Введение к работе
Актуальность проблемы. Сетевые вычислительные системы (СЗС) являются инструментальной средой информационной структуры ссвремсн ного общества и интегрируют вэжнейкие достижения в области электро-ники, вычислительной техники, электросвязи.
Особенности задач системного анализг» и оптимизации, возникающих ча этапах проектирования, разработки и эксплуатации СБС, деляхп математическое моделирование основным методом исследования сетей, гарантирующим получение результатов с требуемыми точностью, достоверностью и полнотой.
В пр.'лщипах организации существующих систем моделирования (СМ) заложен ряд ограничений, которые снижают возможности данных СМ в решении задач системного анализа СБС: замкнутость множеств доступных конфигураций сетевых моделей и методов анализа этих моделей; отсутствие'методологической и системной поддержки комплексирования моделей, отображающих различные структурно-функциональные компоненты СВС; недоступность сетевых математических моделей общего вида большой размерности.
В этой связи является актуальным развитие теории, методов и средств моделирования СЗС, обеспечивающих воэмоаяости: интегрирования в единой информационной базе существующих и перспективных математических моделей сетей, методов их анализа іі эффективных вычислительных схем; решения комплексных задач системного анализа СВС на основе методов гибридного моделирования;-управления сложными модельными комплексами в процессе выполнения эксперимента на ЗЕМ.
В основу диссертации положены результаты научных исследований, выполненных в Вычислительном цектрз и 14нсти"утэ горного дела СО РАН б соответствии с заданиями и разделами НИ? государственных программ] "Создатьэкспериментальную сеть взаимодействующих вычислительных центров и провести на этой сети исследование вопросов построения ГСЩ" (Постановление ГКНГ СССР № 180 от 15.05.73); "Разработать я ввести в эксплуатацию ППП для математического моделирования вычислительных- структур" (Постановление ГКНГ, Госплана и АН СССР № 475/ 25І/ІЗІ от 12.12.SO, НТП 0.80.14, 23.07); "Теория машинного'моделирования" (Постановление АН СССР № 1454 от 25.12.80, КП НИР-01.12. 10); "Информационные процессы в вычислительных сетях: а) методы адаптивного управления в информационно-вычислительных сетях" (По-
О-
становление Президиума АЧ СССР 145-1 от 25.12.80, КП НИР 1.13. 4.4); "Архитектура'сетевых систем. Методы анализа, оптимизации к моделирования сетевых" систем" (Постановление СїТМН Президиума АН ССС? № ІІ0ОО-494-І2І6 от 05.12.65, КП фундаментальных и прикладных исследований по проблеме "йнфовмацяоннотвычислительные сети" Ж СССР, I.13.8.2); "Создать к ввести в опытную эксплуатацию типовую автоматизированную систему непрерывного контроля и прогноза состояния и поведения массива герных пород, опасных по динамическим проявлениям на рудниках Кинцветмета ССС?" (Постановление ГЖГ, Госплана, Президиума АН СССР $ 492/245/164 от 06.12.81, Комплексная целевая программа по проблеме 0.Ц.027); а также планов НИР, утвержденных постановлениями и распоряжениями СО РАН к майстерства связи.
Цель работы. Развитие теории математического'Моделирования СЗС, развитие методов анализа сетей массового обслуживания (СеМО) к разработка вычислительных методов для анализа сетевых моделей СВС, разработка принципов организация системного и функционального наполнения инструментальных программных систем пля анализа СеМС, аналитического, имитационного и гибридного моделирования С5С и их компонентов.
Основные задачи, решаете для достижения поставленной цели:
-
Анализ состояния систем математического модел;грозания сєте вых вычислительных структур на базе Се"0.
-
Разработка методов анализа и расчета класса однородных и неоднородных СеШ, предназначенных для использования б качестве м тематических моделей СЗС и их компонентов.
-
Разработка методов декомпозиции .аналитических и имитационных сетевых моделей для анализа сетей больной размерности.
-
Разработка'принципов организации инструментальных программных средств" для анализа СеМЗ и математического моделирования СВС v их компонентов^
5. Математическое моделирование в задачах-проектирования ре-
ч^альных СВС: сетей передачи данных, вычислительных сетей, распреде
ленных мониторинговых' систем.
Научная новизна.
-
Разработаны методы анализа и расчета замкнутых однородных СеШ большой размерности с многоприборными узлами или с локальной зависимостью интенсивности обслуживания от состояния.
-
Разработаны методы анализа и расчета замкнутых неоднородных
Се',0 больксл газнорностн для некоторого класса лог.ллькж ззвиси'.'ос-тей интенсивности обслуживания от состояния, с учетом хсппннга \из-менения требованием принаялэкности классу) и абсолютных пгїгссптєтоб.
