Der vorliegende Text entwirft ein Rahmenwerk, das es ermöglicht, die beim Management von Rechnernetzen anfallenden Daten dreidimensional und dynamisch zu visualisieren. Dabei wird dem Anwender die Möglichkeit gegeben, durch die erzeugte Darstellung zu navigieren und mit ihr zu interagieren. Zentraler Gesichtspunkt beim Entwurf des Systems sind die allgemeine Integration in Managementplattformen und die aus einem Einsatz im Netzmanagement folgenden Anforderungen. Diese werden ausgehend von allgemeinen Aufgaben des Netzmanagements, den Erfordernissen des praktischen Rechenbetriebes und einem psychologischen Veranschaulichungsmodell für die Visualisierung festgelegt.
Um die Managementanwendungen und die von ihnen produzierten Daten in eine dreidimensionale Darstellung integrieren zu können, wird beim Entwurf des Systems ein Modell zur Informationsvisualisierung berücksichtigt und mit einem Modell für Managementplattformen kombiniert. Es werden semantische und funktionale Einheiten des Visualisierungsprozesses identifiziert und ein erweiterbares Datenmodell entworfen.
Das Ergebnis ist die Spezifikation eines grundlegenden Modells zur Integration von Managementanwendungen in eine VR-Umgebung. Dieses sieht eine Schnittstelle vor, über die verschiedenste Anwendungen angebunden werden können, um eine homogene Visualisierung des dem Management zugrundeliegenden Rechnernetzes und der Zustände seiner Komponenten erzeugen zu können.
Das allgemein gehaltene Rahmenwerk bietet dabei beispielhaft bereits grundlegende Definitionen für die visuelle Darstellung von Kommunikationsarchitekturen an. Da diese einfach erweiterungsfähig sind, kann das System auch zur Darstellung anderer Sachverhalte, beispielsweise für das Systemmanagement, genutzt werden.
Die Tragfähigkeit der Architektur wird anhand der Implementierung eines Prototypen nachgewiesen. Anhand von Beispielen wird gezeigt, dass auf der Grundlage der Spezifikation dreidimensionale Visualisierungen der Netztopologie, die Konfiguration von VLANs und eine dynamische Darstellung von Verkehrsflüssen möglich sind. Der Prototyp wurde für die Komponentenarchitektur JMX realisiert und stellt ein funktionsfähiges VR-Visualisierungssystem für diese Managementumgebung dar.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
1.1 Eine dreidimensionale Umgebung für das Netzmanagement
1.2 Virtuelle Realität
1.3 Perspektiven der Veranschaulichung
1.4 Aufgabenstellung und Aufbau der Arbeit
2 Analyse der Anforderungen
2.1 Anforderungen aus der Sicht des Managements
2.1.1 Fehlermanagement
2.1.2 Konfigurationsmanagement
2.1.3 Abrechnungsmanagement
2.1.4 Leistungsmanagement
2.1.5 Sicherheitsmanagement
2.2 Anforderungen an die Visualisierung
2.2.1 Szenario: Visualisierung der Netztopologie
2.2.2 Szenario: Administration und Planung von VLAN-Konfigurationen
2.2.3 Szenario: Visualisierung von Verkehrsflüssen
2.3 Anforderungskatalog
3 Architekturdesign des Rahmenwerks
3.1 Bestehende Ansätze
3.2 Visualisierungsmodell
3.2.1 Teilschritte der Visualisierung
3.2.2 Informationsraum
3.2.3 Präsentationsraum
3.2.4 Abbildungsfunktion
3.3 Integration in Netzmanagementplattformen
3.4 Informationsschicht: Datentransformation und Informationsraum
3.4.1 Objekte
3.4.2 Anwendungsservice
3.4.3 Anwendungs-API
3.5 Präsentationsschicht: Visualisierungstransformation und Präsentationsraum
3.5.1 Objekte
3.5.2 Mappingservice
3.5.3 Visualisierungsfunktionen
