авторефераты диссертаций www.z-pdf.ru
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
 

На правах рукописи

ЛИТВИНОВ Кирилл Александрович

МОДЕЛЬ ЗОНЫ НАГРУЗКИ И ПРОЦЕДУРЫ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКОВ СЕТЕВОЙ

ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

НА ОСНОВЕ ЕЕ КИБЕРНЕТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ

Специальность 05.25.05 «Информационные системы и процессы

(технические науки)»

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов 2015

Ведущая организация

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образо-

вательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский

государственный университет имени Г. Р. Державина» (ФГБОУ ВПО «ТГУ

им. Г. Р. Державина») на кафедре компьютерного и математического модели-

рования.

Научный руководитель

Пасечников Иван Иванович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Абрамов Геннадий Владимирович,

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

университет»,

кафедра

математического

и прикладного анализа, профессор

Гостин Алексей Михайлович,

кандидат технических наук, доцент,

ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный

радиотехнический университет», Центр новых

информационных технологий, директор

Защита диссертации состоится 24 декабря в 15 часов на заседании дис-

сертационного совета Д 212.260.05 ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов,

Советская, д. 106, Большой актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ

ВПО «ТГТУ» http://tstu.ru .

Автореферат разослан 23 октября 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Селиванова Зоя Михайловна

Федеральное

государственное

казенное

военное

образовательное

учреждение

высшего

профессионального

образования

Военный

учебно-научный

центр

Военно-воздушных

сил

«Военно-воздушная

академия имени профессора Н. Е. Жуковского

и Ю. А. Гагарина» (г. Воронеж)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В условиях высоких темпов инфор-

матизации общества и роста рынка инфокоммуникационных услуг особое ме-

сто среди задач оптимизации работы сетевых информационных систем (СИС)

занимают те, которые направлены на повышение эффективности работы СИС.

Они предусматривают разработку и применение как программного обеспече-

ния, реализующего средства и способы сбора, передачи, хранения, обработки и

представления информации, так и новых протоколов прикладной направлен-

ности, что позволяет повысить качество работы СИС. Принципы организации

функционирования СИС на основе распределения информационных потоков

являются важным инструментом, с помощью которого достигается желаемый

результат для СИС в указанном смысле.

Информационная эффективность СИС оценивается вероятностно-времен-

ными характеристиками, в том числе: производительностью СИС, средней или

в виде ограничения временной задержкой передаваемых пакетов (фиксирован-

ный набор данных в виде передаваемого объекта в СИС), информационными

потерями. Наряду с указанными показателями, в ряде опубликованных работ

используется обобщенный параметр «Кибернетическая мощность информаци-

онной сети», который позволяет одновременно учитывать передающие и

накопительные возможности СИС при наличии ограничения на время доведе-

ния пакета данных. В результате применения модели идеальной СИС также

введен показатель информационной эффективности – «КПД информационной

сети в смысле передачи информации». В связи с особенностью использования

этих величин, в условиях повышенной нагрузки СИС, в силу одновременного

учета хранимого и передаваемого количества информации, их использование

при распределении информационных потоков является актуальной задачей.

Степень разработанности темы. Решение и практическая реализация

задач распределения потоков в информационных сетях является важной со-

ставной частью их организационного построения. Особую значимость в разви-

тии теории и практики этого направления внесли: Л. Клейнрок, Д. Бертсекас,

Р. Галлагер, М. Шварц, Б. Я. Советов, С. А. Яковлев, Б. С. Цыбаков, В. Г. Лаза-

рев, Г. П. Захаров, А. П. Кулешов, И. А. Мизин, В. А. Богатырев, А. Н. Шаров.

Развитие теории анализа сложных систем на основе тензорной методологии

Г. Крона получило в трудах А. Е. Петрова (он также показал методом моделиро-

вания инвариантность мощности системы), а ее применение для информацион-

ных систем, находящихся в стационарном состоянии, – в работах М. Н. Петрова,

Ю. Ю. Громова, И. И. Пасечникова, А. М. Межуева и др. Особенностью тен-

зорной методологии Г. Крона является возможность совмещения непрерывных

процессов, протекающих в структуре, с дискретной структурой системы на

основе ее формулы поведения. В качестве инварианта преобразования служит

полная мощность. Введенный применительно к информационной системе па-

раметр «Мощность» (И. И. Пасечников, Т. Я. Гораздовский), названный ки-

бернетическим параметром – «Кибернетическая мощность информационной

сети», имеет обобщенное свойство учета ко- и контравариантного характеров

1

количественной меры информации и определяет в информационном простран-

стве изменения состояний информационной сети. Рассматриваемый киберне-

тический параметр позволяет не только создавать новые подходы к анализу

СИС, но и с использованием показателя «Коэффициент полезного действия в

смысле передачи информации» оценивать информационную эффективность

СИС, показывающую степень близости к идеальности в смысле передачи ин-

формации с учетом ее хранения в элементах системы.

