ВКР ТУСУР: Программный комплекс мониторинга работы высокоскоростных систем передачи данных

ВКР ТУСУР: Программный комплекс мониторинга работы высокоскоростных систем передачи данных

Бесплатная консультация по вашей теме: Telegram: @Diplomit Телефон/WhatsApp/MAX: +7 (987) 915-99-32, Email: admin@diplom-it.ru

Актуальность темы

Высокоскоростные системы передачи данных (ВСПД) — сердце современных цифровых инфраструктур: от научных сетей ТУСУР и Сибирского суперкомпьютерного центра до телекоммуникаций и облачных провайдеров. Скорости в 100 Гбит/с и выше стали нормой, но чем быстрее канал, тем дороже его сбой. Один час простоя сети в университете или производственном центре может стоить сотни тысяч рублей — и это не считая потерь репутации и доверия.

Традиционные средства мониторинга (Ping, SNMP, Zabbix) не справляются с задачей: они фиксируют «есть ли соединение», но не показывают, почему пакеты теряются, когда возникает задержка в микросекундах, или какие именно элементы канала (оптика, коммутатор, кабель) вызывают деградацию. В ТУСУР, где разрабатываются системы передачи данных для научных проектов, такая проблема особенно остра — студенты, работающие с большими массивами данных из детекторов частиц, сталкиваются с «потерями» на этапе загрузки, которые невозможно объяснить без глубокого анализа.

Создание программного комплекса мониторинга — это не просто написание скриптов. Это разработка системы диагностики на уровне физического слоя, способная выявлять неисправности до того, как они станут критическими. Ваша дипломная работа может стать основой для создания собственного инструмента, который будет использоваться в лабораториях ТУСУР и даже внедрен в коммерческие компании — ведь таких решений в России пока крайне мало.

Возникли трудности с анализом протоколов TCP/IP или выбором инструментов для сбора метрик? Наши эксперты по защите информации помогут! Звоните или пишите: Telegram: @Diplomit
+7 (987) 915-99-32 (WhatsApp/MAX), admin@diplom-it.ru.

Если вы еще не определились с архитектурой, ознакомьтесь с полным руководством по написанию ВКР ТУСУР Информационные системы и технологии Полное руководство по написанию ВКР ТУСУР Информационные системы и технологии.

Цель и задачи

Цель исследования: Разработать программный комплекс мониторинга высокоскоростных систем передачи данных, обеспечивающий детектирование аномалий на уровне физического и канального слоев, прогнозирование отказов и визуализацию состояния сети в реальном времени.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

• Проанализировать существующие системы мониторинга (Zabbix, Prometheus, Nagios, NetFlow) и их ограничения для ВСПД
• Определить ключевые метрики качества передачи: jitter, packet loss, latency, BER, FEC-коррекция
• Разработать архитектуру комплекса: сбор, обработка, хранение, визуализация данных
• Реализовать модули сбора данных через SNMPv3, sFlow, портовые зеркалирования и API оборудования
• Разработать алгоритмы обнаружения аномалий на основе машинного обучения (Isolation Forest, LSTM)
• Создать веб-интерфейс с дашбордами и системой предупреждений (SMS, Telegram, email)
• Протестировать комплекс на лабораторной установке ВСПД в ТУСУР

Объект и предмет исследования

Объект исследования: Высокоскоростные системы передачи данных, используемые в научных и промышленных сетях.

Предмет исследования: Методы и технологии программного обеспечения для мониторинга, диагностики и прогнозирования состояния высокоскоростных каналов передачи данных.

Фокус работы — на прогнозировании сбоев, а не на их фиксации. Если другие студенты пишут скрипты, которые говорят «сеть упала», ваша работа должна сказать: «через 47 минут произойдет потеря пакетов из-за деградации оптического модуля на порту 12» — именно это и делает вашу дипломную работу научно значимой.

Примерный план (Содержание) работы

Глава 1. Теоретические основы мониторинга высокоскоростных сетей

• 1.1. Архитектура современных ВСПД: Ethernet 100G, InfiniBand, DWDM
• 1.2. Параметры качества передачи: метрики, допустимые значения, стандарты IEEE
• 1.3. Методы сбора данных: SNMP, sFlow, NetFlow, DPI, портовые зеркалирования
• 1.4. Обзор систем мониторинга: преимущества и недостатки
• 1.5. Подходы к прогнозированию отказов: статистические и машинно-обучающие методы

Глава 2. Проектирование и разработка программного комплекса

• 2.1. Формирование требований к системе: функциональные и нефункциональные
• 2.2. Выбор технологического стека: Python, Go, Grafana, InfluxDB, Kafka
• 2.3. Разработка модулей сбора данных: интеграция с оборудованием Cisco, Huawei, Juniper
• 2.4. Создание алгоритмов обнаружения аномалий: обучение на исторических данных
• 2.5. Разработка веб-интерфейса: React.js + D3.js для визуализации трафика
• 2.6. Реализация системы уведомлений и аварийных оповещений

Глава 3. Тестирование и оценка эффективности

• 3.1. Методика тестирования: симуляция отказов, нагрузочные испытания
• 3.2. Оценка точности прогнозирования (ROC-AUC, Precision-Recall)
• 3.3. Сравнение с существующими решениями
• 3.4. Оценка производительности: задержки, потребление ресурсов
• 3.5. Рекомендации по внедрению в реальных сетях

Возникли трудности с настройкой sFlow или обучением модели ML? Наши эксперты по защите информации помогут! Звоните или пишите: Telegram: @Diplomit
+7 (987) 915-99-32 (WhatsApp/MAX), admin@diplom-it.ru.

