УСТРОЙСТВО МОДЕЛИРОВАНИЯ СВЯЗЕЙ СЕТЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ИЕРАРХИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА МНОГОУРОВНЕВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ КОРПОРАТИВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ СЕТЕЙ

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована для моделирования, анализа и разработки функционально-ориентированных сетевых архитектур телекоммуникационных сетей на основе исследования их общих свойств и взаимодействия сетевых элементов
Корпоративными функционально-ориентированными сетями являются сети банков, энергетических компаний и многие другие.
В последние годы в России и за рубежом создаются программные инструментальные комплексы, предназначенные для разработки и моделирования компьютерных и телекоммуникационных сетей, их технико-экономического анализа, стратегического планирования развития и адаптации. Ни один проект крупной сети не обходится без исчерпывающего моделирования будущей сети.
На сегодняшний день существует множество устройств, позволяющих проводить калибровку лишь отдельных составляющих сети, в частности, известно устройство, реализующее калибровку, которое содержит: модуль, в котором выполняются стадии (с) и (d), модуль достоверности, который проверяет достоверность измерения качества, для получения действительного и проверочного измерения параметра качества, модуль вычислений, контроллер и клапан. На основе входного сигнала из модуля, в котором выполняются стадии (с) и (d) и действительного и проверочного измерения качества в модуле достоверности вычисляется отклонение. Если отклонение больше 0, как описано на стадии (g), то отклонение используется для калибровки модели 1 процесса, предпочтительно с использованием фильтра Калмана. Модель начального процесса, имеет вход для исходных данных второго процесса и выдает оценочное значение параметра качества, которое используется при вводе в контроллер, который может управлять клапаном. (Патент РФ №2280270, МПК G05В 17/02, G01D 18/00, опубл. 20.07.2006 г.)
Известно устройство моделирования системы связи содержащее последовательно соединенные четвертый счетчик импульсов с обнуляющим входом, первый элемент ИЛИ, второй RS-триггер, второй счетчик импульсов и блок индикации, последовательно соединенные генератор случайного потока импульсов, элемент НЕ, первый элемент И, последовательно соединенные пятый счетчик импульсов, первый регистр сдвига, второй регистр сдвига, дешифратор, а также первый RS-триггер, первый счетчик импульсов, выход которого соединен со вторым входом блока индикации, третий счетчик импульсов, выход которого соединен с третьим входом блока индикации, второй элемент И, входы которого соединены с выходами пятого счетчика импульсов, а выход второго элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, входом первого счетчика импульсов и вторым обнуляющим входом четвертого счетчика импульсов, управляемый генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, R-входом второго RS-триггера, и S-входом первого RS-триггера, второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с соответствующими выходами дешифратора, а выход второго элемента ИЛИ связан с R-входом первого RS-триггера, причем выход первого элемента И связан с входом пятого счетчика импульсов, выходы дешифратора связаны с соответствующими входами генератора импульсов, а выход первого RS-триггера связан с входом третьего счетчика импульсов и первым входом четвертого счетчика импульсов. Устройство содержит последовательно соединенные третий элемент И, счетчик кратности (пакетов), реверсный счетчик, схема сравнения, второй элемент НЕ, а также третий элемент ИЛИ выход которого соединен с установочным входом реверсного счетчика, третий RS-триггер вход которого соединен с третьим элементом ИЛИ и выходом счетчика кратности, причем выход третьего элемента И соединен первым входом первого элемента И и с установочным входом реверсного счетчика, выход переполнения счетчика кратности пакетов соединен с входом разрешения сравнения схемы сравнения, R-входом второго RS-триггера и S-входом первого RS-триггера, прямой выход третий RS-триггера соединен с вторым входом третьего элемента И, входы третьего элемента ИЛИ соединены с выходами «Больше» и «Меньше или равно» схемы сравнения, вход которой подключен к выходу реверсного счетчика, выход «Больше» схемы сравнения соединен с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом пятого счетчика импульсов, а выход «Меньше или равно» с первым входом пятого счетчика импульсов. (Патент РФ №61490, МПК Н04В 7/00, опубл. 27.02.2007 г.)
