«Ямбулатов Эдуард Искандарович РАЗРАБОТКА ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМИ СЕТЯМИ Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (в технике и ...»

Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский федеральный университет»

Институт информационных технологий и телекоммуникаций

Кафедра инфокоммуникаций

На правах рукописи

Ямбулатов Эдуард Искандарович

РАЗРАБОТКА ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМИ СЕТЯМИ

Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (в технике и технологиях) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Мочалов В. П.

Ставрополь Содержание Список сокращений

Введение

1. Анализ систем управления телекоммуникационными сетями.................. 1.1.Стандарты сетевого управления телекоммуникациями

1.2.Анализ методов построения распределенных систем управления телекоммуникациями

1.3.Анализ методов формализованного описания структур распределенных систем

Выводы

2. Анализ методов обеспечения отказоустойчивости процессов интеграции ПК РСУ

2.1.Анализ концепций интеграций ПК РСУ

2.2.Анализ отказоустойчивости систем интеграции ПК РСУ

2.3.Сетевая модель брокера объектных запросов

2.4.Аналитическая и имитационная модели подсистемы управления обнаружения распределенных объектов

Выводы

3. Разработка и анализ методов повышения отказоустойчивости распределенных приложений

3.1.Модель взаимодействия распределенных приложений системы CORBA

3.2.Разработка алгоритмов повышения отказоустойчивости РСУ................ 3.3.Математическая модель подсистемы управления вызовами распределенных приложений

3.4.Математическая модель комбинированного метода интеграции ПК..... 3.5.Метод анализа пропускной способности системы сигнализации РСУ... Выводы

4. исследование показателей качества отказоустойчивой РСУ

4.1.Исследование показателей качества брокера объектных запросов CORBA

4.2.Исследование подсистемы управления обнаружением распределенных объектов технологии CORBA

4.3.Исследование подсистемы управления вызовами удаленных методов технологии CORBA

4.4 Исследование отказоустойчивой подсистемы управления вызовами распределенных приложений

Выводы

Заключение

ЛИТЕРАТУРА

Список сокращений CORBA – технологический стандарт архитектуры брокера объектных запросов NGN – мультисервисные системы связи нового поколения OSS/BSS – система поддержки эксплуатации и бизнес-процессов оператора связи QoS – качество сервиса SLA – соглашение об уровне обслуживания ВВХ – вероятностно-временные характеристики КСВ – компонентная ссылка взаимодействия ПЛС – преобразование Лапласа-Стилтьеса ПК – программный компонент ПМ – процессорный модуль ПФ – производящая функция РСУ – распределенная система управления СВ – случайная величина СМО – система массового обслуживания ФР – функция распределения ЦМ – цепь Маркова ЦУ – центр управления Pz, t Pk t z k – производящая функция числа требований, поступающих в систему в промежутке [0; t) Актуальность работы. В настоящее время уровень конкуренции на телекоммуникационном рынке постоянно повышается и большинство телекоммуникационных компаний вынуждены обратить внимание на минимизацию внутренних затрат, связанных с управлением ресурсами и повышением уровня оказываемых услуг. Многие телекоммуникационные компании, решающие задачи внутренней оптимизации, сталкиваются с задачами повышения эффективности управления эксплуатацией и развитием систем и сетей связи, как основы их бизнеса. Решение данных задач невозможно без использования программных и аппаратных средств, которые автоматизируют процессы эксплуатационной деятельности. К таким средствам относятся ИТ-решения на базе системы поддержки операционной деятельности (OSS). Переход на системы OSS вызывает необходимость применения интегрирующей платформы, требующей серьезных временных затрат на интеграцию отдельных подсистем в единое ИТ-решение.

распределенных систем управления (РСУ). Такой подход существенно улучшает показатели качества системы управления, но не устраняет причин возможных сбоев, отказов системных коммуникаций, компонентов РСУ. При выходе из строя центра управления или одной из составляющих распределенных компонент система теряет свою работоспособность.

Основным методом повышения отказоустойчивости системы является избыточность. Распределение копий программных компонент по различным процессорным модулям может предотвратить ситуации сбоев и отказов.

Однако, используемые на практике избыточные сетевые подключения типа кластеризации, балансировки нагрузки, зеркальных сайтов затратны и не способны достаточно эффективно решать проблему повышения отказоустойчивости системы. Ключом к успешной реализации проблемы может являться всесторонний анализ сетевых коммуникаций РСУ и разработка более совершенных алгоритмов построения коммуникационных маршрутов интеграции распределенных компонент. Это вызывает необходимость разработки соответствующих методов анализа, моделирования, оптимизации системных связей и закономерностей при реализации процессных методов управления телекоммуникациями.

Целью диссертационной работы является улучшение показателей качества распределенных систем управления телекоммуникационными сетями и услугами за счет разработки и применения отказоустойчивых методов интеграции составляющих ее компонент.

Объектом исследования являются распределенные системы управления телекоммуникациями, ответственные за управление ресурсами сетей нового поколения New Generation Net (NGN).

Предметом исследований является научно-методический аппарат разработки и исследования методов анализа отказоустойчивых распределенных систем управления телекоммуникациями.

Научная задача работы заключается в разработке и анализе эффективных методов повышения отказоустойчивости распределенных систем управления телекоммуникациями.

Научная задача декомпозирована на ряд частных исследуемых задач.

1. Анализ методов обеспечения отказоустойчивости брокера объектных запросов.

2. Разработка методов и моделей построения отказоустойчивых систем интеграции программных компонент РСУ.

3. Разработка алгоритмов обеспечения отказоустойчивости систем интеграции распределенных приложений.

4. Разработка системы аналитических и имитационных моделей для оценки показателей качества отказоустойчивых РСУ телекоммуникациями Методы исследования. Системный анализ, теория принятия решений, обслуживания, теория телетрафика, теория графов, методы моделирования.

Достоверность полученных результатов подтверждается высоким теоретическим уровнем исследования, логичностью в изложении анализируемого материала, строгостью математических выкладок, совпадением результатов математического и имитационного моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту.

распределенных систем управления телекоммуникациями.

2. Методы повышения эффективности CORBA-систем, основанные на минимизации времени обнаружения распределенных объектов.

отказоустойчивых систем управления телекоммуникациями.

4. Алгоритмы интеграции программных компонент, обеспечивающие повышенную отказоустойчивость к сбоям и минимальное время реакции системы на сбои при параллельной обработке программных компонент (ПК).

5. Метод анализа пропускной способности системы сигнализации РСУ и пропускной способности ее информационных каналов.

Личный вклад. Все результаты, составляющие содержание данной работы, получены автором самостоятельно. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателем осуществлен анализ современных систем управления телекоммуникациями. Представлена методология разработки отказоустойчивых систем управления телекоммуникациями. Разработаны алгоритмы интеграции программных компонент параллельной, последовательной и комбинированной обработки ПК. Разработан комплекс аналитических и имитационных моделей, ориентированный на исследование показателей качества реализованных и предлагаемых отказоустойчивых РСУ. Представлен метод анализа пропускной способности системы сигнализации РСУ.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем.

1. Сформулирован новый методологический подход к разработке отказоустойчивых распределенных систем управления телекоммуникациями, позволяющий устранить недостатки существующих избыточных отказоустойчивых систем.

2. Впервые разработаны методы повышения эффективности CORBAсистем, основанные на принципах минимизации времени обнаружения распределенных объектов и применения асинхронного многопоточного взаимодействия.

3. Разработан комплекс аналитических и имитационных моделей, ориентированный на исследование показателей качества реализованных и предлагаемых отказоустойчивых РСУ, позволяющий осуществлять операции количественного сравнения альтернативных вариантов построения систем.

параллельной, последовательной и комбинированной обработки ПК, обеспечивающие повышенную отказоустойчивость к сбоям и сокращающие время реакции системы на возникающие проблемы при реализации телекоммуникационной услуги.

5. Разработаны математические модели методов интеграции ПК, дающие возможность получить зависимости времени ожидания, времени обработки запросов на обслуживание от загрузки системы и объема запросов.

2. Представлен метод анализа пропускной способности системы сигнализации РСУ, позволяющая оценить зависимость пропускной способности информационных каналов РСУ от загрузки каналов системы сигнализации и влияние пропускной способности системы сигнализации на показатели качества системы интеграции РСУ.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что реализация представленных в ней результатов позволит существенно повысить отказоустойчивость РСУ за счет снижения времени выявления сбоев и восстановления после сбоев. Результаты исследований использованы в учебном процессе СКФУ, включены в учебное пособие «Программирование на языке С#».

Реализация и внедрение результатов исследования. Представленная работа является частью научных исследований, проводимых СКФУ, получила поддержку РФФИ (решение конкурсной комиссии №13-07- от 26.04.13г.), ее результаты применены на следующих предприятиях.

1. ОАО «Концерн Созвездие», г. Воронеж, при оценке ВВХ Центров управления.

2. ОАО «Воронежский НИИ ВЕГА», г. Воронеж, при анализе различных вариантов построения систем технической эксплуатации.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались в материалах международной научнопрактической конференции «Актуальные проблемы и инновации в управлении, информационных технологиях» (Ставрополь, 2011 г), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки» (Ставрополь, 2013), VII Международной молодежной (Ставрополь,2013), международного научного издания «Сборник научных трудов «SWord»» – «Перспективные инновации в науке, образовании и транспорте» (Одесса, 2013), международной научно-технической конференции «Инфокоммуникационные технологии в науке, производстве и образовании (Инфоком-6) (Ставрополь, 2014).

опубликованы в 15 научных работах, в том числе 8 публикаций в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы страниц, содержащий 78 рисунков, 12 таблиц, 9 страниц литературы из наименований.

функционирования систем управления телекоммуникационными сетями и услугами Telecommunication Management Network (TMN), Simple Network Management Protocol (SNMP), Operation Support System/Business Support System (OSS/BSS), РСУ, других нестандартных систем, ориентированных на брокерский запрос и технологии X/OPEN, TP, TXRPC, ATMI, CICS.

Выявлены характерные черты функциональности систем управления:

многоуровневость, параллельная обработка запросов, наличие баз данных, возможность выбора транспортных протоколов и оптимизации по времени выполнения приложений, разделение управляющей и информационных составляющих распределенных приложений и их распараллеливание, использование альтернативных путей для передачи потоков данных.

