Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы формирования сравнительной оценки и модели структуры организации учебного процесса 10
1.1. Организационное управление в сетевых организациях 10
1.2. Понятие модели сетевой организации 12
1.3. Модель структуры организации учебного процесса 14
1.4. Формирование сравнительных оценок качества структуры вуза в части организации технических средств обучения 17
1.5. Выводы по главе 1 24
Глава 2. Государственные образовательные стандарты и их роль в управ лении структурой технических средств обеспечения учебного процесса 26
2.1. Ведущая роль стандарта в управлении учебным процессом 26
2.1.1. Концептуальные идеи государственных образовательных стандартов 26
2.1.2. Государственные образовательные стандарты как основа управления учебным процессом ... 28
2.2. Целевая направленность и собственная структура Государственных образовательных стандартов 31
2.3. Структура учебного процесса по ГОС 33
2.4. Модель образовательного процесса 37
2.5. Выводы по главе 2 42
Глава 3. Разработка подходов к созданию метода управления структурой средств компьютерного обеспечения вузовского учебного процесса 43
3.1. Анализ проблемы управления формированием структуры информационных потоков сетевой организации 43
3.2. О реальных возможностях оптимизации вычислительных сетей для управления сетевыми организациями 51
3.2.1. К постановке задачи сетевой оптимизации 51
3.2.2. О построении моделей 52
3.2.3. Расчет конфигурации вычислительного комплекса для решения задач в реальном масштабе времени 58
3.2.4. Сравнение сетевых архитектур 62
3.3. Структура «от управления» 67
3.4. Информационные и интеллектуальные базы как основа организации управления . 69
3.5. Структурная парадигма управления 75
3.6. Уровень представления знания в ГОС 77
3.7. Выводы по главе 3 84
Глава 4. Метод управления организацией средств компьютерного обеспе чения на основе типовой структуры технических средств 85
4.1. Разработка методики выделения базовых групп технического оборудо
вания 85
4.1.1. Общий подход к выделению сегментов 85
4.1.2. Выделение сегментов по типам предоставляемых возможностей обеспечения учебного процесса 88
4.2. Методика организации сегментирования технических средств 96
4.3. Объединение сегментов 100
4.4. Метод представления, описания и управления структурой организации средств компьютерного обеспечения вузовского учебного процесса на основе сегментации технических средств 106
4.5. Выводы по главе 4 115
Глава 5. Моделирование комплекса технических средств 116
5.1. Выбор уровня моделирования 116
5.2. От высокоуровневого моделирования к имитационному 118
5.3. Возможности использования типовых систем имитационного моделирования в задачах выбора структуры состава оборудования 124
5.4. Выбор системы моделирования 128
5.5. Система имитационного моделированияNetCracker Pro 130
5.6. Практические исследования конфигураций технических средств 132
5.7. Выводы по главе 5 141
Заключение 142
Библиографический список 144
- Модель структуры организации учебного процесса
- Государственные образовательные стандарты как основа управления учебным процессом
- Анализ проблемы управления формированием структуры информационных потоков сетевой организации
- Расчет конфигурации вычислительного комплекса для решения задач в реальном масштабе времени
Введение к работе
Разработка методов управления организационными структурами предприятий, включая высшие учебные заведения, является важной задачей,'решение которой может обеспечить значительный положительный эффект при их формировании и функционировании. В настоящее время используются два основных подхода в разработке таких методов.
Во-первых, это традиционный, фундаментальный подход, в основе которого лежит глубокая математическая проработка объекта, целью которой является строгое определение предметной области, задание сценария моделирования и анализ его результатов. Это направление характеризуется математическими работами школы А.А.Самарского и многих других отечественных и зарубежных исследователей.
Во-вторых, это известный подход «от пользователя» (школа Г.С.Поспелова), когда модель возникает как представление непрограммирующего практика и сопровождается автоматизированной процедурой построения математической модели.
Оба подхода имеют свои достоинства, но не исчерпывают все возможные подходы к организации процессов моделирования. К примеру, школа В.В.Иванищева указывает на важность более глубокого осмысления внутренней сущности программной части модели для конкретных случаев применения, без чего вероятны серьезные ошибки моделирования, так как структура и принципы работы моделирующих программ остаются недоступными авторам математических моделей. В данной работе предлагается решение задачи разработки методов построения и управления структурой технических средств (ТС) вуза исходя из внешних предписаний на их структуру, которыми является государственный образовательный стандарт (ГОС).В связи с принятием второй редакции ГОС, являющегося для вуза, с точки зрения
управления, внешним структурирующим воздействием, такого рода исследование представляется весьма актуальным.