3.5.4 Layoutservice
3.6 Visuelle Abbildung
3.6.1 Visualisierungsservice
3.6.2 Graphisches Benutzer-Interface
3.6.3 Connector
3.7 Interaktion
3.8 Bewertung des Ansatzes
3.8.1 Erfüllte Anforderungen
3.8.2 Nachteile
3.8.3 Vorteile
4 Tragfähigkeitsnachweis
4.1 Vorarbeiten
4.2 JMX
4.2.1 Instrumentation Level
4.2.2 Agent Level
4.2.3 Distributed Services Level
4.2.4 Notifikationen
4.3 Implementierung des Prototypen
4.3.1 Management-Beans
4.3.2 Basisklassen
4.3.3 Visualisierungsanwendungen
4.3.4 Managementanwendungen
4.3.5 Anwendungsfallorientierte Objekte und Funktionen
4.3.6 Das Benutzer-Interface
4.4 Realisierung der Szenarien
4.4.1 Darstellung der Netztopologie
4.4.2 Visualisierung und Konfiguration von VLANs
4.4.3 Darstellung von Verkehrsflüssen
4.5 Erkenntnisse aus der Umsetzung
5 Zusammenfassung und Ausblick
5.1 Zusammenfassung
5.2 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, ein Rahmenwerk für die dreidimensionale und dynamische Visualisierung von Netzmanagement-Daten zu entwerfen und dessen Tragfähigkeit durch die Implementierung eines Prototypen zu validieren, um eine effizientere Analyse komplexer Netzstrukturen zu ermöglichen.
- Integration von Netzmanagement- und Planungswerkzeugen in VR-Umgebungen
- Entwurf eines skalierbaren Informations- und Visualisierungsmodells
- Konzeption einer schichtbasierten Architektur für Daten- und Präsentationslogik
- Implementierung mittels JMX (Java Management Extensions) als Basis
- Evaluierung anhand von Szenarien wie Topologie-Visualisierung und VLAN-Konfiguration
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Teilschritte der Visualisierung
Die Rohdaten werden durch einen Prozess der schrittweisen Umsetzung in ein sichtbares Bild umgewandelt. Hierzu kann eine sogenannte „Visualisierungspipeline” verwendet werden.
Definition 3.1 Eine Visualisierungspipeline unterteilt den Prozess der Visualisierung in konzeptionelle Teilbereiche. Das Ziel ist dabei, die Information aus den Rohdaten in ein Format umzusetzen, das vom menschlichen Wahrnehmungssystem verstanden werden kann. Gleichzeitig soll aber die Integrität der ursprünglichen Information erhalten bleiben.
[HaMc 90] beschreibt das sogenannte filter-map-render Referenzmodell, das eine Visualisierungspipeline mit drei Transformationen vorsieht. Diese Transformationen treten in den meisten Visualisierungsprozessen auf.
Die erste Transformation ist eine Datenanreicherung bzw. Datenverbesserung (data enrichment bzw. data enhancement). Sie operiert direkt auf den Rohdaten. Aus den Rohdaten werden die für die anschließenden Visualisierungsoperationen notwendigen Sachverhalte abgeleitet.
Die nächste Transformation ist die Visualisierungsabbildung (visualisation mapping). Sie konstruiert ein imaginäres Objekt, das als abstraktes Visualisierungsobjekt (abstract visualisation object, AVO) bezeichnet wird. Seine Konstruktion erfolgt aus den von der ersten Transformation abgeleiteten Daten. Ein AVO ist ein imaginäres Objekt mit einer Ausdehnung in Raum und Zeit. Es besteht aus einem Attributfeld, in das die Simulationsdaten abgebildet werden. Diese Attribute können beispielsweise die Geometrie, die Uhrzeit, die Farbe, die Transparenz und die Oberflächentextur enthalten. Um die Abbildung zwischen den Daten und den AVO-Attributen durchführen zu können, existieren Transferfunktionen, die einfache Abbildungen zwischen Daten und AVO-Attributen definieren.
