого процесса – функционирования проектного репозитория – архива проектно-конструкторской документации. современные средства АП ВС не решают задачу комплексно, в частности не включают специальные подсистемы математического моделирования трафика ВС.
Важная научно-техническая проблема АП ВС крупной проектной организации связана с отсутствием известного и развитого целостного теоретического похода к проектированию, интегрирующего собственно проектирование, моделирование и оптимизацию. Без комплексного подхода невозможно, позволяющего получить архитектуру САПР ВС, обеспечивающуюей высокое качество проектных решений за счет согласования в ходе проектирования транспортного и прикладного уровня описанияфункционирования сети. Декомпозиция данной проблемы позволяет выделить следующие важные задачи:
задачи оптимизации (выбор коммуникационного оборудования, пропускной способности каналов, выбор топологии сети;
задачи формализованного описания процессов принятие проектных решений (моделирование рассуждений проектировщика);
задачи моделирования узлов ВС на прикладном уровне (имитационное моделирование серверов и клиентов);
задачу генерации транспортной схемы ВС, достаточной для организации работы прикладного уровня.
Цель диссертационной работы
Целью диссертации является разработка нового теоретического подхода к автоматизированному проектированию ВС на основе интеграции процессов принятия проектных решений, моделирования и оптимизации в условиях нечетко заданного трафика и нечетких метрик маршрутизации, разработка на основе данного подхода нового структурно-функционального решения САПР ВС, позволяющего повысить качество автоматизированного проектирования в условиях неопределенности.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи исследованияВ соответствии с целью работы актуальными будем считать следующие задачи исследования:
- необходимо провести сравнительный анализ известныхсуществующих интеллектуальных методов оптимизации, существующих существующих систем автоматизированного проектирования и моделирования ВС, в том числеа также существующих языков имитационного моделирования; существующих систем моделирования процессов маршрутизации в ВС;
- необходимо построить математическую модель АП ВС, позволяющую использовать современные методы поиска проектных решенийдостаточную с точки зрения схемы, в том числе генетическуюой оптимизациюи;, адаптировать генетические алгоритмы (ГА) к задаче оптимизации ресурсов в ВС, то есть предложить способы кодирования структуры сети, определения трафика и функций оптимальности. Необходимо исследовать разнообразные типы ГА с точки зрения применимости к моделированию ВС;
- необходимо построить разработать интеллектуальную систему АП ВС на основе моделирования рассуждений проектировщика ВС, исследовать применимость схемы рассуждений на основе распространенного метода байесовских сетей доверия (БСД), выполнить сравнение интеллектуальных методов с генетической оптимизацией;
- необходимо разработать формализованную модель трафика ВС, позволяющую использовать при моделировании ВС как качественные оценки, так и результаты статистических измерений;
- необходимо выработать ряд дополнений к известным языкамвыбранному языку имитационного моделирования с целью ихего адаптации к задаче АПмоделированию ВС, построить методику слияния двух видов описаний сети: прикладного описания на уровне прикладных процессов и описания транспортной структуры сети;
- необходимо разработать средства представления структуры ВС, позволяющие описывать структуру ВС с разной степенью требуемой точности, например, на основе нечетких гиперграфов; построить методику учета нечетких метрик; сформировать алгоритм маршрутизации с использованием нечетких гиперграфов и нечетких метрик;
- необходимо разработать функциональные модели узлов на прикладном уровне: имитационные модели серверов и клиентов на основе GPSS; имитационные модели серверов и клиентов на основе сетей Петри;
- необходимо разработать алгоритм для решения задачи генерации транспортной схемы ВС, позволяющий успешно решить прикладные задачи в условиях неопределенностидостаточной для организации работы прикладного уровня;
- необходимо разработать и реализовать средства оптимизации ВС как программную систему и исследовать ее результативность на примере ВС конкретных проектных организаций.
Методы исследования
Современная теория неопределенности, неточности и нечеткости; теория нечетких систем; теория графов, теория имитационного моделирования, методы генетической и байесовской оптимизации
Результаты, выносимые на защиту
Основные положения, выносимые на защиту.
- Теоретический подход к построению САПР ВС, сочетающий проектные процедуры с моделированием трафика и оптимизацией проектируемой ВС. Генетическая оптимизация при автоматизированном проектировании ВС решает как задачи анализа, требующие многочисленных повторений процессов моделирования (задача оптимизации трафика ВС), так и задачи структурного синтеза ВС. Адаптация ГА к задаче оптимизации трафика ВС достигается построением функции оптимальности в форме модели функционирования концентраторов и коммутаторов при заданной топологии ВС. Вычислительная мощность адаптированного ГА, на каждом шаге эволюции которого срабатывает программа моделирования трафика, приемлема для современной вычислительной техники.
- Построенная модель трафика ВС на основе нечеткой случайной величины для САПР ВС позволяет выполнить приложение аппарата нечетких систем для генетической оптимизации размещения коммуникационного оборудования при автоматизированном проектировании ВС.
- Методы оптимизации проектных решений на основе генетических алгоритмов (ГА) и бБайесовскихая сетейь доверия (БСД), примененная для оптимизации позволяющие определить состава коммуникационного оборудования и определения пропускнуюой способностьи каналов, эффективно моделирует рассуждения проектировщика.
- Язык дополненных Описания потоков данных прикладных процессов определяют структуру вычислительных сетей и являются необходимыми исходными данными для автоматизации их проектирования. Дополнение потоковых диаграмм расписанием работы взаимодействия прикладных задач, позволяющийет выполнить имитационное моделирование трафика ВС.
- МатематическаяРазработанная модель трафика корпоративной сети на основе нечеткой случайной величины, позволяющаяет на основе теории нечетких гиперграфов оперировать прогнозными данными о трафике и вычислительной загрузке сети, использовать нечеткие метрики при маршрутизации.
- ФормализованныеРазработанные функциональные модели узлов на прикладныхом процессовуровне: имитационные модели серверов и клиентов на основе GPSS; имитационные модели серверов и клиентов на основе сетей Петри отражают прикладной уровень процессов в ВС.
- Гибридный метод, объединяющий нечеткое моделирование и распознавание нечетких тенденций для временного ряда трафика ВС и позволяющийет строить результативные модели серверов приложений и клиентов.
- Разработанный алгоритм генерации транспортной схемы ВС по совокупности модифицированных DFD-диаграмм позволяет проектировать ВС в автоматизированном режиме.
Научная значимость работы.
Автор защищает: разработанные модели автоматизации проектирования ВС; результаты теоретических, экспериментальных и практических разработок, внедрение в промышленную и опытно-промышленную эксплуатацию САПР ВС, в целом составляющие комплексный теоретический подход к построению САПР ВС..
Научная новизна. Впервые:
- Адаптированы методы генетическойий оптимизации для всех основных этапов автоматизированного проектирования ВСалгоритм к задаче оптимизации топологии ВС. Предложен способ кодирования структуры ВС и функция оптимальности, как пиковый трафик каналов. Построена функция оптимальности как модель функционирования вычислительной сети, имитирующая основные функции концентраторов и коммутаторов. Исследована эффективность разнообразных ГА: стандартного ГА, алгоритма «только мутация», эволюционной стратегии с разными вариантами кроссовера, мобильного ГА для задачи оптимизации трафика ВС.
- Построена мера трафика как нечеткая случайная величина и р. Построенная модель позволяет использовать при автоматизированном проектировании нечеткие данные, если их уточнение невозможно или трудоемко. Разработана формализованная модель сети на основе теории нечетких гиперграфов, позволяющая на основе вероятностных нечетких величин оперировать прогнозными данными о трафике и вычислительной загрузке сети.
- Разработаныа методы поиска проектных решений на основе байесовской оптимизацииструктура БСД для оптимизации параметров ВС.,
- Предложен язык модифицированных DFD-диаграмм (Data Flow Diagram), дополненных расписанием, для автоматизированного проектирования ВС многопоточная модель моделирования трафика ВС.
- Предложено метод моделированиярасширение протоколов маршрутизации с использованием нечетких метрик; разработана модель трафика корпоративной сети, позволяющая на основе теории нечетких гиперграфов оперировать прогнозными данными о трафике и вычислительной загрузке сети; исследована эффективность моделирования трафика в корпоративных сетях с использованием нечетких ме
- Разработаны формализованные функциональные модели узлов, как элементов прикладных процессов на прикладном уровне: имитационные модели серверов и клиентов на основе GPSS; имитационные модели серверов и клиентов на основе сетей Петри;
- Разработан новый гибридный метод, объединяющий нечеткое моделирование и распознавание нечетких тенденций трафика и. Данный метод позволяющийет строить имитационные модели сервера приложений и клиентов как системы нечетких правил.
- Разработан алгоритм для решения задачи генерации транспортной схемы ВС, обеспечивающей успешное выполнение прикладных задачдостаточной для организации работы прикладного уровня.
Практическая ценность и внедрение результатов
Созданная система автоматизации проектирования вычислительной сети практически используется на производстве и позволяет достичь улучшенных техническо-экономических показателей объектов проектирования. Предлагаемые методы и средства проектирования были успешно применены в области разработки ряда АСУ.
Созданная САПР ВС активно используется в производстве и позволяет эффективно перераспределять высокоприоритетный трафик путем применения предлагаемых методик и автоматической оптимизации, а так же сокращать время, затрачиваемое на проектирование вычислительных сетей.
Практическая ценность состоит в том, что разработанные модели и алгоритмы реализованы в форме программной системы и внедрены в деятельность ФГУП НПО "Марс" (г.Ульяновск). Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими документами о внедрении.Созданная система автоматизированного проектирования вычислительных сетей используется на производстве и позволяет достичь улучшенных технико-экономических показателей объектов проектирования. Предлагаемый теоретический подход, методы и средства автоматизированного проектирования были успешно применены в проектных работах, выполняемых предприятием ФНПЦ ОАО «НПО «МАРС» в интересах АСУ ВМФ РФ (Море-99, Мелодия, Запевала и др.). Созданная САПР ВС активно используется в производстве и позволяет эффективно перераспределять высокопроизводительный трафик путем применения предлагаемого подхода и автоматической оптимизации, а так же сокращать время, затрачиваемое на проектирование вычислительных сетей.
