Метод синтезу топологічної структури мережі передачі даних за критерієм мінімальної вартості з використанням генетичного алгоритму

Abstract

UA: Дисертація присвячена розробці нових підходів до вирішення задачі синтезу топологічної структури мережі передачі даних (МПД) за критерієм мінімальної вартості підсистеми каналів зв’язку. Сформульовано основні вимоги до методів синтезу топологічної структури МПД, серед яких є: отримання високої точності рішень; врахування надійності структурних елементів МПД; врахування особливостей сучасного мультимедійного трафіку. Аналіз відомих методів синтезу топологічної структури МПД показав, що жоден з них не задовольняє повною мірою висунутим вимогам. Відповідно до висунутих вимог було розроблено метод синтезу топологічної структури МПД за критерієм мінімальної вартості підсистеми каналів зв’язку, який ґрунтується на принципах генетичного алгоритму та враховує статистично самоподібний характер сучасного трафіку. Розроблено програмний комплекс в якому реалізовано запропонований метод. Комплекс надає можливість здійснювати синтез нових та оптимізацію існуючих топологічних структур МПД за критерієм мінімальної вартості, як в автоматичному, так і в інтерактивному режимі. RU: Диссертация посвящена разработке новых подходов к решению задачи синтеза топологической структуры сети передачи данных (СПД) по критерию минимальной стоимости подсистемы каналов связи. Показано, что известные на сегодняшний день методы синтеза топологических структур сетей передачи данных основаны на принципах замены с привлечением различных эвристик. Все они позволяют получить решения приближенные к оптимальным, которые находятся в узком диапазоне таких параметров как стоимость подсистемы каналов связи и общая пропускная способность СПД. В тоже время, сами топологические структуры значительно отличаются и при одинаковом коэффициенте связности обладают различной структурной надежностью. В известных методах для расчета вероятностно-временных характеристик СПД, как правило, применяются пуассоновские модели. Многочисленные исследования реального трафика показывают, что традиционные методы расчета вероятностно- временных характеристик не дают адекватного описания процессов в современных СПД для которых характерен статистическо самоподобный трафик. На основе анализа современных тенденций развития информационных систем и их влияния на эксплуатационно-технические характеристики СПД были сформулированы основные требования к методам синтеза топологической структуры СПД, среди которых основными следует считать: высокая точность получаемых решений; учет надежности структурных элементов СПД; учет особенностей современного мультимедийного трафика. На основе анализа коэффициента связности как показателя структурной надежности сделан вывод, что его применение в методах синтеза топологической структуры СПД приводит к получению избыточных топологических структур и увеличению финансовых затрат на содержание подсистемы каналов связи. С целью устранения данного недостатка предложено использовать в качестве показателя структурной надежности нижнюю оценку вероятности связности пар центров коммутации. Разработан метод синтеза топологической структуры СПД по критерию минимальной стоимости подсистемы каналов связи. В основу метода положен генетический алгоритм. Отличительной особенностью данного метода от известных методов синтеза топологической структуры СПД, построенных на принципах генетического алгоритма, является метод определения эффективности (стоимости) получаемых топологий, а также его ориентированность на статистически самоподобный характер передаваемого трафика. В рамках предложенного метода разработан частный недетерминированный метод синтеза субоптимальных топологических структур. Применение данного метода для формирования начального множества топологических структур в генетическом алгоритме позволило повысить эффективность поиска решения и обеспечить снижение стоимости подсистемы каналов связи в СПД. Используя известный результат для средней длины очереди в одноканальной системе массового обслуживания с статистически самоподобным входящим потоком заявок было получено аналитическое выражение для среднего времени задержки пакета в СПД с самоподобным трафиком. Создан программный комплекс в котором реализован разработанный метод. Комплекс предоставляет возможность осуществлять синтез топологической структуры СПД за критерием минимальной стоимости как в автоматическом так и в интерактивному режиме. Проведено экспериментальное исследование разработанного метода на примере синтеза топологической структуры корпоративной телекоммуникационной сети на территории Украины с центрами коммутации в областных центрах. Результаты экспериментальных исследований показали, что сеть с топологической структурой полученной в результате применения разработанного метода, имеет на 15% меньшую стоимость по сравнению с сетью топологическая структура которой получена методом замены ветвей. Даны рекомендации по применению разработанного метода синтеза топологической структуры СПД для решения задач конфигурации и динамической реконфигурации топологии IP (Internet Protocol) сети построенной поверх ATM (Asynchronous Transfer Mode). Динамическая реконфигурация позволит увеличить пропускную способность сети и исправить временное несоответствие между текущей топологией и трафиком. EN: The dissertation is devoted to development of new approaches to the decision of a problem of synthesis of topological structure of a network of data transmission (NDT) by criterion of the minimal cost of a subsystem of liaison channels. The basic requirements to methods of synthesis of topological structure NDT, among which high accuracy of received decisions have been formulated; the account of reliability of structural elements NDT; the account of features of the modern multimedia traffic. The lead analysis of known methods of synthesis of topological structure NDT has shown, that any of them does not meet to the full put forward requirements. According to the put forward requirements the method of synthesis topological structures NDT by criterion of the minimal cost of a subsystem of liaison channels which is based on principles of genetic algorithm has been developed and takes into account statistical self-similitude of the modern traffic. The program complex in which offered method is developed is realized. The complex gives an opportunity to carry out synthesis new and optimization of existing topological structures NDT both in automatic and in interactive a mode.