Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА I. ФОРМАЛИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ СТРУКТУР И ПРОЦЕССОВ В ИВС
1.1. Общая постановка задачи анализа ИВС и обоснование выбранных методов ее решения .13
1.2. Экспериментальное статистическое исследование процессов функционирования реальных ИВС
1.2.1. Анализ входящего потока 18
1.2.2. Анализ времени обслуживания 27
1.3. Формализация структур и процессов функционирования ИВС с помощью разомкнутых сетей МО. 30
1.4. Обзор публикаций по разомкнутым сетям МО 38
1.4.1. Точное аналитическое исследование разомкнутых сетей МО 38
1.4.2. Информативный обзор приближенных методов исследования и приложений разомкнутых сетей МО 43
1.4.3. Анализ обзора 45
1.5. Общая постановка задачи аналитического исследования 47
1.6. Выводы 48
ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗОМКНУТОЙ СЕТИ МО С ДВУМЯ ЦЕНТРАМИ ОБСЛУЖИВАНИЯ 50
2.1. Описание сети и постановка задачи .50
2.2. Нахождение нестационарных распределений вероятностей состояний сети
2.2.1. Основной случайный процесс. Вывод уравнений для вероятностей состояний сети 52
2.2.2. Алгоритм нахождения нестационарных вероятностей состояний
2.3. Стационарный режим 59
2.4. Стационарные вероятностные характеристики функционирования сети, используемые для задач анализа ИВС 61
2.5. Частные случаи двухцентровой сети МО рассматриваемого вида
2.5.1. Сеть без бункеров. Нестационарный случай 66
2.5.2. Сеть с одним бункером. Методика расчета СРВС двухцентровой сети МО 67
2.5.3. Сеть с одноместными бункерами. Примеры числовых расчетов характеристик 74
2.6. Пуассоновский входящий поток 76
2.6.1. Алгоритм снижения размерности алгебраической системы 77
2.6.2. Частные случаи 82
2.7. Общий случай двухцентровой сети МО 87
2.8. Выводы 88
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОЦЕНТРОВЫХ РАЗОМКНУТЫХ СЕТЕЙ МО. 91
3.1. Постановка задачи аналитического исследования 91
3.2. Уравнения равновесного состояния и алгоритм нахождения вероятностей состояний сети в нестационарном режиме 3.2.1. Вывод уравнений 92
3.2.2. Аналитический алгоритм определения вероятностей состояний сети 94
3.3. Стационарный режим в сети 98
3.3.1. Стационарные вероятностные характеристики, оценивающие параметры ИВС 99
3.3.2. Числовой пример 102
3.4. Постановка задачи имитационного моделирования разомкнутых сетей МО 106,
3.5. Алгоритм и программа имитационного моделирования разомкнутых сетей МО 1 3.5.1. Алгоритм имитации 109
3.5.2. Описание программы моделирования НО
3.5.3. Некоторые особенности и приемы программирования 115
3.6. Экспериментальная оценка чувствительности характеристик разомкнутых сетей МО с помощью имитационного моделирования 121
3.7. Выводы 136
ГЛАВА 4. ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЖЗАЦИИ МОДЕЛЕЙ РАЗОМКНУТЫХ СЕТЕЙ МО В ИВС 139
4.1. Сходимость и точность результатов имитационного моделирования 139
4.2. Общая постановка задачи практического использования разработанных моделей разомкнутых сетей МО 148
4.3. Анализ и моделирование работы многомашинной подсистемы ввода заданий для ЕС ЭВМ 1 4.3.1. Структура и функциональные возможности МВК РОС 150
4.3.2. Формализация структуры и функционирования МВК РОС...153
4.3.3. Задачи моделирования МВК РОС и описание выбранных моделей 154
4.3.4. Моделирование работы МВК РОС в конкретных условиях эксплуатации 158
4.3.5. Заключение 165
4.4. Моделирование и выбор конфигурации обрабатывающего комплекса телеавтоматической системы реального времени 165
4.4.1. Описание работы системы 166
4.4.2. Постановка задачи исследования 168
4.4.3. Формализация и алгоритм моделирования ОК "Сирена". 168
4.4.4. Моделирование и анализ результатов 1
4.5. Некоторые результаты анализа ИВС в АСУ 177
4.6. Другие направления приложений 1
4.6.1. Библиотечные модели 179
4.6.2. Развитие метода использования сетевых стохастических моделей в процессе анализа ИВС 183
4.7. Выводы 187
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 188
ПРИМЕЧАНИЯ К ДИССЕРТАЦИИ 192
ЛИТЕРАТУРА 194
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ СПИСКА ЛИТЕРАТУРЫ 231
ПРИЛОЖЕНИЯ 233
Приложение I. Дополнительные материалы статистического анализа реальных ИВС 234
Приложение 2. Материалы имитационного моделирования разомкнутых сетей МО 254
Приложение 3. Некоторые материалы и акты внедрения результатов диссертации 2
Введение к работе
