Введение. 
Методики оптимального выбора конфигурации и структурирования распределенной информационной системы сбора и хранения хронологических данных с несколькими центрами обработки данных

В настоящее время широко применяются информационные системы сбора и хранения хронологических данных.

В частности, такие системы применяются в сфере ЖКХ, информационных системах газораспределения, информационных системах энергокластеров и в других областях.

Построение таких систем сопровождается сложными процессами проектирования, оценки работоспособности решения, целесообразности его применения для каждого конкретного случая, а также управленческими решениями, связанными с выбором из предложенных возможных конфигураций системы.

Описанные сложности создают необходимость применения проверенных методик, предоставляющих инструменты для проектирования и внедрения таких систем, позволяющих получить наиболее приемлемую конфигурацию конечной системы, удовлетворяющую технические, временные и финансовые ограничения.

Таким образом, разработка методики оптимального выбора конфигурации и структурирования распределенной информационной системы сбора и хранения хронологических данных с несколькими центрами обработки данных, являются важной научно-практической задачей [1−3].

Методика распределения центров сбора данных по центрам обработки данных для однотипных каналов связи

Задача распределения центров сбора данных по центрам обработки данных для однотипных каналов связи сводится к распределению центров сбора данных по центрам обработки данных в условиях минимизации стоимости подключения и ограничениях на время сбора, передачи, хранения данных и надежность.

Таким образом, задача распределения центров сбора данных (ЦСД) по центрам обработки данных (ЦОД) формулируется в виде задачи минимизации затрат.

(1).

при ограничениях:

• 1) а однократность включения j-ого ЦСД к ЦОД:
  • (2)
• 2) на обязательность использования всех центров обработки данных:
  • (3)
• 3) на время сбора, передачи и записи темпоральной информации в хранилище данных [3]:
  • (4)

где t_max — максимально допустимое время передачи информации от ЦСД к ЦОД. При поддержке ЦОД параллельной обработки запросов;

• 4) на надежность канала связи:
  • (5)

где p_min — требуемое значение надежности канала передачи учетной информации.

Исходными данными для решения задачи являются матрицы:

• 1) матрица затрат на размещение центров сбора и обработки данных
• (6)

где с_ij — затраты на подключение j-ого ЦСД к i-му ЦОД (включая затраты на проектирование, прокладку канала связи, пуско-наладочные работы, оплату персонала), i? I, I = 1,…, n — множество индексов (номеров) ЦОД, j? J, J = 1,…, m — множество индексов (номеров) ЦСД;

• 2. матрица времени сбора, передачи и записи данных
• (7)

где t_ij — время сбора, передачи и записи данных при передачи учетной информации от j-ого ЦСД к i-му ЦОД;

• 3. матрица вероятностей безотказной работы каналов связи
• (8)

где p_ij — вероятность безотказной работы канала связи между j-м ЦСД к i-м ЦОД.

При формировании матрицы затрат на подключение j-ого ЦСД к i-му ЦОД учитываются следующие показатели: A¹ — матрица стоимостей проектных работ;

A² — матрица стоимостей коммуникационного оборудования, устанавливаемого на ЦСД; A³ — матрица стоимостей коммуникационного оборудования, устанавливаемого на ЦОД; A³ — матрица стоимостей оборудования канала связи между j-м ЦСД и i-м ЦОД; A⁴ — матрица стоимостей технических работ по установке коммуникационного оборудования и прокладке канала связи и A⁵ — матрица стоимостей пуско-наладочных работ. Капитальные затраты на подключение j-ого ЦСД к i-му ЦОД вычисляются следующим образом:

(9).

Капитальные затраты на внедрение системы сбора и хранения данных:

(10).

Решением поставленной задачи минимизации является бинарная матрица:

(11).

где x_ij = 1 — если j-й ЦСД подключен к i-му ЦОД иx_ij = 0 в противном случае.

Поставленная задача минимизации может быть решена как методом перебора всех допустимых значений переменной X, так и, в случае большой размерности, другими методами нелинейной целочисленной оптимизации.

Методика, позволяющая решить задачу (1), состоит из следующих этапов:

• 1) формирование множества I (на основе схемы электроснабжения энергокластера);
• 2) формирование множества J (аналогично на основе схемы электроснабжения);
• 3) сбор стоимостной информации, расчет и формирование матрицы C;
• 4) формирование матрицы T (в случае если отсутствует возможность проведения реальных расчетов, можно использовать имитационную модель, описанную в главе 1);
• 5) определение максимально допустимого времени передачи информации от ЦСД к ЦОД t_max;
• 6) формирование матрицы P (описание одного из методов приведено в главе 3);
• 7) определение требуемого значения надежности канала передачи учетной информацииp_min;
• 8) решение задачи (4.1) методами целочисленной оптимизации.

Системно-аналитическое описание методики по технологии SADT представлено на IDEF-0диаграмме 1.

Рисунок 1 — IDEF-0 диаграмма методики конфигурации распределенной информационной системы с несколькими центрами обработки данных На основе данной методики было разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать процесс сбора данных, расчет матриц C, T, P и решения оптимизационной задачи (1).

Рисунок 2 — Интерфейс программы вычисления оптимального распределения ЦСД к ЦОД.