Известно устройство для моделирования системы связи, содержащее генератор импульсов, счетчики импульсов, генераторы случайного потока импульсов помех, элементы НЕ, элементы И, блок управления, блоки сравнения длительности импульсов, элемент ИЛИ и блок индикации. Индицируется общее число сообщений, подлежащих передаче, число сообщений, поступивших в каждый из каналов в режиме выбора лучшего из них, число сообщений, переданных каждым из каналов в этом режиме, и число сообщений, переданных системой в режиме дублирования каналов. (Патент РФ №2352990, МПК G06N 1/00, G06F 19/00, опубл. 20.04.2009 г.)
Известна система моделирования процессов обеспечения технической готовности сетей связи при технической эксплуатации. Система содержит устройство ввода-вывода и визуализации информации, устройство формирования граф-модели принципиальной схемы, устройство формирования матриц связности основных и резервных элементов, устройство задания и хранения информации о принципиальной схеме, устройство управления, устройство моделирования эксплуатационных отказов, устройство моделирования аварийных повреждений, устройство моделирования сбоев программных средств, устройство моделирования эксплуатации сети связи, устройство моделирования эксплуатации средств связи, решающее устройство, устройство хранения информации о резервных линиях и каналах связи. (Патент РФ №2336566, МПК G06N 1/00, опубл. 20.10.2008 г. - прототип).
Недостатками известных устройств является то, что известные устройства, осуществляющие моделирование, создание и анализ сетей:
- используют лишь отдельные модели, которых в принципе недостаточно для комплексного решения проблем разработки масштабных сетей, какими являются корпоративные функционально-ориентированные сети;
- имеющиеся средства не могут наиболее полно и адекватно учитывать параметры и характеристики таких сетей и решать задачи, возникающие при их разработки;
- устройства применимы только для калибровки отдельных составляющих сетей (калибраторы мониторов, джойстиков, анализаторы электрических цепей и т.д.) и не позволяют проводить калибровку моделей сетевых элементов и их согласование при организации взаимодействия;
- устройства не позволяют моделировать связи сетевых элементов и наглядно осуществлять организацию взаимодействия моделей.
Следовательно, в настоящее время существует необходимость в разработке программно-аппаратного устройства, обеспечивающего возможность наглядно осуществлять организацию взаимодействия моделей элементов сетей и их согласование, т.е. устройства, с помощью которого можно моделировать связи моделей элементов сетей.
Техническая задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, состоит в сокращении времени на моделирование сетей, улучшение их технических характеристик и повышение эффективности использования устройства за счет сокращения сроков на разработку и реализацию сетей.
Поставленная техническая задача решается тем, что, устройство моделирования связей сетевых элементов содержит модуль ввода данных, связанный с модулем анализа входных данных, включающим базу данных задач разработки сетей и блок структуризации данных, вход которого связан с выходом модуля ввода данных, модуль калибровки, содержащий блок управления калибровкой, блок баз данных моделей, блок баз данных параметров сетей, устройства индикации прохождения сигналов связи, блок организации взаимодействия моделей, при этом вход блока управления калибровкой связан выходом блока структуризации данных модуля анализа входных данных, а выход блока управления калибровкой соединен с входом устройств индикации прохождения сигналов, выходы устройств индикации соединены с входом блока организации взаимодействия моделей, выход которого соединен с входом блока управления калибровкой и входом каждого из устройств индикации прохождения сигналов, модуль анализа взаимодействия моделей, содержащий блок вычислений, вход которого соединен с выходом блока организации взаимодействия моделей модуля калибровки, блок базы данных сетевых стандартов и нормативно-справочной информации и блок разработчика сети, соединенные с входом блока вычислений, блок анализа результатов, вход которого связан с выходом блока вычислений, а выход соединен с входом модуля вывода данных.
Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией всей совокупности существенных признаков устройства, состоит в сокращении времени на моделирование сетей, повышение точности и надежности моделируемых сетей и улучшение их технических характеристик.
Предложенное новое устройство в отличие от известных аппаратно-программных устройств и систем, позволяет:
- моделировать связи сетевых элементов и проводить анализ альтернативных технических решений;
- осуществлять организацию взаимодействия моделей элементов сетей, учитывая параметры и критерии оптимизации сетей, а также их взаимовлияние;
- анализировать модели сетевых элементов;
- обеспечивать многоуровневое моделирование при адекватном отображении заданных свойств сети;
- устанавливать связи и проводить калибровку разнотипных моделей элементов сетей;
- интегрировать модели в зависимости от конкретной ситуации для поэтапного совершенствования модели всей сети и расчета необходимых параметров и сетевых характеристик;
- обеспечивать возможность пополнения, совершенствования и обновления моделей;
- обеспечивать наглядную визуализацию связей моделей сетевых элементов;
- применимо для разработки широкого спектра сетей
Сущность полезной модели поясняется рисунком, где на фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.
На фиг 1. указаны следующие позиции элементов блок-схемы:
1 - модуль ввода данных;
2 - модуль анализа входных данных;
3 - модуль калибровки;
4 - модуль анализа взаимодействия моделей элементов сети;
5 - модуль вывода данных.
6 - блок структуризации данных;
7 - блок управления калибровкой;
8 - блок организации взаимодействия моделей элементов сетей;
9 - блок вычислений;
10 - блок анализа результатов.
11 - блок базы данных задач разработки сетей;
12 - блок базы данных моделей элементов сетей;
13 - блок базы данных параметров сети;
14 - блок базы данных разработчика сети;
15 - блок базы данных сетевых стандартов и нормативно-справочной информации.
16 - устройства индикации прохождения сигналов: M1,…, Mi,…, М44
Устройство моделирования связей сетевых элементов на основе иерархического комплекса многоуровневого представления корпоративных функционально-ориентированных сетей содержит связанные каналами связи модуль 1 ввода данных, модуль 2 анализа входных данных, модулем 3 калибровки, модуль 4 анализа взаимодействия моделей элементов сети, модуль 5 вывода данных выход.
Модуль 1 ввода данных реализован в виде интерфейса пользователя. Модуль 1 ввода данных осуществляет проблемно-ориентированную коммуникацию между разработчиком сети и устройством моделирования связей сетевых элементов на основе иерархического комплекса многоуровневого представления корпоративных (функционально-ориентированных сетей. Сигналы с выхода модуля 1 ввода данных поступают на вход модуля 2 анализа входных данных, а именно на вход блока 6 структуризации данных.
Модуль 2 анализа входных данных. Функциональное назначение модуля - сформировать структуру данных. Модуль 2 включает: блок 6 структуризации данных и блок 11 базы данных задач разработки. Ввод данных и выбор задачи, необходимой для разработки сети осуществляется по запросу пользователя. Состав используемых входных данных может варьироваться от задачи к задаче.
При обобщенном априорном описании задач разработки сетей требуется наличия статистики (апостериорной информации). Эти сведения систематизированы и представлены в блоке 11 в виде база данных задач разработки. В блоке 11 осуществляется выбор соответствующих задач, возникающих при разработке сетей.
В блоке 6 структуризации данных сигналы с информацией, поступающие по каналам связи из модуля 1 ввода данных обрабатываются, полученная информация и информация, содержащаяся в блоке 11 базы данных задач разработки, структурируется в виде таблицы, где столбцы представляют собой вводимые пользователем параметры, а строки характеризуют соответствующие задачи разработки, использующие эти параметры.
Результаты обработки из модуля 2 анализа входных данных в виде сигналов по каналам связи передаются на вход модуля 3 калибровки.
Модуль 3 калибровки предназначен для установки связи между входными и выходными параметрами сети и организации взаимодействия моделей элементов сетей. Модуль 3 включает: блок 7 управления калибровкой; блок 8 организации взаимодействия моделей; устройства 16 индикации прохождения сигнала; блок 12 базы данных моделей, входящих в состав иерархического моделирующего комплекса многоуровневого представления корпоративных функционально-ориентированных сетей и блок 13 базы данных параметров сетей.