В связи с указанным, практической задачей исследования является рас-

чет оценки информационной эффективности СИС на основе применения ки-

бернетической мощности СИС при вычислении КПД СИС в смысле передачи

информации и использования в процедурах распределения информационных

потоков. Научная задача работы состоит в разработке моделей описания и

оценки информационных ресурсов СИС, процедур распределения информаци-

онных потоков СИС, находящейся в стационарном состоянии, с использовани-

ем параметра «Кибернетическая мощность информационной сети» в условиях

высокой нагрузки на СИС.

Объект исследования: сетевые информационные системы (СИС).

Предмет исследования: модель зоны нагрузки СИС, процедуры распре-

деления информационных потоков СИС.

Цель работы: повышение информационной эффективности СИС в усло-

виях высокой информационной нагрузки с помощью разработанной модели

зоны нагрузки и усовершенствованных процедур распределения информаци-

онных потоков.

Для достижения цели требуется решение следующих задач:

– провести анализ задачи распределения информационных потоков в

СИС в целях определения особенностей ее решения, условий применения и

оптимизации;

– разработать процедуру распределения информационных потоков в

СИС на основе применения кибернетической мощности путевой цепи;

– разработать модель зоны нагрузки и процедуру распределения инфор-

мационных потоков в СИС на основе применения кибернетической мощности

зон нагрузки;

– разработать процедуру отклонения и перераспределения входных ин-

формационных потоков, использующую в расчетах ограничение на временную

задержку пакетов;

– разработать процедурную модель СИС и на ее основе провести анализ

информационной эффективности СИС при применении исследуемых проце-

дур распределения информационных потоков, выработать рекомендации по их

использованию.

Методы исследования. При решении задач исследования использова-

лись методы статической теории систем, теории систем массового обслужива-

ния, информации, графов и аналогий. Применен метод исследования инфор-

мационных систем на основе имитационного моделирования с использовани-

ем языка программирования С++. Общей методологической основой исследо-

вания является системный подход.

2

Научная новизна:

1. Построена модель зоны нагрузки участка СИС, отличающаяся приме-

нением суммарной кибернетической мощности для оценки путевой цепи и

определяемая топологической структурой СИС.

2. Разработана процедура распределения информационных потоков в се-

тевой информационной системе, отличающаяся применением метрики, осно-

ванной на использовании кибернетической мощности элементарных состав-

ляющих СИС.

3. Разработана процедура распределения информационных потоков в се-

тевой информационной системе, отличающаяся применением метрики на ос-

нове кибернетической мощности зон нагрузки.

4. Разработана процедура отклонения и перераспределения входных ин-

формационных потоков СИС, отличающаяся использованием процедур рас-

пределения потоков на основе применения значений кибернетической мощно-

сти участков СИС.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Применена метрика на основе параметра «Кибернетическая мощность

информационной сети» при решении задач распределения информационных

потоков в СИС.

2. Разработаны процедуры распределения информационных потоков на

основе кибернетического параметра.

3. На основе моделирования получены количественные значения оценки

качества функционирования СИС, подтверждающие повышение ее КПД в

смысле передачи информации на 8% при применении процедур распределения

информационных потоков на основе кибернетического параметра в условиях

повышенной информационной нагрузки.

4. Практическая значимость заключается в использовании полученных

программных реализаций, разработанных моделей и процедур для исследова-

ния информационной эффективности СИС.

Положения, выносимые на защиту.

1. Модель зоны нагрузки, определяемая для элементарного участка пу-

тевой цепи СИС.

2. Процедура распределения информационных потоков СИС на основе

кибернетической мощности путевой цепи.

3. Процедура распределения информационных потоков СИС на основе

кибернетической мощности зон нагрузки.

Внедрение результатов исследования. Результаты диссертационной

работы внедрены в учебный процесс кафедры общей физики ФГБОУ ВПО

«ТГУ им. Г. Р. Державина».

