Комплексный подход обеспечивает эффективное использование ресурсов на каждом этапе реализации проекта, гарантируя максимальное достижение целей проекта за счет поэтапного проектирования и внедрения всех подсистем будущего центра обработки данных [1].

1. Актуальность темы

На пороге проведения ЕВРО-2012 в городе Донецк первостепенной задачей есть обеспечение высокого уровня безопасности и надежной работы единой диспетчерской службы «112». Исправность функционирования последней напрямую зависит от совершенства телекоммуникационной сети, на которой реализован Call-центр, от быстродействия работы его функциональных звеньев. «Сердцем» службы, как целостной информационной структуры является ЦОД, который принимает, обрабатывает, хранит и резервирует все информационные потоки, поступающие в службу «112».

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель работы – оптимизация работы ЦОД, путем перераспределения поступающей нагрузки на сервера, которые выполняют обработку запросов на обслуживание.

Задачи работы:

1. Проектирование центра обработки данных для Call-центра.
2. Исследование существующих технологий по оптимизации работы ЦОД.
3. Внедрение методов оптимизации работы ЦОД, путем перераспределения нагрузки на сервера.

В рамках магистерской работы планируется получение следующего практического результата:

ЦОД, функционирующий как ключевой элемент телекоммуникационной инфраструктуры диспетчерской службы «112» с системой контроля доступа запросов на обслуживание и распределением запросов между серверами ЦОД с целью рационального использования сетевого ресурса.

3. Обзор исследований и разработок

При проектировании ЦОД  очень важным аспектом является построении его структуры таким образом, чтобы ресурсов было достаточно для выполнения поставленных задач и в то же время система не должна превышать допустимые границы бюджета заказчика. Вывод: необходимо провести их оптимальное распределение.

3.1 Обзор международных источников

    В работе [2] рассматриваются современные пути развития центров обработки данных (ЦОД) для 
науки и бизнеса. В качестве современных примеров центров обработки научных   данных использованы: буферный датацентр ПРАО АКЦ ФИАН для космического проекта "Радиоастрон", вычислительный кластер Пущинского научного центра (ИМПБ РАН) и Stack Data      Network (SDN) – первая в России сеть отказоустойчивых датацентров.

        В книге  В.Г. Олифер «Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы» можно найти достаточно информации про технологии и протоколы, которые используются не только при построении ЦОД, но и при проектировании любой телекоммуникационной инфраструктуры.

   В учебнике  Безрук В.М. «Методы многокритериальной оптимизации информационных систем» рассматриваются проблемы параметрической оптимизации и применение методов оптимизации при решении типовых задач управления. Излагаемый материал учитывает особенности постановок задач управления и описывающих их математических моделей.

3.2 Обзор национальных источников

Авторы Ролик, Можаровский и Тонковид предлогают метод управления резервированием ресурсов ЦОД, который гарантирует качество обслуживания запросов пользователей и рациональное использование вычислительных ресурсов [3].

B статье [4] предложены алгоритмы распределения виртуальных машин по физическим серверам  в центрах обработки данных, что позволяет минимизировать затраты на содержание парка серверов.

Проблема распределения системных ресурсов рассматривается также в статье [5], в частности рассматривается подход до управления по схеме выделенных серверов. Приводятся модели и алгоритмы распределения ресурсов и структура соответствующих инструментальных способов.

 В работе [6] можно прочитать про облачные вычисления. Здесь риведены достоинства и недостатки, а также перспективы развития облачных вычислений.

 В статье [7] можно найти информацию происпользование технологии виртуализации для повышения роботы  ІТ-инфраструктуры.

 B статье [8] определены характеристики затрат на создание ЦОД на основе рекомендаций стандарта ANCI/EIA/TIA-942. Предложены методы для выбора состава затрат для последующего определения стоимости содержания вычислительного кластера.