Целью исследования является разработка методов оценки, построения и управления структурой технических средств поддержания учебного процесса для обеспечения выполнения требований государственного образовательного стандарта второго поколения.
Достижение указанной цели исследования может быть обеспечено последовательным решением следующих основных задач:
выбор обоснования сетевой модели структуры вуза, как организации с изменяющейся структурой выходного продукта - объемом и взаимосвязями учебных дисциплин, предписываемых ГОС;
разработка концептуальной модели учебного процесса на основе требований выбор обоснования сетевой модели структуры вуза, как организации ГОС;
разработка методики оценки качества структуры технических средств поддержания учебного процесса;
разработка метода построения и управления структурой технических средств обеспечения учебного процесса,
Разработка имитационной модели технических средств вуза с заданной структурой и анализ эффективности функционирования модели для оценки качества структуры.
В работе используются методы системного и структурного анализа, теории множеств, теории массового обслуживания, имитационного моделирования.
На защиту выносятся:
1.Основные положения представления вуза в виде сетевой организации с изменяющейся внутренней структурой выходного продукта.
2. Метод формирования модели описания учебного процесса на основе исследования концепции и структуры ГОС.
7 3. Мето Дика оценки структуры технических средств учебного процесса.
4.Метод представления, описания и управления структурой средств технического обеспечения вузовского учебного процесса.
5.Методика анализа выбора технических средств обеспечения вузовского учебного процесса на основе компьютерных методов обработки информации.
Научной новизной обладают следующие результаты выполненных исследований:
1.Основные положения представления вуза в виде сетевой организации.
Метод представления модели описания учебного процесса на основе исследования концепции и структуры ГОС.
Методика оценки структуры технических средств учебного процесса,
Метод представления, описания и управления структурой технических средств обеспечения вузовского учебного процесса.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обеспечивается выбором и соответствующим применением современных методов исследований, корректностью формулировок и логически строгом построением доказательств, утверждений и следствий, обоснованным выводом соотношений и правил, на основании которых производится построение моделей и подтверждается непротиворечивостью результатов компьютерного моделирования экспериментальным данным и экспертным оценкам.
Основные результаты по теме диссертации докладывались на международных конференциях: «Intelligent Systems and Information Technologies in Control» (IFAC) СПб/Псков, 19-23 июня 2000 года; VII Санкт-Петербургская международная конференция "Региональная информатика" - СПб, 5-8 декабря 2000 года, а также на семинарах в ПЛИ СПбГПУ и СПИИРАН в 2002-2003 годах.
Основные результаты исследования по теме диссертации опубликованы в 4 печатных трудах, включая монографию [38].
8 Результаты диссертационной работы использованы в НИР (№222456 от
03.03.2003), выполненной в Псковском политехническом институте СПбГПУ
и связанной с научной проработкой основных аспектов введения в действие
и внедрения в организацию вузовского учебного процесса второй редакции
ГОС.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (52 наименования) и двух приложений. Общий объем - 148 с, включая рисунки и таблицы. ,
Диссертационная работа предлагается в следующей последовательности изложения глав и защищаемых положений.
В первой главе рассматривается постановка задачи организации учебного процесса как разработка проблемы формирования сравнительных оценок и модели структуры организации учебного процесса.
В главе рассматриваются вопросы представление вуза как сетевой организации с изменяющейся внутренней структурой выходного продукта с построением модели вуза как сетевой организации в объеме, соответствующем поставленным задачам исследования. Далее разрабатываются метод оценки структуры технических средств и указываются возможности разработки на их основе метода представления, описания и управления структурой организации средств компыотерного обеспечения вузовского учебного процесса, соответствующего третьему защищаемому положению.
Во второй главе исследуются и конкретизируются вопросы описания и структурной оценки содержания государственных образовательных стандартов, что позволяет разработать модель представления вуза «от ГОС». Это позволяет в третьей главе перейти от постановочного обсуждения разрабатываемого метода к выбору конкретных вариантов проведения работ по созданию метода управления структурой технических средств компьютерной поддержки учебного процесса в вузе.