алгоритмами межобъектного интерфейса распределенных приложений и связана с минимизацией времени межобъектных вызовов и используемыми методами асинхронного взаимодействия. Низкая отказоустойчивость таких систем обусловлена используемыми методами репликации данных. Передача данных от программных компонент системы к центру управления, который передает полученное сообщение на все взаимодействующие с ним по данной работоспособности системы.

распределенной системы используется специальный модуль – брокер объектных запросов. Наиболее применяемые здесь технологии – RabbitMQ, ActiveMQ, CORBA. Недостатками данных систем при организации РСУ являются избыточный функционал, применение ресурсоемких системных отказоустойчивость. Эти недостатки влияют на временные характеристики формирования управляющих воздействий, непосредственно связанные с показателями качества РСУ.

Выделены возможные методы повышения эффективности CORBAсистем, основанные на принципах минимизации времени обнаружения распределенных объектов и применения асинхронного многопоточного взаимодействия.

распределенных приложений. Показано, что в структуре CORBA возможно выделить несколько потоков обмена данными и получить за счет этого набор методов, сокращающих системные затраты на реализацию обменных процессов между модулями системы и сокращающих время восстановления системы после сбоев. Одними из возможных направлений повышения альтернативных путей для передачи потоков данных, уменьшения времени реакции системы на запрос пользователя путем сохранения состояний сервантов в постоянной памяти, использование многопоточных асинхронных отказоустойчивости распределенных приложений показал, что в основу построения отказоустойчивых систем могут быть положены способы минимизации времени межобъектных вызовов, применение асинхронного обнаружением распределенных объектов представлена как конечная вложенная цепь Маркова, позволяющая получить вероятности состояний системы в удобном для практического применения виде.

В основу сетевой модели брокера объектных запросов положена замкнутая стохастическая сеть массового обслуживания (СеМО), получены основные ее характеристики в мультипликативном виде.

характеристики подсистемы в удобном для практического применения виде.

На основе аналитической модели разработана имитационная модель системы обнаружения распределенных объектов, дающая возможность получить статистику таких показателей качества, как время обработки запросов, вероятности отказов, ВВХ времени ожидания обслуживания и др.

В третьей главе проведены разработка и анализ методов повышения отказоустойчивости распределенных приложений систем управления.

Показано, что существующие в РСУ технологии обмена потоковых данных и значительных системных затрат, дополнительных системных протоколов типа AMPQ. Существенным недостатком таких систем является их низкая отказоустойчивость, неспособность в полной мере поддерживать работоспособность системы управления; возможности подсистемы транспорта сообщений технологии CORBA производить обмен данных на внутрипроцессном уровне позволяют реализовать отказоустойчивые одно- и многопоточные механизмы реализации брокера с минимальными затратами ресурсов и сокращением времени восстановления системы после сбоев; в основу алгоритмов обеспечения отказоустойчивости распределенных приложений положены методы снижения нагрузки на объектный адаптер путем исключения повторных запросов, вызванных сбоями в работе системы, введением нового компонента «Реестр КСВ». Функцией данного компонента является резервное хранение групп компонентных ссылок взаимодействия (КСВ). Данный метод обеспечит повышение отказоустойчивости системы за счет снижения нагрузки на объектный адаптер (ОА), а исключение повторного формирования КСВ позволит сократить время повторного многопоточной и комбинированной обработки вызовов.

Для оценки предлагаемых алгоритмов обеспечения отказоустойчивости системы разработаны математические модели управления вызовами распределенных приложений, позволяющие определять численные значения параметров системы управления, получать их оптимальные значения;

разработан метод снижения частоты сигнальных сообщений за счет размещения на каждом из процессорных модулей системы программных компонент с наибольшими частотами взаимодействия. Это позволяет существенно снизить нагрузку на систему сигнализации, повысить ее отказоустойчивость.

Показано, что каждый запрос на реализацию услуги вызывает обмен несколькими сигнальными сообщениями между распределенными модулями системы. Анализ только информационных потоков не дает возможность проведения полного исследования. В работе решена задача оценки зависимости пропускной способности информационных каналов РСУ от загрузки каналов системы сигнализации, влияния пропускной способности системы сигнализации на показатели качества системы интеграции РСУ.

В четвертой главе проведено исследование показателей качества отказоустойчивых РСУ. С использованием пакета программ MathCAD получены зависимости вероятности отказа в обслуживании запросов, задержки обслуживания от интенсивности поступления запросов.

При исследовании подсистемы управления обнаружением распределённых объектов технологии CORBA показано, что основное влияние на показатели качества системы оказывает загрузка системы.

Приводится аналитическая модель и численные результаты для определения значений среднего времени обслуживания запроса типа.

Очевидно, что основной вклад в длительность обслуживания вызова определяет загрузка брокера объектных запросов. Блокированные вызовы, в конечном счете, обслуживаются, даже если требуется их многократное повторение.

Получены также выражения для вычисления средних значений стационарного времени нахождения заявки в очереди и ее времени обработки. Для фазы обработки запросов получены выражения для определения функции распределения стационарного времени ожидания,а также первый и второй моменты времени обслуживания. Представлены результаты расчетов данной подсистемы. Вероятность отказа в обслуживании будет равна вероятности состояния «канал занят».

Решена задача оценки зависимости пропускной способности информационных каналов РСУ от загрузки каналов системы сигнализации.

При этом, разработан метод, обеспечивающий снижение частоты сигнальных сообщений между ПК, а также алгоритм минимизации системных затрат интеграции ПК.

Качество решения оценивается средним числом передач управления при реализации обменных программ системой интеграции. Минимизация системных затрат обеспечивается размещением в каждом из фрагментов ПК имеющих наибольшие частоты взаимодействия.

возможность осуществлять операции сравнения вариантов построения системы с целью выбора альтернативы ее построения.

1. АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМИ СЕТЯМИ

Стандарты сетевого управления телекоммуникациями управление, оперативный контроль (мониторинг) и автоматизированную эксплуатацию телекоммуникационного оборудования; используется для управления услугами сетей связи, для администрирования сетевыми устройствами в целях обеспечения нормативного качества и безопасности услуг связи.

Функциональная архитектура TMN является многоуровневой системой. На основе эталонной модели взаимодействия открытых систем (OSI) выделяются уровни иерархии. Все уровни представляют собой отдельную систему. В общем виде TMN является объединением следующих систем управления (рисунок 1.1):

услугами (СУУ)).

Рисунок 1.1 – Четырехуровневая функциональная структура TMN элементами сети (СУСЭ)).

бизнесом (СУБ)).

сетью (СУС)).

включает в себя функциональные блоки (ФБ): операционной системы (Operations System Function, OSF), сетевого элемента (Network Element промежуточного устройства сопряжения (Mediation Function, MF).

Другие сети TMN NEF представляет собой модель сетевого элемента, над которым производится управление. Для поиска, обработки и хранения необходимой управляющей информации в TMN используется OSF. Данные ФБ являются ядром TMN. MF обрабатывает Данные, проходящие между NEF и OSF, обрабатывает MF, предоставляя возможность хранения и обработки данных.

WSF формирует интерфейс между человеком-оператором и системой управления.

BML SML NML EML

Business

BMS SMS NMS

Рисунок 1.3 – Функциональная иерархия TMN и систем поддержки Управление объектами в TMN осуществляется при помощи структуры “агент-менеджер” (рисунок 1.4, 1.5).

Менеджер осуществляет запросы агенту на выполнение необходимых заданий, а агент производит управление соответствующими объектами и информирует менеджера о результате выполнения данного запроса.

упорядоченного опроса. Все статистические данные агентов хранятся в базе MIB (Management Information Base). Структура MIB представляет собой в иерархически организованное дерево MIT (Management Information Tree).

Наиболее важные атрибуты хранятся на верхних уровнях MIT, а атрибуты, описывающие их, расположены на нижних уровнях MIT.

На рисунке 1.6 изображена общая физическая архитектура TMN. Она состоит из компонентов, которыми являются ФБ, включает в себя компоненты, которые являются физической реализацией упомянутых выше ФБ, а также сети передачи данных и интерфейсы, обеспечивающие связь между компонентами.

Интерфейс Управляющая система Управляемая система Рисунок 1.4 – Взаимодействие менеджера и агента в информационной Рисунок 1.5 – Система поддержки работы с распределенными объектами Так как преобразование протоколов, хранение и обработка данных может производится на Q-адаптерах, медиаторы не являются необходимым компонентом.

Данные точки реализуются в виде физических интерфейсов. По средствам интерфейса Q обеспечивается взаимодействие операционных систем, сетевых элементов, Q-адаптеров через сеть передачи данных, медиаторов. Для соединения ОС с сетью передачи данных, Q-адаптеров, медиаторов используется интерфейс Q3.

Для связи операционных систем и медиаторов с рабочими станциями используется F-интерфейс. Х-интерфейс служит для согласования ОС с ОС других сетей TMN.

Интерфейсы TMN представляют собой формально определенный необходимых для передачи данных управления. В настоящее время самым доработанным интерфейсом TMN является Q3 (профили протоколов определены в рекомендациях Q.811 и Q.812).

Информационная структура TMN, основанная на функциональной, формируется с помощью прикладных и общих функций TMN. Прикладные функции TMN состоят из пяти управлений (рисунок 1.7) [87].

В соответствии с рекомендацией ITU-T M.3400 Каждая из данных категорий управления описывается объединением соответствующих функций управления [72]:

Fault Management (FM) - управление неисправностями (УН) Performance Management (PM) - управление рабочими Configuration Management (CM) - управление конфигурацией (КФ).

Security Management (SM) - управление безопасностью (УБ) Accounting Management (AM) - управление расчетами (УР).

Концепции TMN изначально предполагала структуру «ведущийведомые», которая предполагает наличие центрального управления.

Возможно, это и удовлетворяет требования сетей связи, но для более одноранговыми объектами, что предлагается в современных распределенных технологиях (CORBA, JAVA, DCOM).

