Введение к работе
Актуальность темы. Сети ЭВМ являются необходимым элементом инфраструктуры современного технологически развитого общества, определяют уровень информационного взаимодействия его субъектов. К числу основных показателей качества функционирования сетей ЭВМ относятся показатели производительности. Задачи анализа производительности возникают при разработке сетей ЭВМ, при их внедрении, эксплуатации, модификации, в научных исследованиях, при обучении разработчиков и пользователей сетей ЭВМ. Развитие сетей ЭВМ приводит к обострению проблем управления ими, в частности, проблем управления производительностью. В состав современных средств упраления сетью неизменно включаются пакеты программ для анализа производительности. Признанным методом анализа сетей ЭВМ является имитационное моделирование. Актуальность решаемых в диссертации задач диктуется следующими обстоятельствами.
На разных стадиях имитационного моделирования возникает проблема оценки значимости параметров, процессов, объектов. Особенно остро эта проблема стоит при выборе уровня детализации представления исследуемого объекта в модели, при его исследовании с помощью имитационных экспериментов. В ряде задач такая оценка имеет смысл только в том случае, если ее можно сделать оперативно, например, по результатам одного прогона имитационной модели. Требование оперативности - одна из причин, не позволяющая использовать для решения этой задачи методы регрессионного и дисперсионного анализа. В связи с этим представляется актуальной задача оперативной оценки влияния вероятностно-временных характеристик имитируемого процесса на математическое ожидание и дисперсию времени его протекания (длительности). Один из подходов к решению этой задачи представлен в первой главе диссертации.
К настоящему времени создано множество имитационных моделей, ориентированных на решение различных задач анализа сетей ЭВМ и их элементов. Существующее множество моделей и средств автоматизации их построения не может полностью удовлетворить пользователей по следующим причинам:
множество задач анализа сетей ЭВМ значительно шире возможностей существующих средств исследования;
развитие сетей ЭВМ порождает новые задачи их исследования;
развитие общей научно-технической базы моделирования стимулирует постоянное обновление средств создания имитационных моделей;
существующие средства формируют новые потребности пользователей и в результате перестают их удовлетворять.
В связи с этим представляются актуальными задачи разработки новых концептуальных и имитационных моделей, t использующих современные достижения науки и техники. Результаты работы автора в этом направлении представлены во второй главе диссертации.
Для развития науки о сетях ЭВМ результаты имитационных
экспериментов имеют не меньшее значение, чем опыт эксплуатации
реальных сетевых систем. Поэтому пополнение фонда результатов
имитационных исследований сетей ЭВМ и их элементов представляется
актуальной задачей. В третьей главе диссертации приведены
наиболее интересные, по мнению автора, результаты, полученные им
при исследовании процессов передачи данных на сетевом и канальном
уровнях сетей ЭВМ. .
Работа выполнялась в рамках Задания Института информационных технологий и прикладной математики (ИИТПМ) СО РАН (Омск) к программам СО РАН на 1992г. 1.13.1.4 "Разработка методов и алгоритмов моделирования систем передачи информации", а также в рамках хоздоговорных работ, выполнявшихся по постановлениям СМ СССР.
Цель работы состояла в разработке подходов и программных средств для исследования влияния внутренних и внешних параметров сетей ЭВМ на показатели производительности. При достижении цели автором решены следующие научно-технические задачи:
. - поставлена задача анализа значимости параметров, влияющих на длительность процессов сетей ЭВМ и их имитационных моделей;
разработан графо-имитационный подход к анализу значимости параметров, суть которого заключается в построении графа исследуемого процесса, определении его параметров с помощью имитационной модели или экспертных оценок с последующим вычислением коэффициентов значимости методом редукции;
разработаны рекомендации по интерпретации коэффициентов значимости;
разработана программа для вычисления методом редукции графа математического ожидания и дисперсии длительности полумарковского процесса, коэффициентов значимости (программа
- 5 -COIN - coefficients of influence - коэффициенты влияния).