Die letzte Transformation ist das Rendering, d.h. die Generierung des fertigen Bildes aus den bekannten Eckpunkten für die darzustellenden Objekte. Sie erfolgt durch die mathematische Berechnung imaginärer Lichtstrahlen, die auf die Formen fallen. Das Rendering operiert dabei auf den AVOs, die bereits alle für das Rendering notwendigen Daten enthalten. Typische Renderingoperationen enthalten außerdem aus der Computergrafik bekannte Sichttransformationen wie Rotation oder Translation (Verschiebung) und Algorithmen wie Clipping (Abschneiden von Kanten) oder Anti-Aliasing (Weichzeichnen der Linien).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Die Arbeit motiviert die Notwendigkeit von VR-Visualisierungen im Netzmanagement angesichts zunehmender Komplexität und führt in die Grundlagen der virtuellen Realität sowie der Veranschaulichung ein.
2 Analyse der Anforderungen: In diesem Kapitel werden Anforderungen aus Sicht des Managements und der Visualisierung abgeleitet und in einem formalen Anforderungskatalog zusammengefasst.
3 Architekturdesign des Rahmenwerks: Dieser Kernabschnitt spezifiziert ein modulares Rahmenwerk, das Informations- und Präsentationsschichten trennt und die Integration in bestehende Managementplattformen ermöglicht.
4 Tragfähigkeitsnachweis: Hier wird die praktische Umsetzung des Entwurfs anhand eines auf JMX basierenden Prototypen beschrieben und die Funktionalität mittels verschiedener Szenarien nachgewiesen.
5 Zusammenfassung und Ausblick: Das Fazit resümiert die Ergebnisse der Arbeit und diskutiert mögliche zukünftige Erweiterungen in Richtung verteilter Systeme und Groupware.
Schlüsselwörter
Netzmanagement, Virtuelle Realität, VR-Umgebung, Informationsvisualisierung, 3D-Visualisierung, Netztopologie, VLAN-Konfiguration, Verkehrsflussanalyse, Java Management Extensions, JMX, MBean, Systemarchitektur, Datenmodell, Szenengraph, Interaktionsmodell
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf einer Architektur, die es ermöglicht, komplexe Daten aus dem Management von Rechnernetzen dreidimensional und dynamisch in einer VR-Umgebung darzustellen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Integration von Netzmanagement-Werkzeugen, die Anwendung von Informationsvisualisierungsmodellen sowie die Nutzung von VR-Technologien zur Unterstützung von Administratoren.
Welches primäre Ziel verfolgt die Arbeit?
Ziel ist die Schaffung eines Rahmenwerks, das durch eine 3D-Visualisierung den kognitiven Aufwand bei der Netzverwaltung reduziert und eine intuitive Interaktion mit dem Netzwerkzustand ermöglicht.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wurde eine Anforderungsanalyse mittels Top-Down-Ansatz durchgeführt, gefolgt von einem Architekturdesign basierend auf etablierten Visualisierungsmodellen (wie der Visualisierungspipeline) und der Implementierung eines Prototypen als Proof-of-Concept.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Analyse der Anforderungen an das Management (Fehler-, Konfigurations-, Abrechnungs-, Leistungs- und Sicherheitsmanagement) sowie den detaillierten Entwurf der Systemarchitektur und deren Implementierung mittels JMX.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Netzmanagement, VR-Umgebungen, 3D-Visualisierung, JMX, MBeans, Informationsmodell und Szenengraph.
Wie unterscheidet sich dieser Ansatz von bestehenden Lösungen?
Im Gegensatz zu proprietären Insellösungen setzt dieser Entwurf auf eine Integration in standardisierte Managementumgebungen und eine datenmodellbasierte, erweiterbare Architektur.
Warum wurde JMX für den Prototypen gewählt?
JMX bietet eine standardisierte Java-basierte Architektur für das Management, die sich hervorragend zur Verwaltung von Komponenten eignet und eine gute Basis für die Implementierung der geforderten Management-Services bietet.
Wie wird die Performance bei großen Netzen sichergestellt?
Durch die Verwendung von Szenengraphen, eine geschickte Datenaufteilung in Cluster und eine bewusste Steuerung der Layout-Algorithmen kann die Prozessorlast optimiert werden, um auch mit komplexen Topologien zu interagieren.
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- Dipl.-Inform. Timo Baur (Author), 2002, Entwurf einer Architektur zur Integration von Netzplanungs- und -managementwerkzeugen in eine VR-Umgebung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/83092
