Перепроектирование конфигурации сетевого оборудования

Перепроектирование конфигурации сетевого оборудования

Сафонов А.В. студент, МФТИ

Левин М.Ш., с.н.с., к.т.н., ИППИ РАН

Секция 2. Интегрированные системы проектирования и управления технологическими процессами. PDM - системы (26.10.2006)

VI международная конференция и выставка CAD/CAM/PDM – 2006

Институт проблем управления РАН, лаборатория 18, Москва

Задача проектирования сети

Топология• Правила/стандарты• Физические условия

Технологии• Предпочтение лишь 1

Оборудование

Задача выбора конфигурации

Возникает приПроектировании сетиПерепроектировании сети

Задача выбора конфигурации

Определим ее как частный случай

Блочной задачи о рюкзаке

+

Многокритериальное ранжирование

(для оценки вариантов)

Схема сети филиала предприятия

Wow!SiSi

Network Core

Enterprise Branch Office

VLAN3

VLAN7

VLAN2

Integrated Services Router

Layer 3+ Switch

Wow!

Схема сети - примера

В ней мы можем выделить 4 точки, требующие установки следующего оборудования:

Коммутатор третьего уровня или выше, имеющий не менее 8 портов

Маршрутизатор для безопасного широкополосного доступа к сети головного офиса и к Интернету

Коммутаторы, предоставляющие не менее 30 портов (VLAN3)

Коммутаторы, предоставляющие не менее 30 портов (VLAN7)

Требования и критерии оценкиПараметр оценки Группа кластеризованных критериев

Базовые параметры гарантированной надежности Надежность

Избыточность Надежность

Прогнозируемое время между ошибками Надежность

Базовые средства безопасности Надежность

Современные средства безопасности Надежность

Базовая поддержка технологий Quality of service (QoS) Производительность

Расширенная поддержка технологий Quality of service (QoS) Производительность

Поддержка базовых возможностей по управлению Эффективность управления

Легкость внедрения и эксплуатации Эффективность управления

Поддержка ПО “Network Assistant “ Эффективность управления

Работа на макс. возможной для линии передачи скорости Производительность

Масштабируемость Производительность

Поддержка технологии Power over the Ethernet (PoE) Прочие особенности

Возможность объединения в стэк Прочие особенности

Uplinks Производительность

Требования и критерии оценки

Мы объединяем все критерии в 4 группы:

Производительность C1

Эффективность управления C2

Надежность C3

Прочие функции C4

Требования и критерии оценки

С1 С2 С3 С4

“полезность”

Кластеризация критериев

Многокрит. ранжирование

Список оборудования

Общие инженерные требования

Список возможных устройств

Детальное описание требований

Оценки по критериям C1 C2

C3 C4

Список оборудования

Список подходящих устройств с оценками, группа 4

Устройство C1 C2 C3 C4 R

4.1 8 5 8 7 10990

4.2 8 7 8 7 14980

4.3 8 5 7 8 13290

4.4 8 7 7 8 17280

4.5 7 5 9 7 7990

4.6 7 7 9 7 11980

4.7 7 5 7 8 10290

4.8 7 7 7 8 14280

4.9 5 4 6 5 6990

4.10 5 4 6 5 3590

4.11 5 5 5 5 5790

4.12 5 7 6 6 6990

Многокритериальное ранжирование

1( ,..., ,..., )i nA A A A

1( ,..., ,..., )i kC C C C

1( ,..., ,... )j j ji jkz z z z

i

Альтернативы

Критерии

Оценки

Относительный вес (важность) критерия i

Метод порогов несравнимости Электре

,u vA A A

( , )

1

jj X u v

uv k

jj

1

0 если ( , ) 0

( )max иначе

j

j uj vj

kuv j

jj

Y u v

z z

d

где ( , ) :

( , ) :

max min

uj vj

uj vj

j ij ijii

X u v j z z

Y u v j z z

d z z

Для каждой пары вычисляем коэффициенты

Согласия и несогласия


Правило: Au лучше чем Av если ( )и ( )uv uvp q

где p и q - пороги (напр., )0.8 и 0.2p q


основан на применении этого правила и

обеспечивает единственную оценку для

каждой альтернативы

Задача о рюкзакеЗадача о рюкзаке

. . . . . .

