Лабораторная работа №8 Синтез иерархической структуры комплекса технических средств информационной системы

1. Цель работы

Цель работы – освоение студентами методики синтеза структуры комплекса технических средств информационной системы.

2. Общие сведения

С методами синтеза структуры комплекса технических средств информационной системы студент может ознакомиться по курсу лекций Теория информационных процессов и систем [1].

Рассмотрим модель оптимизации иерархической структуры комплекса технических средств (КТС), приведенной на рис.1. [2].

Известно множество абонентских пунктов (АП) M={M_i}, i=1,2,..m и множество пунктов размещения локальных серверов (ЛС) N={N_j}, j=1, 2 ,..n, причем . В каждом пункте может быть размещено не более одного ЛС.

Рисунок 1- Структурная схема КТС вычислительной сети

Для сети с одним сетевым сервером (СС) справедливо ограничение:

(1)

Общее количество ЛС не должно превышать заданного числа p:

(2)

Ограничение в структуре заключается в том, что каждый абонент может подключаться только к одному ЛС:

(3)

Каждый из абонентских пунктов характеризуется требуемой пропускной способностью сигнала передачи информации между i-м абонентом и j-м локальным сервером.

Допустим, что j-й ЛС характеризуется эквивалентной вычислительной мощностью w_j (размерность совпадает с ). Требуемые ресурсы j-го ЛС на обработку информации w_j пропорциональны сумме требуемых пропускных способностей каналов передачи информации, соединяющих данный ЛС с абонентскими пунктами. Тогда суммарная мощность всех ЛС должна быть не менее

(4)

где

Информация на сетевой сервер поступает от ЛС по каналам передачи информации с требуемой пропускной способностью , Требуемые ресурсы СС на обработку информации пропорциональны сумме пропускных способностей каналов передачи информации, соединяющих ЛС с СС. Тогда необходимая мощность СС w⁰, который может быть размещен в одном из n пунктов возможного размещения СС, должна быть не менее:

(5)

Задача синтеза состоит в распределении абонентов между локальными серверами, в определении числа ЛС, пунктов размещения серверов по минимуму эксплуатационных и капитальных затрат:

(6)

где C_ij – приведенные затраты на обмен информацией между i-м абонентским пунктом и j-м локальным сервером, и обработку информации в j-м локальном сервере;

C_jj* - приведенные затраты на обмен информацией между i-м локальным сервером и сетевым сервером, расположенным по j* адресу и обработку информации в сетевом сервере;

C_j, C_j*⁰- капитальные затраты на реализацию локального сервера в j-м и сетевого сервера в j* - м пунктах.

Синтез иерархической структуры комплекса технических средств относится к числу задач целочисленного программирования с булевыми переменными:

(7)

Для решения задачи можно использовать программу «Поиск решения» в EXCEL.

Пример. Выполнить синтез вычислительной сети, имеющей структуру, приведенной на рис.1, со следующими параметрами: m=5, n=3, p≤2.

Пропускная способность каналов, соединяющих АП с ЛС , приведена в табл.1, соединяющая ЛС с СС приведена в табл.2.

Таблица 1-Пропускная способность Таблица 1-Пропускная способность

i	j
	1	2	3
1	3	3	3
2	5	5	5
3	4	4	4
4	4	4	4
5	5	5	5

j*	1	2	3
	10	20	0

каналов каналов

Эксплуатационные затраты на обмен информацией между i-м абонентским пунктом и j-м локальным сервером, и обработку информации в j-м локальном сервере C_ij, приведены в табл.3, затраты на обмен информацией между i-м ЛС и СС, расположенным по j* адресу и обработку информации в сетевом сервере C_jj*, приведены в табл.4.

Таблица 3 - Эксплуатационные Таблица 4 - Эксплуатационные

затраты C_ij, затраты C_jj*,

i	j j j* 1 2 3 1 13,5 15 16,5 2 12 10,5 13,5 3 22,5 24 24
	1	2	3
1	4,5	6	7,5
2	7,5	9	10,5
3	9	7,5	6
4	9	7,5	6
5	9	7,5	7,5

Капитальные затраты на реализацию локального сервера в j-м C_j, и сетевого сервера в j* - м пунктах C_j*⁰ приведены в табл.5 и табл.6.

Т

j	1	2	3
Cj	9	10	15

j*	1	2	3
Cj*0	24	23	25

аблица 5 – Капитальные затраты C_j Таблица 6 - Капитальные затраты C_j*⁰

Вычислительные мощности локального сервера и сетевого сервера приведены в табл.7 и табл. 8.

Таблица 7 – Мощность ЛС Таблица 8 – Мощность СС

j	1	2	3
	9	7	15

j*	1	2	3
	30	20	25

Задачу решаем с помощью офисной программы EXCEL, используя программу «Поиск решения». Результаты решения приведены в табл.9, табл.10, табло.11.

Таблица 9 – Схема подключения АП к ЛС

i	j
	1	2	3
1	1	0	0
2	1	0	0
3	0	0	1
4	0	0	1
5	0	0	1

Таблица 10 – Схема размещения ЛС

j	1	2	3
	1	0	1

Таблица 11 – Схема размещения СС

j*	1	2	3
	0	1	0

Первый и второй абонентские пункты подключены к локальному серверу, размещенному по адресу 1, а 3, 4, 5-й - к локальному серверу, размещенному по адресу 3. Сетевой сервер организован по адресу 2. Величина эксплуатационных и капитальных затрат составляет 183,5 условных денежных единиц.