разработаны графы, предназначенные для оперативного анализа влияния вероятностно-временных параметров сетевого и канального уровней на длительность процессов передачи пакетов по сети передачи данных (СПД);
разработала концептуальная модель сети ЭВМ, предназначенная для создания на ее основе имитационных моделей, ориентированных на анализ производительности широкого класса сетей ЭВМ и их элементов. При разработке модели использована методология эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЗМВОС) и объектно-ориентированного подхода;
разработан набор классов объектов, реализующих положения графо-имитационного подхода и концептуальной модели;
выполнена программная реализация разработанных классов на языке C++, называемая в дальнейшем пакетом программ (или средствами) для имитационного моделирования верхних уровней СПД (WNETW). Основная особенность WNETW заключается в предоставлении пользователю возможностей анализа значимости параметров СЦЦ;
разработана имитационная модель центральной части СПД системы "Сирена";
проведены имитационные эксперименты с моделью, в процессе которых апробирован разработанный подход к анализу значимости параметров, получены результаты анализа влияния вероятностно-временных параметров сетевого и канального уровней сетей ЭВМ на время передачи пакетов, результаты сравнительного анализа методов маршрутизации.
Методы исследований. При выполнении работы использовались методы: имитационного моделирования, теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории графов, теории сетей ЭВМ, методы и средства объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна. При выполнении работы получены следующие научные результаты, выносимые на защиту.
-
Графо-имитационный подход к анализу значимости параметров, влияющих на длительность процессов сетей ЭВМ и их имитационных моделей. Область применения подхода выходит за рамки сетей ЭВМ.
-
Графы процессов передачи пакетов по СПД;
-
Концептуальная модель сети ЭВМ и набор классов объектов для ее реализации.
4.. Результаты анализа значимости параметров сетевого и канального уровней сетей ЭВМ.
5. Результаты сравнительного анализа методов маршрутизации.
Практическая ценность работы. Графо-имитационный подход и программа COIN могут быть использованы для оперативной оценки значимости параметров различных объектов и процессов в ситуациях с жесткими ограничениями на время и стоимость принятия решений, например, в экспертных системах, системах управления, при проведении экспериментов, в учебном процессе. Для их применения необходимо наличие полумарковской модели исследуемого процесса и способа определения значений вероятностно-временных параметров.
Наиболее эффективно использование программы COIN при анализе производительности сложных систем методом имитационного моделирования. В этом случае имитационная модель и графовая модель исследуемого процесса гармонически дополняют друг друга. Результаты имитационного эксперимента используются как параметры графовой модели, а результаты программы COIN служат для оценки значимости параметров и процессов имитационной модели. Использование разработанного подхода в процессе имитационного моделирования позволяет значительно повысить информативность и качество экспериментов, сократить их численность.
Разработанная концептуальная модель и библиотека классов объектов используются для создания имитационных моделей широкого класса сетей ЭВМ.
Разработанная имитационная модель центральной части СПД системы "Сирена" использовалась для исследования влияния различных факторов на производительность проектируемых СПД при выполнении хоздоговорной темы между Омским политехническим институтом и НПО "Автоматика" (г.Омск).
Полученные результаты имитационного моделирования и анализа значимости параметров могут быть использованы для повышения качества принимаемых решений, связанных с производительностью СПД.
Разработанные программные средства имитационного моделирования WNETW используются в ИИТПМ СО РАН для анализа СПД.
Апробация работы. Разработанные в работе графо-имитационный подход к оперативному анализу значимости параметров, концептуальная модель сети ЭВМ и библиотека классов объектов были апробированы при создании программных средств COIN и WNETW, при
- 7 -проведении экспериментов. Разработанные автором теоретические положения, программные средства и полученные им экспериментальные данные обсуждались:
на традиционных ежегодных школах-семинарах и совещаниях по распределенным системам массового обслуживания, проводимых Институтом проблем управления (г. Москва) (1988-1992гг.);
всесоюзных и международных конференциях в г.Новосибирске (1986, 1988гг.), в г. Риге (1986г.), в г.Калининграде (1989г.), на острове Капри, Италия (1994г.) и других.
Публикации. Всего по теме диссертации опубликована 21 научная работа. Основные из этих работ приведены в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из основного текста и двух приложений. Основной текст состоит из введения, трех глав, заключения и содержит 130 страниц, 23 рисунка, . 3 таблицы. Приложения содержат 8 страниц, 4 рисунка.
