CC BY
23
3. Рекомендация ITU-T G994.1 Handshake procedures for Digital Subscriber Line (DSL) transceivers (Процедуры «рукопожатия» для приемопередатчиков цифровых абонентских линий).
4. Рекомендация ITU-T G995.1 Overview of Digital Subscriber Line (DSL) Recommendations (Обзор рекомендаций по цифровым абонентским линиям).
5. Рекомендация ITU-T G.996.1 Test procedures for Digital Subscriber Line (DSL) transceivers (Процедуры тестирования для приемопередатчиков цифровых абонентских линий (DSL)).
6. John AC. Bingman. Multicarrier modulation for data transmission: an idea whose time has come // IEEE Communication Magazine. - 199Q. - May. - Р. 7-14.
7. Балашов B.A., Ляховецкий Л.М. Ллгоритмы оптимизации спектра группового сигнала в многоканальных модемах // Иаучные труды УГАС А.С. Попова. - 1999. - № 1. - С. 37-43.
S. Балашов В.А., Ляховецкий Л.М. Моделирование характеристик цифровых абонентских линий // Зв'язок. - 2QQ3. - № 2. - С. 19-23.
9. Ляховецкий Л.М. ADSL: проверка готовности // Телекоммуникации и сети. - 2QQ2. - № 9. - С. 38-42.
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ В ОБЛАЧНОЙ СИСТЕМЕ © Воробьев С.П.*, Горобец В.В.Ф
Иовочеркасский политехнический институт
Южно-Российского государственного технического университета,
г. Иовочеркасск
Рассматривается модель архитектуры образовательной системы, построенной по принципу облачной структуры. Предлагается программный комплекс для моделирования размещения информационных ресурсов на узлах облака и поиска оптимального варианта распределения с использованием генетических алгоритмов.
В настоящее время большое внимание уделяется внедрению систем дистанционного образования на базе учебных заведений. Это подразумевает создание электронных ресурсов, содержащих большой объем информации, доступ к которой имеют тысячи пользователей. Поэтому при развертывании таких систем возникают потребности в приобретении дорогостоящего обо-
* Доцент кафедры «Информационные и измерительные системы и технологии», кандидат технических наук.
* Аспирант кафедры «Информационные и измерительные системы и технологии».
рудования, его настройке и постоянном пользовании услугами высокооплачиваемых специалистов. В связи с этим предлагается использовать облачную технологию, которая позволит заменить капитальные затраты на реализацию такой системы операционными.
Направление облачных вычислений (Cloud Computing) является быст-роразвивающимся и перспективным в современном мире информационных технологий [1]. Идеология данного подхода заключается в переносе вычислений, обработки и хранения данных в существенной степени с персональных компьютеров на серверы сети Интернет. Актуальной задачей в этом случае является оптимальное распределение данных в облаке. Этим можно добиться значительного сокращения расходов и повышения скорости работы системы. В настоящее время в большинстве случаев такие системы строятся без учета критериев эффективности и с большим запасом по масштабированию. Исходя из этого, необходим программный комплекс, реализующий математические модели функционирования и оптимизации структуры облачной системы.
В работе [2] рассматривается задача оптимального размещения фрагментов распределенных баз данных в узлах произвольной сети системы, построенной по принципу облачной структуры. В качестве критерия принимается общая минимальная стоимость трафика, порожденного функционированием вычислительной системы в течение единицы времени. На основе предложенной автором модели, в рамках данной работы рассматривается размещение образовательных ресурсов в облачной системе. Под образовательными ресурсами в данном случае понимается учебно-методическая информация, хранящаяся в распределенной базе данных ВУЗа.
Архитектура сети (рис. 1) включает сеть с произвольной топологией (облако), соединяющую узлы (серверы), и локальные вычислительные сети (ЛВС) с регулярной структурой (сеть ВУЗа, сети удаленных филиалов ВУЗа), все рабочие станции которых имеют доступ в сеть с произвольной топологией. Кроме того, в архитектуру сети могут входить персональные компьютеры и мобильные устройства (ноутбуки, планшетные компьютеры и смартфоны) удаленных пользователей системы дистанционного образования.
Выше было отмечено, что в рамках данной работы предполагается размещение информационных ресурсов системы дистанционного образования ВУЗа в облаке. Доступ к ним имеют студенты и преподаватели ВУЗа, его удаленных филиалов, а также другие зарегистрированные пользователи системы. В соответствии с концепцией Cloud Computing «платы по мере использования» [3], ВУЗ арендует ресурсы облака и регулярно оплачивает используемое дисковое пространство, процессорное время и потребленный трафик. Общее значение объема данных, пересылаемых по каналам связи в рамках облачной структуры, зависит от распределения фрагментов по локальным базам данных (БД) сети с произвольной топологией. Чем меньше средний объем пере-
сылаемых данных по каналам сети за единицу времени, тем выше скорость обработки запросов и меньше итоговая стоимость трафика. Он будет минимален, если на каждом узле будет находиться полный набор фрагментов распределенной БД. Но для больших БД это практически недостижимо, так как объемы памяти узлов ограничены.
Рис. 1. Сетевая структура
В соответствии с [2], целевая функция (стоимость трафика) задачи оптимального распределения фрагментов по узлам облака имеет вид:
т пап , , ■.
