Применение теории массового обслуживания при проектировании компьютерных сетей

Содержание

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..………..…3

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ………………………………………………..5

1.1 ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ …………………………5

1.1.1 ВХОДЯЩИЙ ПОТОК ТРЕБОВАНИЙ ………………………………….6

1.1.2 ВРЕМЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ ……………………………………….. 8

1.1.3 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И

ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ РАБОТЫ……………………….8

1.2 ПРОБЛЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ ………………………10

1.2.1 СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ……10

1.2.2 СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ. РАССМОТРЕНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕТИ

КАК СИСТЕМЫ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ……………………..11

ГЛАВА 2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………..13

2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СМО В СИСТЕМЕ

ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ROCKWELL ARENA ………………….13

2.1.1 ПРИМЕР №1 ………………………………………………………………… 13

2.1.1.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ …………………………………………13

2.1.1.2 РЕШЕНИЕ …………………………………………………..13

.

2.1.2 ПРИМЕР №2 …………………………………………..20

2.1.2.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ …………………………………………20

2.1.2.2 РЕШЕНИЕ ………………………………………..20

2.1.3 ПРИМЕР №3 …………………………………………26

2.1.3.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ………………………………………….26

2.1.3.2 РЕШЕНИЕ …………………………………………..27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………….……34

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………….……36

Выдержка из текста

Тема данной курсовой работы связана с проблемой оптимального использования ресурсов компьютерных сетей. Контуры этой проблемы впервые высветились в работах датского ученого Агнера Крарупа Эрланга (1878-1929), в связи с его исследованиями стохастических нагрузок в телекоммуникационных системах. Впоследствии, в короткое время, методы предложенные Эрлангом распространялись и обобщались на экономические, социальные, производственные и другие явления, что привело к появлению теории массового обслуживания (далее — ТМО). В основе этой теории лежат методы и понятия теории вероятностей и математической статистики, — уже разработанных, к тому времени, научных дисциплин. Важный вклад в развитие ТМО внес советский математик Александр Яковлевич Хинчин (1894-1959), разработав теорию потока однородных событий.

Основной задачей ТМО является задача определения оптимальной структуры системы массового обслуживания (далее — СМО) и организации её работы с целью повышения качества обслуживания. К СМО относятся системы любой природы в которых наблюдается массовое стохастическое использование критического, ограниченного ресурса. Следствием такого использования, в виду стохастического характера поступления заявок на обслуживание и ограниченности ресурса, является возникновение задержек и отказов обслуживания.

С наступлением эпохи ЭВМ, с распространением сетей их коммуникаций, — компьютерных сетей, ТМО стала очень востребованной. При этом, процесс стандартизаций привел к разработке специализированных протоколов, моделей, оборудования и других технологий ко многим из которых стали разрабатываться специальные методы ТМО. На сегодняшний день такие гиганты сетевых технологий как Cisco, HP Networking, D-Link, ZyXel, Alcatel-Lucent, Juniper Networks, Huawei и другие, уделяют особое внимание ТМО. Это также связано с современной тенденцией интеграции вычислительных сетей с традиционными телекоммуникационными системами. Наиболее разработанными направлениями этой интеграции являются цифровое телевидение и, особенно, IP-телефония, для которой разрабатываются целые сертифицированные методики ТМО, доступные на официальных сайтах. Так, например компания Cisco разработала методику "Анализ трафика для голоса поверх IP ", в которой, на базе статистической информации специализированного оборудования Cisco, с применением методов ТМО, делаются выводы относительно эффективности структуры и организации проектируемой сети [14]. Результат данной интеграции наиболее отчетливо выработан в стандарте сетей следующего поколения (next generation networks). Переход на этот стандарт — самая актуальная проблема для операторов связи. В связи с тем, что нагрузка на сети NGN, со стороны пользователей, возрастет задачи ТМО станут более актуальными.

Объектом исследования настоящей курсовой работы являются модели конкретных компьютерных сетей. Предмет исследования — вероятностно-временные характеристики, характеристики производительности, а также характеристики качества функционирования компьютерных сетей.

Цель исследования — определение оптимальной структуры и параметров моделей проектируемых компьютерных сетей. Для достижения этой цели необходимо решить задачу анализа компьютерных сетей средствами ТМО с применением аналитического метода, или метода имитационного моделирования.

