Основы компьютерного моделирования

Тема 1.6. Виды компьютерных моделей (часть 3)

План занятия

Источники: Гребешков, пп. 2.2.5, 5.2, 6.3; RFC 3444, RFC 7950; W3C OWL 2 Primer; Туманбаева, пп. 5.1, 5.2; ПГУТИ, лекция 3

1. Информационное моделирование

Управляемый объект, база информации управления, модель данных

2. Моделирование знаний

Онтология, правила вывода, экспертная система

3. Области применения

Задачи анализа и синтеза каналов и сетей связи

4. Задачи проектирования и реализации моделей

Что решает разработчик модели и что получает

Описание управляемого объекта

Гребешков, п. 2.2.5, рис. 2.6; пример — учебное толкование

Элемент

Что означает

Пример: порт коммутатора

Атрибуты

свойства объекта: тип и значение

скорость, состояние, счётчик пакетов

Действия

выполняются на объекте по команде

включить, выключить

Поведение

режим работы в ответ на команду

выключенный порт не передаёт кадры

Уведомления

сообщения о событиях и результатах

сообщение о пропадании линии

Информационная модель управления — абстрактное описание сетевых ресурсов, доступных для управления, и допустимых операций.

  • Информационная модель описывает не поведение объекта во времени, а сведения о нём: состав, свойства и что с ним можно делать.
  • Модель объектно-ориентированная (МСЭ-Т X.720). Класс — множество объектов с одинаковыми атрибутами, операциями и поведением.

МодельУправляемый объект «порт коммутатора»

Гребешков, п. 2.2.5: атрибуты, действия, поведение, уведомления. Управляйте объектом — смотрите, что меняется

Атрибутытип и значение
скорость 1 Гбит/с
состояние up
счётчик пакетов 0
Действияпо команде менеджера
Поведениеответ на команду
Событие в сети
Порт 3
Уведомления и операции (журнал менеджера)

Операция выполняется сначала на модели ресурса, затем на оборудовании (Гребешков, п. 2.2.5). Пример — учебное толкование.

Менеджер, агент и база информации управления

Гребешков, пп. 2.2.5 и 5.2

Кто работает с моделью

• Менеджер выдаёт команды и принимает уведомления

• Агент на элементе сети выполняет команды и сообщает результат

• Операция выполняется сначала на модели ресурса, затем на оборудовании

• Операции: Create, Delete, Action — над объектом; Get, Set — над атрибутами

База информации управления (MIB)

• Хранит сведения информационной модели по классам объектов

• База менеджера вторична по отношению к базе агента

• Протокол SNMP: MIB-I — 114 объектов, MIB-II — 185 объектов

• Объект sysUpTime — номер 1.3.6.1.2.1.1.3.0 в дереве регистрации

Информационная модель и модель данных

RFC 3444 (2003), разд. 2–4; RFC 7950 (2016)

Признак

Информационная модель

Модель данных

Уровень

концептуальный, абстрактный

более низкий, конкретный

Реализация и протокол

не зависит

включает их детали

Для кого

проектировщики, операторы

разработчики

Языки записи

диаграммы классов UML

SMI, GDMO, YANG

Из одной информационной модели можно получить несколько моделей данных.

  • UML — унифицированный язык моделирования; SMI — структура информации управления; GDMO — правила определения управляемых объектов.
  • YANG (RFC 7950) описывает данные конфигурации, состояния, удалённые вызовы процедур и уведомления; данные — дерево: у узла есть имя и значение либо дочерние узлы.

Модель знаний: язык OWL 2

W3C, OWL 2 Web Ontology Language Primer, рекомендация от 11.12.2012

Онтология

Набор точных описательных утверждений о некоторой части мира.

Аксиомы и сущности

Аксиомы — основные утверждения. Сущности — классы, свойства, индивиды.

Логический вывод

Программа автоматически вычисляет следствия из записанных аксиом.

Открытый мир

Отсутствующее сведение не считается ложным. В базе данных — считается.

  • OWL 2 предназначен для представления знаний о предметах, группах предметов и отношениях между ними.
  • Выражения — сочетания сущностей, образующие сложные описания.
  • Модель знаний хранит не только факты, но и утверждения, из которых программа сама выводит новые факты.

ПроверкаОткрытый и закрытый мир

W3C OWL 2 Primer: в онтологии отсутствующее сведение не считается ложным, в базе данных — считается

Записано: «Порт 1 — исправен», «Порт 2 — исправен». О порте 5 записей нет.
1. База данных: «Порт 5 исправен?»
Закрытый мир: раз записи нет — утверждение ложно.
2. Онтология OWL 2: «Порт 5 исправен?»
Открытый мир: отсутствие сведения не делает его ложным — вывод невозможен.
3. Кто вычисляет следствия из аксиом?
Логический вывод — программа автоматически вычисляет следствия из записанных аксиом.