Практическая ценность состоит в том, что разработанные модели и алгоритмы реализованы в форме программной системы и внедрены в деятельность ФГУП НПО "Марс" (г. Ульяновск). Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими документами о внедрении.
Основания для выполнения работы
Данная научная работа выполнялась в рамках тематического плана научных исследований Федерального агентства по образованию в 2005, 2006, 2007, 2008 г., была поддержана грантами РФФИ № 06-01-02012 и 06-01014087 в 2006 г., № 08-01-97006 в 2008 г., ряд задач исследования решался в рамках х/д НИР № 100/05, выполняемого Ульяновским государственным техническим университетом УлГТУ по заказу ФНПЦ ОАО «НПО МАРС»
Достоверность результатов диссертационной работы.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена результатами экспериментов, а так же результатами использования материалов диссертации и разработанной системы в проектной организации. Система моделирования была удостоена бронзовой медали на 34-м Международном салоне изобретений, новой техники и товаров "Женева-2006" (Швейцария).
Апробация работы и публикации
Основные положения и результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на Ммеждународной конференции “Континуальные логико-алгебраические и нейросетевые методы в науке, технике и экономике” (г. Ульяновск, УлГТУ, 2005 г., 2006 г.), на Международной конференции “Интерактивные системы” (г. Ульяновск, УлГТУ, 2005 г.), на Научных сессиях МИФИ (г. Москва, МИФИ 2007 г., 2008 г.), на Международном научно-практическом семинаре "Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте". (г. Коломна, РАИИ, РАНС 2007 г.), на Международной научно-технической конференции “Интеллектуальные системы”, “Интеллектуальные САПР” (г. Дивноморское, 20062006 г., 2007 г., 2008 г.), на Первой Всероссийской конференции «Нечеткие системы и мягкие вычисления » (г. Тверь 2006 г., Ульяновск, 2008 г.), на Второй Всероссийской конференции «Нечеткие системы и мягкие вычисления » (г. Ульяновск, 2008 г.), на Национальных конференциях с международным участием по искусственному интеллекту (г. Обнинск 2006 г., г. Дубна 2008 г.), на Всемирном конгрессе IFSA’07 (Мексика, г. Канкун, 2007 г.), на 34-ом международном салоне изобретений, новой техники и товаров "Женева-2006" (г. Женева, Швейцария, 2006 г.).
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. В диссертации приведены 96___ рисунков, 23___ таблицы и _7__ приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении рассмотрена актуальность работы, определена ее цель и задачи, сформулированы положения, выносимые на защиту, их научная новизна и практическая ценность. Представлены основания для выполнения работы, ее апробация и структура.
В первой главе изложены результаты проведены исследование и анализа состояния автоматизированного проектирования вычислительных сетей. Отмечено, что автоматизированное проектирование и создание комплексных информационных систем является сложным поэтапным многоуровневым процессом, который. Он заключается в построении оптимальной системы, оптимальнокоторая максимально использующейет свои ресурсы и технические возможности.
В настоящее время научные исследования в области САПР ВС направлены на моделирование уже существующих сетей для проверки их эффективности и выявления ошибок. В главе обоснована Подчеркивается важность разработки единого теоретического подхода применения имитационных к построению САПР ВС, сочетающего проектные процедуры с моделированием трафика и оптимизацией проектируемой ВСмоделей (ИМ) для оптимизации ВС в процессе их проектирования.
Анализ предметной области позволиляет выделить следующие особенности ВС крупных проектных организаций:
- ВС за время эксплуатации постоянно изменяется – эволюционирует. Оптимизация сеансового уровня представления данных и прикладного уровней требует анализа программного обеспечения и режима эксплуатации прикладных задач, так как увеличение объема проектных работ требует адекватного роста ресурсов ВС..
- Особенностью производственных процессов проектной организации является сложное взаимодействие серверов данных различных типов: серверов данных, файл-серверов, прокси-серверов и различных клиентских станций: толстых и тонких клиентов.
- Существенной особенностью крупной проектной организации, определяющей трафик ее вычислительной сети, является наличие развитого проектного репозитория, например, архива конструкторско-проектной документации. Запросы к такому репозиторию – это специфический прикладной процесс информационной системы проектной организации.
По результатам анализаисследования текущего состояния исследований и существующего программного обеспечения можно сделать следующие выводы:
- в настоящее время не существует целостного теоретического подхода, комплекса методов, универсального программного средства проектирования ВС, которые были бы способны учесть не только все аспекты физической структуры сети, но и круг задач, программных средств и функций, которые эта сеть должна выполнять, а также, с помощью которых можно было быгло бы делать прогнозы относительно будущей загрузки сети.
- подход к моделированию осуществляется без учета задач, которые сеть должна выполнять, то есть в современных САПР ВС не применяется в необходимом масштабе функциональное моделирование прикладных процессов, происходящих в проектируемой сети с использованием каких-либо стандартных диаграмм или моделей.
В первой главе диссертации рассмотрены известные математические модели трафика ВС, с. помощью которыхОбращается внимание на то, что фактически реально возможно получить прогнозныезначение значения на основе обработки измерений трафика можно лишь статистически, проводя измерения несколько дней, недель или месяцев на каждом отдельно взятом сетевом канале. Если такие результаты измерений отсутствуют, то пПрогнозировать же трафик сети можно лишь с определенной вероятностью, изучив все влияющие на нее факторы. При этом для каждой отдельно взятой сети набор типовых факторов является специфическимдолжен быть скорректирован.
В главе описан формализм нечетких множеств, который применяется для моделирования трафика с использованием нечеткой случайной величины. Для представления понятия трафика на основе нечеткой случайной величины выделены следующие основания:
- для того чтобы прогнозировать трафик на том или ином канале ВС, необходимо понимать его нечеткую и одновременно вероятностную природу;
- для того чтобы САПР могла обрабатывать прогнозные значения трафика, необходимо использовать специализированный математический аппарат, в котором заложена возможность работы с подобными величинами.
В главе рассмотрены структурные модели ВС на основе нескольких теорий: графов, теории нечетких множеств и нечетких гиперграфов. Сделан вывод о том, что традиционные графовые модели структуры ВС достаточны лишь для моделирования небольших ВС или их фрагментов. Кроме того, при использовании в крупной проектной организации телекоммуникационной сети структура сети может быть отражена в таблицахбыть известна маршрутизациитору не полностью в связи с определенным состоянием каналов связи полностью, поэтому для вычислительныхтелекоммуникационных сетей с маршрутизацией необходимы более сложные модели.
В главе представлен обзор методов оптимизации трафика в условиях неопределенности. В частности рассматривается подход к проблеме нечеткой оптимизации с позиций аксиоматики теории возможностей. Подчеркивается, что адекватным средством формализации предлагаемого принципа оптимальности является математический аппарат случайных нечетких переменных. Приводятся основные цели и задачи исследования генетической оптимизации ВС.
В данной главе рассмотрены способы интеллектуального моделирования рассуждений проектировщика на основе системы нечетких правил, байесовских сетей доверия. Представлен формализм сетей Петри как возможная основа систем имитационного моделирования ВС.
В главе сделан вывод о том, что автоматизированное проектирование ВС требует в качестве обязательной компоненты систему моделирования сети. Сеть представляет собой топологию узлов, каналов и коммуникационного оборудования. Каналы обеспечивают передачу сигналов – пакетов – трафика. Природа трафика – нечеткая случайная величина. Топология задается графом, в развитом виде – нечетким гиперграфом. Узлы на транспортном уровне представляют собой генераторы и потребители трафика и могут быть заданы матрицей интенсивности. На прикладном уровне узлы делятся на серверы: данных, файлов, прокси и на «толстых» и «тонких» клиентов.
Взаимодействие узлов на прикладном уровне может быть описано на уровне прикладных процессов, например с помощью модифицированных DFD-диаграмм (дополненныхие расписанием работы ВС). Особенностью ВС проектной организации является наличие особого процесса – функционирования проектного репозитария – архива проектно-конструкторской документации.
Приведенные в главе обзор, исследование и анализ состояния автоматизированного проектирования ВС позволяют сформулировать основные задачи исследования.:
Во второй главе представлена математическая модель транспортной схемы ВС. Далее данная модель называется Т-моделью. Т-модель является теоретической базой для построения средств автоматизированного проектирования и моделирования ВС, представленной транспортным уровнем. Т-модель описывает ВС, как сложный многоуровневый объект, поэтому в Т-модели выделяются следующие уровни описания:
- уровень топологии, включающий в себя структуру ВС и схему коммуникационного оборудования (Топ-уровень);
- уровень генерации, передачи и потребления трафика (Тр-уровень);
- уровень маршрутизации ВС (М-уровень).
Для построения Топ-уровня в Т-модели необходимо выбрать математический аппарат, позволяющий представить динамически изменяющиеся конфигурации ВС и предоставляющий возможность описывать структуру различных фрагментов ВС с разной степенью точности. В диссертационной работе в качестве такого математического аппарата использован аппарат нечетких гиперграфов. Для построения схемы коммуникационного оборудования в составе Т-модели необходимо разработать функциональные модели активного коммуникационного оборудования. При построении моделей все активные узлы были разделены на три крупных класса: концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.
Для построения Тр-уровня в Т-модели каждый узел сети описывается набором переменных, характеризующих его как генератора или потребителя трафика (входной и выходной трафик), а каждый канал характеризуется пропускной способностью. Для адекватного представления в Т-модели величины трафика необходимо учесть как объективную вероятностную природу измеряемого трафика, так и качественное описание прогнозных значений трафика, используемых в процессе проектирования. С целью интеграции в Т-модели качественного (лингвистического) и количественного способов описания трафика нечеткая случайная величина выбрана в качестве основы его представления.