3.3 Обзор локальных источников

В статье [9] рассматривается метод выделения системных ресурсов пользователю на основании критерия среднего времени обслуживания и нахождения нужного количества серверов(согласно SLA-соглашения (Service Level Agreement)).

 В статье [10] ЦОД рассматривается как модель массового обслуживания замкнутой сети для системы коллективного пользования с многими ресурсами.

 В статье [11] исследованы характеристики уровней надежности центров обработки данных в телекоммуникационных системах. приведены некоторые выводы про уровень резервирования оборудования ЦОД.

4. Проектирование ЦОД

Поскольку Call-центр, объединяющий в себе все спасательные службы «101», «102», «103», «104» и информационно-диспетчерскую службу «109», должен обрабатывать и сберегать большие массивы информации и алгоритмы процедур по обработке запросов на обслуживание, в нем необходимо выделить особую часть программного и аппаратного оснащения, которое входит в центр обработки даннях (ЦОД) [12]. 

ЦОД представляет из себя объединение большого количества программных и аппартаных платформ различного типа – серверов, СХД, ОС, систем управления нагрузкой и средствами резервирования данных. При этом проектирование необходимо осуществлять таким образом, чтобы обеспечить высокую готовность системы (англ. – high availability). Она достигается через резервирование вычислительного и селевого комплекса с внедрением нових технологий автоматического бновления при сбоях. Когда мы говорим о безотказности системы такого уровня, то подразумеваем готовность роботы центра обработки данных на 99,95% (или 4,5 часов простоя в год). При этом могут быть запланированы остановки на проведение планових работ, профилактики системы и т.п. [13].

В стандартной модели ЦОД, можно выделить следующие функциональные подсистемы:

Все подсистемы тесно взаимодействуют между собой и связаны посредством транспортной сети. В нашем случае будет предпринята адаптация нового ЦОД к уже существующим и работающим на разных технологиях сетям – ТФоП и Интернет. Таким образом будут использоваться такие данные как количество населения города Донецк, статистика количества вызовов к соответствующим службам, которые пока что работают в отдельности, и количество абонентов ТФоП и Интернет. Эти данные необходимы для расчета интенсивности поступающих запросов на обслуживание, нагрузки, которая поступает в диспетчерскую службу от потребителей услуг определеной сети и вследствии загруженность работой ЦОД. Точный расчет конечно же трудно осуществить, потому что периоды востребованности служб носят случайный характер, но ориентировочные расчеты все-же необходимы для оптимального планирования архитектуры ЦОД, так как физическая нехватка оборудования обеспечит лишь низкий уровень работы ЦОД, а его недогруженность будет свидетельствовать о нерациональном использовании сетевого ресурса [14].

Как ключевое звено Call-центра, ЦОД связан с узлами, где работают операторы, с внешней сетью Интернет и телефонной сетью общего пользования посредством транспортной сети. Переходным элементом будет служить ІР-шлюз, так как способы передачи информации во внешних сетях различны. Он будет конвертировать информационный поток из ТФоП в ІР-формат [15].

Общие требования к ЦОД вполне понятны: возможность постепеной модернизации без остановки эксплуатации, использование наиболее современных решений и стандартизированных технологий, которые обеспечат в будущем независимость от какао-либо конкретного поставщика оборудования.

Для соединения оборудования ЦОД будет использовано несколько способов. Коммутаторы Ethernet/IP соединены между собой по технологи Ethernet.

Cisco Intelligent Contact Manager (ICM) – центральный контроллер, который состоит из двух основних компонентов – маршрутизатора вызовов и сервера баз даннях. Маршрутизатор является главной составляющей ICM, выполняет маршрутизацію вызовов, моніторинг операторов и ресурсов в реального времени [16].

ICM Peripheral Gateway (PG) – сервер, который отвечает за связь между сетевыми компонентами и ICM. PG получает информацию от системних компонентов (Call Manager, Queue Manager, IP-IVR, ICM CTI Server) и транслирует ее для ICM. На основе этой информации ICM выполняет маршрутизацію вызовов и управление компонентами [17].