Блок 7 управления калибровкой реализует процесс управления калибровкой моделей на базе моделей иерархического комплекса многоуровневого представления корпоративных функционально-ориентированных сетей.
Блок 8 организации взаимодействия моделей реализует процессы организации взаимодействия моделей сетевых элементов на основе обработки имеющейся информации, которая поступает по каналам связи из устройств 16 индикации сигналов и блоков 12 и 13 баз данных модуля 3 калибровки. В блоке 8 проводится редукция размерности пространства признаков, которая обеспечивала бы приемлемое сетевое решение. Также осуществляется анализ характеристик моделей, их анализ и согласование в процессе решения каждой конкретной задачи при моделировании или разработке сети.
Устройства 16 индикации прохождения сигнала имитируют модели сетевых элементов. Каждое устройство Mi соответствует основной модели для расчета критериев оптимизации сетей по каждому уровню иерархии сети.
В блоках 12 и 13 представлены модели элементов и параметры корпоративных функционально-ориентированных сетей соответственно, включенные в состав моделирующего комплекса, характерные для конкретного уровня сетевой иерархии. Каждая модель и каждый параметр содержат свой вектор признаков. В вектор признаков моделей входят: номер уровня модели OSI и номер самой модели, принадлежность соответствующим уровням и определенному классу задач разработки сетей; время расчета, входные и выходные параметры. В вектор признаков входят: единицы измерения параметра; форма представления; номер модели, где этот параметр является выходным; номера моделей, где этот параметр является входным и принадлежность соответствующим уровням иерархии сети; номер уровня модели OSI.
Модуль 4 анализа взаимосвязей моделей предназначен для определения необходимых параметров сети при решении частных задач разработки и построение зависимости критериев оптимизации для каждого уровня иерархии.
Блок 9 вычислений на основе обработки имеющихся в блоке 12 БД моделей формируются значения сетевых параметров и характеристик, которые могут являться исходными данными для последующих расчетов сети в целом и каждого сетевого элемента в отдельности при моделировании.
Выход блока 9 вычислений соединен с выходом блока 10 анализа результатов каналами связи, по которым в него передается сигнал с информацией в ходе функционирования устройства. В блоке 10 после систематизации и анализа результатов выводится сообщение, включающее оценку полученных результатов и, в случае необходимости, рекомендации по их корректировке либо по корректировке исходной задачи разработки или моделирования сети.
В блоке 15 базы данных сетевых стандартов и нормативно-справочной информации формируется база данных справочной информации по разрабатываемым сетям. В блоке 14 базы данных разработчика сети формируется база данных сетевые решения и имеющиеся наработки в данной области.
Модуль 5 вывода данных реализован также как и модуль ввода данных - в виде интерфейса пользователя. Модуль визуализирует выходную информацию для пользователя.
Устройство моделирования связей сетевых элементов на основе иерархического комплекса многоуровневого представления корпоративных функционально-ориентированных сетей работает следующим образом.
Вводимые пользователем данные, например какой-либо параметр или множество параметров сети, с помощью проблемно-ориентированного интерфейса поступают в модуль 1 ввода данных.
Далее сигнал с вводимыми данными по каналу связи поступает в модуль 2 анализа данных, а именно в блок 6 структуризации, в этот же блок 6 поступает сигнал с информацией с выхода блока 11 баз данных задач разработки. В модуле 2 происходит анализ вводимых пользователем данных и имеющейся в БД информации. По вводимым параметрам формируются данные с необходимыми задачами разработки сети, анализируется, достаточно ли для этого исходной информации, если нет, то эти данные запрашиваются у пользователя.
Вся вводимая и содержащаяся в БД задач разработки информация в модуле 2 структурируется в виде таблицы, где столбцы представляют собой вводимые пользователем параметры, с разделением их на входные и выходные, а строки характеризуют соответствующие задачи разработки, использующие эти параметры.
