Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский университет
«Высшая школа экономики»
Факультет «Информационной технологии и вычислительной
техники»
Программа дисциплины «Моделирование компьютерных сетей и
телекоммуникационных систем»
для направления/специальности 230100.68 «Информатика и
вычислительная техника» подготовки магистров для специализации
«Сети ЭВМ и телекоммуникации»
Автор программы:
Сафонова И.Е., профессор, д.т.н., [email protected]
Москва, 2012
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Цели и задачи изучения дисциплины «Моделирование компьютерных
сетей и телекоммуникационных систем» определяются характеристикой области
и объектов профессиональной деятельности магистранта специализации «Сети
ЭВМ и телекоммуникации» направления подготовки «Информатика и
вычислительная техника».
Цель изучения дисциплины состоит в освоении студентами методов и
средств моделирования, необходимых для разработки, исследования и
эксплуатации вычислительных систем и сетей.
В результате изучения дисциплины студенты должны владеть базовыми
основами
методологии
моделирования
компьютерных
сетей
и
телекоммуникационных систем.
Задачи дисциплины:
изучение типовых математических схем моделирования компьютерных
сетей и телекоммуникационных систем;
рассмотрение вопросов формализации и алгоритмизации информационных
процессов;
изучение современных способов моделирования сложных компьютерных
сетей и телекоммуникационных систем.
2. МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина «Моделирование вычислительных систем» относится к
базовой части общенаучного учебного цикла М1.Б2. Профессиональный ФГОС
ВПО.
При освоении дисциплины необходимы базовые знания по теории
алгоритмов, организации вычислительных систем и сетей, сетям и
телекоммуникациям, основам математического и системного анализа, дискретной
математики, программированию.
Дисциплина основывается на дисциплинах «Теория вероятностей и
мат.статистика», «Основы системного анализа». Знания, умения и навыки,
формируемые дисциплиной необходимы при изучении последующих дисциплин
учебного плана.
2
3. КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ
ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ / ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ОБРАЗОВАНИЯ И КОМПЕНТЕНЦИИ СТУДЕНТА ПО ЗАВЕРШЕНИИ
ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
№
п/п
1
1
2
3
4
5
Код и название
Ожидаемые результаты
Компетенции
2
3
ОК-1. Способность
Знать модели представления знаний.
совершенствовать и
Уметь разрабатывать математические модели
развивать свой
объектов и процессов.
интеллектуальный и
Владеть методами научного поиска.
общекультурный
уровень.
ОК-2. Способность к
Знать методы обработки знаний.
самостоятельному
Уметь проводить сравнительный анализ
обучению новым
математических моделей процессов и объектов, а
методам исследования, к также методов их исследования.
изменению научного и
Владеть методами управления знаниями и навыками
научносамостоятельной научно-исследовательской
производственного
деятельности.
профиля своей
профессиональной
деятельности.
ПК-1. Применять
Знать: современное состояние проблемы
перспективные методы моделирования компьютерных сетей и
исследования и решения телекоммуникационных систем; подходы к их
профессиональных задач моделированию; методы моделирования; требования,
на основе знания
предъявляемые к моделям; способы представления
мировых тенденций
моделей.
развития
Уметь применять наиболее перспективные методы
вычислительной
моделирования компьютерных сетей и
техники и
телекоммуникационных систем.
информационных
Владеть навыками планирования и проведения
технологий.
научных исследований.
ПК-5. Выбирать методы
Знать методы, используемые при моделировании
и разрабатывать
компьютерных сетей и телекоммуникационных
алгоритмы решения
систем; методы оптимизации и принятия технических
задач управления и
решений.
проектирования
Уметь проводить анализ и интерпретацию
объектов автоматизации. результатов моделирования.
Владеть навыками разработки и алгоритмизации
математических моделей систем, сетей и их
элементов.
ПК-6. ПроектноЗнать технологии моделирования, математические
технологическая
методы моделирования информационных процессов в
деятельность: применять компьютерных сетях и телекоммуникационных
современные
системах.