Сеть, использующая SNMP для управления, содержит три основных компонента (рисунок 1.8):

- SNMP-агент – программное обеспечение, расположенное на сетевом узле, который подлежит мониторингу, представляющий собой интерфейс между железным оборудованием на сетевом узле и SNMP менеджером;

- SNMP-менеджер – программное обеспечение, установленное на машине администратора (системы мониторинга), представляющий собой интерфейс между сетевым элементом с установленным SNMP и агентом;

- SNMP-MIB (Management information base) – компонент системы, база обмениваются менеджеры и агенты. В SNMP понятия клиент и сервер являются относительными. Уведомление Trap служит сигналом для изменения статуса, т. е. менеджер переходит в режим сервера, работающем на порту udp/162, а агент становится клиентом.

При установлении соединения SNMP-менеджер создает виртуальные соединения с SNMP-агентами (рисунок 1.9).

MIB MIB

MIB MIB MIB

Рисунок 1.9 – Использование протокола SNMP Программное обеспечение, установленное на SNMP-агентах (элементе сети) предоставляет менеджеру сети информацию о состоянии своих элементов. Агенты адресуют собранные данные о состоянии узлов и записывают собранные счетчики в значения переменных в базу данных MIB, к которым в последствие обращаются менеджеры. Запросы агенту от SNMPменеджера отправляются на порт udp/161. Запрос включает адрес источника и порт. Агент получает пакет, обрабатывает, в процессе чего формируется ответ, который отправляется на порт указанный в исходном запросе.

Взаимодействие агента и менеджера на основе протокола SNMP представляет собой последовательность, изображенную на рисунке 1.10.

SNMP SNMP

Рисунок 1.10 – Взаимодействие узлов по протоколу SNMP Протокол SNMP поддерживает различные виды транспорта, но в большинстве случаев обмен данными на уровне SNMP между менеджером и агентом происходит посредством пакетов объектов PDU (Protocol Data Unit).

PDU-сообщения переменной, чтение переменной или ответ агента (таблица 1.1).

При помощи данных команд SNMP-агент предоставляет доступ к данным базы MIB SNMP-менеджеру. Для идентификации менеджера, которому принадлежит определенный пакет, SNMP-менеджер инкапсулирует RequestID в состав PDU в момент отправки, в ответном пакете агент помещает тот же ID без изменения, для того чтобы менеджер различал пакеты, поступающие от разных агентов. SNMP-агент может быть сконфигурирован на отправку Trap-уведомлений, осуществляемую с эфемерного порта на udp/162 порт SNMP-менеджера.

Таблица 1.1 – Команды PDU Структура PDU включает определенный набор полей, содержащих необходимые данные для осуществления запроса (рисунок 1.11).

IP header UDP header Version Community PDU-type Request-ID Error-status Error-index (IP-заголовок) (UDP-заголовок) (версия) (пароль) (PDU-тип) (ID запроса) (Статус ошибки) (индекс ошибки) SNMP получил распространение благодаря его простоте и невысокой стоимости внедрения. Однако упрощенность протокола приводит к ряду существенных недостатков:

плохая защищенность от несанкционированного доступа;

неприспособленность к работе с большими массивами;

упрощенная структура MIB;

проблемы с совместимостью разных версий SNMP;

невозможность реализации вложенных функций;

сложная последовательность команд управляющего воздействия.

Система поддержки и эксплуатации бизнес-процессов OSS/BSS (Operations Support System/Business Support System) представляет собой автоматизированную систему управления инфокоммуникационными сетями и услугами связи (ETSITR 188 04, МСЭ-Т М.3050). Система OSS/BSS базируется на расширенной карте процессов оператора связи eTOM (рисунок 1.12), являющаяся декомпозицией структуры бизнес-процессов Стратегия и обязательства жизненным циклом жизненным процессов и обеспечение нение чение Управление маркетингом и предложением Управление взаимоотношениями с клиентом (Приложения, вычислительные и сетевые ресурсы) (Приложения, вычислительные и сетевые ресурсы) Разработка и управление цепочками поставок Стратегическое и Управление рисками Управление эффективностью Управление знаниями Рисунок 1.12 – Расширенная схема телекоммуникационных операций eTOM Декомпозиция процессов является структурным подходом к анализу деятельности предприятия. Общая схема данного метода изображена на рисунке 1.13. Некоторый процесс N, обеспечивающий определенную специфическую область функциональных возможностей на предприятии, можно декомпозировать на некоторые процессы N1, N2, …, Nm. Каждый из данных элементов декомпозиции в свою очередь может быть детализирован но собственные подпроцессы. Условием выполнения каждого процесса является проработка каждого подпроцесса.

Элемент процесса N21 Элемент процесса N21 Элемент процесса N характеристиками и достоинствами:

дает представление о структуре и содержании элементов системы;

выделяет отдельные компоненты процесса;

можно производить декомпозицию на элементы до тех пор, пока не будет достигнут необходимый уровень детализации процесса;

в процессе позволяет обнаружить более мелкие детали;

дает статичное представление процесса;

совокупность выполнения полученных элементов должна составлять реализацию процесса в целом;

не требуется описание взаимосвязей между компонентами процесса.

Архитектуру eTOM можно представить как декомпозицию бизнеспроцессов в виде набора функциональных групп (рисунок 1.14). Для формирования детализированной структуры бизнес-процессов модель eTOM последовательной декомпозиции совокупности процессов предприятия.

предприятия, предоставляющего телекоммуникационные услуги. Она не зависит от технологических, организационных особенностей предприятия и от предоставляемых услуг, так как определена в наиболее общем виде.

1.1.1 Управление отношениями с 1.1.2 Управление эксплуатацией 1.1.3 Управление эксплуатацией 1.1.4 Управление отношениями 1.1.1.7 Управление качеством 1.1.1.8 Обеспечение 1.1.1.9 Управление 1.1.1.10 Управление услуги (QoS) и соглашением об удержания и лояльности выставлением сбором платежей и В состав системы OSS/BSS входит готовый программный продукт и функционирование процессов eTOM.

Конфигурация OSS/BSS комплектуется исходя из потребностей телекоммуникационного оператора. Функционал возможно расширять и сужать за счет подключения дополнительных модулей.

Управление телекоммуникационными услугами включает в себя:

управление проблемами;

управление инцидентами;

управление информационной безопасностью;

управление доступностью системы.

Система OSS/BSS состоит из следующих функциональных компонент (рисунок 1.15):

управление инвентаризацией (Resource/Inventory Management) – ведется учет всех логических и физических ресурсов сети;

средства взаимодействия (mediation) служат для осуществления сопряжения решений OSS/BSS с различным оборудованием;

управление неисправностями (Fault Management) реализует систему, контролирующую и управляющую аварийными сигналами;

управление производительностью (Performance Management) производительность;

управление качеством предоставляемых услуг (SLA Management) отслеживает состояние сервисов и предотвращает отклонения от «Соглашения об уровне сервиса»;

контроль за проработкой задач по устранению неисправностей (Trouble Ticketing);

предотвращает несанкционированный доступ к услугам, предоставляемым оператором связи;

управление заказами (Order Management) отслеживает поэтапно выполнение заказа на предоставление услуги, формирует детальный отчет по каждому процессу обработки заказа;

управление безопасностью (Security Management) контролирует доступ к информационным и физическим ресурсам сети и следит за целостностью данных в процессе передачи данных;

модуль учета (Accounting Management) регистрирует активность пользователей по использованию телекоммуникационных услуг;

модуль планирования и развития услуг (Service Provisioning Management) необходим для моделирования различных сценариев развития телекоммуникационных услуг для возможности оценки готовности услуги в необходимое время.

Целями построения системы OSS/BSS являются следующие:

инфраструктуры и сокращение операционных расходов на представление различных услуг;

оперативное внедрение новых телекоммуникационных услуг;

оптимизация по соотношению стоимость/производительность услуг;

обеспечение качества предоставления услуг, включая оперативную реакцию на сбой оборудования и техническую поддержку пользователей.

Система OSS/BSS в режиме реального времени взаимодействует с телекоммуникационной сетью и пользователями услуг через определенные пользователя. Функционирование OSS/BSS производится неразрывно в замкнутом контуре управления с обратной связью. Кроме того система OSS/BSS обеспечивает организационно-техническое объединение центров управления телекоммуникационными сетями и услугами оператора связи.

Объединение обеспечивается унификацией информационных, методических, и программно-аппаратных средств управления телекоммуникационными сетями и услугами.

В современные системы управления телекоммуникациями операторы связи помимо систем управления IP-трафиком, мониторинга, управления последствиями отказов и технического учета внедряют системы управления услугами связи, геоинформационные системы, управления идентификацией и доступом пользователей, каталоги услуг связи. По этой причине в настоящее время востребованы системы, без которых невозможна работа компаний, предоставляющих телекоммуникационные услуги:

системы, обеспечивающие взаимодействие с пользователем услуг (Customer Relationship Management);

биллинг-системы;

системы класса billing data mediation.

системы класса provisioning (системы активации элементов сети и управления телекоммуникационными услугами);

системы класса Inventory;

системы, отслеживающие качество, предоставляемых услуг (QoS) и соблюдения договора с пользователями SLA;

системы оптимизации рационального использования ресурсов сети;

системы класса revenue assurance.

На основе CORBA возможно организовать единую информационную среду, компоненты которой могут взаимодействовать друг с другом независимо от их программной реализации (платформы, языка интероперабельности на нижнем уровне архитектуры промежуточного слоя.

Архитектура CORBA представлена на рис. 1.16.

Взаимодействие компонент на основе технологии CORBA строится по следующему алгоритму:

1. Клиент формирует и отправляет запрос на вызов определенного метода или получения некоторых данных;

2. Запрос направляется брокеру ORB (Object Request Broker), преобразует запрос для соответствующего интерфейса при помощи репозитория описания интерфейсов взаимодействия с имеющимися компонентами.

который в случае необходимости может запросить дополнительные параметры процедуры.

5. После выполнения метода полученные результаты возвращаются клиенту (Рисунок 1.17).