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность ре-

зультатов основана на корректном применении методов математического мо-

делирования дискретных систем и математической статистики путем исполь-

зования статистического усреднения полученных результатов и многократного

машинного моделирования с последующим усреднением, а также на результа-

3

тах имитационных исследований, подтверждающих повышение информаци-

онной эффективности СИС вследствие применения разработанных моделей и

процедур, совпадения характера изменений результатов при различных вход-

ных информационных нагрузках с результатами других авторов.

Материалы диссертации докладывались на XXI Международной научно-

практической конференции «Радиолакация, навигация, связь» RLNC 2015

14 – 16 апреля 2015 г. (г. Воронеж), на конференции «Современное состояние и пер-

спективы развития технических наук», секция Радиотехника и связь 2015 г. (г. Уфа).

Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа соответ-

ствует п. 1 «Методы и модели описания, оценки, оптимизации информационных

процессов и информационных ресурсов, а также средства анализа и выявления

закономерностей в информационных потоках. Когнитивные модели информаци-

онных систем, ориентированных на человекомашинное взаимодействие» паспор-

та специальности 05.25.05 «Информационные системы и процессы».

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 9 публи-

кациях, в том числе в 6 статьях в научных журналах, рекомендованных ВАК

при Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе-

ния, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 119 стра-

ницах машинописного текста, включает 35 рисунков, 3 таблицы, список лите-

ратуры из 111 наименований, 1 приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирова-

ны цели работы и задачи исследования.

В первой главе рассмотрены методы оценки информационной эффек-

тивности СИС, в том числе с использованием параметра «Кибернетическая

мощность информационной сети». Проведен анализ основных подходов к ре-

шению задачи распределения потоков в информационной системе, при этом

рассмотрены алгоритмы на основе поиска кратчайших путей на графе (алго-

ритм Дейкстры, алгоритм Беллмана–Форда, алгоритм Флойда–Уоршелла),

алгоритмы на основе потоковой модели (оптимальная маршрутизация Д. Бертсе-

каса и Р. Галлагера, задача распределения потоков Л. Клейнрока) и тензорный

подход к решению задач маршрутизации.

На основе проведенного анализа сделаны основные выводы:

– оценка и оптимизация потоковой ситуации осуществляется с исполь-

зованием усредненных значений вероятностно-временных характеристик.

Подходы распределения информационных потоков на основе определения

кратчайших путей на графе являются достаточно эффективными, при этом

могут использовать как одиночные, так и векторные величины, однако приме-

нительно к СИС они не используют обобщенный параметр ее информацион-

ной эффективности;

– повышение информационной эффективности СИС возможно при

применении процедур распределения информационных потоков путем реали-

4

PОС  NG

ние пакетов N

Канал

связи (КС)

G

Буферное

запоминающее

устройство КС

Tд

Устройство

накопления

канала связи

Центральный

процессор

зации алгоритмов нахождения кратчайших путей на графе и использованием в

метрике обобщенной величины «Кибернетическая мощность информационной

сети» с одновременным определением показателя КПД СИС в смысле переда-

чи информации.

Во второй главе диссертации показаны возможности повышения инфор-

мационной эффективности СИС за счет использования кибернетической мощ-

ности в процедурах распределения информационных потоков. В отличие от

известных подходов, минимизирующих заданную стоимостную функцию,

в работе используется подход трехэтапного решения: сначала определяется

вектор кратчайших путей по заданному критерию; затем для потоковой ситуа-

ции формируется метрическое пространство с использованием параметра

«Кибернетическая мощность информационной сети»; после чего информаци-

онные потоки перераспределяются по путям с минимальными значениями ки-

бернетической мощности путевой цепи при условии выполнения требования к

ограничению временной задержки пакетов.

Модель СИС представляется в виде соединенных в соответствии с топо-

логией одноканальных систем (ОС), которые в коммутационных центрах мо-

гут быть объединены в соответствии с моделью упрощения (рис. 1). Значение

кибернетической мощности ОС определяется выражением

Рис. 1. Модель одноканальной системы СИС

Коэффициент полезного действия (КПД) СИС в смысле передачи инфор-

мации при заданном ограничении T находится из отношения

5

,

(1)

T Tд

где N – максимальное количество накапливаемых пакетов в ОС при ограниче-

нии на время нахождения пакета в ОС; G – производительность ОС; T – допу-

стимое время нахождения пакета в ОС.

Для СИС с заданной топологией значение кибернетической мощно-

сти Р

определяется аналогично, при этом величины N , G

и T характери-

зуют соответственно: максимальное количество пакетов в СИС при ограниче-

нии на время нахождении пакетов в ней, производительность СИС и время

доведения пакетов, которое соответствует временному ограничению нахожде-

ния пакетов в СИС.

