автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Структурно-параметрическое проектирование коммуникационной подсистемы вычислительных сетей авиапредприятий

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ГРАЖЦАИСКОЯ АВИАЦИИ

На правах рукописи ЧАЙКОВСКАЯ ОЛЬГА ЮРЬЕВНА

СТРУКТУРНО-ПАРАГ£ЕТРИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОММУНИКАЦИОННОЙ ПОДСИСТЕМЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ АВИАЛРЕДПРИЯТИЙ .

Специальность 05.13.13 - Вычислительные машины, комплексы, системы и сети

■ '< ■ I

АВТОРЕФЕРАТ ' диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа ввдожеяа_й_Шековскрм шстатуте^шжеяерш^. гражданской авиации.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор СВ5фИД9кко В.А.

Официальные оппоненты - доктор технических паук, '

профессор Саксонов Е.А., - кандидат технических наук, с.н.с. Корчагин В.А.

Ведущая организация - Главный вычислительный центр .

гражданской авиации (ТВЦ,).

Защита состоится " 13" февраля 1992г. в 15,00 часов I заседании Специализированного Совета К.072.05.01 Московски института инженеров гракданской авиации (МШТА; ш адресу:

126493, г.Москва, Кронштадтский бульвар, 20.

С диссертацией можно ознакомиться.в библиотеке МШГА.

, Автореферат разослан " ¿О^^/^^Ш^Л- 1992^

Ученый секретарь Специализированного . Совета, кандидат технических наук, / 1 доцент Романов Л.Г.

................„ОБЩАЯ ОСАЕАКХЕРИСТИКД.РАБОТЫ______________ ______

Актуальность теми. Современный этап научно-технического трогресса характеризуется расширением сфер применения средств вычислительной техники и, в частности, информационно-вычислитель-яых сетей СИВО;, а также интенсивным ростом объемов передаваемой янформации в различных областях производства. Эти обстоятельства [фвдполагаюг наличие ■ высокопроизводительных систем обработки и передачи данных, позволяющих обеспечить требуемый уровень сервиса.

Одним из основных элементов таких систем является сеть передачи данных или коммуникационная подсистема, от правильного выбора параметров которой, методов передачи информации и топологической структуры существенно зависят эффективность функционирования и стоимость ИБО в целом.

В настоящее' время для выбора наилучшего в некотором смысле варианта какой-либо системы применяются формальные методы оптимизации, сводящиеся к задаче математического программирования и позволяющие находить реаенве однократериальных, хорошо структурированных задач. Возрастающая слоасност!» систем обработки и передачи данных, повышающих ' эффективность п>аизводственно-хо-зяйственной деятельности как отрасли в целом, так и отдельных предприятий на основе оперативного информационного обмена, специфика их применения в ГА, связанная с требованиями безопасности и регулярности полетов, иирокий круг Флпашоналыпи задач затрудняют оценку качества функционирования по. одному критерив, часто выби!чомому субъективно. Поэтому актуальной является задачи совораенотвоваиия существующих я разработка новых методов проектирования и выбора ряционэлчшх параметров- таких

систем и их, компонентов, обеспечивающих ^требуемые^^значэния элементов векторного критерия качества функционирования при изменяющихся услрэиях внешней среды.

Цель работы. ' Цель диссертационной работы заключается в разработке и исследовании методики выбора параметров передающей среда- и протокольных механизмов, используемых при "реализации коммуникационной подсистемы (КТО Л ИБО крупного авиапредприятия, позволяющей обеспечить требуемые значения элементов векторного критерия качества при заданных условиях внешн- 1 среды.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе рошаются следующие задачи: , ','' ' }

исследование организаэтюнной структуры 1фу1Шого авиапредприятия на основе перечня решаемых функциональных задач и распределения информационных потоков между его подразделениями; .

разработка способа выбора средств реализации КПС ИБО с учетом комплексной классификации распределенных сетей; . ' .