технологии разработки
Уметь эксплуатировать программно-аппаратные
программных
средства моделирования и разработки компьютерных
3
комплексов с
сетей и телекоммуникационных систем.
использованием CASEВладеть навыками работы с современными
средств, контролировать системами моделирования/проектирования
качество
компьютерных сетей и телекоммуникационных
разрабатываемых
систем.
программных
продуктов.
Таким образом, в результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
методы
и
принципы
моделирования,
классификацию
способов
представления моделей компьютерных сетей и телекоммуникационных
систем;
приемы, методы, способы формализации объектов, процессов, явлений и
реализации их на компьютере;
достоинства и недостатки различных способов представления моделей
компьютерных сетей и телекоммуникационных систем.
уметь:
использовать типовые программные продукты, ориентированные на решение
научных, проектных и технологических задач;
представить модель в математическом и алгоритмическом виде;
оценить качество модели;
моделировать телекоммуникационные системы и компьютерные сети.
владеть:
технологией моделирования;
навыками
самостоятельной
научно-исследовательской
и
научнопедагогической деятельности, методиками сбора, переработки и
представления
научно-технических
материалов
по
результатам
исследований к опубликованию в печати, а также в виде обзоров, рефератов,
отчетов, докладов и лекций.
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Общая трудоемкость дисциплины составляет:
- 3 зачетных единицы,
- 93 академических часа.
4
4.2 Объем дисциплины
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего):
В том числе:
лекции (Л)
практические (ПЗ) и семинарские (С)
занятия
лабораторные работы (ЛР)/
лабораторный практикум (ЛП)
Контроль самостоятельной работы (КСР)
Самостоятельная работа (всего):
Общая трудоемкость
Часы
Зач. Единицы
Текущий контроль (количество и вид
контроля)
Виды промежуточного контроля
(экзамен, зачет)
Количество часов
Всего
Курс 1,
по учебному плану
Модуль 3
70
35
Курс 1,
Модуль 4
35
30
40
17
20
13
20
-
-
-
93
3
Контрольные
работы №1 и №2.
Зачет
48
45
2
1
Контрольная Контрольная
работа 1
работа 2
Зачет
Зачет
4.3 Разделы учебной дисциплины
№
п/п
Раздел учебной
дисциплины
1
2
1 Раздел 1.
Введение в
дисциплину.
Краткое содержание раздела
3
Моделирование как познавательный процесс. Основные
понятия теории моделирования.
Современное состояние, общая характеристика и формальное
описание проблемы моделирования компьютерных сетей и
телекоммуникационных систем.
2 Раздел 2. Подходы Особенности моделирования компьютерных сетей и
к моделированию
телекоммуникационных систем. Компьютерная сеть – как
компьютерных
часть телекоммуникационной системы. Существующие
сетей и
отечественные и зарубежные стандарты разработки сетей и
телекоммуникацион систем.
ных систем.
Виды моделирования. Применение моделирования при
исследовании и проектировании компьютерных сетей и
телекоммуникационных систем.
Классический, многоуровневый и системный подходы к
моделированию. Использование принципов системного
подхода при моделировании систем и сетей.
3 Раздел 3.
Классификация моделей. Требования, предъявляемые к
Виды моделей
моделям сетей и систем. Способы представления моделей.
компьютерных
Оценка входных и выходных параметров моделей. Единицы
сетей и
измерения параметров моделей.
телекоммуникацион
Математические
модели
компьютерных
сетей
и
ных систем, их
телекоммуникационных
систем.
Аналитические.
5
особенности,
преимущества и
недостатки.
Алгоритмические. Имитационные модели. Структурные и
функциональные математические модели. Теоретические.
Эмпирические.
Детерминированные
и вероятностные.
Системы и сети массового обслуживания. Стохастические
методы и модели. Тензорные модели. Синергетики.
Искусственные нейронные сети.
Математико-физические модели компьютерных сетей и
телекоммуникационных систем.
