В настоящее время одним из основных показателей влияющих на конкурентоспособность предприятия является умелое использование современных достижений в области компьютерных информационных технологий. В тех случаях, когда организация представляет собой территориально распределенную структуру, ей для эффективного управления подразделениями необходимо создавать распределенную компьютерную информационную систему (РКИС) с выходом в локальные вычислительные сети и в международную сеть Internet. Создание такой системы позволит предприятию организовывать информационный обмен о результатах деятельности филиалов, вести единый учет данных, использовать эту систему для оперативного принятия управляющих решений при условии большой территориальной распределённости. На рисунке 1 представлена типичная структура РКИС.

Структура распределенной компьютерной информационной системы - анимация (5 кадров, 6 повторов)

Рисунок 1 - Структура распределенной компьютерной информационной системы. (Рисунок анимирован; для запуска анимации обновите страницу)

Потребность в информации для целей планирования и управления, совершенствования профессиональной деятельности предприятий (организаций), а также бурное развитие информационных процессов требует проектирования и внедрения распределенных компьютерных информационных систем.

Главным требованием, предъявляемым к распределенным компьютерным информационным системам, является выполнение РКИС ее основной функции – обеспечение пользователям возможности быстрого доступа к необходимым им данным, расположенных зачастую на различных компьютерах.

В проектировании РКИС существует несколько проблем:

1) необходимо обеспечивать достоверность передачи информации по каналам связи, минимизировать время обработки запросов;

2) проблема, связанная с расширяемостью РКИС, сущность которой состоит в возможности наращивания различных компонентов, но при этом необходимо минимизировать экономическую составляющую системы;

3) требуется определиться с оптимальным составом аппаратных (серверы, рабочие станции и т.п.) и программных (приложения, запросы) компонентов.

Данные проблемы можно решить с помощью моделирования структуры РКИС.

Моделирование различного рода объектов приобретает всё большее значение в современном мире. Оно позволяет без значительных материальных затрат определить узкие места объекта, оптимальные характеристики для функционирования системы.

1.1 Цели и задачи исследования

Целью данной работы является моделирование распределенных компьютерных информационных систем и выдача рекомендаций по изменению параметров для оптимальной работы сети.

Поставленная цель потребовала решения ряда взаимосвязанных задач:

1) изучить теоретическую базу по вопросу моделирования РКИС;

2) провести анализ существующих методов решения поставленной проблемы;

3) выявить особенности типовых компонентов РКИС и последовательность взаимодействия между ними;

4) выбрать список параметров, влияние которых важно для эффективной работы системы;

5) разработать модель работы распределенной компьютерной информационной системы;

6) провести экспериментальные исследования и дать рекомендации для определения набора параметров, позволяющих организовать эффективную работу РКИС.

1.2 Планируемый практический результат

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная модель может использоваться как на стадии проектирования РКИС для определения рациональных характеристик системы, так и в процессе работы действующих РКИС – для определения загрузки компонентов системы, выявления «узких мест», разработки рекомендаций по их устранению.

1.3 Предполагаемая научная новизна

Научная новизна состоит в применении новейших разработок для задачи моделирования распределенных компьютерных информационных систем, а именно объектно-ориентированного подхода.

В процессе исследования предполагается получить следующие теоретические и практические результаты, определяющие научную новизну:

- Систематизировать теоретическую основу процесса моделирования.

- Изучив особенности типовых компонентов РКИС и последовательность взаимодействия между ними разработать модель распределенной компьютерной информационной системы.

2. Обзор существующих исследований

Проблеме моделированию распределенных компьютерных информационных систем и корпоративных информационных систем посвящено большое количество работ.

Среди работ магистров прошлых лет можно найти такие, которые частично связаны с темой моделирования РКИС. В [1] автором рассматриваются математические модели для анализа и оптимизации распределенных компьютерных систем. Поставленные задачи он решает с помощью систем массового обслуживания и нейронных сетей. В [2] автор решает задачу моделирования динамических процессов в распределенных базах данных компьютерных информационных систем путем применения имитационного моделирования.

Вопросу моделирования компьютерных информационных систем (КИС) посвящена статья моего руководителя Лаздыня С.В. и Землянской С.Ю.[3] В ней предлагается использование объектно-ориентированного метода для моделирования КИС.

На национальном уровне существуют порталы, посвященные вопросам моделирования различных областей, в том числе и РКИС, например, GPSS.ru, simulation.org.ua.

На мировом уровне вопросами моделирования занимаются многие институты, существуют различные электронные библиотеки и порталы - informs-cs.org, citeseer.ist.psu.edu/.

Моделирование представляет собой мощный метод научного познания, при использовании которого исследуемый объект заменяется более простым объектом, называемым моделью. Основными разновидностями процесса моделирования можно считать два его вида - математическое и физическое моделирование.[4] Примером физического вида моделирования может служить пилотная сеть, с помощью которой изучается принципиальная возможность построения сети на основе тех или иных компьютеров, коммуникационных устройств, операционных систем и приложений. Возможности физического моделирования довольно ограничены. Оно позволяет решать отдельные задачи при задании небольшого количества сочетаний исследуемых параметров системы. Проверка на практике около десятка разных типов маршрутизатров связана не только с большими усилиями и временными затратами, но и с немалыми материальными затратами. Поэтому, при проектировании РКИС во многих случаях предпочтительным оказывается использование математического моделирования.