Из модуля 2 анализа входных данных сигнал с информацией поступает в модуль 3 калибровки на вход блока 7 управления калибровкой. Модуль 3 калибровки реализует следующие функции: анализ структурированных данных, процесс управления калибровкой, организацию взаимодействия моделей сетевых элементов. Процесс управления калибровки состоит из следующих основных этапов:
- обращение к базе моделей и БД параметров;
- выбор необходимых моделей;
- анализ векторов признаков моделей и признаков параметров;
- построение калибровочной зависимости и установление значения показателей входных параметров , при нахождении выходных  для очередной модели (Mi) в процессе организации их взаимодействия.
Выбор моделей и параметров из соответствующих баз данных, входящих в модуль проводится в необходимом для решения конкретных задач порядке.
Калибровка моделей заключается в следующем. Имеется множество параметров моделей элементов сети  величины которых необходимо установить, но по ряду обстоятельств (длительность вычислений, отсутствие информации) этого сделать нельзя. Однако, можно определить другие величины , которые связаны с искомыми. Калибровка состоит в установлении связи между  и . Необходимо построить калибровочную зависимость и установить значения показателей входных параметров  при нахождении выходных  для конкретных моделей в процессе их согласования при решении соответствующих задач разработки.
Сигнал с данными поступает с выхода блока 7 управления калибровкой в на входы устройств 16 индикации сигналов и в соответствующих блоков 12 и 13 баз данных моделей и параметров сети. Устройства 16 индикации прохождения сигнала имитируют модели сетевых элементов. Каждое устройство Mi соответствует основной модели из блока 12 баз данных моделей. На вход устройств 16 индикации поступают сигналы, соответствующие введенным пользователем параметрам и, являющиеся входными для каждой конкретной модели (или моделей). При первом прохождении сигналов из блока 7 управления калибровкой (сигналы начальной активации устройств) активируются все устройства 16 индикации, и все сигналы, проходящие через устройства 16 индикации поступают на вход блока 8 организации взаимодействия моделей. Блок 7 управления калибровкой задает обращение к блоку 12 базы данных моделей и блоку 13 базы данных параметров, в результате чего происходит выбор необходимых моделей на основе имеющихся структурированных данных. Сигнал с этой же информацией также поступает на вход блока 8 организации взаимодействия моделей. Таким образом, структурированные данные (одна часть) из блока 7 управления калибровкой поступают на вход устройств 16 индикации, другая часть структурированных данных предназначена для выбора соответствующих моделей и параметров из баз данных. Сигнал с информацией вновь поступает в блок 7 управления калибровкой. При повторном прохождении сигналов через устройства 16 индикации, активируются только те устройства, которые соответствуют выбранных моделям. Полученные данные поступают на вход блока 8 организации взаимодействия моделей и выполняется согласование и организация взаимодействия выбранных моделей. Блок 8 организации взаимодействия моделей реализует:
1) анализ моделей, т.е. определение входных и выходных параметров, выбор параметров из БД параметров и выбор моделей из БД моделей;
2) получение сигналов от устройств индикации;
3) анализ полученной информации из БД;
4) согласование информации, полученной из БД и от устройств индикации;
5) установка и согласование входных и выходных параметров моделей, при этом анализируются вектора признаков параметров и вектора признаков моделей;
6) преодоление количественной дисбалансировки имеющихся входных данных для устройства индикации сигналов (Mi);
- переход к их определению через другие Mi,
- согласование моделей путем введения расчетных констант, т.е. ввод
const1=0 и const2=1, замена этими константами недостающих в модели входных параметров в соответствии с анализом вычислительных действий и последующая корректировка данных;
7) согласование взаимодействия элементов сетей (включая проверку показателей калибровки) с помощью модифицированного метода регрессии на главные компоненты (PCR), который в наибольшей степени соответствует специфике решаемой задаче - моделированию связей элементов многоуровневых функционально-ориентированных сетевых архитектур.