Отображение в Т-модели уровня маршрутизации (М-уровня) подразумевает моделирование протокола маршрутизации. Современные интеллектуальные динамические протоколы маршрутизации используют различные метрики при построении маршрута прохождения трафика. Гибкость протокола означает учет значимых факторов, влияющих на производительность ВС, выражаемых только качественным способом. Поэтому в диссертационной работе для моделирования протоколов маршрутизации построены нечеткие метрики.
Рассмотрим составные части Т-модели < Топ-уровень, Тр-уровень, М-уровень> последовательно.
Топ-уровень представления Т-модели - это нечеткий гиперграф. Из большого разнообразия графовых моделей представления структуры ВС выбран гиперграф, так как каждая вершина гиперграфа может раскрываться в самостоятельный граф (гиперграф) по мере уточнения проекта топологии ВС. Нечеткий гиперграф позволяет учесть вариативность фрагментов топологии на тех стадиях проектирования, когда проектное решение еще не выбрано.
Дадим определение нечеткого неориентированного гиперграфа, следуя понятию четкого гиперграфа. Пусть 
– конечное множество и 
– семейство нечетких подмножеств в 
.
Пара 
называется нечетким неориентированным гиперграфом, если 
, j J и 
, где элементы 
являются вершинами гиперграфа, множество 
, состоящее из 
– множество нечетких ребер гиперграфа.
Если все 
различны, гиперграф называется простым, иначе, получаем нечеткий мультигиперграф.
Степень принадлежности вершины 
ребру 
называется степенью инцидентности вершины 
и ребра 
, и обозначается 
.
Из приведенного определения можно сделать следующий вывод: нечеткие гиперграфы являются обобщением понятия нечетких графов на случай, когда произвольные ребра могут иметь любое, в пределах данного числа вершин, количество нечетко инцидентных им вершин. Исходя из этого, нечеткий ориентированный гиперграф можно рассматривать либо как произвольный набор нечетких подмножеств, определенных в одном множестве, либо как совокупность нечетких отношений. Использование такого подхода позволяет привлекать возможности теории графов для построения алгоритмов принятия проектных решений и исследования возможных структур ВС в ходе проектирования и оценки проектных вариантов.
Топ-уровень Т-модели включает в себя кроме описания топологии и коммуникационную схему. Коммуникационное оборудование представлено маршрутизаторами, концентраторами и/или коммутаторами. Каждый узел (рабочая станция) может быть подключен только к одному коммутатору/концентратору. Таким образом, каждый коммутатор/ концентратор определяет сегмент ВС. Вид коммуникационного оборудования (коммутаторов или концентраторов) значительно влияет на загруженность каналов связи. Реальная ВС содержит как коммутаторы, так и концентраторы. Улучшить пропускные способности каналов связи можно за счет оптимального выбора коммутаторов или концентраторов.
Задача выбора коммуникационного оборудования задается на уровне каналов связи, каждый канал k характеризуется пропускной способностью - реальной Pk и максимальной Pmaxk (бит/сек.). Интенсивность взаимодействия (передачи сообщений) любой пары узлов - это величина Bij (бит/сек.). Величина Bij измеряется в течение длительного промежутка времени Т и усредняется. Усреднение может быть представлено вычислением среднего значения Bijср, или построением на основе гистограммы распределения вероятностей, или построением функции принадлежности на основе распределения возможностей.
Суммарный трафик, приходящийся на канал связи, зависит от типа канала. Рассмотрим на Топ-уровне только каналы типа <коммутатор/концентратор> ----- <коммутатор/концентратор>. Тогда можно выделить следующие подвиды каналов:
<коммутатор > ----- <коммутатор>;
<концентратор> ----- < концентратор>;
<коммутатор > ----- < концентратор>.
Суммарный трафик выражается по-разному для 3-х подвидов каналов связи. Для суммарного трафика канала типа <коммутатор > -----<коммутатор> справедлива формула:
Множество вершин М1 и множество вершин M2 - это множества узлов по одну и другую стороны от канала связи.
Суммарный трафик канала <концентратор> ----- < концентратор> измеряется по-другому, так как канал, образованный концентраторами, образует общую магистраль:
Суммарный трафик канала <концентратор> ----- <коммутатор> может быть вычислен следующим образом:
Необходимость модификации (перепроектирования) ВС определяется по степени близости суммарного трафика и пропускных способностей каналов связи.
При построении Тр-уровня Т-модели основной задачей является построение переменной, значения которой могут быть либо измерены, либо выражены лингвистически в форме словесной экспертной оценки. Поэтому использование в качестве формы представления трафика либо вероятностной величины, либо лингвистической переменной недостаточно. Модель трафика ВС в Т-модели представляет собой нечеткую случайную величину (НСВ), которая имеет вид:
,
где 
– нечеткие значения, которые величина 
принимает с вероятностями 
, 
.
Поскольку при проектировании ВС специалист прогнозирует трафик в лингвистической форме, набор вероятностей 
можно также выражать с помощью слов. Для этого вводится понятие «степень уверенности НСВ». Каждый вектор вероятностей кодирует степень уверенности НСВ, которая представляет собой лингвистическую оценку вида «точно», «скорее всего» («скорее»), «наверное» («возможно»). Каждую такую оценку можно представить в виде функции распределения НСВ.
Каждый процесс в функциональной модели ВС рассматривается как генератор сетевого трафика с величиной, заданной словесной оценкой. На рассматриваемом интервале времени значение трафика распределяется в соответствии с мерой возможности оценки его значения. Например, оценка «скорее высокий» расшифровывается как НСВ {«низкий»/0, «средний»/0.25, «высокий»/0.75}. На рис. 1 показано распределение значения трафика в интервале времени.
Поскольку каждый канал в сети рассматривается как отдельное обслуживающее устройство, обозначим через 
среднее число сообщений в секунду, проходящих по i-му каналу. Определим полный трафик в сети следующим образом:
При использовании НСВ в качестве формы выражения величины трафика операция сложение выполняется как сложение нечетких величин. Обозначим через 
нечетко заданное среднее число сообщений в секунду, проходящих по i-му каналу. Тогда полный трафик в ВС является НСВ
,
где сложение означает сложение НСВ.
Результат сложения двух операндов, выраженных НСВ, рассматривается как объединение трапециевидных нечетких интервалов параметров узлов и каналов. Каждый из этих нечетких интервалов 
представлен пятеркой:
,
где 
– нижнее модальное значение нечеткого интервала
;
– верхнее модальное значение нечеткого интервала 
;
– левый коэффициент нечеткости;
– правый коэффициент нечеткости;
– высота нечеткого интервала.
Нечеткая величина 
, где 
, 
– два трапециевидных нечётких интервала, есть также трапециевидный нечеткий интервал
, где 
; 
;
Топ-уровень и Тр-уровень для Т-модели определяют структуру и трафик ВС, но для моделирования передачи трафика необходимо адекватно представить уровень маршрутизации (М-уровень). Маршрут P в распределенной ВС, которая представлена нечетким гиперграфом G = {V,E,с}, определен как некоторый (v,w) путь:
В территориально распределенных ВС существуют факторы, которые при различных условиях оказывают влияние на параметры узлов маршрутизации и каналов передачи данных. Факторы являются непостоянными и могут изменяться. Параметрические данные, которые изменяются под влиянием данных факторов, используются для определения метрики в протоколах маршрутизации. Длина пути Р может быть определена на основе метрик с, как величина c(P):
c(P)=c(E1)+ c(E2)+…+ c(Eк).
Если для узлов маршрутизации определены следующие метрики: 
- пропускная способность маршрутизатора; 
- задержка при передаче;
- стабильность работы, а канал характеризуется метриками: 
- пропускная способность канала;
- стабильность работы; 
- задержка, то оценки узла и канала, как элементов маршрута, определяют следующие формулы:.
, 
где 
– коэффициенты на основе нечетких характеристик канала и узла. Для формирования интегральной оценки целесообразно использовать аддитивную свертку:
.
Таким образом, общей метрикой маршрута является объединение нечетких величин параметров каналов связи и узлов маршрутизации, которые в свою очередь представляют собой объединение нечетких интервалов каждой из локальных характеристик.
Так как разработанная Т-модель транспорта ВС служит не только для решения задач собственно моделирования сети, но является основой для построения средства автоматизации проектирования, то для разработанной Т-модели адаптирована генетическая оптимизация. Для адаптации необходимо уточнять следующие параметры: способ кодировки решения (хромосомы), функцию оптимальности (оценки) каждой хромосомы, содержание операторов отбора (селекции), рекомбинации и мутации, вероятностные параметры управления сходимостью эволюции, условие завершения эволюции. Во второй главе приводится уточнение генетического алгоритма для решения задачи выбора коммуникационного оборудования и топологии ВС. Критерием оценки качества проектного решения, закодированного хромосомой, является значение трафика на главной магистрали (бэкбоне) при подключении узлов (хостов) так, как это закодировано в хромосоме. Более приспособленной считается хромосома, значение функции оптимальности для которой минимально.
Таким образом, вторая глава диссертационной работы содержит описание предложенной Т-модели транспортной схемы ВС. Т-модель позволяет выполнить имитационное моделирование варианта проектного решения ВС в процессе автоматизированного проектирования.
В третьей главе содержится описание разработанной математической модели для представления прикладных процессов в ВС (П-модель). П-модель учитывает широкое распространение современной сервисо-ориентированной архитектуры прикладных информационных систем. Любая реальная прикладная среда представляет собой сложное сочетание взаимодействующих прикладных агентов ВС: сервисов и клиентов (уровень агентов: сервисов и клиентов). Такой уровень описания назовем А-уровень. Взаимодействие агентов формирует прикладной процесс, состоящий из событий, связанных между собой потоками передаваемых данных. Поэтому можно говорить о потоковом уровне описания П-модели. Потоки данных принято выражать с помощью какой-либо разновидности потоковых диаграмм (Data Flow Diagram) или DFD-диаграмм. Назовём уровень П-модели, отражающий потоки данных DFD-уровнем. Таким образом, П-модель состоит из двух составных частей: <A-уровень, DFD-уровень>.