Одним из методов построения математических моделей и средств реализации моделирующих алгоритмов являются системы массового обслуживания (СМО). [9, с. 11-15]. Однако, при построении моделей с использованием СМО принимается ряд упрощений и ограничений, которые снижают точность получаемых результатов моделирования.

Другим классом математических моделей являются имитационные модели. Такие модели представляют собой компьютерную программу, которая шаг за шагом воспроизводит события, происходящие в реальной системе. Применительно к вычислительным сетям их имитационные модели воспроизводят процессы генерации сообщений приложениями, разбиение сообщений на пакеты и кадры определенных протоколов, задержки, связанные с обработкой сообщений, пакетов и кадров внутри операционной системы, процесс получения доступа компьютером к разделяемой сетевой среде, процесс обработки поступающих пакетов маршрутизатором и т.д. Недостаток этого похода в том, что с усложнением моделируемой системы, возрастает сложность программной реализации системы.

Для моделирования вычислительных сетей разработаны специальные программные системы, например: Prophesy, COMMNET III (CACI Products (Compuware) caciasl.com), NetMaker XA, MIND (Network Analysis Center salestar.com), Perfomance и др.

Такие программные системы сами генерируют модель сети на основе исходных данных о ее топологии и используемых протоколах, об интенсивностях потоков запросов между компьютерами сети, протяженности линий связи, о типах используемого оборудования и приложений. Программные системы моделирования могут быть узко специализированными и достаточно универсальными, позволяющие имитировать сети самых различных типов. Качество результатов моделирования в значительной степени зависит от точности исходных данных о сети, переданных в систему имитационного моделирования.[4]

Рассмотрим подробнее систему имитационного моделирования COMNET компании CACIProducts.

2.1. Система имитационного моделирования COMNET компании CACIProducts

Компания CACIProducts является одним из лидеров рынка систем имитационного моделирования сетей, разрабатывая подобные средства уже 35 лет. Система имитационного моделирования COMNET позволяет анализировать работу сложных сетей, работающих на основе практически всех современных сетевых технологий и включающих как локальные, так и глобальные связи. Система COMNET состоит из нескольких основных частей, работающих как автономно, так и в комплексе:

- COMNETBaseliner - пакет, предназначенный для сбора исходных данных о работе сети, необходимых для проведения моделирования.

- COMNETIII вместе с пакетом AdvanceFeaturesPack - система детального моделирования сети.

- COMNETPredictor - система быстрой оценки производительности сети.

Главной проблемой при любом моделировании сети является проблема сбора данных о существующей сети. Именно эту проблему помогает решить пакет COMNETBaseliner. Этот пакет может работать со многими промышленными системами управления и мониторинга сетей, получая от них собранные данные и обрабатывая их для использования при моделировании сети с помощью систем COMNETIII или COMNETPredictor. COMNETBaseliner позволяет создавать разнообразные фильтры, с помощью которых можно извлечь нужную для моделирования информацию из импортируемых данных. С помощью COMNETBaseline можно:

- Импортировать информацию о топологии сети, возможно, в иерархическом виде;

- Комбинировать информацию из нескольких файлов регистрации трафика, которые могут импортироваться из разных средств мониторинга в единую модель трафика;

- Предоставлять полученную модель трафика для предварительного беглого обзора;

- Просматривать графическое представление межузлового взаимодействия, в котором трафик каждой пары узлов отображается линией определенного цвета.

Система имитационного моделирования сетей COMNETIII позволяет точно предсказывать производительность локальных, глобальных и корпоративных сетей. Система COMNETIII работает в среде WindowsNT и Unix. COMNETIII предлагает использовать простой и интуитивно понятный способ конструирования модели сети, основанный на применении готовых базовых блоков, соответствующих хорошо знакомым сетевым устройствам, таким как компьютеры, маршрутизаторы, коммутаторы, мультиплексоры и каналы связи. Пользователь применяет технику drag-and-drop для графического изображения моделируемой сети из библиотечных элементов. Затем система COMNETIII выполняет детальное моделирование полученной сети, отображая результаты динамически в виде наглядной мультипликации результирующего трафика. Другим вариантом задания топологии моделируемой сети является импорт топологической информации из систем управления и мониторинга сетей. После окончания моделирования пользователь получает в свое распоряжение следующие характеристики производительности сети:

- Прогнозируемые задержки между конечными и промежуточными узлами сети, пропускные способности каналов, коэффициенты использования сегментов, буферов и процессоров.

- Пики и спады трафика как функцию времени, а не как усредненные значения.

- Источники задержек и узких мест сети.

COMNETPredictor предназначен для тех случаев, когда необходимо оценить последствия изменений в сети, но без детального ее моделирования. COMNETPredictor работает следующим образом. Из системы управления или мониторинга сети загружаются данные о работе существующего варианта сети и делается предположение об изменении параметров сети: числа пользователей или приложений, пропускной способности каналов, алгоритмов маршрутизации, производительности узлов и т.п. Затем COMNETPredictor производит оценку последствий предлагаемых изменений и выдает результаты в виде графиков и диаграмм, на которых отображаются задержки, коэффициенты использования и предполагаемые узкие места сети.

