автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка метода и алгоритмов проектирования и объединения локальных вычислительных сетей ПЭВМ при создании интегрированных автоматизированных систем управления (на примере АСУ металлургическими предприятиями)

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

УДК 658.012.011.56:681.3:669.1

ЛАПТЕВ Николай Игоревич

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И АЛГОРИТМОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБЪЕДИНЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ПЭВМ ПРИ СОЗДАНИИ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ (на примере АСУ металлургическими предприятиями)

Специальность 05.13.06 - "Автоматизированные системы управления "

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

ж

Работа выполнена в Московском Ордена Октябрьской Революции ордена Трудового Красного Знамени институте стали и сплавов.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент А.И. ГЛАДКОВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор и.М. БОРЗЕНКО кандидат технических наук B.C. ПЕДАН

Ведущая организация: Металлургический завод "Серп и Молот"

в Щ. час. 012. мин. на заседании Специализированного сове': Д. 053.08.07 Московского института стали и сплавов по адрес;

117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.¡а^.Ч-з

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИСиС.

Справки по телефону: 237-84-45.

Автореферат разослан " " _ 1992 г.

Защита диссертации состоится "

к

1993 1

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Л. Г. СЕРГЕЕ1

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Быстрое развитие современной вычислительной техники, появление на предприятиях большого количества персональных ЭВМ и вычислительных сетей изменяют способы построения АСУ предприятиями и обеспечивают переход к территориально-распре-деленной обработке данных на основе нескольких вычислительных центров и широкого использования автоматизированных рабочих мест (АРМ-ов), создаваемых на базе ПЭВМ. Локальные вычислительные сети (ЛВС) являются в настоящее время одной из наиболее динамично развивающихся областей вычислительной техники. Объединение ПЭВМ в ЛВС позволяет организовать информационный обмен между отдельными АРМ-ами, что повышает оперативность и эффективность обработки информации, используемой для управления предприятием, и обеспечивает создание сетевых подсистем АСУ для совместной работы пользователей с общими базами данных и другими информационными, программными и аппаратными ресурсами сети.

В настоящее время проектирование ЛВС для решения задач АСУ ведется, как правило, изолированно друг от друга. Небольшой личный опыт разработчиков, обусловленный новизной используемых технических и программных средств ЛВС, приводит в результате к созданию сетевых подсистем АСУ, неудовлетворяющих заказчиков по быстродействию, надежности и эффективности вложенных средств.

Проектирование ЛВС предприятия должно проводиться с системных позиций, т. е. разработка ЛВС должна вестись в целом для всего предприятия на основе анализа модели его информационных потоков.

Одной из важных задач построения ЛВС является определение структуры общей сети, которая может состоять из нескольких ЛВС .

- г -

и выявление состава тех АРМ-ов (существующих или проектируемых), которые должны быть объединены в ту или иную ЛВС в качестве ее рабочих станций (узлов). Важность этой задачи определяется тем, что она представляет первый этап создания ЛВС и от правильного ее решения существенно зависит дальнейшее проектирование ЛВС (выбор типа ЛВС, сетевой операционной системы, сетевого оборудования и т.д.), а также эффективность работы тех подсистем АСУ, для которых предназначена сеть.

Определение состава узлов ЛВС представляет один из наиболее трудоемких этапов проектирования сети, так как требует выявления и анализа информационной взаимосвязи АРМ-ов. В связи с этим многие работы, посвященные созданию ЛВС, рассматривают проблемы проектирования аппаратного и информационного обеспечения ЛВС при заданном составе узлов сети и не касаются вопросов выбора состава узлов.

В связи с этим актуальной является задача разработки эффективных методов автоматизированного проектирования ЛВС предприятия для интегрированных АСУ, обеспечивающих системный подход к построению ЛВС на основе анализа информационных потоков предприятия, что особенно важно для тех предприятий, которые занимают большую территорию и характеризуются большими объемами и сложной структурой информационных потоков.

Целью работы является создание метода и алгоритмов проектирования и объединения ЛВС ПЭВМ для использования в интегрированных АСУ предприятиями, обеспечивающих системный подход к созданию ЛВС на основе анализа информационных потоков предприятия. Для достижения указанной цели необходимо:

- разработать методику и алгоритмы построения объединенной ЛВС предприятия и определения состава узлов отдельных ЛВС, из ко-

- 3 -

торых состоит объединенная сеть;

- разработать алгоритмы определения последовательности ввода в эксплуатацию узлов отдельных ЛВС, а также последовательность ввода в эксплуатацию ЛВС. входящих в состав объединенной сети предприятия;

- разработать алгоритм построения схемы информационного объединения отдельных ЛВС в составе объединенной сети предприятия с помощью специальных сетевых станций (мостов);

- создать программный комплекс автоматизированного проектирования обьединенной ЛВС предприятия, реализующий разработанные алгоритмы.