1 i n (индекс)

w1 wi wn (требуемый ресурс)

p1 pi pn (полезность / прибыль)

x1 xi xn (бинарная переменная)

1

1

max

причем

{0,1}, 1..

n

i ii

n

i ii

i

p x

w x c

x i n

kjcxa

n

ijiij ,...,1,

1

Возможные дополнительныеограничения

Задача о рюкзаке

• Бинарная задача о рюкзаке• Дробная задача о рюкзаке

Каждая задача о рюкзаке является NP-трудной (за полиномиальное время приводится к задаче о разбиении)

Задача о рюкзаке - методы

Релаксационные и верхних границ “Жадный” алгоритм Методы “ветвей и границ” Динамическое программирование Приближенные решения

• Sahni• Ibarra и Kim

Точные алгоритмы для больших n (числа эл.)

=

Бинарная задача о рюкзаке

+

Разбиение множества предметов N на r подмножеств Ni

+

требование: выбрать 1 предмет из каждого подмножества

Блочная задача о рюкзаке

Блочная задача о рюкзакеБлочная задача о рюкзаке

. . . . . .

N1 Ni Nr

. . . . . .

. . .

1 1

1 1

1

max

причем

1

{0,1}, 1.. , 1..

i

i

j

qr

ij iji j

qr

ij iji j

q

iji

ij i

p x

w x b

x

x i r j q

ii qNi

Динамическое программирование Алгоритмы “ветвей и границ”

Ключевую роль имеет критерий доминирования:

Блочная задача о рюкзаке - методы

иi j i jp p w w kj N

j i mw w w j i i m

j i i m

p p p p

w w w w

, km j N

0ix

1.

2.

если

Блочная задача о рюкзаке - методы

Динамическое программирование:

- рекурсивная функция, которая дает значение

полезности оптимального решения подзадачи, сост.

из j подмножеств с ограничением

1

1

ˆпри 0,..., 1

ˆ( , )

ˆ ˆ ˆmax( ( 1, ) : , ) при ,...,

j

kk

j

l l j l kk

c w

F j c

p F j c w l N w c c w c

ˆ( , )F j c

ˆ ˆ(0 ,1 )c c c j r

Оптимальное решение - F(r,c)

min( : ) для 1,...,k l kw w l N k r

Задача перепроектирования сети

4 группы устройств Оценки устройств по критериям C1 C2 C3 C4

Единственная оценка (полезность) для каждого устройства

Наилучший возможный набор устройств (не нарушающих ограничения)

Многокритер. ранжирование

(Электре)

Блочная задача о рюкзаке


1

2 3

4

1

1

2

3

3

3

5

4

N

3

el. index

group…

…

4

2

6

1

3

3

6

1

1

1

N

3

2

3

k

2

m

1

N элементов в r = 4 подмножествах

Оценка по Электре в едином множестве

Сортировка по убыванию полезности

Последовательное добавление элементов в рюкзак

Разработана программа в среде MatLab


Появление новых требований –>

- Если они не удовлетворены установленным

оборудованием –

-> требуется улучшение

Возможные пути улучшения:

Перепроектирование лишь для узлов, к которым

предъявляются новые требования

Полное перепроектирование для всех узлов


Возможные варианты выбора устройств

48 1G портов

24 100M+ портов и 24 1G портов



Альтернативы действий для выполнения новых требований 1. Установленное оборудование им уже удовлетворяет и

никаких мер предпринимать не надо

2. Приобрести новое устройство (в дополнение)

3. Приобрести новое устройство (для замены)

