Магистерский диплом (ВКР) на тему Использование методов предиктивного анализа для повышения надежности сетевой ИТ-инфраструктуры ОАО «РЖД»

Содержание:

Список
условных сокращений. 3

Введение. 4

Глава
1 Анализ сетевой инфраструктуры современного крупного предприятия,
функционирующего в сфере транспорта. 7

1.1
Определение сетевой инфраструктуры.. 7

1.2
Особенности проводных сетей транспортных компаний в целом и РЖД в частности. 9

1.3
Особенности создания и эксплуатации беспроводных сетей транспортных компаний
(на примере РЖД) 11

1.4
Базовые понятия о надежности сетевой инфраструктуры.. 12

1.5
Выводы по разделу. 20

Глава
2 Предиктивный анализ, как инструмент повышения надежности сетевой
инфраструктуры компаний. 22

2.1
Суть задачи прогнозирования. 22

2.2
Существующие методы и средства прогнозирования в вопросах надежности  28

2.3
Обоснование выбора базового метода прогнозирования надежности сетевой
инфраструктуры компании и выбор путей его усовершенствования. 33

2.4
Выводы по разделу. 37

Глава
3 Проектирование метода прогнозирования надежности сетевой инфраструктуры транспортной
компании. 38

3.1
Выбор моделируемых объектов и их показателей надежности. 38

3.2
Разработка усовершенствованного алгоритма прогнозирования надежности  40

3.3
Обоснование выбора средств разработки. 42

3.4
Программная реализация продукта для прогнозирования надежности сетевой
инфраструктуры транспортной компании. 54

3.4.1
Разработка интерфейса пользователя программы.. 54

3.4.2
Особенности программной реализации созданных ранее алгоритмов  58

3.4.3
Создание документационного обеспечения созданного программного продукта. 62

3.5
Выводы по разделу. 64

Глава
4 Оценка эффективности созданного решения. 66

4.1
Тестирование разработанного программного продукта и анализ результатов
контрольного примера. 66

4.2
Оценка экономической эффективности. 71

4.3
Другие возможные виды эффекта и перспективы внедрения продукта. 73

4.4
Выводы по разделу. 73

Заключение. 75

Список
использованных источников. 77

Приложение.
Исходный текст созданного программного обеспечения на языке С/С++  79

Введение:

Компьютеры на сегодняшний день плотно проникли во все сферы
жизни нашего общества и представить крупную (а даже среднюю и малую) компанию,
не использующую компьютерную технику (далее — КТ), практически невозможно.
Абсолютно новый уровень качества автоматизации бизнес-процессов общество
получило после тотального повсеместного внедрения компьютерных сетей (далее –
КС) и, в частности, глобальной сети Интернет. Объединение компьютерной техники
в сети для бизнеса предоставляет возможности по мгновенной коммуникации
сотрудников в рамках выполнения общих задач и работы над общими проектами.
Отличные возможности по созданию и использованию совместного рабочего
пространства в разы увеличивают производительности целых коллективов, позволяя
работать совместно в режиме реального времени без какой-либо временной задержки. Внедрение КС там, где они
ранее не использовались, позволяет компаниям начинать экономить огромные суммы,
и экономическая эффективность таких решений на сегодня практически является
очевидной.

Однако, КС, как и любой технический объект, может частично
или полностью выйти из строя, что может быть обусловлено целым рядом причин. Сюда
можно отнести стандартную для любой техники причину физического износа
оборудования, на котором построена сеть, но также причиной могут быть и некие
неочевидные события, например, заражение вирусом части компьютеров сети.
Результатом такого процесса может быть полная невозможность пользования сетью,
что очевидно напрямую относится к вопросам надежности. Таким образом, можно
сказать, что надежность компьютерных сетей включает в себя традиционные вопросы
надежности технических объектов, но также имеет и некие специфические аспекты,
поэтому исследования надежности КС являются актуальным вопросом современной
отрасли информационных технологий (далее – ИТ).

Особую актуальность исследования надежности сетей
приобретают в том случае, когда на них базируется работа стратегических
объектов инфраструктуры страны в целом. ОАО «Российские железные дороги» (далее
– ОАО «РЖД»), безусловно, относится к таким компаниям, поэтому обеспечение
надежности ее сетевой инфраструктуры является актуальной прикладной задачей для
специалиста (выпускника магистратуры) в отрасли ИТ.

Целью работы можно считать повышение надежности сетевой
инфраструктуры такой крупной транспортной компании, как ОАО «РЖД», чего можно
добиться путем создания методики и соответствующего программного средства для
более точного прогнозирования характеристик надежности составляющих этой
сетевой инфраструктуры.

Для достижения цели нужно решить следующие частные задачи
исследования:

— проанализировать имеющийся пласт научно-технических
публикаций по тематике надежности компьютерных сетей;

— выделить один, наиболее соответствующий целям данной
работы, метод прогнозирования показателей надежности и провести его
усовершенствование;

— создать программную реализацию улучшенной методики
прогнозирования параметров надежности компьютерных сетей;

— провести оценку эффективности разработанного решения,
сделать выводы по работе.

Объектом исследования является процесс функционирования
сетевой инфраструктуры крупной транспортной компании.