Методы исследования. В работе используются принципы проектирования АСУ, методы теории графов, теории множеств, комбинаторного анализа, динамического и системного программирования.

Экспериментальные исследования измерения времени выполнения запросов для сетевых СУБД в ЛВС разного типа и с различным числом работающих станций и создание программного комплекса автоматизированного проектирования ЛВС "Крелан" осуществлялись на ПЭВМ класса PC/AT.

Проверка эффективности разработанных методов и алгоритмов проектирования ЛВС осуществлялась при проектировании ЛВС Узбекского металлургического завода (г. Бекабад, 1991 г.), экспериментальной ЛВС и опытно-промышленного полигона ЛВС Института бизнеса и менеджмента металлургии (г. Москва, 1991-1992 гг.), ЛВС ДПШО "Орел" (г. Домодедово, 1991г.).

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:

- разработаны методика и алгоритм построения объединенной ЛВС предприятия, состоящей из нескольких отдельных ЛВС, объеди-

ненных между собой мостами.

- разработаны алгоритмы определения оптимального состава узлов ЛВС на основе анализа информационных потоков предприятия, и получена оценка объемов информации, обрабатываемой и передаваемой в каждой ЛВС, входящей в состав объединенной сети предприятия;

- разработаны алгоритмы определения оптимальной последовательности ввода в эксплуатацию узлов, входящих в состав отдельных ЛВС. и последовательности ввода в эксплуатацию ЛВС, из которых состоит объединенная ЛВС предприятия;

- разработан алгоритм определения схемы информационного объединения отдельных ЛВС с помощью мостов и получена оценка объемов информации, передаваемой между сетями.

Практическая значимость работы. Научные положения работы доведены до уровня конкретных методик, алгоритмов и программного комплекса, которые могут быть использованы как при проектировании новых ЛВС предприятия, так и для совершенствования существующих ЛВС. Использование разработанных методик, алгоритмов и программного комплекса позволит проводить обоснованный выбор сетевых аппаратных и программных средств, повысить эффективность и качество проектирования ЛВС, уменьшить сроки проектирования, а также создать основу для эффективной разработки сетевых подсистем АСУ и гибкой модификации ЛВС при развитии АСУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научном семинаре кафедры автоматизированных систем управления Московского института стали и сплавов, на научном семинаре кафедры энергетики, вычислительной техники и автоматизации металлургических предприятий Института бизнеса и менеджмента металлургии, на II Всесоюзном совещании по интегрированным системам управления (г. Суздаль. 1986 г.), на III

Всесоюзной конференции "Автоматизация производства систем программирования" (г. Таллинн, 1986 г.). на 44-й Научной конференции студентов и молодых ученых Московского института стали и сплавов (г. Москва, 1990 г.). на конференции "Новая информационная технология и локальные сети ЭВМ" (г. Киев, 1991 г.), на Международном Российско-Американском семинаре "Использование стандартных программных средств в сетях ПЭВМ" (г. Москва, 1992 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 128 наименований, и приложений. Общий объем работы составляет 161 страницы, в том числе. 17 рисунков . 5 таблиц и 3 приложения.

НЕОБХОДИМОСТЬ СОЗДАНИЯ ОБЪЕДИНЕННОЙ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АСУ

ЛВС ПЭВМ представляет собой совокупность ПЭВМ, соединенных общим каналом для передачи данных, которая занимает ограниченную территорию (здание,, предприятие, учреждение) и обеспечивает совместное использование программных, аппаратных и информационных ресурсов.

К числу основных причин, обуславливающих необходимость использования ЛВС ПЭВМ в АСУ, относятся следующие:

1. Появление на предприятиях большого числа мощных и сравнительно дешевых ПЭВМ.

Широкому использованию ПЭВМ на предприятиях способствуют, прежде свего, следующие факторы: низкая стоимость ПЭВМ по сравнению с другой вычислительной техникой; рост быстродействия и уве-

личение памяти; небольшие размеры, позволяющие устанавливать компьютеры непосредственно на рабочих местах; простота эксплуатации и обслуживания; наличие большого числа различных программных пакетов, в том числе СУБД; невысокие требования к уровню подготовки пользователей.

2. Рост на предприятиях количества автоматизированных рабочих мест (АРМ), создаваемых на базе ПЭВМ.

АРМ, в отличие от простой ПЭВМ, предполагает "привязку" к конкретному рабочему месту, которая заключается в обеспечении ПЭВМ соответствующей перефирийной техникой, необходимой для выполнения данным рабочим местом своих функций, а также в использовании специального прикладного программного обеспечения, реализующего автоматизацию основных функций данного рабочего места.