Рисунок 1.17 – Алгоритм интеграции ПК на базе CORBA Для вызова метода серверного объекта, клиент осуществляет запрос посредством stub. При этом stub обращаясь к клиентской части ORB вызывает специализированный сервис middleware – Smart Agent (установлен на определенном компьютере в сети), который является служобй directory service, отвечающей за поиск доступного сервера для выполнения необходимого сервиса. После определения сервера, создается необходимый серверный объект со скелетоном, к которому обращается ORB для передачи клиентского запроса с помощью базового объектного адаптера Basic Object Adapter (BOA). BOA – это каталог интерфейсов для создания ссылок на удаленные методы объектов, активизации приложений, регистрации объектов, авторизации запросов. При помощи данной службы скелетон, используя Smart Agent, производит регистрацию нового серверного объекта, сообщает о факте создания, доступности и готовности объекта обрабатывать запросы клиента.

На серверной стороне данные о каждом новом классе объектов, поддерживаемом конкретным сервером, заносятся в репозиторий реализаций.

Эту операцию выполняет объектный адаптер.

При реализации запроса брокер через объектный адаптер активирует соответствующий компонент. Далее клиент-серверное взаимодействие происходит через стабы.

Основными элементами модели CORBA являются:

GIOP (General Inter ORB Protocol) – многоуровневая система преобразования и передачи информации для обеспечения взаимодействия между ORB;

ORB – специальный комплекс программ, предназначенный для поддержки компонентов вызова и системы распределенных компонентов;

Object Stub – сущность в модели языка реализации, обращение к которому транслируются в сетевые запросы к другим ORB;

язык программирования, относящийся к языкам реализации системы CORBA, для которого существует стандарт отображения IL, транслятор, генерирующий скелетон и стабы;

интерфейсу CORBA система операторов, принимающая вызов от стаба объекта и формирует из него вызов метода серванта;

Сервант - система программных модулей, служащих для реализации определенного CORBA-интерфейса.

Язык IDL предназначен для взаимодействия компонент, написанных на различных платформах. IDL дает возможность описывать интерфейсы компонент CORBA (рисунок 1.18).

IDL IDL IDL IDL IDL IDL

IDL IDL IDL IDL IDL IDL

Рисунок 1.18 – Взаимодействие разнородных ПК на основе IDL Программные модули должны быть реализованы в CORBA-среде. Для реализации программных компонент в среде CORBA компилятор IDL выполняет следующие действия:

репозиторий интерфейсов, имеющийся в ORB;

2. компилятор создает серверный и клиентский стабы для каждого метода, определенного на IDL.

Компоненты в процессе выполнения запроса могут получать данные из репозитория интерфейсов о форматах и структуре IDL-интерфейсов для формирования динамических запросов.

Описания интерфейсов размещены в репозитории, как множество объектов. Доступ к этим объектам обеспечивается также репозиторием.

Являясь одним из основных элементов стандарта CORBA, ORB обеспечивает взаимодействие брокеров различных производителей. Репозиторий интерфейсов также представляет собой программный компонент и имеет собственный IDL-интерфейс, через который другие компоненты получают информацию об остальных объектах CORBA.

Выбор рационального варианта построения РСУ осуществляется путем решения многокритериальной задачи. Показателями качества системы при этом являются:

время обработки запросов на услуги связи;

вероятность отказа в реализации услуги;

количество одновременно реализуемых услуг;

допустимое время реализации задания;

ВВХ времени ожидания обслуживания и др.

По рекомендациям Форума управления телекоммуникациями (TMF) в качестве критерия оценки эффективности РСУ может использоваться функционал где Tk – время завершения обслуживания, Pk – приоритет k-ого требования, F – время между сбоями, D – время выявления сбоев, R – время восстановления после сбоев, A – отказоустойчивость.

Очевидно, что единственным фактором, не поддающимся контролю, является промежуток времени между сбоями, он непредсказуем. Параметры D и R могут быть оптимизированы путем совершенствования алгоритмов управления вызовами удаленных методов и управления обнаружением распределенных объектов.

статической. В стандарте CORBA возможны также динамические вызовы, для осуществления которых не создаются CORBA-стабы, используя компилятора языка IDL.

1.2.Анализ методов построения распределенных систем управления Локальность связей Традиционный способ построения параллельных РСУ и языков программирования не подходит для системы обработки данных в реальном масштабе времени из-за большого числа вспомогательных операций, связанных с распределением вычислительных ресурсов и препятствующих повышению производительности [52,57].

Таблица 1.2 Современные подходы к проектированию параллельных вычислительных систем Поэтому в многопроцессорных системах стало целесообразно использовать локальные связи, что позволяет уменьшить взаимную зависимость процессоров и задержки, вносимые длинными соединениями.

Такой подход привел к разработке нескольких специализированных устройств обработки данных с локальными связями и с архитектурой, ориентированной на исполнение в виде СБИС: трансверсальная фильтрация, систолические матрицы, потоковые процессорные матрицы [73].

Использование локальных связей существенно упрощает процесс проектирования архитектуры РСУ и взаимодействия между процессорными элементами (ПЭ). Однако данное преимущество достигается за счет ограничения области применения РСУ.

Программируемая архитектура и динамическая реконфигурация вычислительных систем Из многочисленных архитектур построения супер ЭВМ необходимо отметить как одно из весьма перспективных направлений создание многопроцессорных систем (МПС). Начало работам в данном направлении положено отечественными разработками РСУ с перестраиваемой архитектурой [23].

Поиски путей совершенствования проектирования и создания ЭВМ привели к созданию фирмой MEIKO Ltd. (Великобритания) новой технологии разработки супер ЭВМ, опирающейся на "бесшовную" архитектуру, позволяющую плавно наращивать вычислительную мощность системы для точного соответствия требованиям заказчика ("обычные" супер ЭВМ допускают расширение только модулями, причем довольно большими и дорогими). Линейность архитектуры позволяет создавать РСУ семейства CS (Computing Surface - вычислительная среда) в любой конфигурации из готовых процессорных и периферийных схемных плат, благодаря чему сокращаются сроки проектирования разработки, изготовления и поставок.

МПС с перестраиваемой архитектурой можно разделить на два основных класса: МПС с программируемой архитектурой и МПС с динамической реконфигурацией. В МПС с программируемой архитектурой [61] нужная конфигурация определяется программным путем, когда пользователь, например, может создавать необходимую группу процессоров с требуемой длиной слова. Передача и распределение информации между множествами процессоров и комплексов памяти происходит через программируемый параллельный коммутатор, называемый иногда коммутационной структурой (КС) [23]. Однако на настоящий момент реализация программируемых коммутаторов сопряжена с определенными трудностями, основная из которых заключается в том, что время передачи данных от одного микропроцессора (МП) к другому через КС существенно больше времени обработки информации в самом МП [11]. Предлагаемые приемы для уменьшения времени передачи данных связаны либо с изменением "покрывающего" алгоритма, либо с поиском более эффективного алгоритма, что приводит к достижению поставленной цели, но либо за счет повышения трудоемкости программирования, либо за счет увеличения времени построения "покрывающего" алгоритма, что не является удовлетворительным.

способность системы к динамическому перераспределению параллельных ресурсов каждого типа (памяти, центральных процессоров, однородных решающих полей из однотипных ПЭ и др.) между задачами и их параллельными ветвями. Данное перераспределение осуществляется автоматически в результате анализа выполнения программ аппаратными средствами в соответствии с текущими, заранее не предсказуемыми реконфигурации необходимы в больших распределенных системах, в которых не всегда может существовать возможность или экономическая оправданность останова всей системы с целью внесения модификаций в часть ее аппаратного либо программного обеспечения. Кроме того, в процессе производства систем удобно иметь средства наращивания и эксплуатации - средства, способствующие эволюции системы.

вычислительные структуры с параллельной архитектурой, построенные на основе клеточных автоматов и нейронных сетей. Клеточные автоматы рассматриваются как сложные динамические системы, самоорганизующиеся из достаточно простых дискретных компонент и характеризующиеся дискретностью, однородностью структуры, детерминированностью. В работе [71] сравниваются три модели компьютеров с параллельной архитектурой, построенных на основе клеточных структур: процессорные матрицы типа MIMD, матрицы передачи команд и систолические матрицы. На основе анализа предпочтение отдается систолическим матрицам, что объясняется гибкостью параллельной архитектуры и хорошей реализацией в технологии СБИС.

Основным преимуществом нейронных сетей является их свойство адаптивного самообучения. Разработки в области нейронных сетей и нейрокомпьютеров поддерживаются целым рядом международных и национальных программ. Прежде всего, это объявленная японским правительством в 1988 г. программа "Human Froutiers" [65,69], называемая еще "Шестым поколением", с финансированием в 6,6 млрд. долларов. В США на развитие нейрокомпьютеров выделяется более 1 млрд. долларов, где на сегодня данными разработками занимаются около 50 корпораций.

соотношение производительность/стоимость среди различных классов ЭВМ;

малые габариты; широкий диапазон производительности (от 50 млн.оп./с до млрд. оп./с), достигаемый за счет различной компоновки модулей; дешевизна в эксплуатации.

Основными проблемами в производстве отечественных МПС являются, во-первых, слабая технологическая база, из-за чего задерживается изготовление соответствующей элементной базы; во-вторых, отсутствие контрольно-диагностического оборудования отечественного производства; втретьих, сложность аппаратной реализации цепей коммутации процессов с оперативной памятью (ОП), которая не должна существенно понижать производительность процессоров.

Пространственно-временное распределение данных В каждом алгоритме, реализованном на параллельной РСУ, важно точно определить момент времени, когда данные достигают ПЭ. В взаимодействия пространства и времени, так как в ней рассматривается только одно действие в единицу времени и отсутствует информация, где физически расположены данные. Иначе обстоит дело при разработке систем на процессорных и волновых матрицах. Данные, которые расположены далеко от ПЭ, требуют больших энергетических затрат и имеют большее традиционного языка программирования, не обязательно хорош, когда в расчет принимаются явления, происходящие на физическом уровне. Таким образом, при проектировании параллельных систем на матричных структурах необходимо учитывать пространственное и временное распределение данных [47].

Декомпозиция вычислительных структур и данных При обработке данных на параллельных РСУ часто возникают вопросы отображения вычислительных задач большой размерности на ограниченные специализированные устройства, которые могут быть использованы для решения задачи произвольного размера, и делать это не хуже, чем программные средства универсальных компьютеров. В качестве подходов к решению данных вопросов можно использовать аддитивное разбиение и тензорное исчисление.