Задача проектирования сети - результаты

БюджетУстройство, выбранное в группе №

1 2 3 4

12000 1.1 2.1 3.5 4.10

15500 1.5 2.5 3.5 4.10

20000 1.9 2.5 3.21 4.10

30000 1.6 2.9 3.21 4.6

40000 1.6 2.9 3.10 4.10

50000 1.6 2.10 3.10 4.6

Частичное перепроектированиеУлучшение

Устройство

C1 C2 C3 C4 R

Добавить 5.2 за 1995 к3.05 5 4 4 4 1724

3.14 6 5 6 5 1960

Добавить 5.1 за 3295 к3.05 5 4 5 5 3024

3.14 7 5 6 6 3260

Добавить 1.1 за 4795 к3.05 6 5 6 6 4524

3.14 8 6 7 6 4760

Добавить 1.3 за 5595 к3.05 6 5 5 6 5324

3.14 8 6 7 7 5560

Добавить 1.5 за 5995 к3.05 7 5 6 5 5724

3.14 9 6 7 6 5960

Добавить 1.9 за 6995 к 3.14 9 6 7 6 6960

Добавить 1.7 за 7495 к 3.14 9 6 7 6 7460

Добавить 1.11 за 7795 к 3.14 9 6 7 7 7760

Заменить 3.5 (350 возврат) на 3.3 5 4 5 5 5969

Заменить 3.14 (900 возврат) на3.3 7 5 6 6 5655

3.17 8 6 7 6 7060Список возможных вариантов улучшения с оценками

Частичное перепроектирование

Случай №

Бюджет

Добавляемое устройство

ОценкиЗаменяюще

е устройство

Оценки

2 2000 5,2 5-4-4-4 - -

2 4000 5,1 5-4-5-5 - -

2 6000 1,5 7-5-6-5 3,3 5-4-5-5

4 3500 5,1 7-5-6-6 - -

4 6000 1,5 9-6-7-6 3,3 7-5-6-6

4 8000 1,11 9-6-7-7 3,17 8-6-7-6

6 Изначально удовлетворяет новым требованиям

Предварительные результаты

Частичное перепроектирование - результаты

Случай №

Бюджет

Устройство, выбранное в группе №

1 2 3Добавляемое устройство 4

2

2000

1,5 2,5 3,5

5,2

4,104000 5,1

6000 1,5

4

3500

1,6 2,9 3,21

5,1

4,66000 1,5

8000 1,11

6 - 1,6 2,10 3,10 - 4,6

Полное перепроектирование – результаты

Случай №

Бюджет

Устройство, выбранное в группе №

1 2 3 4

2

17500 1.5 2.09 5.02+3.05 4.10

19500 1.9 2.09 5.02+3.05 4.10

21500 1.9 2.09 5.01+5.03 4.10

4

33500 1.6 2.10 3.18 4.11

36000 1.6 2.10 3.18 4.05

38000 1.6 2.09 3.18 4.06

6 50000 1.6 2.10 3.10 4.06

Гибридный подходРезультаты полного перепроектирования могут

быть полезны при анализе возможных решений

(частичного перепроектирования)

Множества наилучших вариантов, полученных при

полном и частичном перепроектировании могут:

a) не пересекаться

b) иметь непустое пересечение

c) Полностью совпадать

Гибридный подход – 2 множества

Множество наилучших вариантов (полное

перепроектирование)

Множество наилучших вариантов (частичное перепроектирование)

Гибридный подход Альтернативы в вышеуказанных случаях:

a) Необходимо дополнительно рассматривать

близость реализуемых вариантов к наилучшим

(полученным при полном перепроектировании) ,

возвращаясь к оценкам C1C2C3C4

b) результат (наилучший вариант) - элементы,

принадлежащие обоим множествам

c) мы можем произвести частичное

перепроектирование и быть уверены в том, что

получили абсолютно лучший вариант

Гибридный подход в действии

БюджетУстройство, выбранное в группе №

1 2 3 4

Частичное перепроектирование

17500 1.5 2.5 5.2+3.5 4.10

19500 1.5 2.5 5.1+3.5 4.10

Полное перепроектирование

17500 1.5 2.9 5.2+3.5 4.10

19500 1.9 2.9 5.2+3.5 4.10

Возможные улучшения1. Усовершенствование кластеризации критериев

2. Учет влияния устройств друг на друга

3. Дальнейшее изучение вопросов относительной

важности узлов и соответствующих устройств

4. Учет различных вариантов топологий-технологий

(или с использованием указанного в п.2, или как

некоторые виртуальные устройства с учетом п.3)

5. Дальнейшее исследование вопроса о

качественности получаемого набора с точки зрения

влияния оценок отдельных устройств

Сотрудничество

Наша цель: Провести исследование и подготовить совместную статью по новому приложению. Можно обращаться по e-mail к любому автору.

[email protected]; [email protected]

Будем рады академическому сотрудничеству по рассмотренному подходу:

Например, исследовать и рассчитать другое приложение (энергетическая сеть, любая другая техническая или организационная система):

построение моделизадание критериев и альтернативрасчеты по перепроектированию системы

Спасибо за внимание!

Documents

Перепроектирование конфигурации сетевого оборудования