3. Специфика решения функциональных задач АСУП на крупных предприятиях, в том числе: распределенный характер обработки информации в АСУ по отношению к рабочим местам с тесной информационной взаимозависимостью решаемых задач; большие объемы обрабатываемых и передаваемых данных и тенденция роста этих объемов; высокие требования к надежности и оперативности данных в АСУ; большой объем дублирования данных, используемых в различных задачах АСУ; значительная территория предприятия, затрудняющая эффективный обмен информацией традиционными способами (с помощью курьеров, пневмопочты и т. д.).

4. Необходимость создания интергированных АСУ за счет объединения в общую сеть с помощью специальных сетевых программных и аппаратных средств (шлюзов) информации, получаемой из подсистем АСУТП и АСУП.

Современные ЛВС позволяют объединять ЭВМ различных классов (большие ЭВМ, мини-ЭВМ. ПЭВМ, промышленные компьютеры), обеспечи-

вал передачу данных между всеми уровнями интегрированных АСУ.

Применение ЛВС ПЭВМ в АСУ началось на металлургических предприятиях сравнительно недавно. Для выявления состояния дел по проектированию и использованию ЛВС ПЭВМ в металлургии в рамках диссертационной работы на базе Института бизнеса и менеджмента металлургии в 1991 - 1992 г. г. был проведен специальных опрос сотрудников отделов АСУ и ВЦ металлургических предприятий. Результаты опроса подтвердили тенденцию роста количества ЛВС на предприятиях металлургической отрасли и необходимость разработки методов проектирования аппаратного, программного и информационного обеспечения ЛВС. а также позволили определить основные характеристики используемых ЛВС. Так. например, чаще всего на предприятиях используются (или планируется использовать) несколько ЛВС. и объединенных между собой мостами. Отдельные ЛВС включают, как правило, не более 20 станции и используются преимущественно для решения задач АСУП.

Появление ЛВС в составе средств коммуникации ПЭВМ ставит перед разработчиками АСУ целый ряд новых задач, связанных с проектированием аппаратных, информационных и программных средств ЛВС. Основной состав этих задач приведен на рис. 1, при этом жирным шрифтом выделены задачи, которые рассматриваются в диссертационной работе.

Так как задачи АСУП связаны с обработкой информации, то узлами ЛВС должны быть рабочие места (существующие или проектируемые АРМ-ы) сотрудников, занятых сбором, обработкой и передачей конкретных документов в рамках отдельных функциональных подсистем АСУП, а также сотрудников, использующих эти документы для управления предприятием. Выбор рабочих мест, входящих в состав конкретных ЛВС, следует осуществлять на основе анализа информационных

00 I

Рис. 1. Основные задачи проектирования ЛВС предприятия

взаимосвязей между отдельными рабочими местами, которые выявляются в процессе изучения документопотока предприятия.

В работе предлагается следующий подход к построению ЛВС предприятия:

1. ЛВС предприятия создается в виде объединенной ЛВС (ОЛВС), состоящей из отдельных ЛВС подразделений, каждая из которых, в свою очередь, может состоять из одной или нескольких элементарных ЛВС (ЭЛВС) (рис. 2).

2. Рабочие станции ЭЛВС устанавливаются на тех рабочих местах. которые являются действующими или проектируемыми АРМ-ами в составе АСУП.

• 3. В ЭЛВС объединяются рабочие станции, интенсивно обменивающиеся информацией друг с другом. Определение конкретных рабочих станций, включаемых в ту или иную ЭЛВС, производится на основе анализа информационных потоков предприятия.

4. Все ЭЛВС в составе ЛВС подразделений и отдельные ЛВС подразделений соединяются между собой в единую ОЛВС предприятия при помощи специальных сетевых станций - мостов. Для увеличения надежности работы ОЛВС предприятия предусматривается не менее двух путей передачи данных между отдельными ЭЛВС, обменивающимися информацией.

5. Все ЭЛВС строятся на основе аппаратных средств, реализующих один и тот же сетевой протокол, что необходимо для уменьшения затрат и облегчения соединения ЭЛВС друг с другом.

6. Отдельные ЭЛВС вводятся в эксплуатацию поэтапно. Также поэтапно могут вводиться в эксплуатацию отдельные узлы ЭЛВС.

Для подтверждения повышения эффективности функционирования сетевых подсистем АСУ при уменьшении количествава узлов ЛВС в

- Объединенная ЛВС предприятия г------------------------------л

Рис. 2. Схема построения объединенной ЛВС предприятия

диссертационной работе приводятся результаты проведенного тестирования работы СУБД FoxBASE+ в ЛВС. Испытания проводились для ЛВС Arcnet фирмы Standart Microsystems Corporation и ЛВС Ethernet фирмы Novell. Inc.