В третьей главе приведены событийные модели прикладных агентов двух типов: серверов и клиентов. В свою очередь для серверов построены обобщенные модели файлового сервера, сервера данных и прокси-сервера. Основные функции серверов: анализ запроса, обработка отклика запрашиваемого ресурса и занятие ресурса (обработка запроса). Основные характеристики: время отклика ресурса, время обработки запроса и занятость.
На А-уровне П-модели разработаны формализованные модели «тонкого» и «толстого» клиентов. «Тонкий» клиент реализует только презентационную логику – прикладной интерфейс для пользователя. Основной функцией для «тонкого» клиента является генерация запроса, а, следовательно, основная характеристика – частота генерации запроса. «Толстый» клиент объединяет в себе презентационную логику и логику выполнения и представляет собой обычную архитектуру рабочей станции. Основными функциями «толстого» клиента являются генерация запроса, анализ запроса, обработка запроса. Основные характеристики: частота генерации запроса, время обработки запроса, занятость (выходная переменная).
Свойство «загрузка» является характеристикой компоненты логики выполнения, поэтому в модели «тонкого» клиента данное свойство не рассматривалось. Переменная «загрузка» показывает загруженность объекта («толстого» клиента, сервера) при существующем потоке запросов (наличии определенных производственных процессов). Время отклика ресурса зависит от вида сервера. Время обработки запроса также зависит от типа запрашиваемого ресурса, т. е. от вида сервера. Основные факторы, более всего влияющие на выходные характеристики – это частота генерации запросов, объем запрашиваемой информации, а также характеристики аппаратного обеспечения (оперативная память и быстродействие). На распределение прикладных процессов по сети влияет вероятность обращения клиентов к серверу и объем данных запроса. Для моделирования вычислительной сети на прикладном уровне была использована теория сетей Петри, несомненным достоинством которых является математически строгое описание параллельных взаимодействующих агентов.
Каждый прикладной агент А-уровня представляется в виде раскрашенной сети Петри. Поскольку моделирование проводится на прикладном уровне, то в сети передаются не пакеты, а абстрактный объект с данными (фрейм). С помощью раскрашенных сетей Петри удобно моделировать переходы данных по вычислительной сети, с выбором устройств на которых проводится обработка. Цветами выступают адреса (mac), данные (data), коэффициенты загрузки (load). Клиент генерирует запрос по заданному расписанию с частотой, указанной в базе данных приложений. Запросы генерируются каждый такт с вероятностью, пропорциональной частоте, по нормальному закону распределения. Пример А-модели сервера представлен на рис. 2.
Рис. 2 Общая модель сервера на основе раскрашенных сетей Петри.
Взаимодействие прикладных агентов: клиентов и серверов порождает события, составляющие, в свою очередь, прикладной процесс (DFD-уровень). В главе представлен анализ возможности применения DFD-диаграмм (Data Flow Diagram) для формализованного описания процесса проектирования. Основным источником сетевого трафика являются процессы, происходящие на узле сети. При составлении функциональной модели сети следует обозначить все эти процессы и потоки данных, генерируемые ими. Кроме того, каждый из процессов имеет свое расписание выполнения в течение дня, и его необходимо учитывать при моделировании. В связи с этим к части языка DFD, описывающей сущность «процесс», были сделаны дополнения для полного описания процессов, происходящих в ВС. А именно, в свойства сущности «процесс», помимо названия и номера, включены еще нечеткие прогнозные оценки трафика и вычислительной загрузки, а также расписание выполнения процесса. При моделировании работы системы расписание имеет решающее значение, так как в определенные моменты времени процесс не функционирует и генерации трафика в сеть не происходит. Кроме того, для дальнейшей взаимосвязи с физической структурой сети в свойства процесса добавлен IP-адрес того компьютера, на котором этот процесс выполняется. Информация о диаграмме DFD хранится в классе «Блок диаграммы» (TBlockData): номер, названия задач, расписания работы, присваиваемые IP-адреса и др. (рис. 3).
Класс «Блок диаграммы» (TBlockData)
Номер блока (Block Number)
Название задачи (TaskName)
IP-адрес узла (IPaddress)
Расписание работы блока (Schedule)
Сетевая загрузка (Traffic)
Вычислительная загрузка (Loading)
Рис. 3. Атрибуты узла модифицированной DFD-диаграммы.
Так как разработанная П-модель прикладных процессов ВС служит не только для решения задач собственно моделирования сети, но также является основой для построения средства автоматизации проектирования, то для разработанной П-модели адаптирован известный интеллектуальный метод принятия проектных решений – байесовская оптимизация. Для адаптации необходимо построить граф байесовской сети доверия (БСД).
БСД для решения задачи оптимизации ВС состоит из четырех слоев: слой взаимодействий, слой интенсивности трафика, слой внутрисегментных и межсегментных трафиков, слой согласования Т-модели и П-модели. Рассмотрим кратко функции каждого слоя БСД.
Слой 1 – слой взаимодействий. Данный слой вводит в БСД начальные данные об интенсивностях взаимодействия компьютеров ВС между собой на основании информации об автоматизируемых производственных процессах, описанных на языке DFD-диаграмм. Величина интенсивности взаимодействия является нечёткой, так как передаваемый трафик состоит из документов, имеющих четкий размер, и запросов к базам данных, имеющих нечеткий размер.
Слой 2 – слой интенсивности трафика. На данном слое происходит группировка информации об интенсивностях взаимодействия компьютеров по каналам сети, через которые проходят взаимодействия.
Слой 3 – слой внутрисегментных и межсегментных трафиков. На данном уровне определяется интенсивность внутрисегментных и межсегментных взаимодействий для каждого узла сети. Каждый узел сети образует сегмент. Для каждого узла сети в данном слое существуют два узла БСД – на одном формируется внутрисегментный трафик, на другом – межсегментный трафик. Трафик формируется по принципу протекания через сегмент или внутри него.
Слой 4 – слой согласования Т-модели и П-модели. Данный слой является конечным слоем, и в его узлах формируются вероятности нахождения в определенном сегменте определенного типа коммуникационного оборудования, позволяющие согласовать производительность сегмента сети и мощность прикладных потоков данных.
Таким образом, модели прикладных процессов ВС определяют масштаб, а значит, в конечном счете, транспортную схему ВС.
Итак, третья глава содержит описание разработанной П-модели, включающей модели основных прикладных агентов: серверов и клиентов разных типов, (А-уровень) и модель взаимодействия прикладных процессов, выраженную на языке модифицированных DFD-диаграмм. Построенная П-модель позволяет провести байесовскую оптимизацию параметров прикладных процессов (времени отклика). Разработанные Т-модель и П-модель составляют основные положения нового теоретического подхода к автоматизированному проектированию ВС.
В четвертой главе изложено обобщение нового теоретического подхода к автоматизированному проектированию вычислительных сетей на основе интеграции процессов принятия проектных решений, моделирования и оптимизации в условиях нечетко заданного трафика и нечетких метрик маршрутизации. Сложные технические системы, такие как вычислительные сети, обладают объективной неопределенностью, что требует дальнейшего расширения инструментария прогностики. Все чаще используются интеллектуальные методы, которые расширяют классическую классификацию прогностических методов и представляют сочетание формализованных процедур обработки информации, полученной по оценкам специалистов-экспертов. Важнейшим проектным решением при проектировании ВС является согласование транспортной схемы (топологии) и прикладной среды, то есть Т-модели и П-модели. Назовем процесс согласования Т-модели и П-модели процессом формирования обобщенной ТП-модели. Обоснованием (доказательством) правильности принимаемого проектного решения служат результаты вычислительного эксперимента, осуществляемого в системе моделирования САПР ВС. При проектировании новой ВС, в отличие от ситуации, в которой модернизируется имеющаяся сеть, при моделировании используются прогнозные оценки трафика, заданные экспертами в лингвистической форме, поэтому вместо традиционных генераторов трафика, использующих распределение Пуассона для генерации заявок, используются генераторы нечеткого временного ряда трафика, соответствующего заданной экспертом нечеткой тенденции изменения трафика. В четвертой главе рассмотрена методология, метод и алгоритмы формирования обобщенной ТП-модели на основе генетической оптимизации и метод нечетких тенденций временных рядов для моделирования трафика ВС, как новый теоретический подход к автоматизированному проектированию ВС.
Рассмотрим в первую очередь методологию, метод и алгоритмы формирования ТП-модели на основе генетической оптимизации. Можно выделить следующие основные этапы автоматизированного проектирования ВС:
- Разработка П-модели для проектирования, то есть описание прикладных задач проектируемой вычислительной сети. На этом этапе составляется модель потоков данных проектируемой сети без привязки к транспортной структуре сети. Этот этап является важнейшим в предлагаемом методе проектирования ВС, так как правильно составленная диаграмма процессов, происходящих в сети, является основой для дальнейшей разработки ВС.
- Разработка Т-модели для проектирования, то есть описание транспортной схемы, структуры ВС. На этом этапе проектировщик описывает саму ВС на уровне узлов сети и каналов связи. Здесь устанавливаются взаимосвязи узлов сети через коммутирующие модули, или маршрутизаторы, расставляются серверы. Для каждого узла сети задается таблица маршрутизации. Фактически моделируется процесс составления и настройки реальной локальной сети.
- Формирование ТП-модели. На этом этапе производится слияние модели прикладных процессов (П-модель) и транспортной модели сети (Т-модель) в обобщенную модель (ТП-модель) и моделирование ВС на основе прогнозных значений трафика, представленного временным рядом нечетких тенденций. САПР ВС автоматически расставляет блоки диаграммы прикладных процессов, учитывая суммарный трафик сети, а так же вычислительную загрузку отдельных узлов. При помощи генетического алгоритма система находит оптимальный вариант наложения составленной схемы прикладных процессов на спроектированную ВС.