Общее накопле-

д

ИС

ИС

ИС

д

д

где PИС – кибернетическая мощность СИС с заданной топологией; PИД – ки-

бернетическая мощность модели идеальной СИС.

Так как кибернетическая мощность СИС позволяет одновременно учиты-

вать передающие и накопительные свойства СИС, то ее можно использовать

для оценки нагруженности и эффективности работы каждого участка СИС.

Сформулируем задачу построения потоковой ситуации на основе исполь-

зования кибернетической мощности СИС. Суммарная кибернетическая мощ-

ность Pij линии (i, j), модельно представляемая (i, j)-й ОС, равна сумме всех

кибернетических мощностей путевых цепей Pxr, которые генерируют потоки,

проходящие по линии (i, j), при ограничении на время прохождения пакетов

Tдij. В результате метрическая величина Mij (Pij |

) , определяющая размер-

ность «длины» ребра на графе (используемая для оценки линии связи (i, j)

или (i, j)-й ОС), соответствующая звену пути, удовлетворяет равенству

,

(2)

(3)

путем перераспределения потоков на путевые цепи с минимальным значением

кибернетической мощности:

l

N2G2,

(5)

(6)

(4)

Тдij

Mij (Pij |

) 

M (Pxr |

).

Тдij

Тдij

по всем путям r

содержащим(i, j)

Задача распределения информационных потоков для нагруженной СИС:

равномерное распределение потоковой нагрузки СИС при ограничении на T

д

min Pxr |

 min

M (Pxr |

),

Тд

Тдk

k 1 по всем путям r,

содержащимk-ю ОС

где l – число ОС, составляющих путь.

PИС

PИД

 

Таким образом, мощность путевой цепи определяется суммой значений

кибернетических мощностей ОС, входящих в путевую цепь. При этом учиты-

вается T в виде ограничения как для СИС, так и для ОС. Например, для пути

из двух ОС вычисление кибернетической мощности путевой цепи имеет вид

д

Tд1

Tд2

Pпути 

Pi |

Tд

Tд

Тдi

iпути

N1G1 

Tд  Tд1 Tд2.

Условие (6) показывает необходимость учета ограничения T в виде частных

ограничений для ОС Tдi. В связи с этим при расчете кибернетической мощности

путевой цепи (5) используются нормировочные коэффициенты Tдi /Tд.

Поставленная задача решается выполнением следующих шагов:

6

д

(7)

где Vi – множество ОС, направляющих потоки в i-ю ОС; f (PVi ) – функция

оценки нагрузки (определяется кибернетической мощностью зоны нагрузки).

Значение кибернетической мощности зоны нагрузки i-й ОС определяется:

k

k

,

Tд

(8)

где k – количество соседних ОС. Длина пути зависит от цепи последовательно

соединенных ОС, каждая из которых характеризуется зоной нагрузки (7) со

значением кибернетической мощности в соответствии с (8).

P

Зона нагрузки

i-й ОС

2

Hзн(i)  (Vi , f (PVi )), f (PVi ) 

,

Pk

kVi

Tдi

Pзнif (PVi ) 

GОС

ji

ji

PjiNОС

j1

j1

1) построить начальное распределение потоковой ситуации S на основе

решения задачи определения кратчайших путей – по одному пути для каждой

пары отправитель-адресат (множество основных путей);

2) определить значения Mij (Pij |

) с учетом ограничения Tдij и соста-

вить таблицу расстояния между соседними ОС в терминах новой метрики;

3) определить множество альтернативных путей S, по одному пути для

каждой пары отправитель-адресат, с минимальным значением кибернетиче-

ской мощности путевой цепи в пространстве метрики (шаг 2);

4) переопределить множество основных путей S в терминах метрики (шаг 2);

5) для каждой пары отправитель-адресат выбрать путь с минимальным

значением кибернетической мощности путевой цепи с учетом ограничения

Tд 

из множеств S и S.

iпути

Модель зоны нагрузки i-й ОС – Hзн(i) (рис. 2) определяется значением

кибернетической мощности совокупности соседних ОС, направляющих ин-

формационные потоки в i-ю ОС, и имеет вид

Тдij

ОС

1

Р

2

Р

ОС

k

ОС

k

1

ОС

Рис. 2. Графическое представление модели зоны нагрузки i-й ОС

7

i

Рис. 3. Процедура распределения информационных потоков

на основе кибернетической мощности путевой цепи

В третьей главе представлена и исследована процедурная модель СИС,

структура которой приведена на рис. 5. Ее реализация использует возможность

моделирования различных процедур распределения информационных потоков,

расчет параметров модели идеальной СИС, определение характеристик СИС,

вычисление значения кибернетической мощности СИС и ее КПД в смысле

передачи информации. Информационная эффективность СИС определяется на

основе комплекса показателей и основных характеристик.