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА УЗЛОВ ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Основой определения состава узлов отдельных ЭЛВС служит граф информационной взаимосвязи рабочих мест предприятия Р=(С, Н), где С множество рабочих мест, на которых будут устанавливаться рабочие станции ОЛВС, а H - множество ребер, отражающих информационные связи между отдельными рабочими местами.

Граф информационной взаимосвязи рабочих мест Р может быть построен по результатам опроса сотрудников предприятия с использованием экспертных оценок объемов информации, обрабатываемых на отдельных рабочих местах и передаваемой между ними. Однако такой подход позволяет выявить информационную взаимосвязь рабочих мест

и оценить объемы передаваемой и обрабатываемой информации лишь с определенной степенью точности. В работе рассматривается метод построения графа информационной взаимосвязи рабочих мест Р на основе анализа результатов обследования документопотока предприятия.

Результаты обследования документопотока представляются в виде взвешенного информационного графа документов С=(Х,V). вершины которого Х=|х1|1=ТЛГ| соответствуют неизбыточному составу документов в объеме обследования. а множество дуг з = соединяет вершину х1 с вершиной х^ в том и

только в том случае, если документ х1 используется при формировании документа х^. Вершинам и дугам графа в ставится в соответствие набор характеристик документов и показателей, необходимых для определения объемов информации, обрабатываемой и передаваемой отдельными рабочими местами предприятия.

Так как в соответствии с предложенным подходом объединенная ЛВС предприятия строится на основе ЛВС подразделений, то граф взаимосвязи документов й разбивается на N подграфов Ск'=(Хк',Ук'), к=1.....Н таким образом, что в один подграф попадают документы, заполняемые в определенном подразделении предприятия.

Для определения информационных потоков между отдельными рабочими местами подразделений проводится агрегирование вершин подграфов йк' по признаку заполнения соответствующих документов на определенных рабочих местах.

В результате подграф Ск' преобразуется в неориентированный граф информационной взаимосвязи рабочих мест подразделения Рк = (Ск,Нк), такой что скгг|с,.к| - множество рассматриваемых рабочих мест подразделения, а ребра множества Нк=|ь1;)к| соединяют ра-

бочие места с1к и с к только в том случае, если есть документы, передаваемые-от с4к к с3к или наоборот.

Для вершин и ребер графа Рк вычисляются следующие характеристики:

1. Объем информации, обрабатываемой на рабочем месте с к:

М/ „

V/ = Ч13к . (1)

где - количество документов, обрабатываемых на рабочем месте С1*; ~ объем информации в З-ом документе, заполняемой на рабочем месте с к: т\ - коэффициент дублирования информации в документах (вводится в связи с тем, что перевод документов на автоматизированную обработку позволяет устранить дублирование, существующее в реальном документопотоке).

Величина V * вычисляется по следующей формуле:

V "^Ч* ■ <2>

где 013 - количество значений 1-ого показателя в З-ом документе, заполняемом на рабочем месте с Ь л - длина 1-ого показателя в З-ом документе; Я 3 - количество показателей в З-ом документе, которые формируются на рабочем месте с к.

• 2. Объем информации, передаваемой между рабочими местами с к и с/:

* М* Мк .

-гЙ1 Л' 2г/ ' <3)

где гг1х - объем информации, перелагаемой из г-ого документа, обрабатываемого на рабочем месте с к, в 1-ый документ рабочего места с^"; М13к - количество документов, передаваемых с рабочего места с^ на рабочее место с к.

Информация в ЛВС передается по кабельной системе отдельными дискретами, которые называются пакетами. В связи с этим оценка иик, вычисляемая в байтах, переводится в число пакетов пик, не-

к

обходимых для передачи информации от рабочего места с^к рабочему месту с^. Величина пик определяется по следующей формуле:

1 шах

где Ь х - длина полезной информации в пакете; у - коэффициент, учитывающий увеличение объема информации при развитии АСУ; в -коэффициент увеличения информационного потока при переводе документов на автоматизированную.обработку, что связанно с технологией использования баз данных (дополнительное чтение информации, корректировка и т.д.).

Оптимальное распределение вершин графа Рк по отдельным ЭЛВС проводится по критерии минимальной суммарной задержки передачи информации в объединенной ЛВС к-ого подразделения Т06. Данный критерий выбран для оценки распределения узлов сети по отдельным ЛВС по следующим причинам. Во-первых, предложенный критерий отражает важную для разработчиков АСУ характеристику - время решения функциональных задач в ЛВС. Во-вторых, на уровне логического проектирования ЛВС нельзя непосредственно использовать критерии стоимости и надежности ЛВС, так как они связаны с конкретной аппаратной и программной реализацией ЛВС. Однако, при разработке общей методики построения объединенной ЛВС предприятия эти факторы были учтены.