- Модификация. Заключается во внесении изменений в Т-модель.
Этапы модификации и оптимизации могут повторяться несколько раз, до тех пор, пока полученная система не будет удовлетворять всем требованиям проектировщика. При формировании описания прикладных процессов устанавливаются расписания работы процессов, генерируются прогнозные временные ряды трафика на основе нечетких тенденций.
Окончательная цель автоматизированного проектирования ВС –формирование обобщенной модели сети (ТП-модели). После того, как модель прикладных процессов и предполагаемая модель сети составлены, необходимо построить их взаимосвязь. Это осуществляется путем распределения блоков диаграммы (DFD) по транспортной структуре проектируемой сети. Фактически временно выстраивается проектный вариант обобщенной модели сети (ТП-модели). За поиск наилучшего варианта этого распределения отвечает генетический алгоритм.
Целевая функция генетического алгоритма состоит из 3-х частей. Первая часть функции стремится к уменьшению суммарного трафика в системе. Вторая часть стремится к тому, чтобы максимальная вычислительная загрузка одного узла была наименьшей. Третья часть целевой функции отвечает за качество группировки блоков диаграммы прикладных процессов по подсетям.
F= Fтрафик + Fвыч.загрузка +Fгруппировка
Расчет целевой функции соответственно происходит в 3 этапа. На первом этапе рассчитывается суммарный трафик в системе. Расчет строится на суммировании нечетких оценок, заложенных в диаграмму потоков данных. При этом производится трассировка связей диаграммы по каналам, описанным в транспортной модели сети. Каждый узел и коммуникационный модуль сети представляется, как генератор нечеткого временного ряда трафика на выходе. Соответственно, если через такой генератор проходит несколько связей, то значение на выходе увеличивается. Связь трассируется по сети, с учетом особенностей используемого коммуникационного оборудования. Вторая часть целевой функции рассчитывается подобным же образом, только система оперирует с нечеткими вероятностными оценками вычислительной загрузки. Третья часть целевой функции отвечает за качество группировки блоков диаграммы прикладных процессов по подсетям. Алгоритм ее вычисления таков: определяется количество групп, заданных пользователем. Затем для каждой из групп строится массив IP-адресов, присвоенных узлам, находящимся в этой группе. В этом массиве отыскивается максимальное количество повторяющихся элементов. Чем больше в группе повторяется IP-адресов, тем качество группировки выше.
Так как трафик ВС в Т-модели представлен нечеткой случайной величиной, в четвертой главе предложен метод, использующий нечеткие тенденции временного ряда для генерации трафика в системе моделирования.
Для описания развития моделируемого процесса в лингвистических терминах введем понятие временного ряда нечетких тенденций. Выделим далее базовые операции обработки нечетких тенденций.
Определение 1. Нечеткая тенденция (НТ). Пусть 
– нечеткий временной ряд лингвистической переменной (
), 
– множество нечетких временных рядов одинаковой длины. Тогда нечеткая тенденция, определенная на 
, есть совокупность упорядоченных пар 
где
представляет собой степень принадлежности 
к НТ.
Если говорить о тенденции как лингвистической переменной, терм-множеством которой является множество различных тенденций, наблюдаемых на ВР, а универсумом – множество всевозможных функций, НТ определяется как 
, i=1..p, где p – количество видов НТ, определенных на ВР; 
- множество НВР переменной длины.
Определяя НТ на всех интервалах [t-m+1, t] ВР и позиционируя начало или окончание интервала к временной шкале, получим временной ряд нечеткой тенденции.
Определение 2. Временной ряд нечеткой тенденции (ВРНТ). Пусть 
– множество нечетких временных рядов длиной m, где 
, 
t. Тогда временной ряд нечеткой тенденции есть упорядоченное во времени нечеткое множество: 
.
Для лингвистической переменной «тенденция» временной ряд определяется совокупностью значений всех видов нечетких тенденций:
Делая предположение о состоянии системы, зависящем от предыдущих состояний, предполагаем наличие зависимости НТ от значений тенденций в предыдущие моменты времени.
Моделью нечетких тенденций (МНТ) с характеризующими параметрами (n, p, m, l) обозначим совокупность компонент и уравнений:
, 
,
, 
, 
,
,
где 
– НВР, n – количество термов НВР, Fuzzy – функционал фаззификации;
– ВРНТ, p – количество термов НТ, mj – интервал определения НТ, Tend – функционал распознавания НТ;
f – функциональная зависимость, l – временной лаг;
– НВР, полученный из ВРНТ, deTend – функционал получения НВР из оценки НТ, данная операция позволяет построить временной ряд – представитель нечеткой тенденции, в том числе можно построить генератор прогнозного временного ряда трафика, соответствующего нечеткой тенденции;
– дефаззифицированный ВР, deFuzzy – функционал получения четкого ВР из НВР.
В результате экспертного построения НТ могут возникнуть отклонения между исходным ВР и смоделированным. Обозначим данные отклонения как ошибки построения:
- ошибка построения НВР:
.
- ошибка построения ВРНТ:
.
- ошибка построения ВР:
Так выбор функций принадлежности и ее параметров, метода дефаззификации определяет разницу между исходным ВР и преобразованным из НВР. Выбор видов тенденций и методов обуславливает несоответствие исходного нечеткого ряда полученному НВР из ВРНТ.
МНТ можно привести к разностному уравнению четкого ВР:
Построение модели ВР – это итеративный процесс идентификации, оценки и проверки модели. Идентификация МНТ заключается в описании нечетких переменных и построении соответствующих функционалов. На этапе оценки для модели выбирается инструмент нахождения функциональной зависимости и оценивается параметры выбранной функции по обучающей выборке. При диагностике проверяется способность модели к аппроксимации и экстраполяции.
Опишем НТ в виде последовательности нечетких меток, формирующих правила распознавания, что позволит одновременно описать и дать формулу расчета степени принадлежности четкого ряда к тенденции. Совокупность всех правил определения видов НТ составляет первый уровень общей системы логического вывода МНТ, которая реализует функционал Tend для получения ВРНТ (в формализованном виде):
Множество правил уравнения МНТ составляет второй уровень вывода:
Для анализа и построения четкого ВР по нечеткой модели (функционал deTend) каждому виду НТ сопоставим НВР, имеющий наибольшую степень принадлежности. Множество таких правил, реализующее функционал преобразования ВРНТ в НВР deTend, формирует третий уровень:
Таким образом, МНТ полностью реализуется многоуровневой системой логических отношений: 
, где выходы в виде нечетких переменных одного набора правил подаются на входы следующего набора правил без дефаззификации и фаззификации. Преобразования в нечеткие и четкие значения происходит только в отношениях R1 и R3 соответственно. Разработанная модель нечеткой тенденции (МНТ) позволяет построить генераторы нечеткого временного ряда трафика, соответствующего заданной экспертом нечеткой тенденции изменения трафика. Следовательно, МНТ является составной частью обобщенной ТП-модели, на основе которой можно построить результативную систему моделирования ВС в ходе автоматизированного проектирования.
Итак, в четвертой главе рассмотрена методология, метод и алгоритмы формирования обобщенной ТП-модели на основе генетической оптимизации, и метод нечетких тенденций временных рядов, моделирующий трафик для проектного варианта ВС.
В пятой главе описана программная реализация САПР ВС, функционально состоящая из следующих блоков: интерфейсный блок; блок имитационного моделирования на основе сетей Петри и библиотека
функциональных моделей прикладных агентов; блок моделирования маршрутизации; блок генетической оптимизации; блок байесовской оптимизации и блок имитационного моделирования на основе временных рядов нечетких тенденций. Связи между блоками изображены на рис. 4.
- Интерфейсный блок позволяет ввести описание прикладных процессов проектируемой сети при помощи адаптированного языка DFD. На этом этапе проектировщик строит описание структуры прикладных процессов, происходящих в сети, задает расписание работы процессов, и формирует прогнозные оценки генерируемого трафика и вычислительной загрузки. Интерфейсный блок предоставляет возможность проектировщику создать описание исходного варианта транспортной схемы ВС на уровне ее элементов – узлов, коммутаторов, шлюзов.
- Блок имитационного моделирования на основе сетей Петри и библиотека функциональных моделей прикладных агентов выполняет представление моделей узлов вычислительной сети на основе сетей Петри и дискретное моделирование работы отдельных узлов вычислительной сети и отображение результатов виде графиков. Раскрашенная сеть Петри, представляющая модель любого объекта вычислительной сети, может содержать следующие элементы: цвета, позиции, переходы, дуги и порты. Каждый из указанных элементов характеризуется своими свойствами и поведением. Каждая функциональная модель вводится с помощью специального графического интерфейса и хранится в форме XML-описания.
Рис. 4. Архитектура САПР ВС
- Блок моделирования маршрутизации устанавливает параметры маршрутизации, влияющие на расчет метрик на каналах связи, формирует таблицы маршрутизации, используя алгоритмы маршрутизации, отвечает за создание таблицы маршрутизации в каждом маршрутизаторе и ее перерасчет при изменении параметров узлов, каналов и сети в целом. Блок формирует сетевой пакет для посылки его по сети, определяет отправителя и адресата в сети; анализирует прохождение пакетов в сети, собирает информацию наличия подсетей и просчитывает путь, в соответствие с построенными таблицами маршрутизации; посылает пакет по построенному пути и протоколирует все межсетевые процессы в системном журнале.
- Блок генетической оптимизации применяет генетическую оптимизацию для решения двух задач: выбора вида коммуникационного оборудования, сегментации ВС.
- Блок байесовской оптимизации настраивает байесовские сети за счет определения матриц условных вероятностей для конечных узлов сети, вычисляет производные матрицы как матрицы сложения нечётких величин, формирует вероятности нахождения в определенном сегменте определенного типа коммуникационного оборудования, что позволяет согласовать производительность сегмента сети и мощность прикладных потоков данных.
