Введение к работе
Актуальность проблемы. Переход к вычислительным сетям, и распределенной обработке информации обусловлен прогрессом в области развития средств вычислительной техники и средств связи, а также резким возрастанием объемов хранимой и передаваемой информации и увеличением числа мест ее возникновения, что связано с повсеместным распространением персональных ЭВМ. В настоящее время потребности ряда отраслевых систем, предприятий и объединений обусловливают -необходимость использования вычислительных сетей (ВС), обеспечивающих быстрый доступ к большим массивам информации, хранящимся в различных местах.
Исследования отечественных и зарубежных ученых
позволили решить ряд фундаментальных проблем в области
проектирования вычислительных сетей и показали, что
одним из наиболее перспективных методов организации их
информационного обеспечения является создание
распределенных банков данных (РБД).
Основными задачами, связанными с проектированием
РБД, являются задачи выбора рациональных методов
организации выполнения информационных процессов на
уровне всей системы. При этом определяющее воздействие на
характеристики функционирования РБД оказывает
организация структуры информационной базы,
оптимальность которой, в конечном счете, определяет как загрузку узлов обработки информации, так и загрузку каналов связи в вычислительной сети. В связи с этим возникает необходимость разработки методов и средств оптимизации структуры информационной базы в вычислительных сетях, применение которых позволит повысить оперативность обработки запросов пользователей разных приоритетов и уменьшить затраты сетевых ресурсов.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов и средств оптимизации структуры информационной базы, распределения
вычислительных ресурсов, выбора пропускных способностей каналов и распределения трафиков, реализация методов и алгоритмов в виде методики и комплекса программ.
Методы исследования. При разработке и исследовании
аналитических моделей информационного обмена и оценки
временных характеристик используется теория множеств,
аппарат теории массового обслуживания, теории
вероятностей и имитационного моделирования.
Формализация задачи организации структуры
информационной базы осуществляется с использованием
общей теории систем и теории графов. При разработке
методов и алгоритмов использовалась теория
математического программирования. Анализ результатов
вычислительных экспериментов проводился с
использованием методов математической статистики.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие оригинальные результаты:
- предложен подход к организации структуры информационной базы в вычислительных сетях, заключающийся в совместном решении задач синтеза структуры и состава информационной базы, распределения вычислительных средств, выбора пропускных способностей каналов связи и определения их загрузок,
- разработан метод оптимизации структуры информационной базы, предусматривающий декомпозицию общей задачи на ряд взаимосвязанных частных задач, их последовательное решение на основании принципа покомпонентного спуска и отсев бесперспективных вариантов, - осуществлены формализованные постановки частных задач и предложены новые, более эффективные по сравнению с существующими, методы их решения,
- разработаны аналитические модели расчета интенсивностей информационного обмена, учитывающие несбалансированность прямых и обратных трафиков, управляющую информацию, а также возможность дублирования информации в узлах вычислительной сети.
Практическая ценность. Разработанные методы, алгоритмы, комплекс программ и методика его применения
могут быть использованы при проектировании и
эксплуатации вычислительных сетей различного класса и
назначения. Использование результатов, полученных в
диссертационной работе, позволяет улучшить
функциональные характеристики системы в среднем на 5-15% и автоматизировать в процессе проектирования: синтез структуры и состава информационной базы с учетом оптимального количества копий фрагментов баз данных, распределение вычислительных средств по узлам вычислительной сети, выбор пропускных способностей каналов и распределение трафиков, расчет временных и стоимостных характеристик системы.
Модульная структура комплекса программ обеспечивает решение любой из рассмотренных частных задач, и позволяет провести исследование влияния характеристик абонентов узлов, вычислительных средств и параметров каналов связи на функциональные характеристики системы. Эксплуатация комплекса программ и полученные с его помощью результаты подтвердили высокую эффективность и достоверность разработанных методов оптимизации.
Внедрение. Разработанные методы и алгоритмы, а также комплекс программ прошел апробацию и внедрен для практического применения в акционерном обществе "Донецкая мануфактура" г. Донецк Ростовской области, а также используется в учебном процессе на кафедре "АСУ" МГЛДИ(ТУ).
Апробация работы. Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено:
- на заседании кафедры "Автоматизированные системы
управления" МГАДИ(ТУ),
- на заседании кафедры "Вычислительные системы и сети" МГИЭМ(ТУ),
- на XYI1 Межрегиональном семинаре "Эргономика и эффективность систем человек-техника",
- на межрегиональном семинаре "Невская осень 92",
- на научно-технической конференции "Микросистема-
93",
- на 42, 43, 44 научно-методических конференциях МГАДИ(ТУ).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано четыре печатные работы.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 137 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 104 наименований и приложений, содержащих 13 страниц.