8

Начало

Начало

Построение осуществляется

на основе алгоритма

Дейкстры с метрикой

количество транзитных

участков

На основе метрики,

полученной на предыдущем

шаге с помощью алгоритма

Дейкстры, строится вектор

альтернативных путей

терн тив-ных путе

Нахождение вектора

основных путей

Построение метрики

на основе кибернети-

ческой мощности

Нахождение вектора

альтернативных путей

Сбор статистики

работы СИС

а

й

Процедура отклонения

и перераспределения

входных информаци-

онных потоков

Дальнейшая

обработка пакета

Конец

Построение вектора аль-

Для реализации задачи распределения информационных потоков на осно-

ве кибернетической мощности СИС разработаны две процедуры:

1. Процедура распределения информационных потоков СИС на основе

кибернетической мощности путевой цепи (рис. 3).

2. Процедура распределения информационных потоков СИС на основе

кибернетической мощности зон нагрузки.

Предложенные процедуры отличаются метрикой для построения вектора

альтернативных путей в выделенном блоке (см. рис. 3). В первом случае в соот-

ветствии с метрикой длина маршрута определяется суммой кибернетических

мощностей ОС в путевой цепи, во втором – суммарной кибернетической мощ-

ностью зон нагрузки в путевой цепи. Для корректной работы процедуры распре-

n

деления информационных потоков и соблюдения ограничения Tд 

раз-

i1

работана процедура отклонения и перераспределения информационных пото-

ков (рис. 4) с расчетом значений кибернетических мощностей путей.

Tдi

Начало

Рассчитать

Р , Р

Да

Р

Р

Да

Рассчитать время

прохождения t

альтернативного пути

tТ

Да

Отправить пакет

по альтернативному

пути

Конец

Рис. 4. Процедура отклонения и перераспределения

входных информационных потоков

Процедурная модель СИС приведена на рис. 6. Ее особенностями явля-

ются: дискретная модель времени; буферные запоминающие устройства бес-

конечной длины; модель канала связи с идеальной обратной связью; идеаль-

ный захват одного пакета при случайном множественном доступе; случайная

фиксированная топология с заданной вероятностью связи и k-связностью;

входные пуассоновские потоки; фиксированные длины пакетов и пропускные

способности каналов связи.

В работе проведен сравнительный анализ предложенных процедур распре-

деления информационных потоков и двух опорных (исходных) процедур, кото-

рые основаны на решении задачи определения кратчайших путей на графе.

Опорная процедура 1. Процедура распределения информационных пото-

ков, минимизирующая число транзитных участков на графе. Ее особенности:

движение пакетов из i-й ОС к j-й ОС только по одному маршруту; установка

виртуального канала следования информации; неизменность путей движения

пакетов (статичность ТМ).

9

альт

осн

альт

Р

– мощность

основного пути

Р

– мощность

альтернативного

пути

Нет

Нет

Отправить пакет

по основному

пути

осн

осн

альт

д

Опорная процедура 2. Процедура распределения информационных пото-

ков, основанная на кратчайших путях с учетом накоплений пакетов. Ее особен-

ности: относительная динамичность (каждые 30 секунд пути перерассчитывают-

ся в зависимости от текущей сетевой обстановки); построение кратчайших путей

осуществляется на основе пропускных способностей каналов; в случае, если

существуют несколько кратчайших путей, выбирается тот, который имеет

наименьшее суммарное накопление пакетов на всех транзитных участках.

Процедура 3. Процедура распределения информационных потоков на ос-

нове использования кибернетической мощности путевой цепи.

Процедура 4. Процедура распределения информационных потоков на ос-

нове использования кибернетической мощности зон нагрузки.

На рисунках 7 – 12 приведены результаты моделирования процедурной

модели СИС: сплошной линией (кривая 1) показаны результаты моделирова-

ния СИС на основе распределения потоков с использованием опорной проце-

дуры 1, точечной линией (кривая 2) характеризуются результаты на основе

моделирования распределения потоков с использованием опорной процеду-

ры 2, пунктирной (линия 3) показаны результаты модели СИС с исследуемой

процедурой на основе вычисления кибернетической мощности путевой цепи,

линией 4 – результаты моделирования при использовании процедуры распре-

деления потоков на основе определения зон нагрузки.