Физические модели сетей и систем.
4 Раздел 4.
Подготовка исходных данных. Выбор уровня детализации
Общая технология компьютерных сетей и телекоммуникационных систем.
моделирования.
Разработка концептуальных моделей. Выбор метода и средств
моделирования. Проверка адекватности и корректировка
модели. Планирование экспериментов с моделью и анализ
результатов.
Современные системы моделирования компьютерных сетей
и
телекоммуникационных
систем.
Возможности
и
эффективность автоматизированного проектирования и
моделирования систем и сетей.
5 Раздел 5.
Структура
моделей
информационно-вычислительных
Математические
процессов. Линейные и нелинейные системы, регрессионные
методы
модели. Динамические системы. Численные методы
моделирования
интегрирования дифференциальных уравнений. Структурноинформационных
перестраиваемые
модели.
Детерминированные
и
процессов в сетях.
недетерминированные модели.
Прибор обслуживания заявок как элементарный блок в
моделировании информационно-вычислительных процессов.
Потоки заявок в ВС. Характеристики ВС как СМО и СеМО.
Очереди. Накопители. Гистограммы. Задание длин очередей.
Сетевые модели. Марковские модели. Графовые модели.
Синхронизация событий в сетевых моделях.
Характеристики сетей как стохастических систем. Методы
приближенной оценки характеристик компьютерных сетей и
телекоммуникационных систем. Моделирование сетей и
систем с распределенными параметрами.
6 Раздел 6.
Особенности
имитационного
моделирования.
Язык
Имитационное
моделирования
GPSS.
Процедура
имитационного
моделирование
моделирования. Принципы имитационного моделирования.
компьютерных
Обобщенные алгоритмы имитационного моделирования.
сетей и
Принципы построения моделирующих алгоритмов.
телекоммуникацион
Методы определения характеристик компьютерных сетей и
ных систем.
телекоммуникационных
систем.
Метод
повторных
экспериментов. Методы генерации случайных величин и
последовательностей. Упрощение моделей.
7 Раздел 7.
Многоуровневое
представление
сети
в
процессе
Многоуровневый
моделирования.
Взаимозависимость
критериев
оценки
подход к
качества
при
многоуровневом
представлении
сети.
моделированию
Отображение задач моделирования на многоуровневую
систем и сетей.
сетевую архитектуру. Декомпозиция событийных моделей и
гибридное моделирование.
Модели сетей и их элементов. Модели расчета основных
параметров и характеристик вычислительных сетей. Модели
6
оценки аппаратной надежности. Алгоритмы синтеза
топологической структуры сети. Моделирование каналов
связи. Модели анализа очередей в сетях. Модель сети в
условиях высокой нагрузки.
Алгоритмизация
моделей.
Принципы
построения
моделирующих алгоритмов. Преобразование алгоритмов.
8
Раздел 8.
Условия оптимизации и принятия технических решений.
Методы
Оптимизация и принятие решений на уровне частных задач
оптимизации и
(оптимальное
распределение
ресурсов
сети,
оценка
принятия решений в производительности каналов связи сети, выбор СУБД и т.д.).
процессе
Критериев оценки альтернатив.
многовариантного
Методы принятия решений в условиях определенности и в
моделирования
условиях неопределенности исходной информации о сети.
систем и сетей.
Методы формирование множества рациональных вариантов.
Этапы решения задачи выбора базового проектного решения.
9 Раздел 9.
Методы и алгоритмы обработки результатов моделирования
Анализ и
ВС. Несмещенность, эффективность и состоятельность оценки.
интерпретация
Назначение корреляционного анализа. Область применения
результатов
регрессионного анализа. Дисперсионный анализ результатов
моделирования.
моделирования.
Калибровка
моделей.
Проверка
адекватности
математических моделей. Оценка точности и достоверности
результатов моделирования.
Перспективы развития теоретических основ моделирования
систем и сетей.
10 Заключение
Перспективы развития теоретических основ моделирования
компьютерных сетей и телекоммуникационных систем.