Аддитивные разбиения [55] осуществляются в основном в устройствах матричного умножения и применяются для уменьшения "ширины" матрицы, увеличения плотности ненулевых элементов матрицы или уменьшения объема вычислительных ресурсов за счет использования свойств симметрии.

В соответствии с тензорным подходом сложная система расчленяется на некоторое число подсистем, и на этой базе строятся модели исходной системы. Затем проводится анализ каждой подсистемы в отдельности с получением некоторых результатов. Частные решения подсистем объединяются с использованием аппарата тензорного исчисления.

Параллельное представление алгоритмов специализированные структуры или совсем не структурированы. Реализация таких алгоритмов на параллельных и конвейерных устройствах достаточно сложна. Поэтому для достижения желаемой скорости обработки необходимы средства, позволяющие максимально использовать возможности параллелизма и конвейерной организации. Иначе говоря, задача нахождения отношения параллельности реализуемых алгоритмов на множестве ПЭ весьма актуальна.

Аппаратные средства, поддерживающие параллельную обработку высокопроизводительных МП с ограниченным набором команд (RISCпроцессоров), реализацию параллельных процессоров в виде одной СБИС и Современный уровень развития технологий БИС, используемых при построении суперкомпьютеров, уже сейчас позволяет получать СБИС на основе арсенида галлия, ячейки HEMT, ИС с переходами Джозефсона с быстродействием свыше одного млрд. операций в секунду. Завершена разработка машины типа Cray-3, имеющей 16 процессоров. Период тактовых импульсов системы - 2 нс и производительность - от 20 до 25 млрд. операций в секунду.

Термин "транспьютер" в настоящее время используется в двух значениях: 1) как наименование программируемых СБИС, разработанных фирмой INMOS и используемых в качестве вычислительных модулей для создания сверхпроизводительных параллельных систем; 2) как наименование любых, подобных транспьютерам вычислительных модулей [76]. Основное назначение транспьютеров заключается в построении параллельных вычислительных систем высокой производительности. Транспьютерную систему можно использовать для организации конвейерных вычислений, систолической обработки, векторной и матричной обработки, обработки методом потока данных.

Обобщая результаты исследований, можно следующим образом отобразить состояние современного развития параллельных РСУ.

1. Супер ЭВМ на скалярных операциях имеют предел (100 млн.

операций в секунду), который объясняется аппаратными ограничениями.

Поэтому достижение производительности в 1000 трлн. операций в секунду и выше возможно только за счет распараллеливания алгоритма на всем протяжении решения задачи.

2. Многомашинные комплексы типа MISD, построенные на базе микропроцессорных наборов производительностью в 5-7 млн. операций в невозможности для большей части задач выполнения требования локализации данных, что приводит к значительным временным затратам на поиск и передачу данных. Кроме того, многопроцессорные комплексы типа MISD и MIMD позволяют повышать производительность ВК не более чем в 10-100 раз ввиду следующих ограничений: увеличение числа процессоров приводит к росту времени доступа к ОП, что начинает снижать производительность каждого процессора; мультипроцессорная система, построенная на традиционных принципах, не исключает человека из процесса распределения ресурсов ВК, что при увеличении степени распараллеливания приводит к росту вероятности появления ошибки.

3. Проектирование однопроцессорных супер ЭВМ (SISD, SIMD) на традиционных принципах организации вычислительного процесса конвейеризацию, не может повысить среднюю производительность такой ЭВМ более чем в 10 раз.

4. Современные коммутационные среды не позволяют обеспечить передачу данных со скоростью, существенно превышающей скорость переработки информации микропроцессорами и скорость взаимодействия с ОП. Применение различных коммутаторов увеличивает время передачи информации от устройства к устройству. С ростом миниатюризации элементной базы проблема построения коммутационной среды не только не снижается, но становится еще более сложной.

5. Перспективным способом достижения высокой производительности является создание РСУ из большого числа однородных ЭВМ, т.е. с использованием многомашинной архитектуры построения вычислительных средств. Данные системы привлекательны из-за локальности линий связи, что обеспечивает большую пропускную способность. Стремление обязательно сопровождаться согласованием структуры численных методов и архитектуры РСУ.

В настоящее время известны различные подходы к анализу и синтезу координации и агрегации, развиваемые в работах [37, 39], методы агрегативного описания сложных систем [74, 8], логико-комбинаторный подход [5], структурный подход [12,24,53], подход, основанный на теории сложности [51] (таблица 1.3).

Однако современные потребности науки и техники, которые выражаются, во-первых, в требовании все более совершенных средств проектирования, во-вторых, в необходимости принятия во внимание эффектов, которыми раньше пренебрегали, привели к возникновению и интенсивному развитию системного подхода к проектированию сложных систем.

Таблица 1.3 Подходы к анализу структур сложных вычислительных систем Под системным подходом, реализуемым в автоматизированных системах проектирования ЭВМ, подразумевается интегрированное рассмотрение и представление в системе как объектов, так и операций проектирования на различных стадиях процесса проектирования. Более того, в этих решениях должны находить отражение не только существующие технологии проектирования, но и их развитие в будущем [14].

структурный подход, который приобретает еще большее значение на современном этапе проектирования параллельных вычислительных систем. В соответствии со структурным подходом к проектированию действия разработчика включают следующие этапы:

выработка ряда гипотез, касающихся структур подсистем, из которых будет состоять проектируемая система управления;

формирование из полученных подсистем альтернативных структуркандидатов;

анализ каждой структуры с целью определения характеристик и выбора окончательной структуры.

Одним из новых подходов к синтезу структур РСУ является логикокомбинаторный подход [2,25]. В основе данного подхода лежит использование особенных скобочных нормальных форм (о. ск. н. ф.) булевых функций и контекстно-свободных плекс-грамматик. В ходе проектирования перед разработчиком структуры сложного объекта встают следующие задачи.

1. Каким образом построить множество альтернативных вариантов структуры проектируемого объекта и в какой форме представить это множество?

2. Какую степень детализации модели выбрать для анализа каждого альтернативного варианта с целью выбора наилучшего?

3. Какие методы использовать для уменьшения трудоемкости перебора и сравнения вариантов?

Представление о множестве альтернативных вариантов структуры формируется у проектировщика на основании опыта проектирования, научных законов, известных прототипов и близких решений, интуиции. С ростом числа альтернативных вариантов задача синтеза наилучшего варианта может быть практически неразрешимой, если ориентироваться на явное представление всего множества вариантов. В качестве неявного рабочего представления множества альтернативных вариантов в работе [2] предлагается использовать специальные скобочные формы булевой алгебры.

Представление множества альтернативных вариантов в виде о. ск. н. ф.

обладает следующими достоинствами: 1) позволяет уменьшить трудоемкость выбора оптимального варианта структуры; 2) наглядно представляет систему блоков, подблоков, из которых строятся варианты структуры; 3) достаточно легко может быть преобразовано в другие формы представления.

Однако описание вариантов структур в виде о. ск. н. ф. имеет и ряд недостатков, к которым можно отнести: 1) ограниченность выразительных возможностей булевых функций, например, по сравнению с теорией графов; 2) определенную трудоемкость идентификации специальной скобочной записи альтернативного варианта, что отрицательно сказывается при решении комбинаторных задач, близких к NP-сложным.

В связи с этим логико-комбинаторный подход имеет ограниченную форму применимости и не является эффективным при проектировании структур параллельных РСУ.

необходимостью количественной оценки каждой структуры, а это в свою очередь требует наличия соответствующих математических теорий и методов. В этом плане особый интерес представляют теория структур [7,49] и теория сложности [51]. Использование данных теорий при проектировании позволяет управлять процессом поиска и значительно уменьшить сложность решаемых задач.

В рамках описанных подходов к проектированию структур РСУ предложено достаточно большое число методов проектирования, среди которых можно выделить следующие: декомпозицию и агрегатирование, формальный синтез, синтез на основе эвристических приемов, синтез по обобщенной модели.

Преимуществом методов декомпозиции и агрегатирования является упрощение процедуры исследования сложной системы путем ввода процесса декомпозиции. Однако проблема отображения результатов исследования рассматривается, что является недостатком данного метода, т.к. задача получения характеристик общей системы на базе результатов исследования подсистем является достаточно сложной и требует дальнейшего изучения.

Недостатком формального синтеза сложных РСУ являются достаточно жесткие условия для математического описания исследуемого объекта и законов композиции целого из частей. Методы синтеза на основе изобретательских задач. Данные методы не могут быть формализованы, и интеллектуальные САПР. Методы данной группы весьма перспективны, т.к.

всегда могут дать искомое решение, если оно существует. Однако, в силу NPсложности решаемых задач, практическое использование данных методов затруднено.

Описанные выше подходы и методы проектирования сложных РСУ характеризуются многими положительными свойствами. Среди них, в первую очередь, необходимо выделить следующие.

альтернативных вариантов на основе обобщенной модели позволяет проектировщику получить все множество возможных вариантов, из которых выбираются оптимальные структуры. Однако, как было уже отмечено, NPсложность задачи получения множества альтернативных вариантов не позволяет широко использовать данный подход на практике.

2. В силу возрастающей сложности проектируемых структур РСУ агрегатирования, которые позволяют проводить анализ и синтез моделей по частям. Однако существенным моментом, ограничивающим применение данных методов, является способ объединения результатов исследования подмоделей сложной РСУ.

3. Важным преимуществом описанных методов является способность исследовать подсистемы сложных РСУ, представленных с различной степенью детализации. Данный подход позволяет сокращать размерность общей модели РСУ и проводить исследования с помощью ПЭВМ, широко доступных пользователям. При использовании данного метода в настоящее время выделяют два направления: первое состоит в сочетании различных способов описания и алгоритмов моделирования, применяемых на тех уровнях описания, для которых они реализуются наиболее эффективно;

второе направление поддерживает общую концепцию описания и моделирования для всех уровней представления. В связи с использованием указанных направлений, каждое из которых имеет определенные математический аппарат, который позволял бы поддерживать и обобщать результаты, полученные разными методами, либо такой формальный язык, который давал бы возможность описывать многоуровневые модели РСУ с различной степенью детализации.

4. Одним из преимуществ, например, логико-комбинаторного подхода, является простота получения альтернативных вариантов. Однако данный подход не предназначен для описания параллельных многоуровневых структур.