Благодаря оригинальной технологии Flow Decomposition анализ даже крупных глобальных сетей выполняется за несколько минут. COMNETPredictor дополняет систему COMNETIII, которая может использоваться затем для более тщательного анализа наиболее важных вариантов сети.

Однако основные недостатки подобных систем – это достаточно высокая стоимость (до 70 000$) и узкая направленность на моделирование вычислительных сетей.

2.2 Объектно-ориентированный подход

Представляет интерес использование объектно-ориентированного подхода для моделирования РКИС. Этот метод связан с представлением предметной области в виде классов и объектов, которые в зависимости от предназначения методологии могут иметь различную природу. В самом общем смысле объект - это сущность, обычно извлекаемая из словаря предметной области или решения, а класс является описанием множества однотипных объектов. Каждый объект обладает идентичностью (его можно поименовать или как-то по-другому отличить от прочих объектов), состоянием (обычно с объектом бывают связаны некоторые данные) и поведением (с ним можно что-то делать или он сам может что-то делать с другими объектами).[7, с. 186-187]

Объектно-ориентированная технология основывается на так называемой объектной модели. Основными ее принципами являются: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархичность, типизация, параллелизм и сохраняемость. Каждый из этих принципов сам по себе не нов, но в объектной модели они впервые применены в совокупности. [6, с.42-43]. Для конструирования объектной модели удобно использовать UML – диаграммы. С помощью UML можно разработать детальный план создаваемой системы, содержащий не только ее концептуальные элементы, такие как системные функции и бизнес-процессы, но и конкретные особенности, например классы, написанные на специальных языках программирования, схемы баз данных и программные компоненты многократного использования [5,8].

2.3 Перечень нерешённых проблем и пути их решения

Проведя анализ используемых методов и средств, можно заметить, что каждый из них обладает рядом недостатков. Рассмотренные методы не позволяют моделировать сложные распределенные компьютерные информационные системы с достаточной точностью и адекватностью.

Данные проблемы можно решить при использовании объектно-ориентированного подхода в моделировании. Этот метод обеспечивает простоту отображения элементов системы, а также предоставляет возможность моделирования РКИС, имеющих различную конфигурацию.

Для того чтобы разработать структуру РКИС с помощью объектно-ориентированного метода необходимо выделить некоторые типовые компоненты.

3. Планируемые результаты

Таким образом, в результате проведенных исследований, планируется получить следующие результаты:

1) изучить теоретическую базу по вопросу моделирования РКИС;

2) разработать модель РКИС на основе объектно-ориентированного подхода;

3) на основе результатов моделирования выдавать рекомендации для определения набора параметров, позволяющих организовать эффективную работу РКИС.

4. Выводы

1. Обоснована актуальность создания подсистемы моделирования распределенных компьютерных информационных систем.

2. Произведен анализ существующих методов и средств моделирования, выявлены их недостатки.

3. Целесообразно применить объектно-ориентированный метод, в результате которого РКИС представляет собой совокупность взаимодействующих друг с другом типовых компонентов.

4. Создание подсистемы позволит без значительных экономических затрат определять оптимальные параметры системы, выявлять «узкие места», разрабатывать рекомендации по их устранению.

5. Литература

Стрюков С А Разработка моделей и программных средств для построения КИС //
http://www.masters.donntu.ru/2004/kita/stryukov/index.htm
Моделирование динамических процессов в распределенных базах данных компьютерных информационных систем //
http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2001/kita/telyatnikov/work.html
Лаздынь С.В., Землянская С.Ю. Разработка динамической модели компьютерной информационной системы // Наукові праці ДонНТУ. Серія “Обчислювальна техніка та автоматизація” - Випуск 74. - Донецьк: ТОВ Лебідь, 2004. - С. 152 - 159.
Н.А. Олифер, В.Г. Олифер. Средства анализа и оптимизации локальных сетей //
http://www.citforum.ru/nets/optimize/locnop_09.shtml
Pekka Kahkipuro. UML based performance modeling of object-oriented distributed systems //
http://www.macs.hw.ac.uk/~pjbk/umlworkshop/kahkipuro.pdf
Гради Буч. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд./ Пер. с англ. // М.:"Издательство Бином", СПб.: "Невский диалект", 2000.
Советов Б.Я. Моделирование систем: учебник для вузов. // М.: Высш. шк., 2001.
Буч Г., Рамбо Дж., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя.: Пер. с англ. // М.: ДМК, 2000.
С.И. Олзоева. Моделирование и расчёт распределённых информационных систем//
http://window.edu.ru/window_catalog/files/r18678/Uchpsb2.pdf

P. S. Данные материалы не являются окончательным вариантом магистерской работы. Окончательное написание и защита работы предполагается на декабрь 2008 г. По всем вопросам просьба обращаться на E-mail.

Биография

Библиотека

Ссылки

Отчет о поиске

Индивидуальное задание