с=ЕЕЕЕ4 №М1 - х )• х* • г ^ тіп (і)
/=1 j=і к=1 г=1
п ___
X х- =1 г= 1, т (2)
-=1
т __
X 1х« - Ъ-, І =1 п (3)
І
1=1
где п - число узлов сети с произвольной структурой; т - число независимых фрагментов РБД;
Ьг - объем /'-го фрагмента;
bj - объем памяти узла Dj, предназначенной для размещения фрагментов;
Xj - интенсивность запросов k-го типа к фрагменту F, инициированных в узле Dj; aj - объем запроса k-го типа к фрагменту F,, инициированного в
узле Dj;
pj - объем запрашиваемых данных при выполнении запроса k-го типа к фрагменту F, поступившего на терминал узла Dj. rj - стоимость передачи единицы информации из узла D,■ в узел Dj, i = 1, n, j = 1, n (гц = 0); s - число классов запросов (чтение, добавление, обновление, удаление).
Таким образом, задача состоит в том, чтобы определить значения переменных Xj, где Xj = {0; 1} (i = 1,m; j = 1,n), которые удовлетворяют условиям (2)-(3), дают минимум линейной функции (1) и задают наличие (Xj = 1) или отсутствие (Xj = 0) фрагмента Ft на узле Dj.
Для решения данной задачи была написана программа (рис. 2) на языке C# в среде Microsoft Visual Studio 2008. Результатом ее работы является оптимальное размещение информационных ресурсов различного типа на узлах облака с использованием алгоритмов генетического программирования, определение рационального числа реплик данных с целью обеспечения высокой эффективности и надежности.
Директория: СЛ [v] Создавать Файлы
Рис. 2. Главное окно программы
Эксперимент проводился для следующей конфигурации: вычислительная сеть с произвольной структурой состоит из п = 5 узлов; физическая БД разделена на т = 20 фрагментов данных; имеется четыре типа запросов (5 = 4).
Объем ^ для /-го фрагмента, объем памяти Ь/ в/-том узле, интенсивность Хк/ запросов к фрагменту данных инициированных в /-том узле, объем ак/ запроса к /-му фрагменту, инициированного на терминале /-го узла, объем в/ запрашиваемых данных при выполнении запроса, поступившего на терминал /-го узла к /-му фрагменту данных, а также стоимость Г/ передачи единицы информации из узла К в узел К/ (/' = 1, п, ]' = 1, п, ги=0) задаются случайным образом целочисленными массивами. В табл. 1 приведены параметры генетического алгоритма.
Таблица 1
Параметры генетического алгоритма
Тип популяции Битовая строка
Размер популяции 20
Вероятность скрещивания 0,8
Тип оператора мутации Зависимый от ограничений
Тип оператора скрещивания Двухточечный
Тип оператора отбора родительских особей Стохастический вероятностный
На рис. 3 приведены графики зависимости значения оптимизируемой функции для значений ак, р/ от количества поколений алгоритма при фиксированных значениях остальных входных параметров, полученные на основе результатов эксперимента с помощью программного комплекса. Вид графиков подтверждает предположение о том, что на величину значения среднего объема (а, соответственно, и стоимости трафика) пересылаемой информации в сети с облачной структурой существенно влияют объемы запрашиваемых данных при выполнении запроса.
Стоимость трафика
200000 т----1--1---1--
т = 20;п = 5;Це[1;10];6, є[1;200]; т; є[1;10];«;р є[1;10]
т = 20;п = 5;Ц,Лку є[1;10];6, є[1;200]; г. є[1;10];«*є[10;25]
т = 20;п = 5;Ц,Лку є[1;10];6, є[1;200]; т є [1;10];а*є[25;50]
Поколения
10 11 12 13 14 15
Рис. 3. Зависимость значения оптимизируемой функции от количества поколений
В табл. 2 приведен полученный результат распределения фрагментов по узлам сети при т = 20;п = 5;Цє [1;10];6( є [1;200];т є [1;10];а,к,рк є [1;10]:
Таблица 2
Результат распределения фрагментов по узлам сети
^^^Фрагмент Узел 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1 l 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 l 0 l 0 0 0 0 l l 0 0 0 l l 0 0 0 0 l
3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 l 0 0 0 0 l 0 l l 0
4 0 0 0 0 0 0 l 0 0 0 0 l 0 0 0 0 0 0 0 0
5 0 0 l 0 l l 0 l 0 0 0 0 l 0 0 0 l 0 0 0
s 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Необходимо отметить, что предложенный комплекс в ближайшем будущем станет частью САПР корпоративных информационных систем различного назначения, разрабатываемых в ЮРГТУ (НПИ).
Список литературы:
1. Gartner. Gartner Top Ten Disruptive Technologies for 2008 to 2012 // Emerging Trends and Technologies Roadshow. - 2008.
2. Горобец В.В. Оптимизация размещения фрагментов РБД в узлах сети с произвольной топологией в рамках облачной структуры по критерию минимума стоимости трафика // Теория, методы проектирования, программнотехническая платформа корпоративных информационных систем: материалы X Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 5 июня 2012 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. - С. 28-35.
3. Коссман Д., Краска Т., Лоузинг С. Анализ альтернативных архитектур управления транзакциями в «облачной» среде [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://citforum.rU/database/articles/kossmann_sigmod_2010/2.shtml (дата обращения: 29.11.2012).
NONCOHERENT DHA FH OFDMA: POSSIBLE SOLUTION FOR WIRELESS COEXISTENCE IN SATELLITE COMMUNICATIONS © Zyablov V.V.*, Seitkulov Ye.N.*
Institute for Information Transmission Problems RAS (Kharkevich Institute),
Moscow
L.N. Gumilyov Eurasian National University, Kazahstan, Astana
In what follows perspectives of a system employing a DHA FH OFDMA with noncoherent threshold reception and a broadband DS CDMA system coexistence are evaluated.
* Заведующий лабораторией Информационных технологий передачи, анализа и защиты информации Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, доктор технических наук.
* Директор НИИ Информационной безопасности и криптологии, кандидат физико-математических наук.