Современные ИВС включают в себя разнообразные реальные объекты от мини - ЭВМ и автономных ЭВМ до сложных многотерминальных вычислительных сетей, комплексов АСУ и систем коллективного пользования, связанные общей целью : автоматизировать процессы сбора, обработки и передачи информации в интересах облегчения и повышения производительности и качества человеческого труда и управления. В нашей стране создаётся широкая сеть действующих ИВС ; проблемам дальнейшего развития, эксплуатации и совершенствования ИВС на базе научных исследований уделяется большое внимание, и это ещё раз было подчёркнуто в документах ХХУІ съезда КПСС [IJ .
Развитие ИВС характеризуется на современном этапе интеграцией и взаимным проникновением средств ЭВТ и связи. В результате широкое внедрение на практике получают различные МВК, ВЦКП, комплексы АСУ, автоматизированные информационно-поисковые системы, сети ЭВМ с развитыми СЦД, широко использующие возможности современных ЭВМ : параллельную обработку, телеобработку, разделение времени и др.,оснащённые высокоорганизованными структурами программ и данных (46,64,86,100,119,144 и др.Д.
По мере увеличения вычислительной мощности и функциональных возможностей современных ИВС повышаются требования к качеству и эффективности их функционирования. Создание ИВС представляет собой сложный многоэтапный процесс, включающий комплекс разнообразных задач анализа и синтеза системы. Задачи синтеза являются задачами математической оптимизации требуемых параметров ИВС, а задачи анализа предназначены для оценки характеристик работы систем и нахождения условий для решения задач синтеза. с основным инструментом анализа ИВС являются математические модели, в большинстве случаев представляющие собой стохастические модели ТМО [_2, 8, 97, I24J . При этом для ИВС простой структуры обычно применяют хорошо развитую теорию однолинейных СМО ; для анализа ИВС, имеющих ряд каналов обслуживания, применяются модели многолинейных СМО ; для систем более сложной структуры и с многоэтапным обслуживанием используются модели СМО с обратными связями и многофазовые СМО ; и, наконец, в качестве моделей структурно - сложных ИВС и их составных частей используются сети МО (стохастические сети), состоящие из соединённых между собой отдельных СМ0.
Таким образом, налицо две взаимосвязанные тенденции развития в ИВС и ТМО : от локальных ЭВМ к МВК, ВЦКП и сетям ЭВМ и от однолинейных и многолинейных СМО к СМО с обратными связями, многофазовым СМО и к сетям МО. Сети МО, являясь дальнейшим естественным развитием методов исследования отдельных СМО, особенно интенсивно стали изучаться как наиболее корректный и адекватный класс моделей сложных многообъектных ИВС. Однако, расчёт таких моделей (ввиду сложности структуры и связей) часто сталкивается с серьёзными трудностями аналитического и вычислительного характера, поэтому постоянно ведутся поиски методов расчёта сетей МО в различных условиях. Отсюда, АКТУАЛЬНОСТЬ данной работы и заключается в4іахождении способов исследова -ния и расчёта сетей МО, моделирующих различные типы ИВС. Анализируя основные публикации по разомкнутым сетям МО С(т.е. сетям, оперирующим в отличие от замкнутых не с фиксированным, а со случайным числом заявок ВПУ, можно отметить ряд общих допущений : пуассоновский ВП, экспоненциальное РВО и неограниченные очереди (бункера) в обслуживающих центрах сети (как правило) и др., вызванных аналитическими трудностями, од .-9 нако не всегда приемлемых в реальных ИВС. Это и определило I ДЕЯЪ данной работы, заключающуюся в исследовании разомкнутых сетей МО без ряда распространённых допущений, а именно : разомкнутых сетей с рекуррентными ВП, экспоненциальным типом РВО с переменной в общем случае скоростью (интенсивностью) обслуживания и с ограниченными бункерами ( с потерями), данное исследование подразумевает два важных аспекта : новизну в теоретическом плане (рис.1) и практическое приложение разработанного класса моделей к реальным ИВСГ
Аналитическое исследование разомкнутых сетей МО представляет значительные трудности, особенно для непуассоновского ВП, т.к. для получающейся при этом сложной системы уравнений для определения вероятностей состояний сети далеко не всегда можно отыскать точное решение. С другой стороны, на имитационной модели можно рассчитать требуемые характеристики, однако здесь возникают проблемы точности (достоверности) полученных результатов и машинных затрат, и, кроме того, имитационная модель не снимает теоретической проблемы исследования разомкнутых сетей МО при различных условиях.ЧІозтому ИДЕЯ данной работы состоит в нахождении метода точного аналитического исследования разомкнутых сетей МО с рекуррентным ВП и ограниченными бункерами, а также в разработке универсальной имитационной сетевой модели и совместном её использовании с аналитической моделью для анализа структурно - сложных ИВС.\
Результаты выполненных исследований изложены в следующей последовательности.