Величина Тов вычисляется по формуле:

Т°б = 1®т " + 1"ТЦ3 , (5)

(| -1 Э 3—1 м

где Ь - число ЭЛВС, из которых состоит ОЛВС; Ц, - число мостов, используемых в ОЛВС; Тэч - общая задержка при передаче информации в q-oй ЭЛВС; Тм3 - общая задержка при передаче информации в э-ом мосте ОЛВС.

Общая задержка при передаче суммарного объема информации между пользователями по каналу в q-ой ЭЛВС составляет:

1 14 14 п

т 4 = - I En4 (6)

. 3 2 (V -V) "

где I4 - число рабочих станций в q-ой ЭЛВС; - скорость обслуживания пакетов файлсервером в q-ой ЭЛВС (1/с); Хфч - интенсивность поступления пакетов на обслуживание файлсервером q-ой ЭЛВС (1/с).

Значение величины Тэч отражает информационный обмен узлов, расположенных в одной ЭЛВС.

Общая задержка при передаче информации в s-ом мосте Тн3 вычисляется по формуле:

1 J3 J3

тз -- z 2 а (7)

w 2 (ji/ - Хиэ) 1J

где J3 - число рабочих станций ЛВС, обменивающихся информацией через s-ый мост; ц^3 - скорость обслуживания пакетов s-ым мостом (1/с); Хм3 - интенсивность поступления пакетов на обслуживание s-ым мостом (1/с). т1Л® - число пакетов с информацией, передаваемых от 1-ого рабочего места к J-ому через s-ый мост.

Значение величины Тмэ отражает информационный обмен между узлами, расположенными в различных ЭЛВС.

Таким образом, задача определения состава узлов ЭЛВС формулируется следующим образом:

Задан взвешенный граф информационной взаимосвязи рабочих мест К-ого подразделения Р*=(С*.Н*). |Ck|=Ik, вершины с1" и ребра h. * которого имеют положительные веса V k и п. ,к соответственно.

13 1 1J / \

Требуется найти такое множество непересекающихся подграфов (P¡k>. 1=1,....Jk, при котором Т°б—► min и выполняются следующие ограничения:

- 15 -

3 < |С/| < т1п(К1ап. Под), 1=1.....(8)

с/ л с{* = 0 1 ^ г, 1, ъ = 1.....аК (9)

[в С,к - множество вершин подграфа Р, N. - ограничение на

2 1 1 аП

жсимальное число станций для выбранного типа ЛВС; Мо з - ограни-шие на максимальное число одновременно работающих станций, до-гстимое выбранной сетевой операционной системой; - число здграфов информационного графа РК.

Для решения данной задачи используется модифицированный ал-эритм разрезания графа общего вида на непересекающиеся подграфы, снованный на определении для вершин графа смежных множеств и остроения К-смежностей вершин. Для графов с большим числом вер-ин предварительно определяются разделяющие вершины, после чего ,ля каждого полученного блока используется алгоритм разрезания на юдграфы. Модификация алгоритма связана со специфическими ограни-[ениями задачи, накладываемыми использованием ЛВС, и с изменением щенки оптимального разрезания.

Результатом решения задачи является множество подграфов

Р, >, 1=1,Л , вершины которых соответствуют оптимальному составу

эабочих мест подразделения, объединяемых в отдельные ЭЛВС.

В работе доказываются следующие утверждения:

Утверждение 1. Полученный состав узлов С к* отдельных ЭЛВС обеспечивает передачу всего объема информации в рассматриваемом к-ом подразделении.

Утверждение 2. Полученный состав узлов С1к' отдельных ЭЛВС уменьшает суммарное время выполнения функциональных задач в объединенной ЛВС.

После получения состава узлов з-ой ЭЛВС для каждого узла с^ вычисляется объем информации Вдк, передаваемой другим станциям этой ЭЛВС:

I 6 я

где С к* - множество узлов э-ой ЗЛВС к-ого подразделения; а. ,к -

В 3 I

элемент матрицы смежности графа Рк.

Характеристика В3К используется для оценки нагрузки на сетевую интерфейсную плату, которая устанавливается в рабочую станцию с к, что позволит при составлении спецификации на аппаратное обеспечение ЛВС подобрать сетевую плату с нужными параметрами пропускной способности.

Для каждой ЭЛВС вычисляется характеристика суммарного информационного потока Ка> проходящего через в-ую ЭЛВС в течение определенного периода времени:

1

- 8

необходимая для оценки технических характеристик файлсервера ЭЛВС (объема дисковой памяти, пропускной способности сетевой интерфейсной платы файлсервера и т.д.)

