Содержание к диссертации
-
Характерные особенности распределенной АИУС 10
-
Повышение уровня надежности АИУС применением механизма резервного копирования информации 15
-
Стратегии резервного копирования 32
-
Постановка задачи 36
-
Общий подход к решению задачи оптимизации восстановительного резервирования в АИУС 46
-
Общая математическая модель оптимизации информационно- вычислительного процесса в сети ЭВМ 49
-
Декомпозиция общей задачи оптимизации информационно- вычислительного процесса в сети ЭВМ 60
Математическая модель распределения информации по узлам сети ЭВМ по критерию минимума передаваемой информации 61
Математическая модель распределения восстановительного резерва по узлам сети 62
Математическая модель определения объема восстановительного резерва 64
-
Методы решения задач восстановительного резервирования информации 66
2.4.1 Алгоритм на основе метода ветвей и границ 72 2.4.2 Алгоритм на основе метода встречного решения функциональных
уравнений динамического программирования 81
Глава 3. Экспериментальные исследования разработанных алгоритмов оптимизации восстановительного резервирования и методика его применения 91
Оценка влияния восстановительного резервирования информации на эффективность функционирования АИУС 91
Экспериментальная проверка разработанных алгоритмов оптимизации восстановительного резервирования информации 104
Методика применения разработанных алгоритмов оптимизации
восстановительного резервирования в АИУС 112
Заключение 118
Литература 122
Приложение 123
Введение к работе
Одним из основных направлений повышения- эффективности производственной и коммерческой деятельности является создание и использование автоматизированных* информационно-управляющих систем (АИУС)[1,2]. Их функционирование связано с вводом, обработкой, передачей, хранением и выдачей в соответствии с требованиями пользователей больших объемов информации, и характеризуется параллельной и распределенной обработкой информации, работой в реальном масштабе времени и режимах многопользовательского обслуживания.
При эксплуатации АИУС могут возникать случаи разрушения программ и данных, что приводит к ошибочным выходным результатам, увеличению времени решения задач, а в некоторых случаях к невозможности нормального функционирования системы. В то время как любое снижение эффективности работы АИУС приводит к значительным потерям.
Таким образом, обеспечение сохранности данных при отказах и сбоях технического и программного обеспечения систем рассматриваемого класса является одной из важных проблем, решение которой позволяет обеспечить требуемый уровень эффективности их эксплуатации[3]. Требуемые уровни достоверности и сохранности данных обеспечиваются выбором эффективных механизмов контроля и резервирования на всех этапах их обработки и хранения.
Разработка и эксплуатация АИУС, обеспечивающих оптимальный или заданный уровень сохранности информации представляет собой комплексную проблему, включающую в себя следующие основные задачи: создание адекватного формализованного языка для описания и анализа современных информационных технологий с учетом требований сохранности данных, разработку соответствующих методов анализа, разработку методов синтеза оптимальной с точки зрения выбранных критериев эффективности системы резервного копирования, разработку оптимальных технологий обработки данных при эксплуатации АИУС. .
Переход к созданию перспективных АИУС в виде распределенных систем управления на основе компьютерных сетей обострил проблему надежного хранения информации и значительно ее усложнил. Поэтому задача обеспечения сохранности информации в АИУС является актуальной.
Решение данной задачи достигается разработкой математического аппарата, позволяющего провести анализ и повысить обоснованность принимаемых решений по обеспечению сохранности информационных ресурсов на основе рационального резервирования.
Цель диссертационной работы заключается в разработке алгоритмов, базирующихся на математических методах, предназначенных для решения задач оптимизации восстановительного резервирования в АИУС.
Поставленная цель достигается решением следующих задач: формулировка задачи оптимизации восстановительного резервирования, решение которой позволяет в соответствии с выбранными критериями распределить информационные массивы и их восстановительный резерв по узлам системы, а также определить необходимый объем резерва; разработка общего подхода к решению задачи, заключающегося в декомпозиции общей задачи восстановительного резервирования на совокупность взаимосвязанных подзадач; разработка комплекса математических моделей и алгоритмов оптимизации распределения информационных ресурсов в АИУС; разработка методики применения предложенных математических моделей и алгоритмов на этапах проектирования и эксплуатации АИУС.
Объектом» исследования является АИУС, представляющая собой распределенную вычислительную систему.
Предметом исследования являются способы повышения надежности функционирования вычислительных систем.
Методы, исследования. Для решения поставленных задач использовались методы линейного и динамического программирования..
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: предложена математическая модель распределения информационных массивов, позволяющая провести оптимизацию по критерию минимума информации, передаваемой между узлами распределенной системы; предложена математическая модель распределения восстановительного резерва информационных массивов, позволяющая провести оптимизацию по критерию максимума вероятности решения рассматриваемых задач контура управления; предложена математическая модель определения объема восстановительного резерва информационных массивов, обеспечивающая рациональное использование ресурсов вычислительной системы; разработаны алгоритмы решения задач оптимизации восстановительного резервирования, позволяющие значительно сократить вычислительную сложность метода ветвей и границ и метода встречного решения функциональных уравнений динамического программирования; разработана методика проведения оптимизации восстановительного резервирования с использованием предложенных моделей и алгоритмов на этапах проектирования и эксплуатации АИУС, позволяющая повысить надежность функционирования вычислительной системы.
Практическая значимость работы состоит в том, что предложенная методика оптимизации восстановительного резервирования позволяет повысить надежность функционирования распределенных вычислительных систем в условиях высокой вероятности разрушения информации.
Реализация и- внедрение результатов. Исследования проводились в ОАО «Радиозавод». Методы и алгоритмы доведены до рабочих программ, включены в систему имитационного и аналитического моделирования и используются при выполнении опытно-конструкторских работ, что подтверждено актом внедрения. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, использовались в НИР, проводимой.' в рамках гранта 2.1.2/4257 «Разработка комплекса формальных моделет и их трансформаций^ для проектирования распределенных информационно- управляющих систем промышленной автоматики» аналитической ведомственной, целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)».
На защиту выносятся следующие положения:
Модели распределения информационных массивов по узлам системы, восстановительного резерва информационных массивов и определения объема резерва для каждого информационного массива.
Алгоритмы решения поставленных задач оптимизации восстановительного резервирования на основе метода ветвей и границ и метода встречного решения функциональных уравнений динамического программирования.
Методика проведения оптимизации восстановительного резервирования с использованием разработанных моделей и алгоритмов.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на VII Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2006), на VIII Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2008), на совместной научно-технической конференции ПГУ и ОАО «Радиозавод» «Системы управления и профессиональная подготовка операторов» (Пенза, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в» том числе 1 в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 97 наименований^ и приложения. Объем работы: 132 страницы машинописного текста, 26 рисунков, 5 таблиц.
