Методы повышения надежности сетевых технологий для корпоративных информационных систем

Актуальность работы обусловлена тем, что в настоящее время сетевые технологии составляют основу корпоративных информационных систем современных предприятий, бизнес которых требует непрерывной, надежной работы средств связи и обработки данных. Важной задачей является обеспечение надежности сетевых технологий. При появлении сбоев и отказов в технических и программных средствах корпоративной информационной системы нарушается нормальная работа всех пользователей системы, также очень опасны нарушения в информационных процессах хранения данных, такие как их потеря, либо искажение. Такие нарушения в работе системы приводят к большим убыткам предприятия. Именно поэтому необходимо обращать самое пристальное внимание на информационные процессы, происходящие в системе, отслеживать ее надежность и правильность получаемых результатов обработки информации.

Вопросами оценки надежности систем управления, программного обеспечения и информационных сетевых структур посвящено не мало исследований. Так, в известных работах О. В. Щербакова [1], Г. Н. Черкесова [2], В. А. Смагина [3,4] предложены различные методы оценки надежности систем, исследованы источники потерь информации.

Обеспечение надежности сетевых технологий осуществляется с помощью введения и правильного использования избыточности. Об этом говорил еще Дж. фон Нейман в своей основополагающей работе, посвященной синтезу надежных организмов из ненадежных компонентов [5]. Начиная с 1964 г. в г. Ленинграде проходил симпозиум, на котором регулярно освещались вопросы введения избыточности в информационные системы [6]. В представленных докладах Н. А. Железнова, Б. С. Флейшмана рассматривались информационные системы с общих позиций теории систем. В докладах Е. Т. Мирончикова, В. Д. Колесника избыточность применялась для передачи информации с помощью помехоустойчивых кодов, а в работах М. Б. Игнатьева, JI.A. Мироновского, В. В. Михайлова, Е. И. Перовской избыточность вводилась в алгоритмы и структуры систем обработки информации.

Повышением надежности сетевых технологий занимаются и зарубежные фирмы. Так, компания 3Com разработала технологию XRN (expandable Resilient Networking), которая обеспечивает создание расширяемых отказоустойчивых сетей [7].

Новые информационные технологии требуют новых подходов к обеспечению надежности процессов передачи, хранения и обработки данных в корпоративных информационных системах, в следствии этого целесообразно рассмотреть методы введения избыточности в современные сетевые технологии и исследовать качество, а также надежность избыточных сетевых структур.

Цель работы состоит в разработке и исследовании методов повышения надежности сетевых технологий с помощью введения избыточности в информационные процессы корпоративных систем для повышения качества и надежности получаемых результатов. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• анализ методов повышения надежности информационных процессов,.

• моделирование корпоративных систем на основе IDEF-технологии,.

• разработка методов повышения структурной надежности локальных сетей на основе вводимой избыточности,.

• создание системы моделирования качества и надежности локальных сетей для определения соответствия между избыточностью и надежностью, а также необходимого времени реагирования для предотвращения отказов,.

• моделирование локальной сети корпоративной информационной системы конкретного предприятия.

Методы исследования основаны на результатах теории моделирования систем, теории вероятностей, теории марковских процессов и теории информационных процессов и систем.

Научной новизной обладают следующие результаты работы:

• структура разработанной избыточной сетевой единицы, использование которой в локальных сетях обеспечивает повышение ее надежности и качества,.

• методы передачи, хранения и обработки информации в разработанной избыточной сетевой единице, позволяющей получить результаты с требуемыми характеристиками надежности,.

• оценка качества и надежности предлагаемых сетевых структур, основанных на предлагаемой сетевой единице,.

• вычислительная модель качества и надежности сетевых структур, отличающаяся тем, что для моделирования систем высокого порядка используется рекуррентная схема вычислений.

Практическая ценность работы заключается в том, что в ней предложена структура локальной сети корпоративной информационной системы, использующая избыточные сетевые единицы, которая обладает высокой надежностью, что обеспечивает уменьшение времени простоя и сокращает расходы на обслуживание. Результаты моделирования, полученные с помощью разработанной системы моделирования, подтверждают сказанное.

Апробация результатов работы.

Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Шестой, Седьмой, Восьмой, Девятой научных сессиях аспирантов ГУАП (г. Санкт-Петербург 2003. 2004, 2005, 2006 г. г.), на III, IV, V Международных научно практических конференциях МБИ (г. Санкт-Петербург 2004, 2005, 2006 г. г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Структура предлагаемой избыточной сетевой единицы, обладающей повышенными надежностью и качеством.

2. Методы передачи, хранения и обработки информации в разработанной избыточной сетевой единице, которая обеспечивает повышение надежности сетевых технологий.

3. Структурный анализ, моделирование качества и надежности локальных сетей, в которых используется предлагаемая сетевая единица повышенной надежности.

Структура работы. Диссертация изложена на 140 страницах и состоит из введения, 5-ти глав с выводами, заключения, списка использованных источников, включающего 75 наименования, и 4-х приложений. Основное содержание диссертации включает 71 рисунок и 7 таблиц.

5.4. Выводы.

1. Предприятию Kelly Services, обслуживающему большое число клиентов, требуется развитая корпоративная информационная система.

2. Корпоративная информационная система Kelly Services использует локальную сеть для организации многопользовательской работы.

3. Моделирование качества и надежности локальной сети Kelly Services, выполненное с помощью разработанной системы моделирования, показало достаточно высокие результаты за счет использования в сети избыточных сетевых единиц.

4. Правильная организация восстановления сети гарантирует отсутствие потери качества и деградации.

Заключение

.

1. Корпоративные информационные системы являются сложными объектами, включающими различные технические и программные средства и требующими надежного их функционирования в течение длительного времени. Обеспечение надежности модулей локальной сети корпоративной информационной системы предприятия представляет собой важную задачу, так как любое нарушение информационных процессов передачи, хранения и обработки информации приведет к большим потерям в бизнесе предприятия.

2. Функциональное моделирование корпоративной информационной системы, выполненное по IDEF-технологии, показывает, что основная задача системы — управление информационными ресурсами — должна решаться с высокой надежностью. Она включает обеспечение надежности вычислительных и периферийных устройств локальной сети системы.

3. Проведенный анализ методов повышения надежности локальных сетей приводит к выводу о том, что во всех случаях передачи, хранения и обработки информации необходимо вводить и правильно использовать избыточность. Показано, как можно это сделать для предложенной структуры сетевой единицы. Оценки вероятностей ошибок в избыточной сетевой единице при передаче, хранении и обработке информации в виде графиков Джона фон Неймана дают области эффективного использования избыточности в сетевой единице.

4. Надежность локальных сетей следует анализировать, используя аппарат марковских процессов. Графики переходных вероятностей состояний сети показывают, как во времени происходит изменение надежности сети. Полученные переходные вероятности позволяют получить средний коэффициент качества сети. С его помощью определяются моменты ремонта и деградации сети. Результаты расчетов, выполненные в математическом пакете MatLab, наглядно иллюстрируют качество и надежность различных структур локальных сетей.

5. Структурный анализ качества и надежности локальных сетей позволяет сделать вывод о том, что для обеспечения требуемой надежности сети должно выполняться восстановление каналов, согласованное по своим вероятностным характеристикам с вероятностными характеристиками отказов.

6. Для того, чтобы быстро и наглядно получать требуемые вероятностные характеристики отказов и восстановления сети, создана система моделирования качества и надежности локальных сетей. Она построена на основе графического интерфейса GUI пакета MatLab. Благодаря этому моделирование не требует подробно знакомства с возможностями и правилами работы в MatLab.

7. Вычислительная модель, положенная в основу системы моделирования, использует рекуррентный способ расчета матрицы коэффициентов уравнений переходных вероятностей. Поэтому достаточно быстро и просто моделируются сети с большим числом состояний.

8. Моделирование локальной сети корпоративной информационной системы предприятия Kelly Services показывает работоспособность созданной системы моделирования. Полученные результаты не противоречат здравому смыслу и соответствуют реальной эксплуатации сети предприятия.

9. Локальная сеть Северо-Западного региона корпоративной информационной системы предприятия Kelly Services имеет 9 узлов и использует три избыточные сетевые единицы. Всего имеется 10 каналов связи. При моделировании сети приняты 2 варианта, отличающиеся числом состояний и вероятностными характеристиками отказов и восстановления.

10. В обоих вариантах получены либо достаточно далекие по времени, либо вообще отсутствующие моменты ремонта и деградации сети.