9 Третья глава содержит описание необходимых научных и технических
подходов к формированию метода управления, выбор реализуемого варианта
и указания о необходимости специальных решений по определению типов
однородных сегментов в составе комплекса технических средств.
В четвертой главе представлена методика использования результатов сегментного подхода к формированию структуры технических средств и на ее основе (методики сегментирования технических средств) и основного варианта (метода) обеспечения структурного управления разработан метод представления, описания и управления структурой организации средств компьютерного обеспечения вузовского учебного процесса.
Особенности практического моделирования рассматриваются в пятой главе. Здесь проводится сравнительный анализ существующих программных пакетов моделирования, показываются преимущества использования современных технологических пакетов для проверки надежности и предельных возможностей структур технических средств, сформированных по функциональным, а не стоимостно/вычислительным критериям, пакетов, обеспечивающих при их правильном выборе и чисто экономический эффект снижения затрат на приобретение компьютерных средств обеспечения учебного процесса. Далее приводятся необходимые материалы экспериментальных расчетов для проверки правильности полученных решений по выбору и дальнейшему поддержанию конфигурации технических средств, оптимальных по критерию их достаточного обеспечения требований ГОС на организацию учебного процесса.
Модель структуры организации учебного процесса
Для формирования целевого управления как задачи обеспечения соответствия структуры технических средств вуза структуре, фактически требуемой стандартом на обучение, перейдем от концептуальной модели (1) к развернутому представлению модели требуемой структуры организации учебного процесса. Ясно, что это надо сделать с учетом пересечения требований к изучению одинаковых базовых учебных дисциплин для различных специальностей. В связи с достаточно сложной многоуровневой индексацией необходимой для модели общего случая, ограничимся записью только для случая пересечения учебных дисциплин двух специальностей, которая по аналогии может быть расширена для записи необходимого число различных специальностей, изучаемых в одном вузе.
Такое представление предлагается как интегральная (обобщенная) модель на отдельной схеме с той же номенклатурой обозначений, что и в концептуальной модели (1).
В модели (рис.2) выделяется область пересечения в которой отдельно рассматриваются изменения, происходящие:
- с пересекающимися (одинаковыми) дисциплинами, предусмотренными для изучения в S i и Sn,которые количественно от пересечения никак не изменяются (потоковая организация лекций не имеет отношения к их компьютерной поддержке);
Модельное представление структур организации двух учебных специальностей S„.i и S„ с их пересечением по / дисциплинам
- с семестровым временем Тк, предусмотренным в каждой отдельной дисциплине п -й специальности для ее изучения, которое, так как речь идет о техническом обеспечении учебного процесса, суммируется при пересечении учебных дисциплин, а не поглощается, как это имеет место при организации потоковых лекций;
- с предписаниями Мк, которые в данной на модели нотации указывают на различное предварение друг другу пересекающихся дисциплин для
При этом: к и к -г количество учебных дисциплин в 5Й_,/ и S» соответственно; / - число совпадающих наименований дисциплин. Более глубокое представление такой структуры может понадобиться при рассмотрении вопроса реальной организации технических средств, а пока представим предложенную модель в виде графического построения на рис.2 из которого наглядно следует возможное пересечение отдельных дисциплин в различных специальностях, преподаваемых, например, в одном вузе или на. одном факультете.
Представленные на рисунке знаки сумм означают не математическое суммирование, например, дисциплин или их числа, а сумму составных частей общей структурной модели некоторой специальности, задаваемую предписанным набором дисциплин, времен их технического обеспечения и допустимыми последовательностями изложения учебного материала.
Фактически на рис.2 приведена обобщенная модель структуры обеспечения учебного процесса на уровне количества, загрузки и последовательности прохождения учебных дисциплин любого вуза через имеющиеся в нем технические средства обеспечения учебного процесса, т.е. задание требований к их работе с учетом одновременности прохождения занятий и предписаний на последовательность изучения отдельных курсов.
Совершенно ясно, что все данные для реального построения структуры технических средств содержатся в ГОС, и задача принципиально имеет некоторое множество решений. Из них необходимо выбрать оптимальное по минимуму используемых технических средств при полном обеспечении «временных» (по предоставляемым объемам времени при указанных требованиях по одновременности и последовательности проведения занятий) и «мощно-стных» (по вычислительным мощностям отдельных технических средств и их групп) требований к обеспечению отдельных дисциплин.