4.4 Практические работы
№
№
Раздел
п/п модуля учебной дисциплины
1
1.
2
3
3
Раздел 4
2.
3
Раздел 5
3.
3
Раздел 5
4.
4
Раздел 6
5.
4
Раздел 7
Наименование практических работ
4
№ 1 «Синтез топологической структуры
сети».
№ 2 «Оценка вероятностно-временных
характеристик компьютерных сетей и
телекоммуникационных систем».
№ 3 «Анализ очередей в открытых моделях
сетей в условиях большой нагрузки».
№ 4 «Моделирование беспроводной
локальной сети в условиях высокой нагрузки
(оценка пропускной способности)».
№ 5 «Разработка графовой модели
корпоративной компьютерной сети и
алгоритма анализа графовой модели».
7
Всего
часов
5
5
10
5
5
5
6.
4
Раздел 8
7.
4
Раздел 8
8.
4
Раздел 9
№ 6 «Оптимизация распределения ресурсов
корпоративной сети».
№ 7 «Принятие концептуальных
технических решений при моделировании
корпоративных компьютерных сетей».
№8 «Анализ результатов моделирования.
Калибровка моделей»
4
4
2
4.5 Примерная тематика курсовых проектов
Курсовой проект/работа не предусмотрены учебным планом.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Активные и интерактивные формы проведения ряда занятий с целью
формирования и развития профессиональных навыков.
Интерактивные формы проведения лабораторных занятий составляют не
менее 25%.
Использование обучающих программ.
Тематика контрольных работ:
1. Требования, предъявляемые к современным компьютерным
телекоммуникационным системам. Критерии оценки качества.
сетям
и
2. Анализ современных подходов к моделированию компьютерных сетей и
телекоммуникационных систем. Виды моделирования.
3. Классификация моделей систем и сетей.
4.
Разработка
концептуальных
телекоммуникационных сетей.
моделей
компьютерных
сетей
и
5. Матрично-мультипликативное представление стационарного распределения
очереди.
6. Разработка алгоритма моделирования трафика.
7. Модели сетевых элементов при многоуровневом подходе к моделированию
сетей.
8. Критерии выбора альтернативных проектных вариантов сети в процессе
моделирования.
9. Алгоритмы оценки точности и достоверности результатов моделирования.
8
Примеры контрольных вопросов и заданий для проведения текущего
контроля и промежуточной аттестации:
- Анализ современных систем моделирования и разработки компьютерных сетей и
телекоммуникационных систем. Возможности, преимущества и недостатки.
- Расчет задержки сообщений на межсетевом экране.
- Разработка модели рабочей нагрузки системы.
- Оценка объема вычислительных работ пользователей корпоративной сети и
выбор состава технических средств.
- Расчет основных характеристик каналов связи - максимальной скорости передачи,
добротности канала связи.
- Оценка надежности сетевых элементов.
- Расчёт характеристик сетей, построенных на основе технологии VPN.
- Оценка параметров и основных характеристик виртуальных локальных сетей
(VLAN)
- Расчет производительности канала связи сети.
- Расчет основных характеристик
производительности сети.
каналов
связи
-
задержки
сигнала,
- Модели анализа задержки сообщений и выбора пропускных способностей
каналов связи.
- Определение показателей производительности сетей большой размерности.
- Вычисление характеристик замкнутой сети с однотипными заявками с помощью
алгоритма свертки.
- Пропускная способность узла коммутации и среднее значение числа заявок в
узле.
- Вычисления характеристик замкнутой сети с изменяющимися типами заявок при
помощи свертки.
- Анализ буферной памяти узла коммутации.
- Расчет времени обработки запросов пользователей.
- Расчет вероятности передачи сообщений.
- Модели синтеза состава модулей специальных прикладных программных систем.
- Модели расчета вероятности безотказной работы устройств компьютерной сети.
- Модели резервирования элементов телекоммуникационной системы.