оценка качества функционирования КПС ИБО авиапредприятия, на основе векторного критерия качества; . ;

разработка ;йк>Ц0Дуры выбора протокольных механизмов ■ и значений параметров " КПО ИБО среда альтернативно допустимых вариантов при заданных векторах параметров, критериев и ограничений; '■ - '"'•■•

разработка , имитационной модели . КПО- , открытой ИБО авиапредариятия и исследование вероятностно-временных , характеристик ее функционирования;

проведение полунатурного експеримэнта на локальной сети с сетевой операционной системой (ООУ Айххтсей 1!еХЯагв/2В6 и исследование полученных вероятностно-временных характеристик ее

Бщщионирования. ___________________________ _______

Методы исследования. Для решения указанных задач «¡пользовались метода теории множеств, теории графов, теории зетей массового обслуживания, теории принятия решений, автоматных моделей, имитационного моделирования. Научную новизну работы составляют:

разработанный метод формирования множества векторов

параметров, позволяющей задавать альтернативные варианты КТО ИБС

i

ввиапредприятия с использованием ЛП^-поиска;

разработанный метод выбора вариантов КТО ИБС авиапредприятия на основе сравнительного анализа значений элементов векторного критерия качества и выделения Парато-множества;

имитационная модель КПС открытой'ЛВС, разработанная с учетом концепции автоматизированного проектирования, позволяющая строить модели КПС, спбцйфицированные стандартами ГЕЕВ 802.

Практическая ценность диссертации заключается в. разработке методики,-' позволяющей с . учетом векторного критерия качества анализировать й выбирать из множества альтернативных варианты КПО ИБС крупного авиапредприятия, удовлетворяющие заданным параметрическим и критериальным ограничениям, задаваемым ) проектировщиком на основе• полученных таблиц испытаний.

Пакет прикладных программ, разработанный на алгоритмическом языке FIS1 -и реализующий предложенную методику, позволяет автоматизировать процесс поиска Паре.то-оптимальных вариантов коммуникационной подсистемы, сводя участие проектировщика к задании значений элементов векторов параметрических п критериальных ограничений и количества ее альтернативных вариантов.

Имитационная модель, разработанная на языка GPSS и представляющая собой комплекс взаимонезависимых функциональных модулей, позволяет исследовать функционирование коммуникационных подсистем, протоколы которых специфицированы стандартами IEEE 802, и их вероятностно-временные характеристики.

Практическое использование разработанного метода о труктурно-параме тричв ского проектирования и соответствующего программного обеспечения позволяет сократить время и затраты на разработку коммуникационной подсистемы вгшслителышх сетей авиапредприятий, обеспечивая при этом практическую приемлемость И вЗДюктивносгь полученных вариантов.

Достоверность научных результатов и практических рекомендаций подтверждается необходимыми математическими выкладками," согласованностью с рееультатами имитационного моделирования и полунатурного эксперимента, проведенного на локальной сети PC-NET о сетевой 00 Advanced lfetttare/586, , включающей файл-сервер и две рабочие станции.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работа и ее отдельные .результаты докладывались и обсуждались на II Всесоюзной школе-семинаре "Проблаш передачи информации в информациошю-вычислительных" сетях" /Москва-Сувдаль, 1988г.;, Всеооюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные средства локальной . автоматики" ("Гродно, 1989г.), научно-технической конференции. "Научно-технический прогрэос в инженерно-техническом. обеспечении полетов ГА1* fМосква, 1989г.), отраслевой , научно-технической конференции . "Интегральные оптические сети связи" ("Ленинград, 1989г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Научно-технический прогреоо и

-ВДСЛЛХашш_£ЭДДУВВДГО .транспорта" ("Москва, 1990г.JL____________

Внедрение результатов работы. Предложенный в диосертационной работе метод шбора параметров передающей среда и протокольных механизмов коммуникационной подсистемы вычислительных сетей, а также разработанное программное обеспечение были использованы:

при реализации фрагментов локальной вычислительной сета авиационно-технической базы аэропорта "Шереметьево", объединяющие персональные ЭВМ IBM FG XT/AT и мини-ЭВМ Iabtan-3615 на базе микропроцессора national Semiconductor 32032 Сшифры НИР МИИГА, выполненных совместно с Центральным управлением международных воздушных сообщений' ГА: Л 39-89, Я ГР 01.88.0 032009; .№129-89, № Г]Р 0189.0 017439; » 129-90, М ГР 0190.0 030496, #163-91, Л ГР

. npix выборе параметров коммуникационной подсистемы учрежденческой ' ■локальной сети Московского института электромеханики и автоматики, объединяющей , микро-ЭВМ "ЭлекТроника-МС-0507.'02".