- Модуль согласования прикладной процессной и транспортной схем (формирование ТП-модели) выполняет поиск оптимального размещения сервисов по транспортной структуре сети. Оптимизация производится по трем критериям качества – максимальное снижение пиковых нагрузок трафика, максимальное снижение пиковых нагрузок вычислительной загрузки и максимальная группировка прикладных процессов по группам.
- Блок имитационного моделирования на основе временных рядов нечетких тенденций содержит все компоненты системы нечеткого вывода: блоки фаззификации и дефаззификации, блок нечеткого вывода, базу знаний. Блок реализует все этапы построения МНТ, решает широкий спектр задач: многомерный анализ, графическое представление информации, моделирование и прогнозирование, хранение базы знаний.
Практическая ценность состоит в том, что разработанные модели и алгоритмы реализованы в форме программной системы и внедрены в деятельность ФГУП НПО "Марс" (г.Ульяновск). Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими документами о внедрении. Созданная программная система автоматизированного проектирования вычислительных сетей практически используется на производстве и позволяет достичь улучшенных технико-экономических показателей объектов проектирования, эффективно перераспределять высокопроизводительный трафик, а так же сокращать время, затрачиваемое на проектирование вычислительных сетей. Предлагаемый теоретический подход, методы и средства автоматизированного проектирования были успешно применены в проектных работах, выполняемых предприятием ФНПЦ ОАО «НПО «МАРС» в интересах АСУ ВМФ РФ (Море-99, Мелодия, Запевала и др.).
В следующей главе приведены результаты вычислительных экспериментов в данной программной среде САПР ВС.
В шестой главе представлены результаты вычислительных экспериментов в разработанной программной среде автоматизированного проектирования и результаты эксплуатации сетей, разработанных в САПР ВС, построенной на основе предлагаемого теоретического подхода. Представим результаты проектирования в среде САПР ВС в соответствие с предлагаемой последовательностью этапов проектирования:
- Разработка П-модели для проектирования, то есть описание прикладных задач проектируемой вычислительной сети. Согласование производительности сегмента ВС и мощности прикладных потоков данных.
- Разработка Т-модели для проектирования, то есть описание транспортной схемы, структуры ВС. Генетическая оптимизация для решения двух задач: выбора вида коммуникационного оборудования, сегментации ВС.
- Формирование ТП-модели. Слияние модели прикладных процессов (П-модель) и транспортной модели сети (Т-модель) в обобщенную модель ТП-модель (САПР ВС расставляет блоки диаграммы прикладных процессов, учитывая суммарный трафик сети, а так же вычислительную загрузку отдельных узлов при помощи генетического алгоритма).
- Моделирование ВС на основе прогнозных значений трафика.
- Моделирование протокола маршрутизации на основе нечетких метрик.
- Построение модели нечетких тенденций динамики трафика, моделирование и прогнозирование эксплуатационных характеристик ВС.
Разработка П-модели для проектирования
Для вычислительного эксперимента была выбрана ВС ФГУП НПО "Марс" на одном из этапов ее развития. Она состоит из сегмента конструкторов, сегмента технологического и нормоконтроля, сегмента технологов и сегмента архива. В сеть объединены отделы, связанные прежде всего с разработкой программного обеспечения, конструкторские, технологические отделы, отделы программистов и разработчиков, а также менеджеры по управлению этими подразделениями. Основой для ВС на глобальном уровне служит движение электронной инженерно-технической документации. На уровне подразделений сеть служит для распределенного ведения комплексных проектов различного оборудования, а также проектов программного обеспечения. Кроме этого, на уровне подразделений сеть позволяет вести централизованную распечатку документов. Основные прикладные агенты: сервера и клиенты описываются с помощью интерфейсного блока в форме сетей Петри, а их взаимодействие – с помощью DFD-диаграмм.
Расписание сетевых задач представлено в табл. 1.
Таблица 1
| Источник трафика | Получатель трафика | Расписание и объём |
| АРМ конструктора | Сервер конструкторов | 4 раза в день по 10–100 Мб |
| АРМ тех-нормоконтроля | Сервер конструкторов | 8 раза в день по 10–100 Мб |
| Центральный сервер | Сервер конструкторов | 200 раз в день по 1 Мб |
| АРМ архива | Сервер конструкторов | 1 раз в день по 2000 Мб |
| АРМ технолога | Сервер конструкторов | 4 раза в день по 10 – 50 Мб |
| АРМ руководителя | Сервер конструкторов | 4 раза в день по 10 – 50 Мб |
| Все АРМ | Центральный сервер | 8 раз в день по 5 Мб |
Рис. 5. Представление диаграммы потоков данных в САПР ВС
Масштабы потоков данных можно увидеть во втором столбце таблицы 2.
Результаты оптимизации трафика ВС ФГУП НПО "Марс"
Таблица 2
| Канал ВС | Исходное значение трафика, Кбайт | Значение трафика после оптимизации, Кбайт | Изменение, раз |
| АРМ технормоконтроля – концентратор комнаты №1 | 5350400 | 1029120 | 5,2 |
| АРМ технормоконтроля – концентратор комнаты №2 | 103065600 | 1029120 | 10,015 |
| АРМ технолога – концентратор комнаты технолога | 1612800 | 56320 | 28,63 |
| Коммутатор комнаты технолога – Коммутатор технологов | 103045120 | 5201920 | 19,8 |
Разработка Т-модели для проектирования
Разработка и оптимизация транспортной схемы ВС связана с решением двух задач: выбора коммуникационного оборудования и сегментации ВС. Ниже на рис. 6 приведен фрагмент протокола выбора вида коммуникационного оборудования, а на рис. 6 фрагмент протокола автоматической сегментации ВС на рис. 7
Узел User_Room325_Node
-------------------------
Тип узла
Концентратор - 0,3
Коммутатор - 0,7
Маршрутизатор - 0
Пропускная способность узла
10 МБит - 0,3
100 МБит - 0,7
1000 МБит - 0
Приоритетность узла
Низкая - 0,3
Средняя - 0,7
Высокая - 0
Узел User_Room309_Node
-------------------------
Рис. 6. Пример выбора вида коммуникационного оборудования
Суммарный пиковый трафик первоначального варианта подключения составляет 141189 Кбайт.По результатам оптимизации наилучшим признан
способ сегментации ВС, представленный на рис. 7.
Room325_Comp1 подключен к User_Room301_Node
Room325_Comp2 подключен к User_Room306_Node
Room325_Comp3 подключен к Central_Node
-
-
-
Room301_Comp6 подключен к User_Room306_Node
Room301_Comp7 подключен к User_Room334_Node
Room301_Comp8 подключен к User_Room301_Node
Server_1 подключен к Central_Node
Суммарный пиковый трафик при данном варианте подключения
составляет 128958.00 Кбайт
Канал с максимальным пиковым трафиком: Server_1 - Central_Node
Пиковый трафик: 47063 Кбайт
Общее время оптимизации составило 0 часов 2 минут 30 секунд 707 милисекунд
Количество перебранных вариантов:1953
Рис. 7. Результат оптимизации сегментации ВС
Рис. 8. Фрагмент сегментации ВС
Если САПР ВС использована в режиме модернизации сети, а не проектирования с нуля, то результатом оптимизации транспортной схемы ВС будет перечень рекомендаций по модернизации сети. Пример рекомендаций приведен ниже на рис. 9.
Формирование ТП-модели. Слияние модели прикладных процессов (П-модель) и транспортной модели сети (Т-модель) в обобщенную модель ТП-модель.
В шестой главе представлены результаты вычислительного эксперимента по размещения сервисов по транспортной схеме. В магистральной сети содержатся все серверы подразделений. В большинстве подсетей для коммуникации использованы коммутаторы. В подсетях крупных отделов применено каскадирование коммутаторов.
| Вес параметра оптимизации -производительность 1 | ||||||||||||||
| Узел | Тип | Производительность | Приоритетность | |||||||||||
| Хаб | Свитч | Роутер | 10 Мбит | 100 Мбит | 1000 Мбит | Низ-кая | Сред- няя | Высо- кая | ||||||
| 11 этаж | 0.5 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 | |||||
| 8 этаж | 0.3 | 0.6 | 0.1 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0.5 | |||||
| Интерпретация – на 11 этаже рекомендуется установить коммутатор или концентратор, пропускная способность канала 10 или 100 Мбит, на 8 этаже рекомендуется устанавливать концентратор, пропускной способностью канала 100 или 1000 Мбит. | ||||||||||||||
| …………………………………….. | ||||||||||||||
| Вес параметра оптимизации -производительность 0 | ||||||||||||||
| Узел | Тип | Производительность | Приоритетность | |||||||||||
| Хаб | Свитч | Роутер | 10 Мбит | 100 Мбит | 1000 Мбит | Низ- кая | Сред- няя | Высо- кая | ||||||
| 11 этаж | 0.5 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 | |||||
| 8 этаж | 0.5 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 | |||||
| На 8 и 11 этажах рекомендуется установить концентратор или коммутатор, пропускная способность 10 или 100 Мбит. Последовательность модернизации ВС значения не имеет. | ||||||||||||||
| Канал | Пропускная способность | ||
| 10 Мбит | 100 Мбит | 1000 Мбит | |
| Вес параметра оптимизации -производительность 1 | |||
| 8 этаж – 11 этаж | 0 | 0.7 | 0.3 |
| 8 этаж - сервер | 0 | 0.7 | 0.3 |
| Интерпретация: для обоих каналов рекомендуется использовать пропускную способность 100 Мбит, возможно использование пропускной способности в 1000 Мбит | |||
| …………………………………………………………….. | |||
| Вес параметра оптимизации -производительность 0 | |||
| 8 этаж – 11 этаж | 0 | 0.9 | 0.1 |
| 8 этаж - сервер | 0 | 0.9 | 0.1 |
| Интерпретация: Для обоих каналов можно использовать пропускную способность в 10 или 100 Мбит | |||
Рис. 9. Пример рекомендаций по модернизации ВС
В целях изучения эффективности процесса оптимизации описанная структура прикладных процессов была сопоставлена со структурой ВС, исходя из реального расположения, существующего на предприятии. Для такого варианта размещения прикладных процессов было рассчитано значение целевой функции, которое было взято за сравнительную характеристику существующей сети. Затем неоднократно запускался процесс оптимизации, заложенного в систему проекта сети. Эксперимент проводился несколько раз с различными параметрами стандартного ГА. Изменялся размер популяции, порог стабильности и коэффициент мутации. Графики сходимости стандартного ГА для каждого набора параметров приведены на рис. 10. Данные о значениях целевой функции в процессе эволюционного поиска приведены в табл. 3. Значение целевой функции для сравнительного варианта – 0,47 единиц.