В первой главе проводится формализация и обоснование задач анализа и представленияJffiCв виде разомкнутых сетей МО. Здесь же приведены данные статистического анализа на реальных ИВС и обзор основных результатов по исследованию разомкнутых сетей МО на современном этапе. Завершается глава определением общей постановки задачи аналитического исследования Во второй главе исследуется двухцентровая разомкнутая сеть МО с рекуррентным ВІЇ. Для нестационарного режима предложен алгоритм рекурентноговычисления вероятностей состояний в терминах ПІС. Описывается методика нахождения СРВС и вероятностных характеристик, приводятся результаты числовых расчётов. Для пуассоновского ВП предлагается более простой алгоритм расчёта СРВС.
В третьей главе исследуется многоцентровая разомкнутая сеть МО. Описывается аналитический алгоритм расчёта нестационарных и стационарных вероятностей состояний, приводится пример числового расчета.4їредлагается алгоритм и программы имитационного моделирования разомкнутых многоцентровых сетей МО , выполненные на языке GPSS t анализируются результаты моделирования сетей МО при различных условиях.
В четвёртой главе приводится оценка точности и сходимости имитационных моделей. Здесь же описывается практическое использование и внедрение разработанных в диссертации моделей.
В соответствии с полученными в работе результатами НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ :
- обоснование исследования разомкнутых сетей МО с рекуррентным ВП и ограниченными бункерами как с точки зрения теоретической новизны, так и в качестве моделей большого класса реальных ИВС ;
- аналитический алгоритм и методика расчёта вероятностей состояний и характеристик двухцентровой разомкнутой сети МО частного вида для нестационарного и стационарного режима ;
- общий алгоритм аналитического исследования разомкнутых сетей МО рассматриваемого класса с произвольным числом центров ;
- алгоритм и универсальная программа имитационного моделирования разомкнутых сетей МО широкого класса ;
- аналитические формулы и результаты экспериментального исследования чувствительности основных вероятностных характеристик разомкнутых сетей рассматриваемого класса ;
- рекомендации и результаты практического внедрения разработанных моделей для анализа реальных ЙВС.
Диссертация выполнялась в Институте проблем передачи информации Академии Наук СССР в 1976-1983 гг. в лаборатории систем коммутации и массового обслуживания. Основные работы по практическому применению результатов диссертации проводились в отделе базового математического обеспечения Казанского завода ЭВМ и в отделе математического обеспечения Главного Вычислительного центра Гражданской Авиации.
Текст диссертации изложен на 285 страницах, включающих 147 страниц машинописного текста, 47 рисунков, 17 таблиц, примечаний (2 стр.), списка литературы (37 стр.) и приложения (48 стр.). Список литературы, включающий в себя 320 наименований отечественных и зарубежных изданий (цитированных 205) и дополненный предметным указателем, является отдельной библиографической работой по тематике диссертации. В приложении приводится справочно-иллюстративная информация по статистическому анализу ИВС и имитационному моделированию, листинги программ и акты о внедрении результатов диссертации.