На основе сделанного анализа можно заключить, что очень важным и актуальным является разработка такого подхода к проектированию структур параллельных РСУ, который позволял бы:

обобщать результаты, полученные как с помощью разных методов исследования отдельных уровней описания модели, так и с помощью единого формализма;

строить простые методы отображения результатов исследования отдельных подсистем на общую модель РСУ;

возможностью описания многоуровневых моделей параллельных РСУ с различной степенью детализации.

Одним из таких подходов к проектированию сложных РСУ является подход, основанный на тензорных методах. Впервые систематически идею использования тензорного подхода изложил американский инженер Г.Крон, который использовал тензорные методы при анализе электрических машин.

В дальнейшем тензорные методы развивались как в работах отечественных, так и в работах зарубежных ученых.. Рассмотрим основные достоинства тензорного исчисления.

Преобразование систем координат. Тензорное исчисление, как математический аппарат, позволяет осуществлять преобразование одной системы координат в другую, переход между пространствами. На практике данное свойство предполагает возможность анализа сложных РСУ в такой системе координат, в которой исследуемая система будет иметь наименьшую сложность.

Диакоптика (метод расчленений) является теорией, объединяющей два источника информации: уравнения (или матрицы) и графы, связанные с некоторой экономической или физической системой [27]. Диакоптика представляет собой попытку объединить непрерывный анализ с дискретным.

Иначе говоря, метод решения по частям позволяет объединить возможности теоретико-множественной топологии (дифференциальные уравнения, теории функций и т.д.) с возможностями комбинаторной топологии (теория графов) в единый инженерный метод анализа и расчета сложных систем.

Унификация процесса проектирования. В настоящее время многие ученые отмечают, что для проектирования современных систем нужны не новые математические теории, а правильное использование уже известных.

Важная роль в "организации" существующих методов решения вопросов проектирования сложных систем принадлежит тензорному исчислению, которое "предназначено" как раз для того, чтобы получить единый подход к исследованию сложных систем различной природы" [45].

Простота генерации альтернативных вариантов. Выше было отмечено, что тензорное исчисление позволяет одну и ту же систему представлять в различных системах координат. Связь между различными "проекциями" системы осуществляется с помощью тензоров преобразования. На этом свойстве основан метод генерации альтернативных вариантов. В соответствии с данным методом в качестве исходных данных берется такая "проекция" некоторой сложной системы, в которой существует минимальное число связей. В некоторых источниках такая система называется примитивной. Устанавливая в примитивной системе в соответствии с некоторым правилом связи между элементами и отображая полученную структуру с помощью тензора преобразования в исходную систему координат, можно получать все множество альтернативных структур.

Простота отображения результатов исследования отдельных подсистем на общую систему. Простота получения общих результатов исследования сложных систем объясняется свойствами тензоров преобразования. Если существует тензор преобразования, связывающий две проекции одной и той же системы в разных системах координат, то данный тензор преобразования связывает и характеристики системы, представленные в тех же системах координат [28].

Во многих работах, посвященных исследованию сложных систем тензорными методами, эталонным языком описания является язык электротехники [45]. Этому явлению соответствуют объективные предпосылки. Теория расчета электрических цепей одновременно рассматривает как уравнения процессов, описываемые законом Ома, так и уравнения структуры, описываемые законом Кирхгофа. Поэтому постановку задачи расчета некоторой системы, которая может быть и не электрической, удобно формулировать в терминах источников тока и ЭДС, расчета напряжений и величины токов. Однако язык электротехники имеет существенный недостаток, который выражается в неспособности данного языка описывать недетерминированные и параллельные процессы. В связи с этим для более эффективного использования тензорного подхода к проектированию параллельных РСУ необходимы иные средства описания, способные отображать параллельное развитие процессов.

1.3. Анализ методов формализованного описания структур представление имеющихся данных и параллельных процессов в виде специальных формальных объектов, удобных для проведения над ними вычислительных и имитационных экспериментов на ЭВМ. Поэтому выбор формализованного языка, в наибольшей степени учитывающего особенности параллельных Подход, представленный в [8,9] для формализации анализа сложной системы обладает существенным недостатком. Он заключается в том, что такая формализация элементов системы и взаимодействия между ними обладает "неформульным" заданием схемы сопряжения (в виде рисунков) и операторов сопряжения (в виде таблиц). Подобная формализация не предоставляет возможности формализовать область эквивалентных структурных преобразований схемы сопряжения. Этих недостатков лишена формализация элементов сложной системы и взаимодействия между ними с помощью так называемых R-модулей [21], которые используются не только при описании детерминированных динамических систем, функционирующих в дискретном времени, но и при описании стохастических систем, представляемых вероятностными автоматами. Однако подобные автоматные модели не перекрывают все возникающие задачи.

структурных нотаций для формализованного описания структур РСУ эффективно лишь для анализа одной структуры РСУ, так как данные описания громоздки и не приспособлены для поддержки процедур синтеза новых структур РСУ. Если РСУ рассматривать только как множество взаимодействующих функциональных блоков (объектов), а не как вычислительную сеть или многопроцессорную систему, то для исследования процессов, протекающих в РСУ, может быть использован сетевой подход синхронизацией были предложены OS-сети. Потребляемые ресурсы в этой модели явно не задаются, механизмы для описания повторно используемых ресурсов - самые простые. Предложенные OS-сети применяются, в основном, для анализа тупиковых ситуаций, которые могут возникнуть в параллельных РСУ. Эффективным средством анализа и синтеза параллельных РСУ и процессов является алгебраический подход [56,72], который основан на формульном выражении сетевых моделей. Использование алгебраического подхода позволяет аналитическими методами путем проведения эквивалентных преобразований формул получать оптимальные структуры РСУ. Недостатками данного подхода являются, во-первых, ограниченность не все сетевые структуры могут быть описаны алгебраически; во-вторых, сложность.

В последнее время во многих работах отмечается, что графовые модели являются наиболее удобными и эффективными средствами описания и исследования параллельных структур и процессов [38]. К настоящему времени существует несколько формализмов, основанных на графовых моделях и служащих для описания параллельных процессов. Наиболее общими из них являются схемы параллельных программ Карпа-Милнера, Aпрограммы Котова-Нариньяни, биологические графы, вычислительные модели, операторы Хоара.

К концу 70-х годов указанные модели были практически вытеснены сетями Петри (СП) [76] - формализмом, описывающим структуру и взаимодействие параллельных процессов. Широкое распространение СП обусловлено рядом преимуществ, среди которых можно выделить следующие:

1. СП включают в себя возможности ряда других моделей, предложенных для описания и исследования параллельных РСУ (семафоры Дейкстры, системы векторного сложения, вычислительные сети, сетевые структуры, модели повторно используемых ресурсов и др.).

2. СП позволяют моделировать асинхронность и недетерминизм параллельных независимых процессов, параллелизм конвейерного типа, конфликтные взаимодействия между процессами.

3. СП, расширенные такими обобщениями, как ингибиторные дуги, приоритетность и время срабатывания переходов, цветные метки и др., позволяют моделировать сложные РСУ с учетом таких факторов, как приоритетность процессов, временные параметры событий, совместное отображение структуры управления и потоков данных.

4. В отличие от других формализмов (таких, как А-программы, схемы Карпа-Милнера и др.) СП допускают произвольную интерпретацию элементов модели как в смысле выполняемого фрагмента (выражения, операторы, подпрограммы, аппаратные преобразования информации), так и по уровню абстракции. Это позволяет с помощью СП производить иерархическое построение аппаратных и программных модулей РСУ.

динамическим помеченным мультиграфом, справедливы все положения теории графов.

6. СП, обладая однородностью и аналитическими зависимостями, которые описывают функционирование переходов, удовлетворяют необходимым условиям для использования в тензорной методологии.

При исследовании параллельных РСУ в качестве базовой информации используются данные о взаимосвязи событий в системе. Данные о моментах времени наступления событий, интервалах реализации, тактированных временных шкалах, как правило, не используются. Причинно-следственная связь событий в асинхронных системах, к которым относятся параллельные РСУ, задается множеством отношений вида "условия-события". Построение полной структуры таких отношений для РСУ - задача сложная. Однако использование структурированной информации о предметной области моделирования позволяет существенно упростить эту работу. В настоящее время выделяют два подхода к описанию семантики параллельных систем.

Первый подход опирается на понятие последовательности действий (Опоследовательности), второй - основывается на понятии процесса. В то время как первый подход более удовлетворяет практическим целям, во втором подходе параллельность представляется более "правильным" образом.

Теория СП предоставляет аппарат, который позволяет при описании модели учесть преимущества обоих подходов.

Построение моделей РСУ в терминах СП включает следующие действия:

1. Моделируемые процессы, протекающие в РСУ, описываются множеством событий и условий, которыми эти события определяются, а также причинно-следственными отношениями, устанавливаемыми на множестве "события-условия".

2. Определяются события, последовательность наступления которых управляется состояниями системы. Состояние системы задается множеством условий. Условия формулируются в виде предикатов.

3. Условия (предикаты) могут выполняться и не выполняться. Только выполнение условий обеспечивает возможность наступления событий.

4. После того как событие наступило, будет обеспечено выполнение других условий, находящихся с ранее выполненными условиями в причинноследственной связи.

В СП условие – это позиции, а события – это переходы.

Последовательности событий отображаются срабатыванием переходов.

соответствующей этому условию позиции. Соглашение о правилах срабатывания переходов является способом выражения концепции причинно-следственных связей между условиями и событиями в системе.

Момент фактической реализации события неизвестен, поскольку иногда бывает трудно восстановить полные цепи непосредственных причин и следствий, определяющих факт и время наступления события.

Поясним некоторые варианты применения математического аппарата СП для получения общих качественных оценок событий и процессов в параллельных РСУ.

1. СП могут иметь позиции, число меток в которых растет неограниченно. Свойство ограниченности сетей связано с введением ограничений на число меток в позициях. Если, например, интерпретировать метки данными в сетях обмена информацией, а некоторые позиции буферами или регистрами, то ограниченность СП будет естественным условием, проверка выполнимости которого позволит выяснить, возможно ли в данной сети переполнение буфера, вместимость которого ограничена.