Устройства 16 индикации прохождения сигналов формируют данные, которые дают наглядное представление того, какие заданные пользователем параметры используются в каких моделях (для решения конкретной задачи разработки сети); какие модели сетевых элементов при этом задействованы; через какие параметры устанавливаются связи между моделями сетевых элементов; как осуществляется взаимовлияние и взаимозависимость этих параметров. В случае если невозможно установить связь между моделями сетевых элементов, то из блока 7 управления калибровкой будет передан сигнал, который вызовет частичную активацию (хорошо визуализируемую) соответствующих моделей.
Из модуля 3 калибровки сигнал с информация по каналам связи поступает в модуль 4 анализа взаимодействия моделей сетевых элементов, где по данным, введенным пользователем, осуществляется расчет выходных параметров сети и анализ полученных результатов.
Все расчеты проводятся в блоке 9 вычислений. На вход этого же блока 9 поступают сигналы с данными, введенными пользователем, а также дополнительные необходимые для расчетов данные из блока 15 базы данных сетевых стандартов и нормативно справочной информации и блока 14 базы данных разработчика сети. Полученные расчетные данные поступают в блок 10 анализа результатов, в этот же блок поступают данные из блока 8 организации взаимодействия моделей модуля 3 калибровки. По выбранным и согласованным моделям в блоке 9 вычислений проводится расчет необходимых выходных параметров.
Блок 4 анализирует информацию следующим образом:
- если все модели согласованы, осуществлена организация их взаимодействия, рассчитаны все необходимые выходные параметры на основе введенных пользователем данных, то связи сетевых моделей элементов установлены (сигналы проходят через все задействованные устройства индикации) и полученные результаты вычислений передаются блок 14 базы данных разработчика сети;
- если не удалось согласовать модели, организовать их взаимодействие (отсутствие сигнала) и выполнить необходимые расчеты, то связи сетевых моделей элементов не установлены и информация не передается блок 14 базы данных разработчика сети.
Далее сигнал с информацией по каналам связи передается в модуль 5 вывода данных, где формируется сообщение, содержащее оценку полученных результатов. С учетом того, что разработчикам более удобно представлять сеть в виде графа, который позволяет наглядно увидеть связи элементов, а методы теории графов - проводить оптимизацию, при установлении связей моделей элементов сети выходная информация представляется в виде ориентированного графа связей моделей элементов. Множество вершин графа соответствует моделям сетевых элементов, множество дуг содержит управляющие и информационные связи. Управляющие дуги указывают необходимое направление от одной вершины к другой, информационные связи включают множество параметров сети. В противном в случае формируется информация о том, какие модели элементов и по каким параметрам не удалось согласовать, и рекомендации по корректировке вводимых параметров, либо по корректировке исходной задачи, т.е. пользователю направляется запрос данных, которые затем поступают в модуль 1 ввода данных.
Предложенное новое устройство обладает такими отличительными особенностями, как
1) адекватность - правильность отображения заданных свойств сети при в процессе моделировании связи сетевых элементов;
2) модульность - соответствие структурным составляющим сети;
3) сопоставимость результатов моделирования в пространстве и времени;
4) корректность работы;
5) математическая и алгоритмическая ясность и простота;
6) надежность - получения достоверных результатов моделирования;
7) точность - оценивается степенью совпадения значений выходных параметров реальной сети и значений тех же параметров, смоделированных и рассчитанных с помощью предлагаемого устройства;
8) эффективная и экономичная программно-аппаратная реализация устройства;
9) наглядность - удобное визуальное восприятие процесса моделирования связей элементов сетей.
Использование данного устройства во многом определяет течение и конечный результат при моделировании, исследовании, разработки и анализе корпоративных функционально-ориентированных сетей, позволяя наиболее полно и эффективно учитывать сетевые параметры и характеристики, обеспечивая необходимую производительность, надежность, расширяемость, масштабируемость, прозрачность, поддержку разных видов трафика, управляемость и совместимость сети (критерии оптимизации).