Оптимальность должна быть соблюдена при условии учета морального и технического старения технических средств, т.е. с учетом временных перспектив-использования тех или иных моделей техники.
Дополнительным ограничением является и необходимость предоставления учащимся равных условий (одинаковых мощностей технических средств) при проведении групповых занятий, что характерно для современного вузовского обучения. Таким образом, перед нами встает достаточно сложная задача оптимизации объекта, заданного не функционально, а структурно и с достаточно жесткими временными и целочисленными ограничениями.
Государственные образовательные стандарты как основа управления учебным процессом
Примеры текстов ГОС приводятся в приложениях І и 2. В тексте этой главы приведены только необходимые ссылки на них, общую оценку содержания открываемых возможностей для управления на их основе структурой вуза и необходимые выводы.
Рассмотрим подробно два момента: чем именно управляют интересующие нас стандарты образования и как это управление непосредственно связано со структурой управляемой организации (вузовского учебного процесса, который в Классификации систем по К.Боулдингу [26] по своей сложности является системой уровня «общественного или социального института» и соответственно требует специального подхода к его управлению).
Все существующие стандарты, в нашем случае, имеют одну цель - обеспечить гарантированное всестороннее сопряжение некоторого продукта (механического, вычислительного, отчетного и даже виртуального) со всем мыслимым для него окружением. Для этих целей такие стандарты можно разделить на две группы: стандарты на сопряжение (на размеры, материалы и т.п.) и стандарты на организацию (на производственно-технологический цикл, на испытания, на содержание или структуру) конечного продукта.
Но если вполне очевидно, что несоблюдение стандартов, например , на метрические резьбы может сразу иметь печальные последствия, то нарушение стандартов на организацию, например, технологического процесса во многих случаях приводит всего лишь к созданию «изделий второго сорта». Не принято употреблять такую терминологию по отношению к продукту учебного процесса - образовательному уровню учащихся, но нарушение стандартов на образование всегда ведет именно к тому же самому.
Соответственно, нарушая все образовательные стандарты, можно подготовить несколько выдающихся специалистов, но стране при любой форме хозяйствования нужны и тысячи обыкновенных, вполне грамотных инженеров. На подготовку именно таких выпускников с предписанной структурой их профессионального знания и ориентированы ГОСы.
Роль ГОС не ограничивается описанием желательного набора дисциплин, знание которых предопределяет возможность присвоения учащемуся звания инженера или магистра. ГОСы в первую очередь предписывают структуру учебного процесса, ради которых (и структуры, и самого процесса) и существует любой вуз, кроме того, они являются и основой содержания учебных изданий [47]. А если структура предписана, то необходимо указать, что же является ее первичной реализацией в каждом конкретном вузе. В прежние времена, когда компьютеры были экзотикой, структура вуза никак не была связана с их существованием и наоборот. Действительно, она сформировалась много веков назад методом проб и ошибок и с тех пор практически без изменений пришла в наше время. Только набор специальностей вуза времен «до научно-технической революции (НТР)» был достаточно произволен.
Требования промышленности исключили самодеятельность в организации учебного процесса технического вуза. Первичной, управляющей для его структуры составляющей стала оценка со стороны государственных образовательных органов необходимого количества и направлений подготовки специалистов различных областей знания. А значит, ГОС стал руководящим документом, инструкцией по выполнению госзаказа на подготовку специалистов, то есть по факту ГОС предписывает структуру, по крайней мере, технического вуза.
Таким образом, ГОС одновременно является и «государственным организационным стандартом» для вуза. Для учреждений Минобразования РФ это прямое указание на то, что и сам вуз, и структура вузовских технических средств обеспечения учебного процесса должны быть «оптимизированы под выполнение требований ГОС». Такая оптимизация с некоторым «структурным требованием к ней» должна выполняться мобильно, с быстрым и эффективным отслеживанием всех изменений, которым подвержены ГОС в современной научно-технической обстановке, и с минимальными затратами.
Для элитных вузов, призванных опережать развитие научно-технической мысли, могут и должны быть сделаны какие-то исключения. Но для основной массы вузов это недопустимо, и государственные требования к организации (структуре) процесса обучения вообще и его технической поддержке в частности, являются для них управляющим началом. Вывод первой главы о сетевом (в важнейшем, управленческом смысле) характере вуза как организации, только подтверждает сказанное и в структурном, и в управляющем смысле.