Система мониторинга мультисервисной сети

Туманбаева, п. 5.1; соотнесение с видами моделирования — учебное толкование

Элемент системы

Что делает

Вид моделирования

Экспертная самообучающаяся система

вырабатывает решения по правилам логического вывода

моделирование знаний

Система статистического анализа

обрабатывает измерительную информацию

математическое

Система математического моделирования

оценивает вероятностно-временные характеристики

математическое

Причина: информации для решения очень много, она не полностью достоверна и может быть устаревшей.

  • Систему мониторинга строят как распределённую обучающуюся экспертную систему; математический аппарат обучения — нейронные сети (Туманбаева, п. 5.1).

Знания в системах управления сетью

Гребешков, пп. 2.2.5 и 6.3

Общие знания по управлению

Базы данных SMK используются менеджерами и агентами TMN.

Распределение

Знания SMK могут быть распределены по нескольким узлам.

Правила

Платформа TeMIP обрабатывает сообщения о неисправностях по правилам описания аварийной ситуации.

Экспертная система

Входит в состав средств разработки платформы TeMIP.

  • SMK — shared management knowledge, общие знания по управлению.

Задачи анализа и синтеза

ПГУТИ, слайды 34–37

Объект

Анализ

Синтез

Канал связи

оценить возможности среды, определить параметры кодера и декодера

разработать оптимальные алгоритмы кодера и декодера

Сеть связи

оценить пропускную способность, качество, надёжность, устойчивость

найти оптимальную структуру сети при заданных каналах и трафике

Моделирование нужно на этапах проектирования, разработки, эксплуатации и модернизации сети (Туманбаева, п. 5.1).

  • Синтез: структурный — перечень типов элементов с таблицей соединений или схема расположения; параметрический — расчёт параметров методами оптимизации (ПГУТИ, слайды 54–56).
  • Частные задачи синтеза сети: выбор топологии, числа и мест расположения узлов связи.

ЗакреплениеАнализ или синтез?

ПГУТИ, слайды 34–37. Разложите задачи

Оценить возможности среды передачи Определить параметры кодера и декодера Разработать оптимальные алгоритмы кодера и декодера Оценить пропускную способность и качество сети Оценить надёжность и устойчивость сети Найти оптимальную структуру сети при заданных каналах и трафике
Анализоценить то, что есть
Синтезнайти лучшее решение

Области применения по видам моделирования

Учебное толкование по источникам частей 1–3

Физическое

Проверка схемы устройства, испытание аппаратуры управления.

Математическое

Расчёт числа каналов, задержек, потерь, вероятности ошибки.

Информационное

Учёт оборудования, мониторинг и настройка сети.

Моделирование знаний

Обнаружение и локализация нештатных ситуаций, поддержка решений оператора.

  • В эксплуатации добавляется управление трафиком: изменение пропускной способности каналов и маршрутов, ограничение трафика менее приоритетных пользователей (Туманбаева, п. 5.1).

Задачи разработчика модели

ПГУТИ, слайды 97, 100, 101; Туманбаева, п. 5.2

Проектирование: концептуальная модель

Реализация: алгоритм, программа, отладка

Применение: эксперимент, обработка, отчёт

Построение программной модели — отображение объектов концептуальной модели на объекты программной модели с сохранением структуры связей.

Задачи проектирования и реализации

ПГУТИ, слайды 97, 100, 101

Группа

Задачи

Результат

Проектирование

границы системы; основные составляющие; исключение второстепенного; блоки; подпроцессы

концептуальная модель

Реализация

моделирующий алгоритм; текст программы; техническое средство; отладка; проверка достоверности; документация

программа и документация

Применение

план эксперимента; калибровка; статистическая обработка; интерпретация; отчёт

выводы

  • Критерии — требования к модели: полнота, гибкость, соответствие техническим ресурсам (ПГУТИ, слайд 95).
  • Исключая второстепенное, предполагают, что оно не влияет существенно; предположение записывают и проверяют на тестовых примерах (учебное толкование).

ЗакреплениеЭтапы работы над моделью

ПГУТИ, слайды 97, 100, 101. Разложите задачи по группам

Определить границы системыИсключить второстепенноеВыделить блоки и подпроцессы Составить моделирующий алгоритмНаписать и отладить программуПроверить достоверность Спланировать экспериментСтатистически обработать результатыСоставить отчёт с выводами
Проектирование→ концептуальная модель
Реализация→ программа и документация
Применение→ выводы

Итог темы 1.6

Далее — раздел II: программные средства компьютерного моделирования

Информационная модель

Объекты, атрибуты, операции; хранится в базе информации управления.

Модель знаний

Утверждения и правила, из которых программа выводит следствия.

Применение

Анализ и синтез каналов и сетей на всех этапах жизни сети.

Задачи разработчика

Спроектировать концептуальную модель, реализовать программу, проверить достоверность.

Конец занятия