Таблица 3
Фрагмент ряда значения целевой функции СГА в экспериментах
| Эволюцион-ное время | P=100, Элита=10, Мутация 0,9 | P=500, Элита=100, Мутация 0,4 | P=5000, Элита =2000, Мутация 0,4 | P=100, Элита=10, Мутация 0,4 | P=10000, Элита=3000, Мутация 0,4 | P=50000, Элита=5000, Мутация 0,5 |
| 1 | 0,609375 | 0,5640625 | 0,54375 | 0,555 | 0,528125 | 0,5 |
| 2 | 0,584375 | 0,5640625 | 0,54375 | 0,555 | 0,5265625 | 0,495 |
| … | ||||||
| 99 | 0,45 | 0,48875 | 0,45 | 0,45 | 0,45 | 0,45 |
| 100 | 0,45 | 0,48875 | 0,45 | 0,45 | 0,45 | 0,45 |
На рис. 10 пунктирной линией отмечено значение целевой функции, рассчитанное для существующего расположения прикладных процессов по сети. Из графика видно, что генетическая оптимизация позволяет найти более эффективное решение.
В результате согласования прикладного и транспортного уровней описания сформирована ТП-модель, то есть все прикладные сервисы размещены по транспортной схеме ВС и прогнозные параметры сети удовлетворяют заданным ограничениям.
Моделирование ВС на основе прогнозных значений трафика. Моделирование протокола маршрутизации на основе нечетких метрик.
Полученные результаты моделирования нечеткой маршрутизации ВС были использованы при переконфигурировании маршрутизаторов ВС. Для модернизируемой сети измерения были проведены с использованием программно-аппаратного анализатора трафика HP Internet Advisor J2300C. Рекомендации, полученные в ходе моделирования трафика на основе измерений с использованием нечетких параметров, были использованы при изменении таблиц маршрутизации. На рис. 11 представлена загрузка каналов связи до и после оптимизации.
Рис. 11. Загрузка каналов связи трафиком 
и 
до и после оптимизации соответственно
Моделирование ВС на основе прогнозных значений трафика.
Построение модели нечетких тенденций динамики трафика, моделирование и прогнозирование эксплуатационных характеристик ВС.
По модели нечетких тенденций проанализирована работа одного из узлов вычислительной сети предприятия и создана модель узла, генерирующая нагрузку сетевого интерфейса в зависимости от параметров работы пользователей, программного обеспечения и оборудования. Узлом является сервер под операционной системой Microsoft Windows 2003, выполняющий приложения в терминальном режиме. Основное пользовательское приложение: базы данных, работающее в файл-серверном режиме, где данные расположены на этом же сервере. Для описания сервера были выбраны данные из журнала событий прикладного программного обеспечения (ПО) и журнала счетчиков операционной системы (ОС) (табл. 4). Статистика собрана с 15 секундным интервалом в течение одного дня.
Для всех параметров установлены нечеткие переменные НВР, описывающие значения: «высокое», «низкое». Установлены НТ независимых параметров: «загрузка», «простой». Для трафика определены НТ: «рост», «падение», «простой», «скачок». Для построения модели работы узла ВС были проведены вычислительные эксперименты. Анализировались модели МНТ от самого простого случая (МНТ(n, p, 1, l) до моделей, включающих в себя как НВР, так и ВРНТ (МНТ(n, 5, 3, l ).
Таблица 4.
Описание переменных
| Параметр | Описание |
| Память\Обмен страниц в сек | число страниц (из оперативной памяти), прочитанных с диска или записанных на диск |
| Обращений записи на диск/сек | частота выполнения операций записи на физический диск |
| Обращений чтения с диска/сек | частота выполнения операций чтения с физического диска |
| % загруженности процессора | доля времени, которую процессор тратит на обработку всех потоков команд |
| Операции чтения | количество объектов, открытых для просмотра в прикладном ПО; определяется из логов всех баз данных установленных на сервере |
| Операции записи | количество объектов, записанных в прикладное ПО; определяется из логов всех баз данных установленных на сервере |
| Трафик | количество байт, которое сервер послал или получил через сеть |
На первом этапе рассматривались возможности метода МНТ и линейные модели ВР с распределенным лагом (DL), с авторегрессионной составляющей (ADL) и нелинейные модели на нейронных сетях (НС), полученные в программах Statistica 6.0 и Statistica Neural Networks.
Для моделирования объема трафика сервера экспертом были предложены и описаны следующие режимы работы сервера: ввод данных, чтение данных, формирование отчетов, с высокими значениями тенденций параметров. По нечетким тенденциям спрогнозированы низкие и высокие значения трафика, а также его четкие значения при различных режимах работы (рис. 12).
Рис. 12. Моделирование трафика сервера при разных видах работ
Таким образом, моделирование трафика при проектировании позволяет обосновать принимаемые проектные решения и обеспечивает выполнение требований технического задания на проектируемую ВС.
В заключении к диссертационной работе приведены основные итоги диссертационного исследования. В диссертации приведены 7 приложений: «Имитационное моделирование ВС в системе GPSS»; «Имитационное моделирование ВС в системе NS2»; «Оптимизация вариантов конфигураций ВС по критериям «стоимость-производительность»; «Оптимизация вариантов размещения прикладных процессов проектной организации»; «Визуализация прохождения пакетов с генерацией трафика»; «Вычислительные эксперименты по анализу нечетких временных рядов»; «Акты внедрения результатов диссертационной работы».
В ходе диссертационного исследования получены следующие основные результаты:
Главным итогом диссертационной работы является создание нового теоретического подхода к автоматизированному проектированию ВС на основе научного направления мягких вычислений; разработка комплекса моделей и алгоритмов для элементов ВС, позволяющих генерировать транспортную схему ВС по формализованному описанию прикладного уровня.
- Выполнен научный анализ современных работ по стохастической, генетической и байесовской оптимизации, ГА, оптимизации вычислительных сетей, обоснована целесообразность нового теоретического подхода к автоматизированному проектированию ВС на основе научного направления мягких вычислений использования генетических алгоритмов как средств стохастической оптимизации вычислительных сетей, в связи с нарастающей сложностью вычислительных сетей. На основе анализа возможностей и ограничений существующих САПР вычислительных сетей определено место нечетких систем и возможностного программирования в в САПР ВС. Обоснована необходимость использования нечетких данных на этапе проектирования и перепроектирования вычислительных сетей. Выполнен сравнительный анализ существующих систем автоматизированного проектирования и моделирования ВСвычислительных сетей, а так же анализ существующих языков имитационного моделирования, а так же анализ существующих языков имитационного моделирования, который показал актуальность метода оптимизации на основе нечетких гиперграфов.
- Адаптированы методы к задаче генетической оптимизации для АП ВСтопологии вычислительной сети генетический алгоритм. Адаптация включает формализацию функции оптимальности ГА за счет моделирования трафика. Для построения функции оптимальности построена достаточная для применения ГА модель топологии вычислительной сети на основе упрощенных функциональных моделей коммутационного оборудования вычислительных сетей: концентраторов и коммутаторов. Исследованы различные виды генетических алгоритмов применительно к задаче оптимизации топологии ВС, в частности алгоритм «только мутация», эволюционные стратегии, мобильный генетический алгоритм.
- Построена модель вычислительной сети на основе меры трафика, представленной нечеткой случайной величиной. Разработаны алгоритм выбора коммуникационного оборудования и определения оптимального варианта сегментации ВС в условиях нечетко заданных исходных данных.
- Разработаны структура БСД для оптимизации параметров ВС, модифицированныедополненные DFD-диаграммы (дополненные расписанием) для проектирования ВС.
- Разработана модель рабочей нагрузки на основе потоковых диаграмм; разработана методика и алгоритм слияния двух видов описаний сети: прикладного описания на уровне прикладных процессов и физической структуры сети.
- Построена модель распределенной корпоративной сети на основе нечетких гиперграфов; разработана модель маршрутизации в условиях неопределенности; разработан алгоритм поиска кратчайшего пути по нечеткому гиперграфу с использованием нечетких метрик.
- Разработана система проектирования корпоративных сетей с учетом моделирования маршрутизации в распределенных вычислительных сетях с использованием четких и нечетких параметров в условиях автоматизированного проектирования.в.
- Разработаны модели функционирования сервера приложений на основе гибридного метода нечетких тенденций и нечеткого моделирования временных рядов.
- Разработаны имитационные модели различных серверов: данных, proxy, файл-серверов и модели различных клиентов на основе сетей Петри.
- Проведены вычислительные эксперименты по исследованию эффективности разработанной САПРсистемы АП ВС.
- Предлагаемый теоретический подход, методы и средства автоматизированного проектирования были успешно применены в проектных работах, выполняемых предприятием ФНПЦ ОАО «НПО «МАРС» в интересах АСУ ВМФ РФ (Море-99, Мелодия, Запевала и др.).
- САПР ВС внедрена и используется при проектных работах для выявления узких мест прохождения трафика и его перераспределения в корпоративной сети в ФНПЦ ОАО НПО “МАРС” (Ульяновск 2006 г., 2007 г.).