Целевая направленность и собственная структура Государственных образовательных стандартов
Государственный образовательный стандарт устанавливает:
1) Структуру высшего профессионального образования, документы о высшем образовании;
2) Общие требования к основным профессиональным образовательным программам высшего профессионального образования и условиям их реализации;
3) Общие нормативы учебной нагрузки студента высшего учебного заведения и ее объем;
4) Общие требования к перечню направлений (специальностей) высшего профессионального образования;
5) Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по конкретным направлениям (специальностям) высшего профессионального образования в качестве федерального компонента. Остальные компоненты (региональный и др.) будут указаны ниже, при рассмотрении примера внутренней структуры ГОС.;
6) Обязательность его применения всеми образовательными учрежде ниями, расположенными на территории Российской Федерации и аккредито ванными федеральным (центральным) государственным органом управления высшим образованием в качестве высших учебных заведений.
Из сказанного достаточно очевидно вытекает управляющая сущность ГОС, не только их внутренняя структурированность, но, прежде всего, задание ими организационной структуры учебного процесса и требований к ко 32 нечному продукту - структуре и объему знаний, получаемых выпускником вуза за время обучения.
В нормативных материалах ГОС прямо указано: структура высшего профессионального образования — это совокупность различных по назначению и нормативным срокам обучения основных профессиональных образовательных программ высшего профессионального образования, характеризующих уровни высшего профессионального образования.
Таким образом имеем нормативный документ, предписывающий сроки и порядок следования учебных дисциплин, фактически объем и состав знания, необходимого учащемуся для получения Российского диплома о высшем образовании. Среди прочих требований в этом документе (и в приложениях к нему) содержатся не только основные темы занятий, а прямые требования к проведению или разработке соотношений между теоретическими и практическими занятиями. Соответственно, ГОС предопределяет не только предоставление компьютерного времени учащимся в указанных объемах и сроках обучения, но и, по факту указания требований к содержанию отдельных курсов, требований к техническим средствам для каждого из них.
Тем самым мы получаем, в контексте решения нашей задачи — организации структурного управления, фактически нормативные требования к составу технических средств, необходимых для обслуживания учебного процесса в вузе с определенным набором специальностей по ГОС. Кроме того, ГОСы опосредованно устанавливают (заданием перечня учебных дисциплин и часов их изучения) некоторый средний уровень сложности программного обеспечения, т.е. уровень требований к центральному и периферийным вычислителям, объемам памяти и многие другие значимые компоненты вычислительных работ.
Анализ проблемы управления формированием структуры информационных потоков сетевой организации
Прежде чем перейти к разбору подходов к собственно формированию структуры программно-технических средств сетевой организации под действием или во исполнение управляющего воздействия, проведем анализ некоторых «исторически» пройденных этапов реального создания конфигураций технических средств, начиная с традиционного проектирования их как вычислительных сетей эвристическими и полуэвристическими методами. В этой работе наиболее интерес представляют не сами вычислительные сети, а только степень соответствия их структуры изменяющейся структуре «организаций с сетевой работой».
Конкретный интерес представляет рассмотрение подхода к созданию конфигураций технических средств «от вычислительных сетей» в сравнении и привязке к структурным требованиям реального учебного процесса.
Хотя информационно-полные, функционально совпадающие с организацией вычислительные сети до сих пор являются редкостью, очевидно, что вычислительная сеть и ее структура в сетевой организации должна быть достаточно адекватной моделью этой организации. Поэтому сегодняшняя тенденция сближения физических структур технических средств и самого предприятия ведет не только к становлению сетевых организаций как таковых, но и к оптимизации технических средств не по их стоимостным параметрам, а, прежде всего, по функциональным параметрам обеспечения подготовки конечного продукта. Когда речь идет о подготовке персонала высшей квалификации, структура комплекса технических средств и структура обязательного знания должны полностью соответствовать друг другу хотя бы потому, что некоторая сеть, образуемая техническими средствами, должна быть оптимизирована под изложение учебных дисциплин, а не наоборот.
