Введение к работе
".", ' 7.' "' f
. і
'\ ,.", *а/ Актуальность темы. В настоящее время прогресс в различных ;ертАі$5л|їстях народного хозяйства и научной деятельности связан с ""сЗЗданием автоматизированных систем управления (АСУ). Основой АСУ все чаще становятся локальные вычислительные сети (ЛВС), многомашинные комплексы. Для таких систем, как правило, характерно:
организация вычислительного процесса в реальном времени синхронно с процессами объекта управления,
существование параллельных процессов, отличающихся большой связностью и сложностью взаимодействия,
постоянное развитие и модификация в процессе эксплуатации.
Подобные системы можко назвать сложными программно-аппаратными комплексами (СШК).
В СПАК очень важно корректно организовать совместные дей-. ствия отдельных компонентов систет, функционирующих в значительной степени независимо друг от друга. С другой стороны, в понятие корректности функционирования подобных систем входит необходимость удовлетворения жестких временных ограничения, накладываемых реальным временем. Следовательно, все множество требований к СПАК можно разбить на два подмножества:
свойств логической корректности,
свойств динамической корректности.
Еесткость требований к СПАК диктует необходимость повышения качества их проектирования. Одним из подходов к решению данной задачи является разработка методов формализации таких систем, определение методики проектирования в соответствующем базисе абстракций, разработка систем качественного и количественного анализа СШК для проверки их логической и динамической корректности.
Таким образом, важной и актуальной представляется задача создания системного подхода к формализованному описанию и всестороннему анализу СПАК, позволяющему повысить эффективность их разработки и эксплуатации.
Целью диссертационной работы является обоснование выбора математического аппарата для формализованного представления
сложных программно-аппаратных комплексов, разработка методов и
средств качественного и количественного анализа на основе дан-,
ного аппарата и проверка эффективности предложенных методов на
базе исследования конкретных систем. . - , ;
Для достижения поставленной цели решаются следующие зада- :
чи: -;.-...
обосновывается выбор аппаратов из класса сетей Петри для формализации СШК;
разрабатываются общие принципы представления СПАЇ? на базе выбранных аппаратов (в терминах ингибиторных и макро : Е-сетей);
для'повішення эффективности качественного анализа СШК предлагаются методы анализа ингибиторных сетей;
для обеспечения удобства и повдаения надежности проводимого исследования разрабатывается специализированный язык описания ингибиторных сетей и проведения качественного анализа;
создается методика проведения качественного и количественного анализа?
предлагаются программные средства, позволяющие проводить качественный и количественный анализ в рамках одной системы моделирования; -
проводится всестороннее экспериментальное исследование разработанных методов и средств с целью оценки эффективности их работы и подтверлэдения правомочности теоретических результатов, полученных в работе.
Методы исследования. Базируются на теории сетей Петри, алгебры логики, теории вероятности, математической статистики, методах имитационного моделирования.
Научная новизна диссертационной работы заключается в сле-дуяцем:
с целью повышения эффективности и снижения трудоемкости анализа сложных программно-аппаратных комплексов на этапах проектирования и адаптации предложен системный.подход к определению их логической и динамической корректности на базе формализации одного класса с помощью специализированного инструментария; , .
на основе анализа требований к модели сложной системы для реализации качественного и количественного анализа выбраны
аппараты из класса сетей Петри - ингябиторные сети и макро Е-сети;
показана возможность сведения при определенных ограничениях макро Е-сетей к интибиторным сетям;
разработаны обилие принципы представления сложных программно-аппаратных комплексов в терминах ингибиторных и макро Е-сетей;
с целью повышения эффективности качественного анализа разработаны:
-
методы редукции ингибиторных сетей с сохранением свойства активности;
-
методы поиска 2Г-тупиковых начальных разметок;
-
языковые средства для описания ингибиторных сетей и проведения качественного анализа;
- создана методика проведения качественного и количествен
ного анализа сложных программно-аппаратных комплексов.
Практическая ценность и внедрение результатов работы. Предложенная в работе методика обеспечивает системньй подход к определению логической корректности и различных динамических характеристик СПАК, что позволяет повысить качество и надежность проектируемых СПАК.
Основные выводы, теоретические положения и практические результаты диссертации внедрены при разработке и реализации ряда СПАК:
ЛВС на базе СПО "АЛИСА", которая войдет в состав АСУ ускорителя МЕТАН (разработчик - МРТИ АН СССР),
локальной информационной измерительной сети (ЛИЖ) (разработчик - НИИ "Дельта"),
ЛВС с маркерным методом доступа к моноканалу и предоставлением транспортных услуг пользователю (разработчик - ЩВЭ).
Кроме этого методика, разработанная в диссертации,была применена при создании лабораторного практикума по курсу "Сети ЭВМ" на кафедре ЭВМ МИМ, заключающегося в моделировании методов доступа к среде передачи данных, применяемых в ЛВС.
На основе всестороннего анализа ЛВС на базе СПО "АЛИСА" были получены обоснованные рекомендации по выбору типов каналов связи и рациональной конфигурации сети. Проведен анализ вариантов структуры ЛВС АСУ ускорителя МЕТАН, позволивший:
определить условия, при которых происходит перегрузка общей шины связной ЭВМ,
предложить вариант структуры ЛВС с выделением управляющей и рабочей подсистем. -
Качественный и количественной анализ ЛИИС позволил сократить сроки ее разработки (провести ее менее, чем за I год), детально исследовать функционирование существующей версии- локальной сети, получить обоснованные рекомендации по ее совершенство ванн», развитии и модификации.
Качественный анализ ЛВС с маркерным методом доступа позволил выявить некорректности разрабатываемого протокола, а количественный анализ - исследовать различные динамические характеристики функционирования сети.
По оценкам разработчиков применение предлагаемой методики и разработанных программных средств на этапе проектирования позволяет в '1.042 раза сократить время анализа различных вариантов организации проектируемой системы.
Апробация. Основные выводы и результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзной конференции по автоматизации проектирования систем планирования и управления (Звенигород, 1987 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Методы анализа надежности программного обеспечения вычислительных систем реального времени на основе моделей нечеткой логики и качественных описаний" (Киев, 1987 г.), на ХХХП Научной конференции ШШ (Москва, 1987 г.), на ІУ Всесоюзном совещании "Надежность, живучесть и безопасность автоматизированних комплексов" (Суздаль, 1988 г.), на П Школе-семинаре "Проблемы передачи даниых в информационно-вычислительных сетях" (Суздаль, Т988г.).
На защиту выносится новый комплексный подход к формализации, анализу логической и динамической корректности СПАК. Основными компонентами предлагаемого подхода являются:
- обоснование выбора аппаратов одного класса (сети Петри)
для проведения качественного и количественного анализа СПАК;
- принципы представления СПАК в терминах выбранных аппара
тов (ингибиторные сети и макро Е-сети);
- разработка методов редукции ингибиторных сетей и поиска
-тупиковых начальных разметок;
создание методики проведения качественного и количественного анализа СПАИ;
разработка языка для описания ингибиторной сети и проведения качественного анализа;
разработка программных средств для автоматизации проведения качественного анализа.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения; содержит 164 страницы, в том числе Є6 рисунков и 73 наименования библиографии.