Моделирование при разработке распределенных автоматизированных систем и информационных сетей

Рассматривая АСОИУ с точки зрения технологии обработки информации и принятия решений, можно выделить функциональную схему управления, состоящую из обеспечивающих подсистем, находящихся во взаимосвязи как между собой, так и с внешней средой. При проектировании АСОИУ различных уровней, исходя из общности решаемых задач, принято выделять информационное, математическое, программное, техническое и организационное обеспечение [2, 25, 34, 35, 52].

Объект моделирования.

Техническое обеспечение — одна из основных составных частей АСОИУ, той материально-технической базы, с помощью которой реализуются экономико-математические методы управления. Комплекс технических средств включает в себя разнообразные средства вычислительной техники, сбора и передачи информации, обеспечивающие своевременную и качественную переработку управляющей информации, причем территориальная удаленность объектов управления в АСОИУ требует применения средств передачи информации, основная задача которых — обмен информацией между местом ее возникновения и информационно-вычислительным центром с необходимой скоростью и достоверностью.

Наиболее перспективным направлением в области создания технического обеспечения АСОИУ является построение информационно-вычислительных сетей, цифровых сетей интегрального обслуживания, позволяющих наиболее эффективно использовать ресурсы обработки и хранения информации [35, 38, 51, 54]. Структурная схема такой сети показана на рис. 10.2, где выделены уровни базовой (магистральной) сети, реализующей обмен информацией между центрами коллективного пользования, и терминальной (абонентской) сетью, обеспечи;

Рис. 10.2. Структурная схема информационно-вычислительной сети.

Рис. 10.3. Структурная схема взаимодействия терминальной и базовой сети.

вающей обмен информацией между пользователями и ЭВМ.

Основными структурными элементами сети являются: узлы (центры) коммутации потоков, осуществляющие все основные операции по управлению сетью, включая коммутацию и маршрутизацию потоков сообщений (пакетов); концентраторы, обеспечивающие сопряжение входных низкоскоростных каналов связи с выходным высокоскоростным каналом; терминалы, выполняющие функции организации доступа пользователя к ресурсам сети и функции по локальной обработке информации; каналы связи, реализующие обмен информацией между узлами сети (узлами коммутации, концентраторами, терминалами) с требуемым качеством.

Рассмотрим более подробно работу фрагмента такой информационно-вычислительной сети на) фоне взаимодействия терминальной и базовой ее частей (рис. 10.3). Информация, требующая обработки, поступает с терминалов пользователей в виде сообщений длиной q бит с интенсивностью X сообщений/с. Абонентская ЭВМ, подключенная к узлу коммутации, производительностью Л бит/с обрабатывает поступающую от концентраторов информацию. Мультиплексные каналы ЭВМ обслуживают по к терминалов каждый, передавая данные к ЭВМ со скоростью В бит/с. При недостатке вычислительной мощности для обработки информации пользователей абонентская ЭВМ через узлы коммутации и магистральный канал связи с пропускной способностью С бит/с подключается посредством центра коммутации к ЭВМ верхнего уровня сети (главным ЭВМ), которые имеют суммарную производительность Я бит/с при наличии п мультиплексных каналов. При этом предполагается, что процессы коммутации выполняются мгновенно. При проектировании АСОИУ необходимо оценить среднее время обработки информации Т₀ и вероятность отказа в выполнении работ Р₀₁ в случае работы только с абонентской ЭВМ, т. е. в автономном режиме, и в случае подключения к одной из ЭВМ сети коллективного пользования.

Рис. 10.4. Представление фрагмента сети в виде схемы

Формализация процесса функционирования объекта моделирования. Процесс функционирования данного фрагмента информационно-вычислительной сети может быть представлен в виде 0~схемы, имеющей два параллельных канала обслуживания, а также связи, управляющей блокировкой. Структура такой б-схемы, формализующей процесс работы фрагмента описанной сети, представлена на рис. 10.4. Здесь И — источник; К₁ и К₂ — каналы обслуживания. В качестве выходного потока источника (И) рассматривается суммарный поток сообщений от терминалов, т. е. поток на выходе концентратора. Выходной поток Q-cxeмы составят обслуженные сообщения при работе каналов К_А и К₂ и потерянные сообщения при отключении (блокировке) канала К₂. В такой постановке решение этой задачи аналитическим методом (в явном виде) с использованием теории массового обслуживания не представляется возможным из-за стохастического характера работы механизма блокировок, поэтому для оценки интересующих характеристик воспользуемся методом имитационного моделирования.

В этом случае можно записать: эндогенные переменные: Т₀ — среднее время обслуживания сообщений; Р_ат — вероятность отказа в обслуживании; экзогенные переменные: ктщк — интенсивность входного потока сообщений; А — производительность абонентской ЭВМ; Я — суммарная производительность главных ЭВМ сети; В — пропускная способность селекторных каналов ЭВМ; С — пропускная способность магистрального канала связи; уравнения модели: а) при блокированном канале.

Рис. 10.5. Укрупненная схема моделирующего алгоритма фрагмента сети.

б) при работе каналов К, и К₂

Моделирующий алгоритм.

Укрупненная схема моделирующего алгоритма процесса функционирования фрагмента информационно-вычислительной сети представлена на рис. 10.5.

Примеры результатов моделирования в виде зависимости /^>от=/(Ат|) приведены на рис. 10.6.

Рис. 10.6. Результат моделирования фрагмента сети.