Модельное отображение СИС

на основе систем с очередями

Процедура распределения информационных потоков

на основе зон нагрузки

Рис. 5. Процедуры распределения потоков на основе

кибернетической мощности СИС в общей структуре модели СИС

10

Изменение метрики в

задаче распределения

потоков на основе зон

нагрузки СИС

Определение зон

нагрузки путей

СИС

Решение задачи

распр. инф. потоков

с использованием

метрики на основе

кибернетической

мощности путей

Процедура распределения информационных потоков

на основе кибернетической мощности путевой цепи

Определение

основных сетевых

характеристик СИС

Построение модели СИС

с заданной топологией и процедурами

передачи информации

Решение задачи распр. инфор-

мационных потоков на основе

определения кратчайших путей

Решение задачи распр. инф.

потоков с использованием

метрики на основе кибернети-

ческой мощности путей

Построение модели

идеальной СИС

с заданными параметрами

Применение кибернетической мощно-

сти СИС к задаче распределения

информационных потоков с учетом Т

Изменение метрики в задаче распр.

инф. потоков с использованием

кибернетической мощности СИС

д

t – время СИС

Начало

Генерация

начальных пара-

метров системы

Загрузка параметров

в модель, t = 0

Распределение

информационных

потоков

Генерация входного

информационного

потока

Обработка вход-

ного информа-

ционного потока

Обработка

пакетов

Передача

пакетов

t = t + t

Нет

Время моделиро-

вания t истекло?

Да

Расчет статистики и

вывод результатов

Конец

Рис. 6. Процедурная модель СИС

Результаты моделирования показывают: предложенные процедуры рас-

пределения информационных потоков СИС на основе применения кибернети-

ческой мощности информационной сети позволяют в условиях повышенной

информационной нагрузки значительно повысить производительность СИС,

снизить информационные потери, повысить коэффициент использования ка-

налов и КПД СИС в смысле передачи информации (табл. 1 и 2).

11

3

1

а)

Рис. 7. Производительность СИС при процедуре распределения

информационных потоков на основе кибернетической мощности путей:

а – 2-связная СИС; б – 15-связная СИС

4

2

4

2

3

1

1

2

3

2

1

б)

б)

а)

Рис. 8. Производительность СИС при процедуре распределения

информационных потоков на основе зон нагрузки:

а – 2-связная СИС; б – 15-связная СИС

1

2

б)

1

3

а)

2

Рис. 9. Информационные потери в СИС при процедуре распределения

информационных потоков на основе кибернетической мощности путей:

а – 2-связная СИС; б – 15-связная СИС

12

4

2

1

4

а)

б)

Рис. 10. Информационные потери в СИС при процедуре распределения

информационных потоков на основе зон нагрузки:

а – 2-связная СИС; б – 15-связная СИС

2

1

1

2

3

а)

б)

1

2

Рис. 11. КПД СИС в смысле передачи данных при процедуре распределения

информационных потоков на основе кибернетической мощности путей:

а – 2-связная СИС; б – 15-связная СИС

2

1

4

а)

б)

2

4

1

Рис. 12. КПД СИС в смысле передачи данных при процедуре распределения

информационных потоков на основе зон нагрузки:

а – 2-связная СИС; б – 15-связная СИС

13

3

Увеличение

Снижение

Увеличение

производи-

информа-

коэффициента

тельности

ционных

использования

СИС

потерь в СИС

КС

Увеличение КПД

СИС в смысле

передачи

информации

Связность СИС

k = 2; p = 0,3

28%

38%

9%

8%

k = 15; p = 0,7

20%

55%

14%

Сопоставимы

2. Изменение основных характеристик СИС при использовании процедуры

распределения информационных потоков на основе кибернетической

мощности зон нагрузки при повышенной информационной нагрузке на СИС

Увеличение

Снижение

Увеличение

Увеличение

Общий анализ и рекомендации по использованию процедурных моделей.

В условиях слабой информационной нагрузки СИС предпочтительным яв-

ляется применение процедур распределения информационных потоков на осно-

ве определения кратчайших путей на графе, представляющем топологию СИС.