Поэтому будем понимать вузовскую вычислительную сеть (комплекс технических средств сетевой организации) именно как структуру, образуемую техническими средствами, существующую только и исключительно во имя исполнения структурных предписаний ГОС, оптимизированную под эти предписания, а не по абстрактным стоимостно/вычислительным критериям.
Следовательно, при декларации равенства качества образования во всех вузах страны, все студенты должны получать одинаковый по часам и аппаратному обеспечению доступ к программно-техническим средствам, что фактически предписано ГОС. Сеть, оптимизированную под реальный «производственный процесс обучения», студент должен увидеть и использовать в вузе, под производственный процесс - при прохождении практики. А чисто вычислительные центры коллективного пользования, оптимизированные под вычисления, ему должны встречаться только лишь на практике по дисциплинам типа вычислительной математики, если это, конечно, не чисто «сетевая» дисциплина.
Начнем с этапа, пройденного всеми организациями и сетевой, и любой другой структуры, когда, без всякой оптимизации компьютеры, как узлы информационных потоков, стремились соединить между собой простейшим образом и любыми доступными средствами.
В общем случае во многих организациях и, в частности, в вузах это было связано с изначальным использованием «моноканала» на уровне внедрения архитектуры Ethernet или подобной (рис.4). Характер информационного потока при этом мог быть типа «клиент - сервер» или даже допускать организацию прямых связей.
Все технические ограничения сводились к количеству элементов сети и длине сегмента (например, к ограничению длины кабеля «тонкого» Ethernet а). Пропускные способности каналов информационной связи в организации ограничивались известным протоколом «работы на столкновениях», что в основном и предопределяло степень соответствия (вернее, несоответствия) физического и логического информационных потоков организации. Для масштабирования (реорганизации) сети требовалось, в пределах практически допустимых технических и пропускных возможностей сети, изменять ее «по сегментам», которые организовывались по геометрическому (по расположению компьютеров), а не по функциональному принципу.
Далее развитие необратимо шло по пути все большего сближения физической и логической структур и самой сети, и информационных потоков.
Это сближение по ряду причин сначала пошло по принципу «умозрительного» выделения сегментов оборудования, исходя из появившихся возможностей использования концентраторов (рис.5) и некоторого снижения ограничений на геометрию их расположения. Ни о какой оптимизации сети в вузовских условиях речи идти не могло, в первую очередь, из-за полного отсутствия выбора и маневра техническими средствами. Такого рода сегментирование и появление на рынке новых классов сетей вело к использованию сетевых структур класса «звезда». Обычными прило жениями сегментов были «клиент - сервер», «малый офис», «графические программы». При стандартной пропускной способности сетевых каналов 10 Мб долгое время никаких проблем и потребностей в реструктуризации не возникало. Реальный вуз находился в стадии освоения нового порога информационных возможностей.
Значительная собственная вычислительная и пропускная способность технических средств, использовавшихся в сегментах, не только не вела к по требностям в оптимизации сетей, но напротив, способствовала их дифференциации в «локальные сегменты», в большинстве случаев (кроме крупных вычислительных задач и передачи массивов АСУ) вообще не нуждавшихся в общей сети. Это был этап «несетевого развития сетевых организаций». В последние пять лет ситуация с использованием «звезд» и «колец» начала быстро меняться. Этому способствовали несколько факторов - большее вне-дрение в учебный процесс самых разных программных пакетов и продуктов, массовое использование интернета и приход на отечественный рынок и постепенная доступность для вуза новых решений сетевых архитектур.
Это привело к необходимости восприятия в структуре организации по нятия «групп центральных серверов», что отражало позитивные тенденции в централизации информационного управления. Точнее в возникновении ре альных потребностей в «структурном управлении», не столько вычислительное, сколько организационное требование реального объединения всех ранее выделенных сегментов в сеть.
Расчет конфигурации вычислительного комплекса для решения задач в реальном масштабе времени
Результаты, изложенные здесь авторы [27] считают полезным использовать для сравнительной оценки вариантов структур ЛВС, а также для постановки и решения задачи синтеза оптимальной конфигурации ЛВС
Конфигурация определяется составом и связями его функциональных модулей (процессоры, главная память, каналы и устройства ввода-вывода). Конфигурация считается оптимальной, если она обеспечивает решение соответствующих задач (обработку данных), удовлетворяющее заданным требованиям к производительности ВК и загрузке модулей при минимальной общей стоимости комплекса.
