10.2. 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, обеспечивающей 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 уровне взаимодействия терми­нальной и базовой ее частей (рис. 10.3). Информация, требующая обработки, поступает с терминалов пользователей в виде сообще­ний длиной q бит с интенсивностью λ сообщений/с. Абонентская ЭВМ, подключенная к узлу коммутации, производительностью h 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 Н бит/с при наличии и 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 Р_от в случае работы только с абонентской ЭВМ, т. е. в автономном режиме, и в случае подключения к одной из ЭВМ сети кол­лективного пользования.

Формализация процесса функционирования объекта моделирова­ния. Процесс функционирования данного фрагмента информацион­но-вычислительной сети может быть представлен в виде Q-схемы, имеющей два параллельных канала обслуживания, а также связи, управляющей блокировкой. Структура такой Q-схемы, формализу­ющей процесс работы фрагмента описанной сети, представлена на рис. 10.4. Здесь И — источник; К_х 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-схемы составят обслуженные сообщения при работе каналов К₁ 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_от — вероят­ность отказа в обслужива­нии; экзогенные пере­менные: λ_Σ = knqλ — инте­нсивность входного потока сообщений; h — произво­дительность абонентской ЭВМ; Н — суммарная про­изводительность главных ЭВМ сети; В — пропускная способность селекторных каналов ЭВМ; С — про­пускная способность маги­стрального канала связи; уравнения модели: а) при блокированном канале

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

Примеры результатов моделирования в виде зависимости P_ot = ƒ(kn) приведены на рис. 10.6.