Введение к работе
В настоящее время в народном хозяйстве имеется множество технических систем, обладавших свойствами сложности, больной территориальной протяженности и распределенности. К таким системам, в частности, могут быть отнесены сети ЭВМ, городские тепловые или электрические сети.
Решение задачи автоматизации управления подобными системами требуот разработки моделей, отражающих динамику поведения модели-руомэй системы с учетом ее пространственно-временных свойств. При зтоіі) для ряда современных автоматизированных систем управления, в KovouiiU ведущая роль в управлении к принятии решения принадлежит человеку, особую актуальность приобретает моделирование с нсполь-зовачием ЭВМ, в частности информационное моделирование ка основе баз данных (БД) и систем управления базами данных (СУБД). Таким образом, возникает потребность в методах проектирования системного программного обеспечения для организации обработки и хранения информации о значениях параметров моделируемой системы.
Ввиду высокой сложности моделируемых систем информационные модели могут оказаться единственный сродством описания их поведения во времени. Эти модели необходимы также как основа для прогноза поведения системы в будущем или проведения имитационного моделирования, если эксперименты с самой моделируемой системой опасны или дорогостоящи. Несмотря на кажущуюся простоту информационных моделей, единых принципов их построения но выработано.
Информационное моделирование динамических систем с последействием на базе совокупности БД-СУБД означает непрерывное пополнение БД данными о текущем состоянии моделируемого объекта; котооое выражается через значения характеристических параметров, .а затем выполнение посредством СУБД различных операций над. этими данными. Допустимые конструкции данных и набор операций определяются модель» данных, принципы которой реализует конкретная СУБД. Таким образом, возможности и свойства информационной модели зависят от модели данных.
3 настоящее время практически повсеместное распространение получили реляционные СУБД. Это объясняется в первую очередь удоб- . ной и наглядной формой представления отношений в ввде двумерных таблиц. Набор операций над реляционными отношениями включает в
себя теоретико-множественные и специальные рапяционные операции, смысл которых очевиден. Вместе с тем с точки зрения применения для моделирования поведения сложных систем с последействием реляционная модель обладает рядом недостатков концептуального и технологического свойства.
Концептуальные недостатки реляционной модели проявляются в неадекватности свойств информационной модели свойствам моделируемых процессов. Причина в том, что реляционная модель изначально не предназначалась для моделирования существования объектов предметной области во времени, то есть отображения частой смены сое--тояний объектов. При использовании реляционной СУБД модель любого процесса будет представлять собой последовательность отдельных мгновенных скачков, которые в лучшем случае мояно рассматривать как ступенчатую функцию, в то время как большинство реальных процессов являются аналоговыми и непрерывными по времени.
Технологические трудности при использовании реляционной модели вызваны необходимость» непрерывно пополнять БД новой информацией с цель» актуализации. В результате объем БД имеет тенденцию неограниченно возрастать, при этом скорость доступа к данным снижается. Указанные недостатки присущи не только реляционной мо- дели данных, но и другим традиционным моделям.
Выделенные недостатки концептуального и технологического характера убедительно говорят о необходимости разработки новых моделей данных, специально предназначенных для моделирования процессов. По своим свойствам эти модели должны быть близки к временным моделям данных. . Теория временных моделей данных сложилась как научное направление еще в 70-е годы. Однако имеющиеся временные модели не предназначены для представления и обработки данных при управлении сложными объектами или процессами и не ликвидируют отмеченные ранее недостатки реляционной модели. Следовательно, актуальной задачей является разработка концепции временной проблемно-ориентированной модели данных, в которой бы отсутствовали отмеченные недостатки, а также реализация соответствующей СУБД.
Предметом исследования является представление и манипулиро-, вание временной информации в БД систем сбора, обработки и управления данными, применяемых в управлении сложными распределенными системными объектами.
Цель диссертационной работы состоит в разработке временной .4.