• Результаты вводрения подтверждены соответствующими актами. Публикации. По результатам выполненных исследований; опубликовано 7 печатных работ', приведенных в автореферата.

• Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,"' .четырех глав, заключения, пяти приложений и содержит страниц машинописного текста, Zb таблиц, 30 рисунков, список литературы из 80 наименования. . . '

■ ' СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ • >

Во введении определен цели и задачи исслэгявапчя,. обосновывается актуальность сформулированных в peeonj греблам и.

приводится общая характеристика работы.

В первой_главе рассматриваются назначение

информационно-вычислительных сетей и их составляющие: физическая, логическая и программная структуры, на основе анализа которых сделан вывод о том, что одним из основных, компонентов любой ИБО шляется коммуникационная подсистема, обеспечивающая взаимодействие прикладных процессов на основе единой системной идеологии, реализованной в сетевых протоколах.

Качество и эффективность функциониро"чщт ИБО' в целом зависят от степени соответствия ее логической и физической структур • конкретной организационной структуре процессов ' обработки, хранения и передачи данных, а также от того, насколько рационалышми являются вероятностно-временные и стоимостные характеристики коммуникационной подсистемы.

Для корректного отображения, с сиотемных' позиций организационной отруктуры ИБО был проведен ее анализ о точки зрения комплекса' функциональных задач, решаемых в подразделениях ■ авиапредприятия,. и информационных штоков, циркулирующих мэвду ними, а также .мчвду отдельными подразделениями и удаленными внешними системами СПВО, хоот-ЗВМ;. Процесо взаимодействия функциональных задач был представлен в виде ориентированного графа С(У,11), где. V - множество вершин, мощность которого определяется количеством решаемых функциональных вадач, О -множество ребер,. мощность которого определяется совокупностью информационных потоков. Анализ данного графа .в соответствующей ему матрицы смекности ЦО^Й» каадый ненулевой влемант которой представляет ообой суточный объем информации, передаваемой от 1-ой функциональной задачи к ./-ой, позволил выявить воны наиболее

интенсивного обмана.__Отсюда был сделан__шшод__о_наобходимости

организации груш взаимодействующих процессов в 1 данных зонах радиусом до 1.6 километров с использованием соответствующих физических, логических и программных средств передачи данных.

Качественный анализ функционального назначения разрабатываемой ИБС определил область ее применения подготовкой документов, рассылкой сообщений, . управлением информацией доступом к ней, выполнением производственных задач, обеспечением взаимодействия отдельных подразделений с ресурсами удаленных систем. Такое многофункциональное назначение ИБС затрудняет оценку качества ее составляющих и, в частности, коммуникационной подсистеш, по одному показателю, т.к. решение определенного круга задач требует' использования .соответствующих передающей среда, методов доступа к ней и управления потоками, удовлетворяющих' различным требованиям (вероятность безошибочной передачи, . допустимая задержка с учетом ' уровня приоритета пользователя, надекность, стоимость и т.д.). Так, если предполагается осуществлять сбор и передачу измерительных данных, не используемых для вычисления параметров управления объектом, . Функционирующем в резамэ реального времени V то целесообразно , реализовать *шсув ИБО. как локальную с использованием метода случайного доступа к пзрэд8щей среде. В случае яе использования измерительных данных для управления процессом, протекающим в режиме реального времопя с гестгаш: ограничогаяш "но вром« ' реакции, применение штода случайного доступа ногат оказаться иодопустш. Еслп.плэгчруется использование сотп для'обеспечения поллоктшгаго доступа к пориферпЯнш устройствам, то матоях /остуun и производительность моим возе». чей нодонюсть сотк и

простота работа вез среде. При обеспечении доступа к файл-серверу наиболее важной характеристикой качества является производительность, а при выполнении функций коммуникации', и электронной почты — возможность объединения широкого диапазона устройств, удовлетворяющих различным стандартам.

В результате выполненного в . первой. главе анализа сформулирована задача разработки и исследования методики выбора параметров передающей среда и протокольных 'мехадизмов, используемых при реализации коммуникг тганной подсистемы информационно-вычислительной сети: крупного авиапредприятия, позволяющей обеспечить : требуемые значения векторного критерия' качества при заданных условиях внешней среды.