- Оценка задержка передачи сообщений в компьютерных сетях, вариации
задержки.
- Модель сети с заявками различных типов.
9
6.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ
И
ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ИНФОРМАЦИОННОЕ
6.1. Основная литература
№
п/п
Наименование
Автор(ы)
Год и место
издания
1
2
3
4
Компьютерные сети.
Принципы,
технологии,
протоколы.
В.Олифер,
Н.Олифер.
1
Используется
при изучении
разделов
5
Модуль
6
СПб.: Питер,
Разделы 1, 2
3
Разделы 1, 3, 5
3
Разделы 1 – 4
3
ФГБОУ ВПО НИ
ТПУ,
2012
Разделы
2 – 5, 9
3, 4
Горячая линияТелеком,
2011
Раздел 8
3, 4
электронный
носитель,
2012
Разделы
2 - 3, 6 – 9
3, 4
2009
4-е изд.
2
3
4
5
6
Моделирование
Б.Я.Советов,
систем. 7-е изд.
С.А.Яковлев
Вычислительные
А.П.Пятибратов
системы, сети и
.Л.П.Гудыно,
телекоммуникации.
А.А.Кириченко
Моделирование
сетей
(учебное О.М.Замятина
пособие).
Моделирование и
А.Н.Пылькин ,
синтез оптимальной
А.В.Благодаров,
структуры сети
Д.М.Скуднев
Ethernet.
Моделирование
телекоммуникацион
И.Е.Сафонова
ных сетей
Юрайт,
2012
СПб.: Питер,
2009
6.2. Дополнительная литература
№
п/п
1
1
2
3
Наименование
Автор(ы)
Год и место
издания
2
Методы и модели
оценки основных
характеристик
корпоративных
функциональноориентированных
сетей в САПР.
Принятие решений
при зависимостях и
обратных связях.
Изучение
3
4
Используется
при изучении
разделов
5
И.Е.Сафонова
М.: МИЭМ, 2007
Разделы 4, 6, 8
3, 4
Разделы 8
4
Раздел 7
4
М.: Книжный
дом «Либроком»,
2009
электронный
Т.Л.Саати
И.Е.Сафонова
10
Модуль
6
4
характеристик и
диагностика
коммуникационного
оборудования
корпоративных
сетей.
Принятие
концептуальных
технических
решений
при
моделировании
корпоративных
сетей.
В.В.Иванов
носитель,
2012
электронный
носитель,
2012
И.Е.Сафонова
Раздел 8, 10
3, 4
6.3. Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
CablePro от Exan Software [Электронный ресурс]. URL:
uk.net/~exan/exan.htm.
Системы и оборудование компания
http://www.tolly.com.
Справочник компаний «E-xecutive». URL: http//www/e-xecutive.ru/book_16/.
Интернет-университет информационных технологий http://www.intuit.ru/
Поисковые системы Яндекс, Google, Rambler.
http://www.win-
TOLLY: [сайт TOLLY].
URL:
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
7.1 Требования к аудиториям для проведения занятий
Перечень технических средств обучения, используемых в учебном
процессе для освоения дисциплины:
-
мультимедийное оборудование лекционной аудитории,
-
персональные компьютеры вычислительного класса.
11
7.2. Требования к программному обеспечению при прохождении учебной
дисциплины
Интегрированные программные средства Microsoft office.
Операционная система: Microsoft Windows 2000/XP.
Симулятор Cisco Packet Tracer 5.3.1.
NetWizard - ресурс
http:///www.tower.ru.
Visio Professional [Электронный ресурс]: www.expertsoft.com.ua.
в
сети
«Система
многоуровневого
телекоммуникационных сетей» Д.Ю.Проферансов, И.Е.Сафонова.
«Тауэр-Сети»
[сайт
«Тауэр-Сети»]:
моделирования
корпоративных
программа для ЭВМ. В.В.Иванов,
// Свидетельство об официальной
регистрации программ для ЭВМ № 2011617165 от 14.09.2011. – Москва. –
Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным
знакам.
12