модели данных, предназначенной для решения задач обработки данных о распределенных объектах, а также разработке методов проектирования информационного и системного программного. обеспечения (СУ^ЛЗ на основе предложенной модели данных. При этом модель должна обеспечивать:
- адекватность представления в БД реальных процессов, бсль-
сіінство из которых является аналоговыми и непрерывными по време
ни;
Еирскик спектр математических операций для исследования временных рядов;
удобное обозначение моментов времени, а также гозможность поддерживать различные систем отсчета времени;
компактное описание поведения моделируемого объекта при неухудшенин полноты этого описания:
Реализация цели исследования потребует также специальных рентний в области структуры программного обеспечения систем управления данными (СУД), способов представления данных в БД, реализации операций над данными.
Для достижения поставленной целя в работе решаются следующие основные задач'и:
разработка структуры информационной модели распределенного системного объекта;
разработка способов представления временных отношений и набора основных операций над отношениями;
разработка классификации временных последовательностей и операций над последовательностями;
разработка временной модели данных;
разработка общей структурі! СУД: г'
разработка языков описания (ЯОД) и манипулирования данными (ЯЩ);
программная реализация СУБД на основе предложенной модели:
разработка методики расчета коэффициента сжатия для определения уменьшения объема ЕД при пероходе к непрерывному динами- . ческому способу представления временных функций.
Методы исследования базируются на использовании алгебры, общей теории систем, классической и временной логики, имитациоішого моделирования на ЭВМ систем массового обслуживания.
Научная новизна работы состоит в развитии теоретических ос-
нов решения задач проектирования и организации системного программного и информационного обеспечения систем сбора и обработки информации, предназначенных для управления сложными системными объектами, в том числе:
в предложенной структуре информационной модели распределенного системного объекта;
в разработке модели данных, ориентированной на решение задач обработки информации о текущем состоянии и эволюции сложных распределенных систем; в предложенной модели данных для компактного представления информации используются кусочно-непрерывные полиномиальные временные функции;
в разработке языков описания и манипулирования данными;
в предложенной структуре систем управления временными данными;
- в предложенной методике расчета коэффициента сжатия данных.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
структура информационной модели распределенного системного объекта;
модель данных, то есть способы представления временных отношений, набор операций над отношениями и ограничения целостности;
общая структура СУД на основе временной модели данных и методы проектирования СУД;
методика расчета коэффициента сжатия для определения уменьшения объема БД при переходе к непрерывному динамическому способу представления временных отношений.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
созданное программное обеспечение (СУД) позволяет обеспечить организацию эффективного хранения и манипулирования временными- данными, значительно расширить список математических операций над данными; .
предложенная структура СУД на базе многопроцессорной вычислительной системы (ВС) повысит производительность обработки данных за счет-распределения отношений по временному признаку- и . распараллеливанию массовых операций над данными;
методика расчета коэффициента сжатия позволяет сопоставлять различные; методы образования полиномиальных функций с целью выбора наиболее оптимального метода с точки зрения уменьшения объема.ЕД. .6
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты иссле
дования внедрены в НИИ ЛИТ (НИИ измерений, автоматизации и инфор
мационных технологий, г. Пенза), а также в филиале Тепловые сети*
ОАО Пензаэнерго (г. Пенза).
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и получили одобрение на Международной конференции "Новые информационные технологии и системы" (г. Пенза, 1994 г.), II Международной конференции "Новые информационные технологии и системы" (г. Пенза, 1996 г.), научно-практическом семинаре "Применение баз данных" (г. Пенза, 1997 г.), Московской международной телекоммуникационной конференции студентов и молодых ученых (г. Москва. 1998 г.).
Структура и объем работы. . Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка,литературы из 89'наименований и двух приложений. Работа содержит 156 страниц машинописного текста, 9 рисунков. 1 таблицу, 10 страниц библиографии, 18 страниц приложений.