И = — 8 .1 . В.к (11)

2 ОеС ** 3 •

3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВВОДА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ УЗЛОВ ЛВС И ИНФОРМАЦИОННОЙ ВЗАИМОСВЯЗИ ЭЛВС

Построение отдельных ЭЛВС может осуществляться на практике в несколько этапов, что связано, прежде всего, с ограниченностью финансовых ресурсов, выделяемых на создание сети. Ограничения нг стоимость сети можно рассматривать как ограничение на количестве сетевых станций, которые могут быть введены в экплуатацию в данный момент. В связи с этим становится важным определение состав? узлов ЭЛВС, первоначальный ввод в эксплуатацию которых позволит I наибольшей степени обеспечить информационные потребности решаемы

адач АСУ. Кроме того, необходимо определить последовательность альнейшего ввода в эксплуатацию остальных узлов до реализации ЛВС в ее полном объеме.

Пусть №тп - множество вершин т-ой ЭЛВС, вводимых в эксплуатацию на первом этапе. Целесообразно подбирать множество та-;им образом, чтобы суммарный информационный обмен между выбранны-1И узлами Я п (вычисляется по формуле (И) для с1 кбМтп) был мак-шмальным из всех возможных вариантов. Это позволит уже на первом этапе построения ЭЛВС в наибольшей степени обеспечить функцио-далъную связь задач АСУ и их потребность в передаче данных, получив тем самым большую отдачу от эксплуатации сети.

Задача 1. Задан граф информационной взаимосвязи узлов т-ой ЭЛВС к-ого подразделения предприятия Ртк = (Стк *, Нт К ж). 1СтК*|= Ытк. Известно целое число Ь , соответствующее количеству узлов т-ой ЭЛВС, вводимых в эксплуатацию на первом этапе ее построения. Каждая вершина с3к имеет вес В3к. Необходимо из вершин графа Ртк выбрать подмножество такое что Ит"*сСтк*, ^|ПП,|=Ь и обеспечивающее —• тах.

Решение задачи для ЭЛВС с общим количеством вершин меньше 20 основано на переборе возможных вариантов. Для ЭЛВС с числом станций больше 40 задача решается с помощью известного алгоритма, в основе которого лежит поэтапное построение подграфа максимального веса для 2, 3,..., Ц вершин, причем каждая последующая вершина добавляется к уже построенному подграфу. Данный алгоритм позволяет найти в общем случае решение, хотя и отличающееся от оптимального, однако, в большинстве случаев дающее хорошую оценку информационного обмена в ЛВС.

Задача 2. Задан граф информационной взаимосвязи узлов ш-ой ЭЛВС к-ого подразделения предприятия Ртк=(Стк*. Нтк*). Каждая

вершина с3к имеет вес В^. Для вершин графа Pmk c^eW, где W=Cmk,\Wmn*. _ необходимо определить f(i) - номер ввода в эксплуатацию узла в ЭЛВС, такой что К с 1)—^—► шах. где Rm <1) - информационный поток гп-ой ЭЛВС при вводе в эксплуатацию 1-ого узла.

Задача решается аналогично предыдущей задаче. Результатом ее решения является упорядочение элементов множества W в соответствии с порядком ввода их в эксплуатацию.

С точки зрения практического построения сети важным являете* также определение этапов построения ОЛВС предприятия, т.е. определение последовательности ввода в эксплуатацию отдельных ЭЛВС. При решении этой задачи важно правильно определить первую ЭЛВС. с которой начинается построение ОЛВС предприятия. Выбор первой сеп может быть осуществлен как на основе экспертных оценок (важности решаемых в ЭЛВС задач и т.п.), так и на основе анализа суммарной информационного обмена в ЭЛВС. В последнем случае в качестве первой ЭЛВС разумно выбрать сеть, имеющую максимальный суммарный информационный обмен, так как такая ЭЛВС обеспечит решение функциональных задач АСУ, требующих наибольшего обмена данными (т. е. те: задач, для которых в большей степени необходимо использовани ЛВС). Определение последовательности ввода в эксплуатацию осталь ных ЭЛВС целесообразно осуществлять по величине суммарного инфор мационного потока объединенной ЛВС при подключении к ней 1-о ЭЛВС Т06 (1).

Задача 3. Задан неориентированный информационный гра S=(Q,M) взаимосвязи ЭЛВС в составе ОЛВС предприятия, где Q - мно жество ЭЛВС предприятия, |Q|=N„, а М - определяет информационну связь ЭЛВС между собой. Необходимо для всех вершин qeQ найт h(1) - номер подключения ЭЛВС q , такой что на каждом шаге пост роения ОЛВС Г0С(1)—• max.

- 19 -

Данная задача решается аналогично задаче 1.

