Тестовые задания

1) Цели и задачи синтеза функциональной структуры системы.

2) Критерии объединения в подсистемы решаемых организацией задач.

3) Синтез функциональной структуры на графовых моделях?

4) Разбиение множества решаемых задач Е на подмножества Е_i . Принципы декомпозиции.

5) Формулирование задачи оптимального распределения функций по подсистемам.

Литература

1) Мамиконов А.Г. Основы построения АСУ. – М.: Высш. шк., 1981. - 248 с.

2) Макаров Р.И. Методология проектирования информационных систем: учебное пособие /Р.И. Макаров, Е.Р. Хорошева; Владим. гос. ун-т.-Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2008.-334 с. ISBN 978-5-89368-817-7.

3) Р.И. Макаров. Анализ и синтез информационных систем. Методические указания к практическим занятиям (вторая часть). Учебное электронное издание. Владимир 2013. -45с.

Лекция13. Синтез структуры ИС с учетом затрат на обмен информацией

Рассмотрим постановку задачи синтеза структуры с учетом затрат на обмен информацией между задачами, решаемыми на различных уровнях, и затрат на эксплуатацию системы.

Задано множество возможных алгоритмов M_i=(k(k=1,2,..k_i)) решения i-й задачи (i=1,2,..I) в ИСУ, включая решение задач без применения ЭВМ; матрица связи между задачами ║a_ii*║. Задачи i и i^* считаются связанными, если для решения i^*-й задачи используется информация, являющаяся выходной для i-й задачи, при этом элемент матрицы a_ii* имеет смысл среднего потока информации от i-й задачи к i^*- й. Если задачи не связаны, то a_ii* =0; Q=(j(j=1,2,..J)) – множество узлов в ИСУ; ║γ_jj*║- матрица удельных затрат на передачу информации из j-го в j*-й узел. Для несвязанных узлов γ_jj*=∞ и γ_jj=0; F=(l(l=1,2,..L)) – множество технических средств; m_l – величина, характеризующая ресурсы l-го технического средства; a_ikj – эффективность решения i – ой задачи, решаемой k – м способом в j-ом узле; m_ik – потребность в ресурсах технических средств i- й задачи, решаемой k- м способом (например, в машинном времени, объеме памяти и др.); c_lj – затраты на эксплуатацию l – го технического средства в j-м узле; k_l –капитальные затраты на технические средства; k_ik – затраты на разработку и внедрение i-й задачи в k-м варианте.

Задача реализуется следующим образом:

(1)

х_ikj=1 - если i-я задача решается в j-м узле k-м способом и равно 0 в противном случае.

x_lj=1 – если j-й узел оборудуется l-м техническим средством, и равно 0 в противном случае;

При ограничениях:

(2)

(3)

Величина критерия (1) имеет смысл общей эффективности разрабатываемой ИСУ, равной эффективности решения задач управления в узлах системы за вычетом эксплуатационных затрат на функционирование системы. В формуле (1) величина b_ikji*k*j* равна эффективности решения k-го варианта i-ой задачи в j-м узле (a_ikj), если ikj=i*k*j*, и равна затратам на передачу информации из j-го узла в j* -й узел в противном случае.

Первое ограничение (2) не допускает решение i-ой задачи в различных узлах. Второе ограничение учитывает то факт, что ресурсы на разработку не должны превышать заданной величины k. Третье ограничение учитывает потребность в ресурсах технических средств, которые не должны превышать ресурсные возможности выбираемых технических средств.

Приведенная формализация задачи синтеза позволила создать общую модель определения оптимальной структуры ИС. Нахождение оптимальной структуры является сложной задачей, поэтому в практических случаях ограничиваются нахождением рациональной структуры системы.

Методика определения рациональной структуры основана на поэтапном решении частных задач. Для решения задачи синтеза структуры управляющих систем реального времени используется итерационная процедура. На первом этапе определяются перечень возлагаемых на технические средства ИСУ задач и их распределение по узлам системы с учетом ограничений на ресурсы. На следующем этапе выбирают технические средства. Находят характеристики динамики функционирования узлов. Если необходимо, то осуществляют корректировку временных ограничений первого этапа и цикл повторяется. Эту задачу решают на этапе эскизного проектирования, а на этапе технического проектирования это решение уточняется.