В условиях высокой информационной нагрузки СИС использование процеду-

ры распределения информационных потоков на основе кибернетической мощ-

ности СИС в значительной степени повышает ее информационную эффектив-

ность. Процедуры распределения информационных потоков на основе кибер-

нетической мощности СИС более результативны в СИС слабой связности, где

критически важным фактором информационной эффективности становится

распределение потоков.

Информационная эффективность СИС определяется комплексом основ-

ных характеристик, изменение которых, в зависимости от применяемой про-

цедуры распределения потоков в диапазоне высокой информационной нагруз-

ки СИС, показаны в табл. 1 и 2.

1. Изменение основных характеристик СИС при использовании процедуры

распределения информационных потоков на основе кибернетической

мощности путевой цепи при повышенной информационной нагрузке на СИС

производи-

информа-

коэффициента

КПД СИС

Связность СИС

тельности

ционных

использования

СИС

потерь

КС

в смысле передачи

информации

8,5%

Сопоставимы

k = 2; p = 0,3

32%

40%

11%

k = 15; p = 0,7

16%

43%

12%

В заключении сформулированы результаты исследования, решения по-

ставленных задач и достижения поставленной цели.

Основные выводы и результаты работы:

1. Проведен анализ задачи распределения информационных потоков

в СИС в целях определения особенностей ее решения, условий применения и

14

оптимизации, в результате которого показана информационная эффективность

задач определения кратчайших путей на графе в условиях слабой информаци-

онной нагрузки и необходимость применения кибернетического параметра при

решении задачи в условиях повышенной информационной нагрузки.

2. Разработана процедура распределения информационных потоков в

СИС на основе применения кибернетической мощности путевой цепи. По-

строение метрики на основе использования кибернетической мощности эле-

ментарных составляющих СИС позволяет за счет свойства обобщенного пара-

метра «Кибернетическая мощность СИС» учитывать накапливаемые инфор-

мационные ресурсы СИС и передаваемые информационные потоки СИС с

учетом временного ограничения. В результате повышается информационная

эффективность СИС в условиях высокой нагрузки, в частности, увеличивается

коэффициент использования канальных ресурсов СИС – на 9%, производи-

тельность СИС – на 28%, КПД СИС в смысле передачи информации – на 8%.

3. Разработана модель зоны нагрузки и процедура распределения ин-

формационных потоков в СИС на основе применения кибернетической мощ-

ности зон нагрузки. Зона нагрузки определяется суммарным значением кибер-

нетической мощности соседних элементарных составляющих СИС – однока-

нальных систем, соединенных в соответствии с топологией СИС и передаю-

щих информационные потоки в едином направлении. В результате воздей-

ствия высокой информационной потоковой ситуации и стохастической приро-

ды входных потоков в СИС формируются информационно перегруженные

потоками участки, которые описываются зоной нагрузки. Использование раз-

работанной процедуры распределения потоков на основе применения кибер-

нетической мощности зон нагрузки позволяет увеличить: коэффициент ис-

пользования канальных ресурсов СИС – на 11%, производительность СИС –

на 32%, КПД СИС в смысле передачи информации – на 8,5%.

4. Разработана процедура отклонения и перераспределения входных ин-

формационных потоков, использующая в расчетах значения кибернетической

мощности путевых цепей. В результате ее применения совместно с процеду-

рой распределения потоков в высоконагруженной СИС информационные по-

тери уменьшаются на 38…55% в зависимости от условий функционирования.

5. Разработана процедурная модель СИС, включающая процедурные мо-

дели распределения информационных потоков, расчет информационной эф-

фективности модели идеальной СИС в целях определения КПД СИС в смысле

передачи информации. На основе моделирования получен комплекс характе-

ристик СИС, позволяющих оценить информационную эффективность СИС.

В диссертации решена научная задача – разработка моделей описания

и оценки информационных ресурсов СИС, процедур распределения информа-

ционных потоков СИС, находящейся в стационарном состоянии, с использо-

ванием параметра «Кибернетическая мощность информационной сети» в

условиях высокой нагрузки на СИС, позволяющая достигнуть цель повы-

сить информационную эффективность СИС в условиях высокой информаци-

онной нагрузки.

15

Рекомендации и перспективы дальнейшего развития темы исследо-

вания. Разработанная модель зоны нагрузки и процедуры распределения по-

токов на основе использования кибернетического параметра целесообразно

применять в организациях и учреждениях, занимающихся исследованием и

разработкой информационных технологий СИС и информационных систем

распределенного характера, в том числе функционирующих в условиях дина-

мического изменения топологии и потоковой ситуации.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах из перечня ВАК при Минобрнауки РФ:

1. Литвинов, К. А. Процедурная модель сетевой информационной системы и рас-

пределение потоков на основе кибернетического параметра / К. А. Литвинов // Фундамен-

тальные исследования. – 2015. – № 7. – С. 122 – 127.