ICM Computer Telephony Integration (CTI) – сервер, который выполняет передачу информацию на рабочее место оператора, на котором работает CTI-агент. На серверном уровне CTI рукововдит статической информацией, БД, IP-IVR, WEB-серверами, доступ к которым может быть через IP-сеть. Более того, CTI-сервер позволяет оператору получить информацию про вызов (АОН), данные абонента, который звонит в реальном времени (например, история предыдущего вызова, статус решения проблемы и т.д.) [18].

ICM Admin Workstation (AW) предоставляет такие возможности оператору:

В качестве оборудования SAN – модульная система хранения данных DotHillR/Evolution 2722 FC с возможностью подключения четырех линий FibreChannel 4 Gbps.

В качестве коммутаторов Ethernet/IP, которые установленны непосредственно в центре обработки даннях была выбрана модель WS-C2960-24TC-L, которая устанавливается в стойку (количество портов 24 xEthernet 10/100 Мбит/сек и 2 xEthernet 10/100/1000 Мбит/сек) [20].

Для соединения коммутаторов Ethernet/IP с внешней сетью используем стандарт 1000BASE-LH (LongHaul) – стандарт, который использует одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 км. Для объединения серверов между собой действует стандарт 1000BASE – стандарт, использующий витую пару категории 5e. В передаче даннях принимают участие 4 пары. Скорость передачи данных – 250 Мбит/с по одной паре. Расстояние до 100 метров, то есть стандарт, позволяющий устанавливать соединения на небольшие расстояния [16].

Анализ источника угроз – необходимая работа при проектировании ЦОД

Тот, кто заботится о защите информационных технологий от отказов, должен существенно минимизировать риски от неправильной организации работы или форс-мажорных обстоятельств. Заранее следует позаботиться о том, как избежать возможного дефицита персонал, неудовлетворительного обслуживания, неполного тестирования или недостаточного контроля действий, направленных на обеспечение безопасности ИТ и приемлемого уровня производительности. Кроме того, следует продумать меры предосторожности от некорректного поведения людей во время поломки устройств и от технических отказов системы энергоснабжения или сетевых компонентов. В первую очередь рекомендуется провести анализ возможных угроз и одновременно установить, насколько длительным может быть время отказа. Очень важно выяснить, каков допустимый уровень потерь данных, сколько времени займет их восстановление, как быстро должны стать доступными сетевые приложения и какова максимально приемлемая продолжительность работы предприятия в ограниченных условиях. Ответы на эти и другие вопросы содержатся в рекомендациях инфраструктурной библиотеки ИТ (IT Infrastructure Library, ITIL), в которых аспекты обеспечения эксплуатационной безопасности ИТ играют значительную роль. ITIL демонстрирует зависимости между отдельными областями ИТ, тем самым позволяя добиться эффективного управления обеспечением безопасности [21].

После оценки длительности потенциального отказа ее можно соотнести с возможным финансовым ущербом, для чего необходимо учесть все факторы затрат, связанные с отказом. И наконец, на основе полученных результатов можно определить адекватные технические меры [21].

Критерий распределения сетевых ресурсов

Поскольку центр обработки данных это целый комплекс инженерных и IT-систем, который является неотъемлемой частью множества телекоммуникационных структур, он должен обеспечить единый информационный ресурс с гарантированными уровнями достоверности, доступности и безопасности данных.

В ЦОД регулярно поступают запросы, имеющие свою последовательность, время обслуживания, то есть время между ответом web-сервера и новым запросом в пределах одной сессии.