2. В СП возможны такие ситуации, когда ни при каких изменениях в сети не выполняются условия активизации некоторых переходов. Эти переходы оказываются как бы лишними и могут быть исключены из СП без всякого ущерба для ее функционирования.

Может случиться также, что после реализации в сети определенной последовательности срабатываний переходов возникает такая разметка позиций, при которой некоторые переходы никогда больше не сработают ни при каких получаемых в дальнейшем разметках. Такие ситуации соответствуют тупиковым событиям в моделируемой системе. Выявление тупиковых разметок связано с анализом живости СП.

3. СП являются эффективным аппаратом для анализа состояний в параллельных РСУ. Например, при необходимости установить возможность или невозможность некоторого состояния в РСУ можно использовать процедуры анализа СП на достижимость. Проверяемая ситуация в СП задается некоторой разметкой. Исследование заключается в проверке достижимости этой разметки от некоторой исходной разметки.

возможность их исследования по частям. Исходная сеть разбивается на фрагменты, каждый из которых исследуется независимо, а затем проводится анализ свойств целостной СП, в которой каждый фрагмент замещается отдельным переходом или позицией (иерархическим фрагментом).

5. Интересным расширением СП являются так называемые временные СП. Позиции или переходы во временных СП взвешиваются "временем выполнения". Метка при попадании в позицию или "захваченная" взвешенным переходом становится недоступной для возбуждения соответствующего перехода в течение "времени выполнения".

Применение временных СП связано с анализом периодических режимов функционирования систем. Используя формальный аппарат временных сетей, можно найти необходимые, а в некоторых случаях и достаточные условия выполнения в системе циклических процессов, протекающих с некоторой заданной скоростью, а также определить режимы работы РСУ с максимально возможной скоростью.

Другим подходом к описанию структуры РСУ является подход, основанный на теории сети массового обслуживания (СеМО) [34]. Возможны варианты конфигурирования процессорных модулей (ПМ) РСУ приведены на рисунке 1.19.

Рисунок 1.19 – Модели управления рабочими характеристиками При этом коэффициент использования центрального процессора (ЦП) в следующих вариантах:

где m – общее число заявок в данных замкнутых системах массового обслуживания.

Для расчета коэффициента в варианте (в) присвоим СЭ1, СЭ2 и ЦП номера 1, 2 и 3 соответственно. Тогда где величины (m,2) и (m,3) вычисляются по рекуррентной формуле Рассмотрим систему, в которой каждый блок ЛП доступен лишь одному процессору СЭ. Представим ее в виде замкнутой сети из трех систем массового обслуживания (СМО). СМО1 соответствует подготовке запросов в СЭ, СМО2 – обслуживанию запросов в ЛП, СМО3 – обслуживание запросов в ОП. Поскольку каждый процессор может обращаться лишь к своему блоку ЛП, то СМО1 и СМО2 являются N-канальными СМО без очередей. СМО является одноканальной с ожиданием.

Пусть vi – интенсивность обслуживания запросов в i-й СМО, i 1,2,3(v1 Tп1, v 2 Tлп1, v3 Tоп1 ). Стационарное распределение вероятностей где ni – число заявок (запросов) в i-й СМО, i=1,2,3, и n1+n2+n3=N. Отсюда суммарная величина коэффициентов использования процессоров, равная среднему числу запросов N1 в СМО1, вычисляется по формуле Формулу (1.3) можно преобразовать к виду Рассмотрим теперь модель системы с общедоступными блоками ЛП.

Такая система может также моделироваться сетью из трех СМО (рисунок 1.20).

Рисунок 1.20 – Сеть СМО, моделирующая системы с односвязным Будем различать длительность обслуживания в ЛП запросов от своего процессора (со средним TЛП) и длительность обслуживания в ЛП запросов от чужого процессора (со средним TЛП). Пусть p0 – вероятность обращения процессора к ОП. Тогда процессор обращается к чужому блоку ЛП с вероятностью, где p – вероятность обращения в собственный блок ЛП. Рассмотрим только те запросы, которые направляются в СМО3, т.е.

запросы процессоров в ОП и в чужие блоки ЛП. Первые появляются с вероятностью (1 p p0 )(1 p). Тогда средняя длительность обслуживания запросов в СМО3 вычисляется по формуле На рисунке 1.21 приведены значения Ф в мультипроцессорной системе с односвязным интерфейсом и блоками ЛП, каждый из которых доступен лишь одному процессору. Здесь число процессоров изменяется от 1 до 7;

среднее время подготовки запроса во всех процессорах TП=762 нс; средние длительности обслуживания запросов в ОП и ЛП TОП=TЛП=1500 нс.

Вероятность обращения в ЛП (p) принимает значения 0,1; 0,3; 0,5. Из рисунка 1.21 видно, что при вероятности обращений к ЛП p 0,5 число процессоров N следует выбирать не более 5. С увеличением вероятности коэффициентов использования процессоров.

Рисунок 1.21 – Коэффициент использования процессоров На рисунке 1.22 приведены результаты расчетов той же системы при TЛП=500 нс. Сравнивая рисунки 1.21 и 1.22, видим, что длительность обслуживания запросов в ЛП мало влияет на суммарную величину коэффициентов использования процессоров. На рисунке 1.23 сравниваются значения величины Ф при p=0,8 и TЛП, равном 500 и 1500 нс. Отметим, что при p < 0,8 разница в значениях величины Ф для систем, имеющих TЛП, равное 500 и 1500 нс, оказывается незначительной.

Рисунок 1.22 – Сравнение результатов оценки суммарной величины коэффициентов использования процессоров системы с односвязным интерфейсом при TЛП=500 нс ( ––––– аналитические результаты, ----результаты имитационного моделирования).

Рисунок 1.23 – Суммарная величина использования процессоров системы с односвязным интерфейсом при большой вероятности обращений (p=0,8) к локальной памяти для TП=762 нс, TОП=1500 нс Сетевая модель ПМ включает R классов потоков r (r 1, R), N приборов обслуживания, и описывается вектором ni (ni1,...,niR ) ; nir – число пакетов класса r в ПМ i [28]:

Равнодоступная для всех классов память определяет допустимое множество S n | Vr (n) N. Полное разделение, имеет допустимое допустимое множество S n | Vr (n) 0 n r S, r 1, R. Задавая допустимое множество состояний системы координирования ПМ формируем стратегию разделения ресурсов.

1. Проведен анализ концепций построения и функционирования систем управления телекоммуникационными сетями и услугами TMN, SNMP, OSS/BSS, РСУ, других нестандартных систем, ориентированных на брокерский запрос и технологии X/OPEN, TP, TXRPC, ATMI, CICS управления: многоуровневость, параллельная обработка запросов, наличие баз данных, возможность выбора транспортных протоколов и оптимизации по времени выполнения приложений, разделение управляющей и информационных составляющих распределенных приложений и их распараллеливание, использование альтернативных путей для передачи потоков данных.

3. Показано, что эффективность РСУ во многом определяется алгоритмами межобъектного интерфейса распределенных приложений и связана с минимизацией времени межобъектных вызовов и используемыми методами асинхронного взаимодействия. Низкая отказоустойчивость таких систем обусловлена используемыми методами избыточности.

4. Недостатками существующих ППО (промежуточное программное обеспечение) при организации РСУ являются избыточный функционал, применение ресурсоемких системных протоколов, большие объемы передаваемых данных, низкая отказоустойчивость. Эти недостатки влияют на временные характеристики формирования управляющих воздействий, непосредственно связанные с показателями качества РСУ.

2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ

ПРОЦЕССОВ ИНТЕГРАЦИИ ПК РСУ

С системных позиций РСУ представляет собой набор аппаратнопрограммных средств обмена информацией и взаимодействия распределённых по сети приложений. Одним из ее основных элементов является система интеграции сетевых объектов, эффективность функционирования которой во многом определяет быстродействие и отказоустойчивость системы в целом.

Необходимость интеграции обусловлена тем, что требуется организовать взаимосвязанную работу гетерогенных программных компонент, составляющих РСУ. Формат сообщений, полученных от любого из ПК РСУ должен быть понятен. Система интеграции должна находиться в постоянной доработке, так как в систему могут поступать новые приложения, которые имеют свой специфический интерфейс и формат сообщений, и каждый потенциальный получатель должен его понимать.

Очевидно, что лучшим решением данной проблемы могла бы стать унификация форматов сообщений всех программных компонент. Но это возможно, только в случае если все ПК являются однотипными. Учитывая, что современные РСУ включают в себя большое количество разнородных приложений от разных производителей с различными форматами и интерфейсами, данный подход не применим.

Для объединения программных компонент во взаимосвязанную структуру в современных РСУ используется брокер объектных запросов, работающий как шлюз прикладного уровня (рисунок 2.1). Основной задачей брокера является преобразование форматов сообщений для его понимания получателем.

Брокер содержит в себе базу данных, в которой хранятся протоколы преобразования форматов, представленные на специальном языке описания.

Для описания используются специальные языки описания.

Рисунок 2.1 – Обощенная организация брокера запросов Брокер объектных запросов является основой системы интеграции. От качества его работы во многом зависит время интеграции программных телекоммуникационной услуги. Отказ работы одного или нескольких распределенных элементов системы может привести к длительной задержке, либо сбою при формировании телекоммуникационной услуги. Система интеграции РСУ должна обладать достаточным уровнем отказоустойчивости для качественного обслуживания пользователей. Необходимо минимизировать время реакции системы на отказ элементов системы, и сделать процесс устранения ошибок незаметным для пользователя телекоммуникационных услуг связи.

С точки зрения системного подхода для реализации такой системы необходимо решить задачи совершенствования следующих направлений ее построения:

структурного и семантического представления наборов данных и операций;

поддержки работы с информационными базами данных распределенных объектов;

протоколов и средств взаимодействия между объектами управления;

взаимодействие с управляемым объектом – сетью телекоммуникаций;

сокращение системных затрат на реализацию обменных процессов между модулями системы.

Для анализа и последующего совершенствования методов обеспечения отказоустойчивости процессов интеграции ПК, рассмотрим существующие концепции интеграции ПК РСУ и виды отказов.

1. Интеграция на основе механизма публикация-подписка.

В данном механизме взаимодействие ПК основано на push-модели.