При создании интегрированных АСУ. использующих ЛВС. необхо-э организовать информационную взаимосвязь ЛВС между собой для грой и эффективной передачи информации между АРМ-ами, входящи-в разные ЭЛВС, для чего необходимо построить схему информацией взаимосвязи сетей, которую в АСУ нужно реализовать с по-ью мостов.

Задача 4. Задан граф взаимосвязи рабочих мест предприятия С.Н) и множество ЭЛВС в составе ОЛВС предприятия

.....Мс. Для каждой ЭЛВС определено множество рабочих мест

с: С. Необходимо определить множество мостов ОЛВС гДе

- идентификатор моста, соединяющего две ЭЛВС, при следующем >аничении: В, ) Р.

1 ш

Величина В1о представляет собой оценку информационного пото-

проходящего через мост, соединяющий сети q1 и и вычисля-;я по формуле:

1

в.т =— 1 . 2 Л* <12>

1т 2 .с.вС* с.бС ' 11(

11 к т

Величина Г представляет собой минимальный объем информации, зедаваемой между ЭЛВС, для которого оправдано использование вы-пенного моста.

Решение данной задачи осуществляется с помощью алгоритма, -юванного на определении для каждой вершины графа Р множества дидентных вершин, принадлежащих другим ЭЛВС.

В результате решения задачи определяется множество идентифи-горов мостов ОЛВС, а также оценка информационного потока, про-дящего через мост, соединяющий сети. Эта оценка необходима для ределения нагрузки на сетевые платы, устанавливаемые в мост, и опускной способности канала, соединяющего ЭЛВС.

При небольших значениях В1(п можно рекомендовать использоват! для межсетевой передачи информации транзитную передачу или использование менее дорогих невыделенных мостов.

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛВС ПРЕДПРИЯТИЯ "КРЕЛАН"

Программный комплекс "КРЕЛАН" ("CREate LAM" - создание ЛВС: разработан на основе изложенных в работе методов и алгоритмов i применяется для автоматизированного проектирования объединение! ЛВС предприятия на основе анализа документопотока.

Общая структура программного комплекса "КРЕЛАН" представлен* на рис. 3. Укрупненно, работа с программным комплексом "КРЕЛАН1 строится следующим образом. Вначале производится ввод всей необходимой информации о документопотоке предприятия. При вводе осуществляется проверка правильности вводимой информации (локальны! контроль), после чего информация размещается в соответствующи: базах данных. Информация может вводиться как в диалоговом режиме, так и из предварительно подготовленных текстовых файлов опреде ленного формата.

После окончания ввода осуществляется построение графов ин формационной взаимосвязи рабочих мест подразделений предприятия а также вычисление характеристик вершин и ребер соответствующи: графов. Для обнаружения ошибок, связанных с построением графо информационной взаимосвязи рабочих мест, предусмотрена систем глобального контроля.

Далее проводится анализ построенных графов и определяете, состав узлов отдельных ЭЛВС, состав автономных АРМ-ов, не вошед ших в ЭЛВС, суммарный сетевой информационный поток конкретны

Диалоговый ввод информации

Диалоговый ввод результатов опроса экспертов

НШТ53

ошибки

Ввод и контроль данных об инф. потоках предприятия

Глобальный контроль исход ной информации

Построение модели инф. взаимосвязи узлов ЛВС

Ввод из

подготовленных файлов

БД исход, инф.

БД модели инф. потоков

Использование существующей модели информационных потоков предприятия

БД состава ЛВС предприятия

к>

К*

I

Рис. 3. Общая схема функционирования программного комплекса "КРЕЛАН"

■ ЭЛВС И т.д.

Выходные данные комплекса "КРЕЛАН" могут быть использованы в программных комплексах проектирования ЛВС. ориентированных на подбор технических средств ЛВС. В частности, разработанный программный комплекс используется при работе программного комплекса "'АБС", предназначенного для выбора конкретной аппаратной реализации ЛВС.

Методика, алгоритмы и программное обеспечение использовались при проектировании ЛВС Узбекского металлургического завода. Доля в общем экономическом эффекте от внедрения ЛВС на предприятии, полученная за счет использования программного комплекса, подтверждена соответствующим актом и составляет 120000 рублей в год в ценах 1991 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен анализ применения ЛВС на металлургических предприятиях и предложена методика построения объединенной ЛВС (ОЛВС) предприятия, состоящей из нескольких элементарных ЛВС (ЭЛВС), соединенных между собой мостами.

2. Предложены метод и алгоритмы определения оптимальноп состава узлов ЭЛВС на основе анализа существующих или проектируемых информационных потоков предприятия.

3. Получены оцеыки объемов информации,- обрабатываемой и передаваемой отдельными узлами (рабочими станциями) ЭЛВС, необходи мые для определения технических характеристик рабочих станций Получена также оценка сетевого информационного обмена в ЭЛВС, не обходимая для определения загрузки сетевого канала проектируемо ЛВС, влияющей на выбор типа используемой ЛВС и определение техни

- 23 -

;ских характеристик файлсервера сети.