В процессе написания данной курсовой мы проработали определенное количество литературы: учебников, монографий, статей. Следует отметить, что литературы по ТМО сегодня достаточно. Лучшим введением в ТМО является общепризнанный классический труд [4]. Доступен также специальный журнал [17], выпускающийся Математическим институтом имени В.А. Стеклова РАН, в котором немалая часть публикаций посвящена ТМО. Между тем, публикаций относящихся к применению ТМО к компьютерным сетям не так много. Среди них особенно ценны монографии [3],[6] и книга [1], которыми мы активно пользовались. В учебном пособии [11] раскрыты основные моменты методологии применения ТМО к проектированию компьютерных сетей. При решении задачи имитационного моделирования процесса работы компьютерной сети мы пользовались работами [2],[5],[7],[9]. В англоязычной статье [13] описывается технология программного и аппаратного обеспечения, позволяющая в режиме реального времени осуществлять контроль стохастических нагрузок и выполнять предсказания и управление режимом работы сети. В моментах, относящихся к сетевым технологиям мы пользовались классическими трудами [10],[12].

Список использованной литературы

Источники на русском языке:

1. Бахарева Н.Ф., Тарасов В.Н. Аппроксимативные методы и модели массового обслуживания. Исследование компьютерных сетей. — Самара: СНЦ РАН, 2011. — 327 с.

2. Боев В.Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World. — СПб.: БХВ-Петербург, 2004. — 368 с.

3. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. – М.: Техносфера, 2003. – 512 с.

4. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. — М.: Наука/редакция физико-математической литературы, 1966. — 434 с.

5. Замятина О.М. Моделирование систем. Учебное пособие. — Томск: ТПУ, 2009. — 204 с.

6. Ивницкий В.А. Теория сетей массового обслуживания. — М.: Изд-во физико-математической литературы, 2004. — 772 с.

7. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика CS. 3-е изд. — СПб.: Питер, 2004. — 847 с.

8. Кенин А.М. Самоучитель системного администратора. 3-е изд.-СПб.:БХВ_Петербург, 2012.-512 с.

9. Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. — М.: ДМК Пресс, 2004. — 320 с.

10. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. — СПб.: Питер, 2006. — 958 с.

11. Платунова С.М. Методы проектирования фрагментов компьютерной сети. — СПб: НИУ ИТМО, 2012. — 51 с.

12. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. 5-е изд. — СПб.: Питер, 2012. — 960 с.

Источники на английском языке:

13. Jordan Ansell, Winston K.G. Seah, Bryan Ng, Stuart Marshall Making Queuing Theory More Palatable to SDN/OpenFlow-based Network Practitioners. — School of Engineering and Computer Science. Victoria University of Wellington. — Wellington, New Zealand, 2016 — 6 с.

Электронные ресурсы:

14. Голосовая связь : IP-телефония/передача голоса по IP (VoIP). Сертифицированная методология ТМО компании Cisco [Электронный ресурс]. URL: http://www.cisco.com/cisco/web/support/RU/9/97/97422_tech_tk652_tk701_tech_white_paper09186a00800d6b74.html#xtocid2 (дата обращения: 14.07.2016).

15. Модели сотовой связи Cisco [Электронный ресурс]. URL: http://www.statistica.ru/local-portals/telecom/modeli-sotovoy-svyazi/ (дата обращения: 14.07.2016).

16. Разработка системы автоматизации проектирования виртуальных тренажеров "NETWORK LAB" на основе математической модели теории массового обслуживания. — Современные проблемы науки и техники Cisco [Электронный ресурс]. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=18649/ (дата обращения: 16.07.2016).

17. Теория вероятностей и её применения./РАН Математический инстутут им. В.А.Стеклова [Электронный ресурс]. URL: http://www.mathnet.ru/php/journal.phtml?jrnid=tvp&option_lang=rus (дата обращения: 15.07.2016).

18. NGN/Статья в Википедии [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/NGN (дата обращения: 15.07.2016).

19. Лукасевич И.Я. Имитационное моделирование инвестиционных рисков/статья [Электронный ресурс].URL: http://bre.ru/risk/11788.html (дата обращения: 17.07.2016)