-
Развиты теория и методы декомпозиции сетевых моделей на основе укрупнения марковских процессов и асимптотической теории второго порядка для ОШ.
-
Разработаны теоретические осноеы и методы мг ематического моделирования СЕС, базігсущиеся на использовании гибридных моделей, содержащих виотуалькые аналитические и имитационные компоненты, цо-определяемые в реализации плана модельного эксперимента.
-
Разработаны концепции, методы и алгоритмы, составляющие научные основы системного и функционального наполнений инструментальных [программных средств для анализа СеМО и для аналитического, имитационного и гибридного моцелігрования СЕС.
Прикладное значение результатов работы. Полученные а диссертации научные результаты в области теории математического моделирования СЕС, методоЕ анализа сетевых мозелей, вычислительных методов и разработанные научные осноеы системного и функционального наполнений пакетов Прикладных программ для .математического моделирования сетевых систем использованы при разработке ППП: СЕГОД, СЕНСД, СЕНДС СЕКП? для анализа замкнутых СеЖ общего вида большой 'размерности; М0Д2С, МСНАД для математического моделирования информационно-вычислительных сетей.
Програ!.мыэ системы и пакеты, разработанные на основе полученных результатов, переданы в организации: НПО "Красная Заря" (г. Ленинград), Центральный ШІИ связи .(г. Москва), НПО "Сибцвєтметазтома- і тика" (г. Красноярск), Научный совет АН СССР по комплексной проблеме "Кибернетика" (г. Москва).
Теоретические результаты, вычислительные методы и инструментальные программные системы по математическому моделированию исполь-» зованы при ргаении .задач проектирования и разработки слепую'дих СБС: сети передач;: данных по радиоканалу ИНФРА, вычислительного комплексу коллективного пользования ВККП СО РАН, систэ.-.м автоматического управления шахтным транспортным роботом САУ ШР, автоматизированной системы контроля горного дазления АСКГД, информационнс-Бьгчислитель-ней сети «.юрского флота ИВС 1, территориально-распределенней вы-чис.тительной c-jth с коммутацией пакетов для электронной почты ЬСКП.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Разработан метод решения важного клесса задач математического моделирования СВС типа оценивание производительности или анализ задержки, основанный на использовании сетевых моделей обслуживания общего вица большой размерности и на совместном использовании аналитических и имитационных модельных компонентов в структуре гибридной модели.
-
Разработаны методы анализа однородных и неоднородных сетей массового обслуживания как моделей СЗС, базирующиеся на композиции методов конволщии, анализа средних, асимптотического разложения интегральных представлений сетевых базовых функций типа функций разбиения, соединенных вычислений.
-
Разработаны методы декомпозиции однородных и неоднородных сетевых моделей на базе укрупнения марковских процессов и результатов асимптотической теории второго порядка, являющиеся методической основой для приближенных расчетов СеЫО большой размерности общего вида (б том числе, несепарабельных, с блокировками) и для -разлоке-ния имитационных моделей СБС.
-
Разработаны концепции, методы и алгоритмы, составляющие научные основы системного и функционального наполнений системы моделирования СВС и .обеспечивание интегрирование в срегге ШШ систем аналитического,- имитационного и гибридного моделирования.
Апиобалия работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались, представлялись и обсуждались: на Всесоюзной конференции "Основные направления развития программного обеспечения ЭВМ, комплексов и сетей" (Севастополь, І98Т); на 1,111 Всесоюзных совещаниях "Распределенные автоматизированные системы массового обслуживания" (Нальчик, 1982; Москва, 19Э0); на Х,ХІДІІІ,ХІУ,ХУ-, ХУІ Всесоюзных школах-семинарах по вычислительным сетям (Тбилиси, 1985; Рига, 1986; Алма-Ата, 1988; Минск, 1939; Ленинград, 1990; Винница, 1991); на У Всесоюзной школе-семинаре по распределенным Автоматизированным системам массового обслуживания (Москва, 1983); на Республиканском семинаре "Совершенствование методов исследования потоков событий и систем массового обслуживания" (Томск, 1939); на II Всесоюзной конференции "Моделирование систем.информатики" (Новосибирск, 1990); на Международной конференции "Проблемы функционирования информационных сетей" -(Новосибирск, 19Э1); на XI Международной конференции по автоматизации в горном деле (Екатеринбург,
1992); на ХУІІ Международной школе-сгминарэ по вычислительным сети (Алма-Ата, 1992); на научных семинарах ВЦ СО РАН, ИГД СО РАН, Научного совета РАН по комплексной проблеме "Кибернетика".
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 печатннч работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Общий объем работы - 10 страниц машинописного текста, в том числе приложения - 20 страниц. Работа иллюстрирована 15 рисунками и 1С таблицами. Список литературы включает 177 наименований.