4. Разработаны алгоритмы определения последовательности вво-1 в эксплуатацию отдельных узлов ЭЛВС. а также самих ЭЛВС, поз-зляющие эффективным образок осуществлять поэтапное построение ПВС предприятия, обеспечивая на каждом этапе наибольшую потреб-ость функциональных задач АСУ в передаче данных.

5. Разработан метод построения схемы информационной взаимос-язи ЭЛВС в составе ОЛВС предприятия и получены оценки межсетево-о информационного обмена, необходимые для типа и выбора технических характеристик мостов, используемых для соединения сетей.

6. Разработан программный комплекс автоматизированного про-зктирования ОЛВС предприятия, реализующий предложенные в работе методы и алгоритмы, позволяющий уменьшить трудоемкость и повысить эффективность проектирования ЛВС предприятия для решения задач АСУ.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Разработка алгоритмического и программного обеспечения построения мифологической модели как базы проектирования АСУ. Арла-заровЕ.В., Карманов И. 0., Лаптев Н. И. и др. //Тр. ин-та/ МИСиС. Вопросы прикладного системного анализа в металлургии. -

• М.: Металлургия, 1991. - С. 95-101.

2. Методология программирования функциональных задач АСУ. Арлаза-

• ров Е.В., Карманов И.О.. Лаптев Н.И. и др. //Тр. ин-та/МИСиС. Вопросы прикладного системного анализа в металлургии. - М.: Металлургия, 1991. - С. НС-118.

3. Арлазаров Е.В., Карманов И.О., Лаптев Н.И., Шаталов B.C. Методология программирования функциональных подсистем АСУП (на примере подсистемы АСУ МИСиС "СЕССИЯ")//Тр. ин-та/МИСиС. Мате-

матическое моделирование. - М.: Металлургия, 1990. - С. 106-112.

4. Один из путей проектирования АСУП с использованием СУБД ИНЕС. Демьяновский A.n.. Арлазаров Е.В., Лаптев Н.И. и др. //Тр. ин-та/ МИСиС. Математическое моделирование. - М.: Металлургия,

. 1990. - С. 106-112.

5. Гладков А.И., Лаптев Н.И., Мельник Л.Н., Шаталов B.C. Использование локальных вычислительных сетей В АСУ металлургическими предприятиями//Принципы проектирования систем управления промышленными предприятиями/Под ред. А. Г. Дьячко - М.: МПКЦ "Конус", 1992. С. 59-66.

6. Гладков А.И., Лаптев Н.И., Мельник Л.Н. Создание интегрированных АСУ предприятиями на основе локальных вычислительных сетей //Принципы проектирования систем управления промышленными предприятиями/Под ред. А.Г. Дьячко - М.: МПКЦ "Конус", 1992. -С. 66-88.

7. Лаптев Н.И. Проблемы выбора мостов при обьединении локальных вычислительных сетей предприятия //Принципы проектирования систем управления промышленными предприятиями/Под ред. А. Г. Дьячко - И.: МПКЦ "Конус", 1992. - С. 111-116.

8. Гладков А.И., Алексеев A.A., Лаптев Н.И., Шаталов B.C. Сетевые технические средства NetWare 286//Метод. разработка. - М.: ЦИПКмет, 1990. -211 с.

9. Алексеев A.A., Лаптев H.H., Шаталов B.C. Технические средства локальных вычислительных сетей NetWare 286/Под ред. А.И. Гладкова. - М.: МПКЦ "Конус". 1991. -216 с.

10. Алексеев A.A., Лаптев Н.И., Шаталов B.C. Работа в сети NetWare 286 /Под ред. А.И. Гладкова. - М.: МПКЦ "Конус". 1991. -190 с.

11. Арлазаров E.B.. Балясов Е.А., Карманов И.О., Лаптев Н.И. Математическое обеспечение для проектирования диалоговых систем АСУ// III Всесоюзная конференция "Автоматизация производства систем программирования": Гез. докл. - Таллинн, 1986. - С. 18-20.

12. Лаптев Н.И., Шаталов B.C. Принципы построения нерегламентиро-ванного запроса к данным в АСУ//44-Я Научная конференция студентов и молодых ученых Московского института стали и сплавов: ~ез. докл. - М., 1990. - С. 24-25.

13. Лаптев Н.И., Шаталов B.C. Концепция разработки автоматизированных средств формирования технического задания на функциональные системы АСУ с использованием инфологической моде-ли//44-я Научная конференция студентов и молодых ученых Московского института стали и сплавов: Тез. докл. - М., 1990. -С. 22-23.