Рационально построенная ИС имеет иерархическую структуру. Узлы системы одного уровня можно разбить на группы, в которых они идентичны. Это позволяет рассматривать работу лишь одного «типового» узла для каждой из групп одного уровня.

Критерий качества функционирования для таких систем обычно аддитивен и имеет вид:

(4)

где W_jr,m – величина критерия для j – го узла m – го уровня r –ой группы;

r_m=1, 2, .. R_m – число групп подсистем m-го уровня системы;

m=(1, 2,,.. M) – число уровней системы.

Если узлы системы одного уровня иерархии идентичны, то критерий качества функционирования имеет вид:

W(m) = n_m-1W(m-1)+W_m, (5)

где W(m) – величина критерия для всех m уровней системы;

W(m-1) – величина соответствующего критерия для подсистемы (m-1)-го уровня (всего таких подсистем n_m-1);

W_m – величина критерия для верхней ступени.

Решение задачи в этом случае существенно упрощается, причем для некоторых систем коэффициенты ветвления могут быть искомыми величинами.

В отдельных случаях решают частные задачи синтеза оптимальной структуры, такие, как определение оптимального распределения возлагаемых на ИСУ функций по заданным уровням и узлам системы, определение оптимальных вариантов реализации функций в ИСУ, выбор КТС, обеспечивающего качественную реализацию функций и т.д. В частности, если каждая из функций может быть реализована лишь в одном узле, то для оптимального их распределения можно использовать метод «ветвей и границ».

Если для каждой из функций ИСУ задана совокупность различных вариантов их реализации и соответственно различные комплексы технических средств, то для выбора минимального по стоимости варианта реализации функций и КТС используют алгоритм, основанный на построении графа на множестве частных графов для отдельных функций с последующим отысканием в этом графе пути минимальной длины.

Когда задано множество решаемых задач, множество узлов системы и связей между ними и распределение задач по узлам системы, возникает задача выбора КТС, обеспечивающего функционирование ИСУ по заданным критериям качества. Оценку и выбор КТС ИСУ осуществляют таким образом: определяют потенциальные возможности средств, описывают их загрузку, формулируют критерии и ограничения для оценки и выбора оборудования, проводят описание и анализ работы ЭВМ в реальных условиях. На основании данной информации проводят выбор КТС.

Для определения потенциальных возможностей ЭВМ используют оценки, основанные на сопоставлении технических параметров, позволяющие получить общее представление об ЭВМ; оценки на основе системы команд; оценки ЭВМ с использованием типовых работ, которые формируются на основе анализа конкретных работ, возлагаемых на ЭВМ в ИСУ, и, наконец, оценки, основанные на моделировании работ ЭВМ. Такой подход является наилучшим, однако он затруднителен из-за сложности системы и недостаточности исходной информации.

Выбор технических средств для больших ИС (акционерных обществ (РАОЕЭС, Газпром и др.) крупных корпораций, холдингов и др.) проводят на основе анализа временной загрузочной диаграммы, причем отдельные технические средства могут интерпретироваться как различные системы массового обслуживания.

Основными исходными данными при применении этой методики, кроме перечисленных выше, являются перечень и характеристики средств, применение которых возможно в ИСУ; основные характеристики задач и ограничения на время их решения. Последовательность выбора состоит в качественном отборе технических средств, исследовании входящих потоков задач, определении временных характеристик их решения, построении временной загрузочной диаграммы для каждого устройства ИСУ, определении затрат на технические средства. По результатам этих работ выбирают комплекс аппаратуры, удовлетворяющий ограничениям и обеспечивающий минимум затрат.

Для анализа динамики функционирования распределенных (многоступенчатых) систем и оценки характеристик, таких, как загрузка, задержки в управлении, влияние ненадежности технических устройств и алгоритм функционирования систем, удобно формализовать системы в виде сетей массового обслуживания соответствующей структуры и использовать аналитические методы для определения оценок или метод статистических испытаний в более сложных случаях. При этом определяют такие параметры ИСУ, как надежность, число уровней иерархии системы и взаимосвязи между ними, методы оптимизации работы вычислительных систем узла, вопросы гибкости, т.е. способности к перестройке, живучесть и др. характеристики.