В структуру ЦОД будет включен главный контролер, в функции котрого будет входиь предоставление необходимых ресурсов для принятия запросов, на период времени достаточный для их обработки; перераспределение сетевого ресурса между за просами, приходящими от разных групп пользователей (в нашем случае серверов). Каждый новый запрос сессии будет поступать в очередь на вертуальный сервер, где после паузы снова обращается к системе в качестве нового запроса. Таким образом имеем k=1,…K классов запросов, J сессий и   ресурсов. Пользовательские сессии типа j поступают в систему с интенсивностью и начинают с запроса класса k, где  , пауза .

Матрица размерностью  – это матрица вероятностей переходов запросов по ресурсам ЦОД(рис.1).

 Рисунок 1 – Порядок обращения к ресурсам ЦОД   

Время ответа ЦОД на запрос класса k будет расчитываться по следующей формуле:                                                                                                                                                                                                                                                                                                (1)

где n – количество кластеров серверного комплекса; – среднее время ответа на запрос класса k сервером кластера i; – количество серверов в кластере i;  – номинальная загрузка кластера i; – среднее время ответа на запрос k сервером кластера i;  – интенсивность поступления запросов на обработку.

Это будет ключевой параметр, которым мы будем характеризовать занятость системного ресурса на время запроса одного пользователя в пределах одной сессии. Для того чтобы смоделировать ситуацію паузы перед прийомом следующего запроса, в систему введен виртуальный сервер с бесконечным количеством параллельных каналов обслуживания. Таким oбразом, смоделировано поведение пользователя ресурсом ЦОД: запрос сессии после обработки поступает в очередь віртуального сервера, после чего опять поступает в систему с новым за просом, так до тех пор, пока не будет выполнен последний запрос сессии, после котрого она заканчивается и запрос покидает систему.

Выводы

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2012 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

1.     «Центры обработки данных (ЦОД)». Сайт компании «Инком».
2.      ИсаевЕ.А., Амзараков М.Б., Пугачев В.Д., Самодуров В.А., Сухов Р.Р., Кобылка Н.А. «Современные пути развития центров обработки научных данных» 

3. Ролік О.І., Можаровський П.Ф., Тонковид О.С. «Метод управління резервуванням ресурсів ЦОД для підтримки заданої якості обслуговування запитів користувачів»

4. Теленик С.Ф., Ролик А.И., Савченко П.С., Боданюк М.Е. «Управляемый генетический алгоритм в задачах распределения виртуальных машин в ЦОД»

5. Теленик С.Ф., Ролік О.І., Букасов М.М., РимарР.В., Ролік К.О. «Управління навантаженням і ресурсами центрів оброблення даних при виділених серверах»

6. Антипин Е. Г.,  Панченко Д. С. «Перспективы облачных вычислений»

7. Стіренко С.Г., Тимошин Ю.А. «Ефективне застосування технолгії віртуалізації для підвищення функціонування ІТ-інфраструктури»

8.  Минухин С.В., Знахур С.В. «Методика выбора и расчета затрат совкупной стоимости владения вычислительным кластером»

9. Яремко І.М.  «Методика оптимізації ресурсів центру обробки даних»

10. Яремко І.М. , Долгіх І.П. «Оптимізація функціонування ентру обробки даних»

11.  Яремко І.М., Турупалов В.В., Молоковський І.О. «Імовірнісі характеристики центру обробки даних і резервування»

12.        Молчанова И.С. «Телекоммуникационная сеть единой дежурно-диспетчерской службы в условиях Донецкой области»
13.        Лебедев С. «Транспортные технологи современного ЦОД»
14.        Ролик А.И. «Модель управления перераспределением ресурсов информационно-телекоммуникационной системы при изменении значимости бизнесс-процессов»
15.        IP-мультимедиа (IMS, IP Multimedia Subsystem)
16.        Сетевое оборудование
17.        CallCentreWorld.ru
18.        Организация центров обработки вызовов
19.        Решения Cisco Unified Contact Centre
20.        Centergistic Solutions Product Announcement
21.        Ульрих Бекер «Как сократить до минимума число отказов»