Введение к работе
Актуальность проблемы. Распределенные вычислительные системы (РВС) - важное звено в развитии и применении средств вычислительной техники при создании различных типов распределенных автоматизированных систем управления'производственными и технологическими процессами, предприятиями, научными организациями. Актуальность создания и применения РВС определяется также тем, что они служат частью технической базы инфраструктуры информатизации общества на основе новой информационной технологии. Наиболее актуальным направлением совершенствования и развития РВС остается повышение их эффективности. Одним из важных показателей эффективности функционирования РВС является живучесть. В связи с этим проблема комплексной оценки и обеспечения- живучести становится неотъемлемой частью проектирования РВС.
Вопросам исследования живучести сложных систем посвящен ряд работ советских и зарубежных ученых. Анализ этих работ показывает, что для большинства из них характерны следующие недостатки. Во-первых, оценка живучести сложных распределенных систем в основном, сводится к анализу связанности элементов при условии, что они абсолютно надежны, либо к анализу живучести отдельных элем-знтов без учета связей между ними. Во-вторых, большинство ранее предложенных моделей и методов оценки живучести являются, достаточно сложными и трудно реализуемыми для практического применения.
Актуальность работы подтверждается еще и тем, что данное научное исследование проводилось в соответствии, с целевыми программами N 555 от 30 октября 1985г. ГКНТ СССР и N 10/183 от 12 мая 1988г. ГКВТИ СССР, Совета Министров и АН Казахской ССР по созданию республиканской системы передачи данных и опытной зоны республиканской информационно-вычислительной сети как технической базы инфраструктуры ин-'фор'матизации КазССР, а также по хоздоговорным темам.
Целью диссертации являются: разработка метода комплексной оценки и обеспечения живучести PEG, методов синтеза стук-туры РВС по параметру живучести, создание демонстрационного образца экспертной системы обеспечения живучести на примере распределенной потоковой вычислительной системы . Для достижения этой цели решены следующие задачи:
ріяьитие и обоснование общей «одели, и разработка критериев комплексной оценки живучести РВС;
разработка инженерной методики расчета показателей живучести РВС;
разработка алгоритмов и процедур управления процессами обеспечения живучести РВС в условиях полной и неполной информации о ее состоянии;
разработка модели и методов решения задачи синтеза структуры РВС с повышенной живучестью;
создание демонстрационного образца экспертной системы обеспечения живучести РВС.
Метод-ы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены с применением методов теории надежности, теории принятия решений, теории управления, математического программирования и искусственного интеллекта.
Научная новизна результатов Диссертации заключается в следующем:
-
Предложено развитие общей модели комплексной оценки и обеспечения живучести. РВС. Разработаны обобщенный показатель.и критерии оценки живучести РБС, учитывающие в отличие от известных критериев как структурные, так и функциональные изменения в системе при воздействии на нее неблагоприятных факторов.
-
Разработан метод оценки текущего состояния и обеспечения живучести РВС, позволяющий принять решения о необходимости реконфигурации структуры, изменения режима функционирования системы и динамического перераспределения нагрузки. Для оценки состояния системы разработаны методики расчета потенциальных, текущих и требуемых значений показателей живучести.
3. - Разработана математическая модель задачи синтеза структуры
РВС с учетом требований к ее показателям живучести. Предложены два
алгоритма решения этой задачи. В основу первого алгоритма положен
декомпозиционный подход, учитывающий структурные особенности задачи.
Второй алгоритм основан на комплексном решении задачи с помощью мо
дификации метода парных оценок или метода лексикографической оптими
зации. Исследование предложенных алгоритмов показало, что первый ал
горитм обеспечивает получение решения с задэт.ной точностью, а вто
рой - решение, отличающееся от оптимального не более чем на 8 - 15 %,
при этом его вычислительная эффективность на порядок выше первого .
4. Разработан демонстрационный образец экспертной системы обеспечения живучести РВС, основанный на смешанном продукционно - сетевом представлении знаний и дифференцированном подходе выделения множеств групп знаний в виде образцов со своими управляющими модулями.
Личный вклад. Все основные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.
Практическая ценность работы. .Разработанные в диссертации модели, методы и средства могут быть использованы на этапах проектирования и эксплуатации РВС в условиях воздействия неблагоприятных факторов . Предложенные методы и средства позволяют повысить качество проектирования и управления ресурсами РВС при неблагоприятных воздействиях путем полного учета реальных условий функционирования системы.
Реализация результатов работы.
Основные результаты диссертации получены при выполнении научно-исследовате'льских работ в лаборатории " Вычислительные сети и системы передачи данных" Казахского политехнического института, проводимых в рамках вышеуказанных программ.
Разработанные методы комплексной оценки, обеспечения живучести и проектирование РВС с повышенной живучестью в виде пакета прикладных программ " Живучесть" , " Нагрузка", " Расписание " в совокупности с экпертной системой обеспечения живучести РВС использованы при создании опытной зоны республиканской системы передачи данных , при разработке концепции и проекта программы информатизации республики, при создании Академсети АН КазССР и ЛВС САПР. Материалы работы используется в учебном процессе Казахского политехнического института по специальностям 21. 01 , 22.01 и 22.04. Результаты внедрения диссертации подтверждены соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на 15-ти конференциях, семинарах , совещаниях и школах , в том числе на 10-ти всесоюзных.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем работы. диссертационная работа состоит из введения, . четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста и включает в себя 50 рисунков, 2 таблицы, список литературы из 184 наименований.
Основные положения, выносимые на защиту :
-
Организация распределенной обработки информации в РВС при оценке их живучести требует учета как структурных, так и функциональных изменений в системе.
-
Разработанный метод оценки текущего состояния РВС позволяет сократить более чем в три раза время идентификации состояния системы, что обеспечивает оперативность принятия решений для достижения поставленной цели.
-
Представление NP - полной задачи синтеза структуры РВС в виде вычислительно-распределительной задачи транспортного типа позволяет провести ее декомпозицию и разработать алгоритм решения задачи с полиномиальной вычислительной сложностью.
-
Исследование и анализ результатов алгоритмов решения задачи синтеза структуры РВС показывает, . что полученные решения отличаются от оптимальньрс не более чем на 8 - 10 Z.'