2. Литвинов, К. А. Процедура распределения информационных потоков в сетевой

информационной системе на основе модели зоны нагрузки / К. А. Литвинов, И. И. Пасечни-

ков // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 6. – С. 485 – 489.

3. Литвинов, К. А. Алгоритм расчета тензорной модели сети на основе симплексно-

го метода Данцига / К. А. Литвинов, И. И. Пасечников // Вестник Тамбовского университета.

Серия. Естественные и технические науки. – 2013. – Т. 18, № 6. – С. 3370 – 3375.

4. Литвинов, К. А. Подходы к решению задачи маршрутизации в современных теле-

коммуникационных системах / К. А. Литвинов, И. И. Пасечников // Вестник Тамбовского

университета. Серия. Естественные и технические науки. – 2013. – Т. 18, № 1. – С. 64 – 69.

5. Литвинов, К. А. Оценка информационной эффективности телекоммуникационной

сети со случайной топологией и разным числом узлов / К. А. Литвинов // Вестник Там-

бовского университета. Серия. Естественные и технические науки. – 2014. – Т. 19, № 2. –

С. 399 – 407.

6. Литвинов, К. А. Информационная эффективность модели телекоммуникационной

сети при различных алгоритмах маршрутизации с использованием параметра кибернетиче-

ской мощности телекоммуникационной сети / К. А. Литвинов // Вестник Тамбовского уни-

верситета. Серия. Естественные и технические науки. – 2015. – Т. 20, № 1. – С. 232 – 237.

Статьи и доклады, тезисы докладов в материалах конференций:

7. Литвинов, К. А. Алгоритм оптимизации маршрутизации в информационной сети

на основе применения параметра кибернетической мощности / К. А. Литвинов, И. И. Пасеч-

ников // Радиолокация, навигация, связь (RLNC*2015) : сб. материалов XXI Междунар.

науч.-техн. конф. – Воронеж : Воронежский государственный университет (ВГУ), 2015. – Т. 3. –

С. 1032 – 1044.

8. Литвинов, К. А. Алгоритмы маршрутизации на основе применения параметра ки-

бернетическая мощность / К. А. Литвинов, И. И. Пасечников // Современное состояние и пер-

спективы развития технических наук : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. (23 мая 2015 г.,

г. Уфа). – Уфа : РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2015. – С. 73 – 75.

9. Литвинов, К. А. Алгоритм отклонения потоков информации с использованием па-

раметра кибернетическая мощность информационной сети / К. А. Литвинов, И. И. Пасечни-

ков // Современное состояние и перспективы развития технических наук : сб. ст. Междунар.

науч.-практ. конф. (23 мая 2015 г., г. Уфа). – Уфа : РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2015 –

С. 76 – 80.

16

Подписано в печать 20.10.2015.

Формат 60  84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ 451

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ»

392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14

Тел./факс (4752) 63-81-08, 63-81-33. E-mail: izdatelstvo@admin.tstu.ru



Похожие работы:

«Согрин Иван Юрьевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПЕРЕВОЗОК ГРУЗОВ ЧЕРЕЗ УЗЛОВЫЕ ТЕРМИНАЛЫ Специальность: 05.22.08 – Управление процессами перевозок АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2015 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Петербургский государственный университет путей сообщения императора Александра 1 (ФГБУ ВПО ПГУПС) на кафедре Логистика и...»

«Соболь Илья Станиславович ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ОЦЕНКИ ПЕРЕФОРМИРОВАНИЯ БЕРЕГОВ, ЛОЖА И ИЗМЕНЕНИЯ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАВНИННЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ В ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ 05.23.07 – Гидротехническое строительство Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Самара – 2015 доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Московский государственный университет природообустройства Румянцев Игорь Семенович доктор технических наук, ОАО Институт...»

«Матвеева Веста Сергеевна СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ДАННЫХ ДЛЯ РАССЛЕДОВАНИЯ ИНЦИДЕНТОВ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Специальность: 05.13.19 – методы и системы защиты информации, информационная безопасность АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Автор: _ Москва – 2015 Научный руководитель: Официальные оппоненты: Ведущая организация: Кандидат технических наук, доцент кафедры Криптология и дискретная...»





 
© 2015 www.z-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.