Во второй главе хдзиводитоя математическая постановка задачи поиска Парето-оптимальных вариантов коммуникационной подсистемы ИВС авиапредприятия' и предлагается метод ее решения о учетом векторного критерия качества. Постановка1 гадачи '. поиска Парето-оптимальных вариантов. представлена в вида упорядоченной-последовательнооти C-<V, S, <p, X, f, Р, W>, где V-iVj}, J*1 ,п -множество параметров, задающих варианты IGIC проектируемой ИБО; S"(Sl}, t=T7г - множество вариантов КПО проектируемой ИБО, каждый из которых решает поставленную , задачу, обеспечивая . при втом. некоторые значения показателей качества; <p:/-*S - отображение множества параметров V в множество вариантоз 5; к*77Ш,

т > 2 - множество критериев качества, полностью характеризующих варианты КПО при сравнении их между собой; JzS-*Y - отображение множества S вариантов КПО во множество ; векторных критериев качества, ytsY,. y^SfS^.y^ix],

p - система предпочтений лица,- принимающего решение fJUIPJ;

я - рйшяотцва прявши,...оярддаляицяпринцип сравншщя_ввктор1Шх критериев.

Элементы множества V параметров и множества X показателей качества КПС определяются, исходя из ее основной задачи -обеспечения надежной и своевременной передачи данных между взаимодействующими процессами.

Параметра КПС разбиты на две группы,' первая из которых

представляет собой характеристики непосредственно среда передачи »

данных (скорость передачи, вероятность ошибок в канале связи, территория, охватываемая сетью.), а вторая характеризует канальный и частично - вышележащие уровни ("количество узлов сета И, интенсивность _ (-777? входных потоков данных, количество клаосов . сообщений q, средняя длина сообщений и

информационных кадров I, протоколы подуровня управления доступом к моноканалу /^-подуровень;. Данные параметры образуют множество V, элементы которого полностью определяют вариант КПС

1-т^г.

Т.к. типичной чертой задач, возникающих при проектировании олоиных систем, является многокритериальное» • и невозмоишость 'выделения одного критерия в качестве единственно;^, то для выбора варианта КПС ЙЗС кеобходмга задать набор таких показателей или ; !фиторпев качества, котораВ бы обеспечивал возможность однозначной количественной оценки вариантов данной система, т.о. каздцй элемент х^гХ^ должен быть связан с качеством системы конотошюй зависимостью и быть «езаписикьм по предпочтогля от остальных х[, 1=ТТШ, Обосиопывается выбор среднего Бремени пробывшем оосСачгтя а КПС и затрат на ее реализацию кок игкболоо у1птвчрсоль;шх ■ показателей кччествв, образ /пдас

векторный критерий X^fX^Xg,). .., . „,„

Для выполнения отображения <p:V-»S, позволяющего сопоставить варианту S{ КПО вектор параметров, предложено иопользовать метод исследования n-мерного пространства параметров, называемый ЛПг-поиском. Этот метод является эффективным при решении задач, в которых требуется одновременно получить оптимальные значения нескольких показателей качества. Кроме ; того наличие трудно формализуемых параметров (таких, как протоколы, задаваемые в виде спецификаций;, неточность некоторых исходных данных вызывают необходимость реализации интерактивной диалоговой процедуры проектирования, позволяющей контролировать процесс поиска рациональных вариантов. Выполнение етого требования также обеспечивается. при использовании, метода ЛП^-поиска. В соответствии о данным методом для каждого параметра VjeV, допускающего количественное представление, ДПР вводит параметрические ограничения Vj и Vj*, задающие его минимальное и Максимальное значения. Введенные параметрические ограничения • образуют множество j=T7n, npsmo&

произведение элементов которого образует n-мерное, пространство параметров Е"=У?х.. ->у'п- Каждый элемент VjcV является подмножеством v'fWj^ Oj^...h*!^, k=0, 1, 2,...,

мощность которого . определяет количество возмшннх значений параметра Vj при заданных vj* и Vj. В пространстве параметров в" определено множество А п-мэрных векторов вида г=Т7?г, -э]таких, что ¿-f^eE'Wjx,.VjJ, /=Т7Ю. Выбранные значения параметрических ограничений опецифицироваш стандартами IEEE 802. При помощи ЛП^-поиска, основанного нб применении шшарата ■ ' равномерно распределенных

посладовахадьностей«. „.были . получены_te2£fi_jipaflmiz_..xo_4e!<;.____в

совокупности о протоколом, иопользуемым на АГЖ7-подуровне, задающих множеотво вариантов НПО сети S-fS^,t»í,256. На данном множестве определено подмножество 5Д допустимых вариантов КПО, которые выделяются в соответствии со стандартными значениями скоростей передачи данных, специфицированных стандартами IEEE 60S. Для елементов множества необходимо получить доотовершэ значения элементов векторного критерия качества.