Ожидаемые результаты и практическая значимость

Результатом работы станет полнофункциональный программный комплекс, включающий:

• Сборщик данных для мониторинга трафика на скоростях до 100 Гбит/с
• Модуль анализа аномалий с точностью прогнозирования >85%
• Веб-панель с интерактивными графиками: тепловые карты, временные ряды, диаграммы ошибок
• Систему предупреждений в Telegram и SMS
• Отчет с результатами тестирования на лабораторной установке ТУСУР

Практическая значимость — огромна. Комплекс может быть внедрен в лабораторию сетевых технологий ТУСУР, использован в Сибирском суперкомпьютерном центре, а также продан компаниям, работающим с Big Data. Вы получите не просто диплом, а готовый продукт с кодом, документацией и тестами, который можно положить в портфолио и показать работодателю — это ценится выше любого сертификата.

Пример введения ВКР ТУСУР

В эпоху больших данных и искусственного интеллекта скорость передачи информации становится стратегическим ресурсом. В ТУСУР, где ведутся исследования в области квантовой связи, суперкомпьютерных вычислений и телеметрии, даже микросекундная задержка может привести к потере экспериментальных данных. Тем не менее, большинство сетевых систем остаются «слепыми» к постепенной деградации — они реагируют только на полный сбой. Исследование показывает, что 70% отказов в высокоскоростных сетях происходят не внезапно, а в результате накопления дефектов: загрязнение оптических соединений, перегрев модулей, износ кабелей. Но эти признаки игнорируются традиционными системами мониторинга, которые проверяют только доступность.

Целью настоящей магистерской диссертации является разработка программного комплекса мониторинга высокоскоростных систем передачи данных, способного не просто фиксировать сбои, а предсказывать их с точностью более 80% на основе анализа параметров качества передачи. Объектом исследования являются высокоскоростные каналы передачи данных, предметом — методы и технологии программного обеспечения для диагностики и прогнозирования состояния сетевой инфраструктуры. Для достижения цели применяются методы анализа временных рядов, машинного обучения и сетевого программирования. Научная новизна заключается в интеграции методов анализа BER, FEC и jitter с алгоритмами обнаружения аномалий на основе LSTM-сетей, адаптированных под российские условия эксплуатации оборудования. Практическая значимость работы состоит в создании инструмента, который позволит снизить простои сетей на 60% и обеспечить бесперебойную работу научных проектов ТУСУР.

Заключение ВКР ТУСУР Информационные системы и технологии

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был разработан и протестирован программный комплекс мониторинга высокоскоростных систем передачи данных. Прототип успешно обнаружил 9 из 10 заранее спровоцированных аномалий на лабораторной установке, с точностью прогнозирования отказов на уровне 87,3%. Система сократила время реакции на деградацию с 4,5 часов до 12 минут, а визуализация позволила инженерам быстро идентифицировать источник проблемы — например, загрязненный оптический разъем на модуле SFP+.

Разработанный комплекс полностью соответствует требованиям методички ТУСУР и может быть внедрен в учебный процесс для подготовки специалистов по сетям. Полученные результаты подтверждают, что будущее сетевого администрирования — в предиктивной аналитике, а не в реактивных действиях. Работа может служить основой для публикации в журнале «Информационные технологии» или участия в конкурсе «Лучшая студенческая разработка».

Требования к списку источников

Список литературы должен соответствовать ГОСТ 7.1-2003 и включать не менее 40 источников, из которых минимум 25% (10+) должны быть опубликованы за последние 2 года (2023–2025 гг.). Источники следует разделить на категории: стандарты, научные статьи, техническая документация, руководства по сетевому мониторингу.

Примеры корректного оформления:

• IEEE 802.3bs-2017. IEEE Standard for Ethernet. — 2017.
• Коваленко, А.С. Мониторинг производительности высокоскоростных сетей на основе sFlow // Технологии и системы управления. — 2024. — № 3. — С. 45–52.
• Prometheus Documentation. — URL: https://prometheus.io/docs/ (дата обращения: 15.05.2025)
• Li, X. et al. Anomaly Detection in High-Speed Networks Using Deep Learning. Computer Networks. — 2023. — Vol. 234. — P. 110123. DOI: 10.1016/j.comnet.2023.110123
• Juniper Networks. MX Series Router Configuration Guide. — 2024. — 512 p.
• Grafana Documentation. — URL: https://grafana.com/docs/ (дата обращения: 15.05.2025)

Обязательно включайте источники по sFlow, NetFlow v9, RFC 3954, статьи из IEEE и журналов Q1/Q2, а также технические руководства от производителей оборудования. Все ссылки должны быть упомянуты в тексте работы.

Полезные материалы для написания магистерской диссертации

• Все готовые работы Информационные системы и технологии — образцы структур, кода и анализа
• Методические рекомендации по написанию ВКР ТУСУР по направлению 09.03.01
• Курс "Network Monitoring and Analysis" на Udemy
• Руководство по настройке sFlow на Cisco Nexus