BC/NW 2016 № 1 (28):8.2
ВОЗМОЖНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АДАПТИВНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ОБЪЕКТА
Ларин А. А., Абросимов Л.И.
В настоящее время всё чаще появляются объекты, которые предполагают выполнение сразу множества функций. Эти объекты представляются собой множество подсистем, взаимодействующих как единое целое. Примерами таких объектов являются «умный дом» или датацентр (рис 1.). Для них характерно, чтобы всё работало органично и комплексно, а изменения в одной из подсистем влияют на работу других подсистем, то есть подсистемы данных объектов работают слаженно.
Рис 1. Объекты, объединяющие множество подсистем.
Слаженное взаимодействие достигается за счёт единого сетевого пространства для всех подсистем, которое позволяет управлять подсистемами в целом. Но так как подсистемы различны, то на данный момент при построении единой сети используются сразу множество различных технологий. В частности для датацентров применяются различные технологии: MODBUS, BACnet\IP, LINKNET[1], для «умных домов» применяются: CAN, RS232, USB, ETHERNET, 1-WIRE и пр.
Таким образом, сети получаются сложными с разными наборами технологий, соответственно, со сложностями при реализации, масштабировании решений и управлении. При этом для таких комплексных объектов должны обеспечиваться необходимые показатели вычислительной сети.
Так как для таких объектов трафик обычно разнороден, то для каждого из классов трафика необходимы соответствующие уровни показателей, будь то видеоприложение или же система пожарной безопасности и оповещения. И следовательно, для эффективной работы объекта сеть должна иметь определенные уровни предоставления канала для каждого вида трафика и перераспределять ресурс в зависимости от различных требований.
Традиционные же сети обладают следующими недостатками:
- Настройка операторами отдельных узлов, а не всей сети в целом, что вносит существенную задержку в реакции сети на любые изменения;
- Сложности при масштабировании сетей: по причине того, что протоколы взаимодействия сети сложны и их необходимо (для эффективной работы сети) учитывать на каждом новом узле;
- Высокая стоимость отдельных узлов и всей сети в целом: в силу того, что каждый узел должен поддерживать реализации множества протоколов и технологий, а следовательно должны строиться на мощных процессорах, с различными вспомогательными вычислителями и достаточным количеством оперативной памяти. Всё это значительно увеличивает стоимость узлов реализуемой вычислительной сети;
- Поверхностный учёт разнородности трафика, из-за того, что изначально сети не предполагали жестких требований по качеству обслуживания.
Определенные показатели каждого вида трафика особенно важны для таких объектов как датацентр или «умный дом». Традиционные же сети в основном позволяют поддерживать необходимые уровни при помощи механизмов качества обслуживания, когда каждому классу выделяется часть ширины канала, при этом динамические механизмы очень слабо реализованы или реализация сложна, что влияет на специфичность, дороговизну и сложность обслуживания сети[2]. Итак, основные недостатки различных реализаций QoS: проблемы масштабирования, большой объем служебной информации, большие затраты времени на организацию резервирования каналов, часто отсутствие гарантированного QoS, длительная обработка низкоприоритетных потоков.
Следовательно, для описанных комплексных объектов QoS может не обеспечить необходимых показателей. Поэтому необходим другой подход к построению вычислительной сети. Например, адаптивная сеть, которая позволяла бы перераспределять трафик в сети необходимым образом, управляя узлами как единым целым, а в случае отказа узлов переопределять связи между ними[3].
В качестве средства реализации такой сети, подходящей технологией выглядит программно-конфигурируемая сеть, в которой имеется контроллер управляющий каждым сетевым узлом, а каждый узел выходит дешевле, чем в традиционных сетях[4].
Уровни управления и передачи данных в отличие от традиционных сетей отделяются (рис.2.). При этом получается, что контроллер выполняет роль сетевой операционной системы, которая может назначать имеющиеся ресурсы (узлы вычислительной сети) на необходимые задачи, но главная особенность, что такая сеть может напрямую взаимодействовать с приложениями, которые могут требовать определенные показатели по качеству обслуживания. Так как управление и построение связей перекладывается на контроллер, то каждый сетевой узел устроен проще, а следовательно дешевле.
Рис 2. Программно-конфигурируемая сеть.
К примеру, для системы пожарной безопасности можно при помощи подобной сети уменьшать стоимость с сохранением необходимого времени опроса датчиков. Была разработана математическая модель, позволяющая минимизировать стоимость такой сети [5].
Дальнейшие задачи, которые нужно решать для реализации такой адаптивной вычислительной сети:
- Разработка модели адаптивной сети для исследований;
- Исследование зависимостей параметров и показателей эффективной работы адаптивной сети;
- Разработка методов расчета адаптивных сетей для обеспечения необходимых показателей.
Литература
1. С. Орлов. ЦОД: российская специфика. // «Журнал сетевых решений/LAN», № 09, 2008
2. Б. С. Гольдштейн, М. Д. Маршак, Е. Д. Мишин, Н. А. Соколов, А. В. Тум, Контроль показателей качества обслуживания с учетом перехода к сети связи следующего поколения. // Журнал «Техника связи», №2, 2009
3. Абросимов Л.И., Ларин А.А. Применение адаптивных решений для создания интеллектуального объекта // BC/NW 2015 № 1
http://network-journal.mpei.ac.ru/cgi-bin/main.pl?l=ru&n=26&pa=7&ar=5
4. Р. Смелянский. Технологии реализации программно-конфигурируемых сетей: Overlay vs OpenFlow. // «Журнал сетевых решений/LAN», № 04, 2014
5. Абросимов Л.И., Ларин А.А. Минимизация стоимости построения адаптивной вычислительной сети при детерминированном характере потоков данных. // BC/NW 2015 № 2
http://network-journal.mpei.ac.ru/cgi-bin/main.pl?l=ru&n=27&pa=9&ar=1