Таким образом, в диссертации решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение для развития вычислительных сетей крупных проектных организаций, а именно: разработан новый теоретический подход к автоматизированному проектированию вычислительных сетей на основе интеграции процессов принятия проектных решений, моделирования и оптимизации в условиях нечетко заданного трафика и нечетких метрик маршрутизации, разработано на основе данного подхода новое структурно-функциональное решение САПР вычислительных сетей, позволяющее повысить качество автоматизированного проектирования в условиях неопределенности.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ
Монографии:
- Азов М.С., Макеев А.С., Стецко А.А. и др. Прикладные интеллектуальные системы, основанные на мягких вычислениях / Под ред. Н.Г. Ярушкиной, Ульяновск, 2005.- 138 с.
- Батыршин И.З., Недосекин А.О., Стецко А.А., Тарасов В.Б., Язенин А.В., Ярушкина Н.Г. /Под ред. Н.Г. Ярушкиной Нечеткие гибридные системы. Теория и практика М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 208 с.
- Стецко А.А. Автоматизированное проектирование вычислительных сетей крупных проектных организаций. Ульяновск: УлГТУ, 2007.- 195 с.
Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных Перечнем ВАК России
- Ярушкина Н.Г., Вельмисов А.П., Стецко А.А. Средства Data Mining для нечетких реляционных серверов данных // «Информационные технологии», № 6, 2007. – С.20-29.
- Стецко А.А., Ярушкина Н.Г. Автоматизированное проектирование вычислительной сети крупной проектной организации // Программные продукты и системы, № 4, 2007. – С.4-6.
- Стецко А.А. Архитектура программной системы автоматизированного проектирования и моделирования вычислительных сетей // Программные продукты и системы, № 4, 2007. – С.7-10.
- Ярушкина Н.Г., Макеев А.С., Стецко А.А. Система моделирования трафика телекоммуникационных сетей на основе измерений и качественных оценок // «Датчики и системы», № 11, 2007.- С.3-7.
- Азов М.С., Стецко А.А., Ярушкина Н.Г. Автоматизированное проектирование вычислительных сетей крупных проектных организаций // Инфокоммуникационные технологии, № 1, 2008. - С.50-54.
- Макеев А.С., Стецко А.А., Ярушкина Н. Г. Система моделирования маршрутизации корпоративных сетей на основе нечетких метрик // Инфокоммуникационные технологии, № 2, 2008. – С.64-70.
- Стецко А.А. Принятие проектных решений на основе анализа нечетких тенденций временных рядов // Программные продукты и системы, № 3, 2008. –С.92-95.
- Тронин В.Г., Стецко А.А. Моделирование сервера и рабочей станции вычислительной сети с помощью раскрашенных сетей Петри// Программные продукты и системы, № 3, 2008. - С.95-97.
- Стецко А.А. Программная система автоматизированного проектирования и моделирования вычислительных сетей // Известия Самарского научного центра РАН, специальный выпуск, Т. 2, 2008.- С.176-180.
- Стецко А.А., Ярушкина Н.Г. Методы генетической оптимизации при автоматизированном проектировании вычислительной сети крупной проектной организации // Известия Самарского научного центра РАН, специальный выпуск, Т. 2, 2008.- С.181-185.
Основные статьи по теме диссертации в прочих изданиях
- Ярушкина Н.Г., Семушин И.В., Стецко А.А. Компонентно-ориентированная Internet-интегрированная среда для экспертизы эффективности деятельности крупных предприятий // Новости искусственного интеллекта, № 4, 2005.- С.42-51.
- Стецко А.А., Ярушкина Н.Г., Шамшев А.Б., Макеев А.С. Система моделирования и проектирования трафика телекоммуникационных сетей в условиях неопределенности.// Диплом Международного Салона изобретений «Женева-2005», 2005.
- Sosnin P., Stetsko A., Maklaev V. Means of question-answer interaction with experience in object-oriented analysis and design// Interactive Systems and Technologies. The problem of Human-Computer Interaction/- Collection of scientific papers.- Ulyanovsk, UlSTU,2005, pp. 80-90
- Стецко А.А., Соснин П.И. Автоматизированное формирование и использование опыта проектной организации // Информатика, системы искусственного интеллекта и моделирование технических систем: Труды Международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике КЛИН-2005», Ульяновск, 2006.- Т. 2.- С.145-148.
- Стецко А.А. Система моделирования и проектирования трафика телекоммуникационных сетей в условиях неопределенности // Информатика, системы искусственного интеллекта и моделирование технических систем: Труды Международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике КЛИН-2006», Ульяновск, 2006.- Т. 2.- С.109-111.
- Ярушкина Н.Г., Вельмисов А.П., Стецко А.А. Нечеткие гибридные системы как инструмент построения информационного хранилища // Международная конференция «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», Т.2, 2006.- С.13-16.
- Ярушкина Н.Г., Вельмисов А.П., Стецко А.А. Средства Data Mining для нечетких реляционных серверов данных // Сборник трудов Всероссийской конференции «Нечеткие системы и мягкие вычисления», Тверь, 2006.- С.167-184.
- Ярушкина Н.Г., Вельмисов А.П., Стецко А.А. Нечеткие гибридные системы в задачах интеллектуального анализа данных // X национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2006 (Обнинск), 2006.- С.408-415.
- Ярушкина Н.Г., Вельмисов А.П., Стецко А.А. Нечеткие гибридные системы в задачах интеллектуального анализа данных // Труды Международной конференции «Интеллектуальные системы», Т. 1, 2006.- С.81-89.
- Стецко А.А., Ярушкина Н.Г. Автоматизированное проектирование вычислительной сети на основе потоковой модели рабочей нагрузки // Информатика и экономика: Сборник научных трудов - Ульяновск: УлГТУ, 2007.- С.12-17.
- Стецко А.А. Архитектура программной системы автоматизированного проектирования корпоративных сетей // Информатика и экономика: Сборник научных трудов - Ульяновск: УлГТУ, 2007.- С.19-25.
- Азов М.С., Стецко А.А., Ярушкина Н.Г. Автоматизированное проектирование вычислительных сетей на основе нечеткой модели трафика // Информатика и экономика: Сборник научных трудов - Ульяновск: УлГТУ, 2007.- С.26-35.
- Вельмисов А.П., Стецко А.А., Ярушкина Н.Г. Data Minig для информационного интеллектуального хранилища // Информатика и экономика: Сборник научных трудов - Ульяновск: УлГТУ, 2007.- С.82-96.
- Ярушкина Н.Г., Стецко А.А., Селяев А.Г., Чекина А.В., Корунова Н.В. Разработка и реализация интеллектуального репозитария проектной организации // Научная сессия МИФИ-2007. Том 3, 2007.- С.67-69.
- Yarushkina N., Stetsko A.., Velmisov A. Data Mining for fuzzy relational data servers // Proceeding of World Congress IFSA’07, Cancun, Mexico, 2007, р.р.220-230.
- А.С. Макеев, А.А. Стецко,. Н. Г. Ярушкина Автоматизированное проектирование корпоративных сетей на основе нечетких гиперграфов // Труды международной конференции, «Интеллектуальные системы» «Интеллектуальные САПР, AIS 07, CAD-07,М.:Физматлит, 2007.- С.243-250.
- Вельмисов А.П., Стецко А.А., Ярушкина Н.Г. Data Mining means for fuzzy relational data servers // Information Technologies: Proceeding of Russian-German scientific conference devoted to 10-years cooperation of Ulyanovsk State Technical University and Darmstadt University of Applied Science. – Ulyanovsk, UlSTU, 2007.- С.94-105.
- .Ярушкина Н.Г, Макеев А.С., Стецко А.А. Автоматизированное проектирование корпоративных сетей на основе нечетких гиперграфов // Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте. Сборник трудов IV-й Международной научно-практической конференции (Коломна, 28-30 мая 2007 г.).В 2-х томах. Т.1.-М.:Физматлит, 2007.- С. 243-250.
- Ярушкина Н.Г., Стецко А.А., Наместников А.М. Моделирование маршрутизации на основе нечетких метрик // Научная сессия МИФИ-2008. Том 10, 2008.- С.114-116.
- Стецко А.А. Принятие проектных решений на основе анализа нечетких тенденций временных рядов // Труды Всероссийской конференции «Нечеткие системы и мягкие вычисления», Ульяновск, 2008.- С.115-122.
- Тронин В.Г., Стецко А.А. Модели сервера и рабочей станции в программном продукте моделирования вычислительной сети научно-производственного объединения на уровне приложений с помощью раскрашенных сетей Петри// Труды Всероссийской конференции «Нечеткие системы и мягкие вычисления», Ульяновск, 2008. – С.64-68.
- Стецко А.А. Архитектура программной системы автоматизированного проектирования и моделирования вычислительных сетей // Труды международной конференции, «Интеллектуальные системы» «Интеллектуальные САПР, AIS 08, CAD-08,М.:Физматлит, Т.1, 2008.- С.145-150.
- Ярушкина Н.Г., Стецко А. А., Юнусов Т. Р. Bозможности анализа нечетких временных рядов на примере системных журналов терминальных вычислительных сетей // Труды международной конференции, «Интеллектуальные системы» «Интеллектуальные САПР, AIS 08, CAD-08,М.:Физматлит, 2008.- С.116-123.
- Ярушкина Н.Г., Стецко А.А. Генетическая оптимизация при автоматизированном проектировании вычислительных сетей // XI национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2008 (Дубна), 2008.- С.66-74.
- Стецко А.А. Принятие проектных решений на основе анализа нечетких тенденций временных рядов // Информационные технологии, Ульяновск: УлГТУ, 2008.- С.125-132.
- Тронин В.Г., Стецко А.А. Моделирование сервера и рабочей станции вычислительной сети с помощью раскрашенных сетей Петри// Информационные технологии, Ульяновск: УлГТУ, 2008.- С.132-134.
Стецко Александр Алексеевич
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ КРУПНЫХ ПРОЕКТНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Подписано в печать _____.2008. Формат 60х84/16.
Бумага писчая. Усл. печ. л. ____. Уч.-изд. л. _____
Тираж 100 экз. Заказ _______
Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, Северный Венец, 32.