Интеграция слабосвязанных сетевых объектов осуществляется путем подписки клиента на необходимые объекты (серверы), опубликованные посредством брокера (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Процесс интеграции ПК на основе механизма Принцип работы механизма публикация-подписка можно представить в виде последовательности операций, отображенных на рисунке 2.3.

Серверы, которые являются в данной технологии издателями, публикуют свои ссылки взаимодействия в брокере. Это позволяет клиентам подписываться на необходимые им сервера и вызывать серверный ПК посредством актуальной объектной ссылки.

Рисунок 2.3 – Протокол публикация-подписка Работу механизма Публикация-Подписка можно описать на основе трех видов сценариев, реализующихся при помощи командных сообщений.

На рисунке 2.4 представлен алгоритм интеграции ПК РСУ на основе данного подхода.

Издатель-брокер.

1. Издатель отправляет запрос на регистрацию публикации на определенную тему.

2. Издатель отправляет сообщение брокеру с публикацией. Сообщение моет быть сразу перенаправлено подписчикам на данную тему, либо храниться у брокера до востребования.

3. Издатель в любое время может удалить свою публикацию специальным командным сообщением.

брокера на интересующую тему Посылка подписчику сообщениепубликации на интересующую тему Рисунок 2.4 – Алгоритм интеграции ПК РСУ на основе механизма 4. Издатель также может отказаться от регистрации и публикации темы после отправки запроса на публикацию.

Подписчик-брокеру.

1. Подписчик отправляет запрос на регистрацию, указывая темы, которые ему необходимы.

2. Затем по мере поступления брокер посылает подписчику побликации на интересующие его темы.

Брокеры между собой могут обмениваться следующей информацией:

1. информацией о подписчиках с возможностью редактирования;

2. информацией об издателях с возможностью редактирования;

3. информацией о самих себе.

2. Интеграция ПК РСУ на основе технологии DCOM DCOM (Distributed Component Object Model) архитектура, разработанная компанией Microsoft, для обеспечения взаимосвязи элементов сети в распределенных системах (РС). DCOM представляет собой расширенную версию COM (Component Object Model), предназначенную для работы в РС, включающая в себя механизм RPC (Remote Procedure Calling) и среду DCE (Distributed Computing Environment).

Расположение и взаимосвязь клиента и сервера на основе COM/DCOM может быть реализовано тремя способами.

1. Клиент и сервер расположены на одном сетевом элементе и взаимодействуют в пределах одного процесса (рисунок 2.5). При этом в качестве сервера выступает dll-библиотека, а интеграция осуществляется на основе интерфейса объекта в одном адресном пространстве.

Рисунок 2.5 – Интеграция ПК (один сетевой элемент, один процесс) 2. Клиент и сервер расположены на одном сетевом элементе, но взаимодействуют в пределах разных процессов (рисунок 2.6). На прямую вызов сервера осуществляться не может, для этого используется специальная система связи между процессами, которую обеспечивает COM.

Рисунок 2.6 – Интеграция ПК (один сетевой элемент, разные процессы) 3. Клиент и сервер расположены на разных элементах сети РСУ (рисунок 2.7). Интеграция осуществляется на основе технологии DCOM с использованием стандартных протоколов (TCP/IP).

Рисунок 2.7 – Интеграция ПК (разные сетевые элементы) На рисунке 2.8 представлен алгоритм интеграции ПК РСУ на основе DCOM.

4. Интеграция ПК РСУ на основе технологии JAVA-RMI RMI (Remote Method Invocation) – разработанная компанией JavaSoft технология интеграции ПК РСУ, обеспечивающая взаимосвязь в клиентсерверной архитектуре посредством JVM (Java Virtual Machine) [109, 110], реализованной на языке Java. Архитектура Remote Method Invocation изображена на рисунке 2. Взаимодействие между клиентом и сервером на основе RMI можно представить на основе следующих шагов:

1. клиент вызывает заглушку как обычную процедуру, маршалинг (упаковка параметров);

2. клиентский стаб вызывает ядро ОС;

3. ядро делает запрос на удаленную машину;

Рисунок 2.8 – Алгоритм интеграции ПК РСУ на основе DCOM 4. передача принятого сообщения серверному стабу;

5. демаршалинг (распаковка параметров). Вызов метода;

6. возвращение результата обработки серверному стабу;

7. маршалинг (упаковка результата);

8. после получения ядро сервера отправляет сообщение клиентскому ядру.

9. ядро клиента вызывает стаб, демаршалинг (распаковка результата).

10. получение результата клиентом.

RMI реализуется на основе трех уровней:

уровень заглушки и скелета, отвечающий за определение удаленного вызова метода клиента и переадресацию его в удаленную службу RMI;

уровень удаленной ссылки, отвечающий за интерпретацию и управление объектными ссылками взаимодействия;

уровень транспорта, отвечающий за выбор протокола передачи (TCP/IP, UDP/IP) и за защиту от несанкционированного доступа.

Схема взаимодействия ПК и ЦУ изображена на рисунке 2. Рисунок 2.10 – Схема интеграции на основе JAVA-RMI На рисунках 2.11 и 2.12 представлен алгоритм интеграции ПК РСУ на основе JAVA-RMI.

5. Интеграция ПК РСУ на основе технологии Enterprise JavaBeans спецификацию технологии написания и поддержки программных компонент (ПК), основывающихся на бизнес-логике.Задачей EJB является реализация базовой среды для формирования программных компонент и дальнейшего их использования в реализации общих процессов (рисунок 2.13).

Рисунок 2.11 – Алгоритм интеграции ПК РСУ на основе JAVA-RMI Определение идентификатора удаленного объекта Формирование описания удаленного объекта Свертывание параметров заглушкой клиента серверу а) Операции метода-заглушки Посылка пакета заглушке ЦУ Рисунок 2.12 – Алгоритмы вызова ЦУ и ответа от ПМ используемые универсальные компоненты Enterprise beans (EJB). Бизнеслогика распределенной системы реализуется на основе данных компонент.

EJB-компоненты включают в себя собственный и удаленный интерфейс, метод компонента. Собственный интерфейс обеспечивает методами для формирования новых копий компонента (create), методами для поиска компонент (finder) и методы для удаления EJB-компонент (remove).

Удаленный интерфейс обеспечивает бизнес-методами.

Рисунок 2.13 – Архитектура Enterprise JavaBeans На рисунке 2.14 изображено взаимодействие JAVA-платформы (J2EE) с EJB-объектом.

Рисунок 2.14 – Взаимодействие J2EE-клиента с EJB-объектом Посредством генератора объектного кода создается EJB-объект, который является, по сути, заменой реального EJB-компонента, который выполняется в среде EJB-контейнера. Данный метод является основой построения интеграции ПК на основе EJB. Алгоритм интеграции на основе данной технологии изображен на рисунке 2.15.

Рисунок 2.15 – Алгоритм интеграции ПК РСУ на основе Enterprise JavaBeans 1. Клиент (ЦУ) выполняет вызов посредством удаленного интерфейса Bean, который формируется при помощи инструментальных средств, поставляемых с программным компонентом. Данные инструментальные средства обеспечивают создание базовых средств EJB. Интерфейсы ПК расположены в организованном в виде службы каталогов репозитории Java Naming and Directory Interface (JNDI), 2. Вызов метода представляет собой поток, передающийся на процессорный модуль, где он обрабатывается программными средствами, дублирующими интерфейс контейнера.

3. Вызов передается соответствующему компоненту.

6. Интеграция ПК РСУ на основе технологии CORBA CORBA (Common Object Request Broker Architecture) – технология распределенных вычислений, разработанная ассоциацией OMG (Object Management Group).

программирования, на которых реализованы распределенные объекты, позволяет организовать гетерогенные ПК в единую распределенную систему.

Схематично процесс интеграции ПК РСУ с использованием технологии CORBA представлен на рисунке 2.16.

Рисунок 2.16 – Схема интеграции ПК РСУ на основе CORBA Клиент осуществляет запрос на сервер для выполнения операции, требуемой логикой процесса. Взаимодействие клиента и сервера происходит на основе брокера объектных запросов (ORB – Object Request Broker), который осуществляет поиск и обеспечивает интеграцию.

Качество функционирования системы интеграции оценивается набором представленных на рисунке 2.17.

1. Кодирование (marshalling) запроса. Осуществляется упаковка и преобразование выходных данных для передачи по сети.

2. Передача запроса. Сформированный пакет передается адресату с помощью низлежащих сетевых сервисов.

3. Декодирование запроса. Получив пакет, данные декодируются параметры, имя метода и ключ объекта, необходимые для вызова 4. Определение объекта вызова. (hashing). Используя ключ объекта, сервер обращается к необходимому серванту.

запрограммированных правил.

6. Определение вызываемого метода. Машинный адрес необходимого метода определяется при помощи имени объекта.

7. Вызов метода серванта. Брокер осуществляет вызов необходимого метода серванта с обозначенными параметрами.

8. Кодирование результатов. Затем результат выполнения метода серванта вновь упаковывается для передачи в сеть и отправляется обратно с ответом.

9. Передача результата. Обратное сообщение использует то же соединение, которое было образовано для передачи запроса вызова 10. Декодирование результатов. После получения пакета данные декодируются и передаются для дальнейшего использования.

Организационно-функциональная структура системы управления представлена на рисунке 2.18.

Рисунок 2.17 – Процессы выполнения запроса на интеграцию ПК Исходя из логики работы, система интеграции ПК может быть разбита на следующие подсистемы:

- управление обменом сообщений;

- управление соединениями;

- ОКС №7;

- управление потоком;

- управление вызовами удалённых методов;

- управление мониторингом;

- управление обнаружением распределенных объектов ПК.

Управление вызовами Управление обменом Рисунок 2.18 – Организационно-функциональная структура Процесс управления вызовами в CORBA включает реализацию следующих процедур:

1. Определяется физическое местонахождение в системе сервера, для которого предназначен данный вызов. Это шаг называется привязкой (binding) к серверу. Его результатом является адрес машины, на которую нужно передать вызов.

2. Вызов процедуры и ее аргументы упаковываются в сообщение маршалингом (marshaling).

сериализация, serialization) и отсылается с помощью какого-либо протокола, транспортного или более высокого уровня, на машину, на которой помещен серверный компонент.