Предметом исследования являются параметры надежности
элементов данной сетевой инфраструктуры.

Научная новизна состоит в разработке на базе методов
предиктивного анализа метода прогнозирования надежности элементов сетевой
инфраструктуры крупной транспортной компании, что позволяет более эффективно проводить
замену и обслуживание оборудования, снижая время простоя соответствующего
компьютерного оборудования, оставшегося без связи, и сотрудников.

Практическое значение работы состоит в разработке
работающего программного продукта, с помощью которого можно проводить оценку
временных показателей надежности, имеющих наибольшее эксплуатационное значение.

Методы, примененные в работе: методы предиктивного анализа,
общая теория надежности, общенаучные методы анализа и синтеза, технологии
программирования.

Заключение:

Таким
образом, в данной работе проведено проектирование и реализацию программного
продукта, на базе методов предиктивного анализа осуществляет прогнозирование
времени бесперебойной работы сетевых устройств, составляющих основу сетевой
инфраструктуры ОАО «РЖД».

В
первую очередь в работе подробно рассмотрены вопросы о составе сетевой
инфраструктуры крупной транспортной компании, которой  и является ОАО «РЖД», а также
проанализированы показатели надежности устройств, образующих эту сетевую
инфраструктуру. Выбраны факторы, влияющие на надежность этих устройств и, в
частности, обусловленные тем, что их эксплуатация проводится на подвижном
составе, а не в стационарных пунктах.

Основой
созданного решения выбрана нейронная сеть в виде двухслойного персептрона с 8
входами (в работе выбрано 8 основных характеристик условий эксплуатации
оборудования, которые могут влиять на ее длительность) и одним выходом (с
которого снимается прогнозируемое время в часах). Такой подход позволяет
улучшить процесс прогнозирования показателей надежности, используя только
простые, но эффективные методы машинного обучения (нейронную сеть прямого
распространения или персептрон), самое главное — отпадает необходимость возведения
классической математической модели (которая, очевидно, была бы достаточно
сложной, а также насыщенной разнообразными неизвестными коэффициентами, которые
должны задаваться экспертным путем, что часто бывает не очень надежным).

Программа
разработана на языке С/С++ в среде С++ Builder с использованием
объектно-ориентированного подхода к программированию. Исследование готового
программного продукта показало, что прогнозирование осуществляется с
удовлетворительной для данной предметной области точностью от 15%.
Соответственно, разработанный программный продукт может использоваться на
практике в планировании замены сетевого оборудования, что позволяет получить
различные виды эффекта от внедрения такой системы.

В
целом исследование может считаться завершенным, а цель работы — достигнутой.

Фрагмент текста работы:

Глава 1 Анализ сетевой инфраструктуры современного
крупного предприятия, функционирующего в сфере транспорта 1.1 Определение сетевой инфраструктуры Перейдем к рассмотрению вопроса о понятии сетевой
инфраструктуры и ее составе. Очевидно, что это комплексное, сложное по своей
структуре понятие, которое включает следующие, рассмотренные ниже составляющие.

а) Во-первых, это множество устройств (devices), являющихся
узловыми в локальной КС предприятия: D = {d1, d2, …, dN}
= {di | i = 1..N} (1.1)

Сюда следует отнести все мощные компьютеры-серверы,
персональные настольные компьютеры, ноутбуки, планшеты, смартфоны, образующие
множество С = {сi} клиентских (client)
устройств сети (таких, на которых может работать сотрудник компании, законный
пользователь сети).

Также в состав множества D
должны входить все сетевые устройства, носящие для пользователя служебный
(service) характер, так как их задача лишь обеспечивать работоспособность сети,
однако пользоваться ими он не может. Такие служебные сетевые устройства условно
объединим в множество S = {si}. В результате имеем
соотношение: D = C
È
S

б) Во-вторых, сетевую инфраструктуру образуют каналы
передачи данных, множество которых обозначим H = {hi}.
Все каналы передачи данных можно разделить на арендованные у операторов
телекоммуникационных систем (провайдеров) H1
и собственные H2: H = H1
È
H2

Очевидно, что, чем крупнее компания и чем более тесно ее
деятельность (возможно, часть деятельности) связана с отраслью ИТ, тем больше
будет мощность множества H2.
Прокладывать свои собственные каналы для использования только в рамках одной
конкретной организации целесообразно в следующих случаях:

— существуют центры обработки данных компании, которые
подпадают под категорию Big Data и располагаются в границах разных административно-территориальных
единиц;

— существуют территориально близкие (в рамках одного
района) подразделения компании с большим взаимным трафиком между ними
(например, два здания на соседних кварталах);

— вероятность изменения точек дислокации указанных в
предыдущем пункте подразделений компании низкая;

— компания планирует сдавать в аренду собственные
каналы связи другим юридическим лицам или предоставлять услуги доступа в
Интернет для населения;

— требуется повышенный уровень секретности передаваемых
по таким каналам данных (уровня государственной тайны);

— компания имеет достаточно средств на содержание
научно-исследовательских подразделений, в сферу научных интересов которых
попадают современные информационно-коммуникационные технологии;

— тривиальный
случай, когда речь идет о каналах передачи данных в пределах одного здания или
соседних зданий (т.е. каналы