Не затрагивая достаточно сложных описательных подробностей постановки таких задач, укажем только, что и изначально, и на каждом шагу их рассмотрения непрерывно требуется введение некоторых уточняющих параметров и значений либо априорно неизвестных, либо являющихся чистым произволом восприятия задачи исполнителем расчетов.
Оптимизируемый функционал имеет достаточно сложный вид
В конечном счете, поиск оптимальной конфигурации ЛВС в [27] и других публикациях предлагается осуществлять с помощью метода «ветвей и границ» с использованием четырех стратегии ветвлений, что является весьма трудоемким процессом, требующим постоянного перехода от одной стратегии к другой.
Сделаем некоторые выводы о реалиях практической пользы математической постановки задачи оптимизации сетей, по крайней мере, для организации компьютерных технических средств обычного технического вуза.
Суть подхода заключается в том, что множество допустимых планов некоторым способом разбивается на подмножества. В свою очередь каждое из подмножеств по этому же или другому способу снова разбиваются на под-множества до тех пор, пока каждое подмножество не будет представлять собой точку в многомерном пространстве.
Построение схемы ветвления есть ничто иное, как формирование процедуры перебора. Возможность оценки образуемых подмножеств по значению для задач максимизации позволяет сократить перебор в силу того, что одно из подмножеств, при выполнении определенных соотношений исключается и не нуждается в последующем анализе.
Очевидно, что выбор оценок и схемы ветвления взаимосвязаны, и трудно указать общие рекомендации по использованию на практике этого метода. Вообще считается, что комбинаторные методы легче справляются с проблемой округлений, чем методы отсечения. Они, как правило, имеют более «простую арифметику и более сложную логику».
Последнее говорит, прежде всего, о не слишком высокой строгости решения, которое таковым, особенно в рассматриваемом случае быть не может из-за достаточно жестких (и практически мало выполнимых, но строго обязательных для проведения расчетов) условиях функционирования технических средств ЛВС из-за чего все эти расчеты имеют пользу, аналогичную пользе известных «автоматизированных информационно-советующих систем».
Если вернуться в область постановки задачи расчета оптимальной конфигурации вычислительного комплекса, то приведенный там список ограничений (требований) на конфигурацию в известной степени ставит в тупик любого практика, у которого мы могли бы попытаться получить согласие на моделирование его комплекса на таких условиях. Другую, более свободную. постановку сформировать крайне трудно, если вообще возможно, а о точности и конечной практической пользе решений на ее основе говорить не приходится.
Но можно на основе приведенных рассуждений вернуться в область проектирования модели. Как было указано, это модель из области действия математического аппарата замкнутых линейных экспоненциальных сетей массового обслуживания. Однако и экспоненциальность, и жесткое зонирование главной памяти, и статистическая однородность задач - все это элементы упрощения для теории массового обслуживания. Даже при элементарном рассмотрении адекватности задачи обслуживания в ЛВС становится ясно, что требуется введение полумарковских процессов, частично приближающих нас в модели к отображению явной неоднородности информационных потоков.
Более детальное изучение этой проблемы приведет уже к многомерным марковским процессам, системам обслуживания с потерями. Нет смысла применять все это в условиях реальной ЛВС вузовского масштаба, тем более, что на каждом шагу такой оптимизации мы все более и более усложняем задачу.
Конечно, никто сегодня в вузе самостоятельно заниматься такими вычислениями не будет. Уже давно признана целесообразность проведения оп 62 тимизационных расчетов на основании специально разработанных пакетов проектировочных программ для создания сетей. Не исчерпывающим, а крайне показательным аргументом здесь является оценка их реальной стоимости. Хорошо известно, что те из них, которые можно признать достаточно серьезными с математической точки зрения, стоят несколько тысяч или десятков тысяч долларов, т.е. по стоимости приближаются к стоимости самой ЛВС после всех вариантов ее оптимизации. Вряд ли такие затраты в вузе можно признать рациональными.
Разработчики в своей основной массе уже давно отказались от такого рода расчетов и затрат. Некоторой альтернативой стал представляться выбор через сравнение сетевых архитектур.
Отметим, что это пока только рассмотрение проблем оптимизации вычислительной сети, но не проблем управления структурой организации, где эта сеть используется, и к решению которой такие методы оптимизации нас не приближают никак.
