Дидук В.А.    д. т. н. 1Мусиенко М. П.

Черкасский государственный технологический университет, Украина

1Черноморский государственный университет им. П. Могилы, Украина

Методы построения гетерогенных сетей с реконфигурируемой топологией

 

Сегодня очень широко используются современные компьютерные сети в разных сферах жизнедеятельности человека. Бурный рост микропроцессорных технологий и постоянное снижение их стоимости привело к тому, что встраиваемые системы стали обычным явлением. Автоматизация различных процессов, благодаря этому, применяется не только на производстве, но и в быту. В каждом доме имеется несколько десятков устройств на базе микроконтроллеров, поэтому актуальной становится задача их коммуникации. Проводные решения в данном случае исчерпали свой ресурс, так как количество устройств на одной шине уже превышает возможности существующих технологий. В свою очередь, беспроводные сети выгодно отличаются гибкостью архитектуры, удобством монтажа и легкостью обслуживания. Одной из актуальных задач является разработка эффективных методов построения смешанных – гетерогенных сетей, управление функционированием сети и организация эффективной системы доставки информации, что особенно актуально в мобильных сетях или сетях с реконфигурируемой топологией. Известно, что большинство существующих методов маршрутизации обеспечивают формирование виртуальных соединений за критерием минимальной длинны, при этом совсем не учитывается возможность перемещения клиентов или других активных узлов сети, а также вероятность перехода сетевого устройства с активного состояния в пассивное и наоборот [1]. Все это и определяет необходимости исследования и разработки методов и инструментальных средств построения гетерогенных сетей с реконфигурируемой топологией.

До настоящего времени для построения гетерогенных реконфигурируемых сетей не разработан весь комплекс необходимых методов построения и стандартов, которые определяли бы все предлагаемые к рассмотрению аспекты построения и эксплуатации сетей.

Проведены обширные исследования по организации процессов передачи информации в мобильных компьютерных сетях [1] и в сетях с возможной реконфигурацией маршрута в процессе работы сети [2 – 3], но данные разработки предусматривают лишь однотипные сетевые устройства и не подразумевают возможность реконфигурации  устройств в процессе работы.

Возможность смены топологии сети и перенастройки оборудования рассматривалась в работе [4], но она подразумевала полную остановку работы сети и не могла осуществляться в динамике жизненного цикла.

Возможность поддержки широкого спектра стандартов связи с перепрограммированием оборудования без изменений в аппаратной части реализовано в технологии SDR (Software Defined Radio) [5, 6], но для данной технологии не разработаны методы организации и маршрутизации в гетерогенных сетях.

Целью данной работы является разработка комплекса методов для построения гетерогенных компьютерных сетей с реконфигурируемой топологией и разработка инструментальных средств обеспечения данных целей.

При использовании автоматической реконфигурации в гетерогенных сетях важно изначально определить задачи системы и события в ней, при которых должна производится реконфигурация. Для примера предлагается рассмотреть систему сбора информации с некоторого количества датчиков (Рис. 1). Подразумевается, что с объекта исследования нужно собирать достаточно разнородную информацию. Также система не должна иметь аппаратной избыточности и при её проектировании нужно придерживаться принципа экономии. В задачи системы входит: 1. Сбор информации с технологических датчиков (невысокие требования к трафику); 2. В определённые моменты передача видео или звука (высокие требования к трафику); 3. Возможность отключения ненужных сетевых узлов и переход в режим охраны.

Рис. 1. Схема гетерогенной системы сбора информации с реконфигурируемой топологией сети

 

Решением данной задачи могут послужить: 1. Установка оборудования с высокой аппаратной избыточностью (высокие экономические затраты, энергопотребление, простой оборудования большую часть времени); 2. Установка оборудования с меньшими возможностями, дешевыми, но способными производить программную реконфигурацию в режиме онлайн. Второй вариант для поставленной задачи более приемлем. При этом время маршрутизации не должно быть большим, находится в пределах миллисекунд и рассчитывается согласно формулы:

Tpем=maxTп+Тз+Тр+Тs+То ,                                 (1)

где Tpем  – время ремаршрутизации; maxTп – максимальное время перенастройки единицы оборудования; Тз – время запроса на входной трафик; Тр – время расчета параметров гетерогенной сети; Тs – время реестрации места расположения нового узла (в случае отсутствия такового – Тs=0 ); То – время ответ сервера. Как видно из формулы, все значения зависят от возможностей аппаратуры. Исключением является только время расчета параметров гетерогенной сети. Проведенные исследования показали, что наиболее подходящим методом для данной задачи описаны в работах [7, 8]. Временные характеристики данного метода предоставлены на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость времени расчета параметров гетерогенной сети от количества узлов

 

Во время проектирования и маршрутизации сети рекомендуется придерживаться модели, разработанной в работе [9].

Исходя из всего выше сказанного можно с уверенностью сказать, что на сегодняшний день можно построить гетерогенную систему сбора данных с следующими функциональными возможностями:

1.     Поддержка иерархической архитектуры;

2.     Высокие показатели энергосбережения;

3.     Возможность программной реконфигурации оборудования;

4.     Высокая скорость маршрутизации.

 

Литература:

1.   Асад Махмуд Асад Аль Насер Організація процесів передачі інформації в мобільних комп’ютерних мережах з реконфігурацією топології [Текст] / Асад Махмуд Асад Аль Насер  // автореферат на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. – Київ. – 2003р.

2.   Варгаузин В. Сетевая технология ZigBee [Текст] / В. Варгаузин журнал ТелеМультиМедиа декабрь 2005г.

3.   В. Heili «ZibBee Alliance Tutorial» [Электронный ресурс] / September – November 2005 – Режим доступа: www.zigbee.org.

4.   Шевченко М. В. Моделі та інформаційна технологія реінжинірингу просторово-розподіленої комп’ютерної мережі організації [Текст] / М. В. Шевченко // автореферат на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. – Харків. – 2007р.

5.   "Мультифлекс" - технология SDR для радиосвязи и радиолокации [Электронный ресурс] /– Режим доступа: http://multicore.ru/index.php?id=20 – Заголовок с экрана.

6.   Прокопенко С. Технология SDR или Умное радио [Электронный ресурс] / С. Прокопенко Радиотехнический портал WEB.GEOWAP.MOBI. – 2006 – Режим доступа: http://web.geowap.mobi/703-tehnologia-sdr.html – Заголовок с экрана.

7.   Мусієнко М. П. Моделювання архітектури гетерогенних мереж для відкритих місцевостей [Текст]  / М. П. Мусієнко, В. А. Дидук, П. П. Казмірчук // Нові технології. Кременчук. – № 2(28). 2010. С. 138 – 144.

8.   Мусієнко М. П. Система автоматичного проектування мережі передачі даних [Текст]  / М. П. Мусієнко, В. А. Дидук// Наукові праці ЧДУ ім. Петра Могили. – Серія: «Комп’ютерні технології». – Вип. 121. – Т. 134. – Миколаїв, 2011. – С. 161–165

9.   Мусиенко М. П. Концептуальная модель машиностроительного комплекса с единой технологической и пожарно-охранной сетью сбора данных [Текст]  / М. П. Мусиенко, В. А. Дидук// Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. – Випуск № 4 (75). – Дніпропетровськ, 2011. – С. 67 – 76.