В качеотве' отображения / множества точек пространства параметров в множество точек пространства критериев использован программный имитатор - комплекс имитационных моделей, написанный па языке GPSS. (Выбор метода имитационного моделирования обусловлен тем, что аналитические • методы не могут дать полного количественного представления о характере исследуемых процессов и не учитывают оложного взаимодействия устройств и пользователей в сети. Кроме того, применение метода ЛГЦ-поиска требует отсутствия в множестве а компонентов О1 меньшей, чом п, размерности.

Таким образом комплеко имитационных квелей позволяет 'исследовать зависимость качества . качества к-.рианта КПО от зйачений параметров передающей среды, выбранного протокола й , характеристик среда функционирования сети, отображая кавдую точку OÍ1 пространства параметров е" в точку yj «-мерного пространства f* критериев качества. Значения элементов векторных показателай Х^кХ, ft-ТТй мнонэотва допустим»« рвриантсэ получогашо

в результате экспериментов, упорядочиваются по возрастанию так, чтобы Xk(Q 1) < Xkm $...sXk(4 Ij, - помира в кто-

Р"п ив мнокегтвв Л. На основ« получениях таблич испытаний ЛПР

оценивает диапазон изменения каждого показателя и выбирает критериальные ограничения, которым должны удовлетворять оптимальные варианты КПС. Множество критериальных ограничений пцЗ, где Х^ - наихудшее допустимое значение Ь-го показателя, выделяет на множестве а подмножество а' таких векторов -о1, что А^С^с^^'^у, < х'к). При выборе значений х'^ множест-

во а может оказатьоя пустым. Для проверки непустоты множества а фиксируется показатель Х^ и анализируется подмножество соответствующей ему таблицы испытаний ) £ ¿¡(-в <...<

х^-6 *>) < где в - мощность подмножества а. Перебором значений

I л I д

к=27га в тех же точках •в .....-О в проверяется, есть ли хотя

Л; I

бы одна точка -б еЛ , в которой одновременно выполняются

параметрические и критериальные ограничения. Если такая точка

существует, то множество оптимальных -вариантов не пусто. Как

правило, количество элементов множаотва а' достаточно велико. Для

получения множества неулучшаемых вариантов или

Парето-оптимального множества предлагается анализировать варианты

коммуникационной подсистемы путем покоординатного сравнения пар

векторных показателей качеотва по всем елементам х.*х, (-77М.

и» V

При атом возможны три результата сравнения: I) вариант КПС

более предпочтителен, чем вариант Бу. Б^ ^ Б у, 2) варианта и

вквивалентш в смысле предпочтения: 8у, 3) варианты и

Sj несравнимы в смысла предпочтения: Л во всех случаям

£»/ - Т77г. Совокупность несравнимых и аквивалентных в смысле

предпочтения вариантов КПС ИБС образуют Парето-множество 5°,

практический результат выделения которого состоит в том, что при

выборе варианта КПС по совокупности показателей качества поиск

наиболее предпочтительного решения- независимо от решающего

mправила 17 можно ограничить этим мноймством. При использовшгии на л ИЛС-подуровна бесприоритетного метода доступа к передающей среде, специфицированного стандартом IEEE 802.5, векторный критерий качества имеет вид X1 - fxj, xl,), где ij - среднее время пребывания сообщения в КПО ИБС, в - нормированная стоимость варианта НПО. При использовании на ifЛС-поду ровне приоритетного доступа, специфицированного стандартом IEEE 802.5, векторный критерий имеет вид ж f^j1» г ^) у где Х^ и Хр - среднее время пребывания й КПС ИБС сообщений высшего и низшего • приоритетов соответственно, Хд - нормированная стоимость варианта КПС. Принятая система предпочтений упорядочивает элементы векторного критерия качества следующим образом: xj ^ Х^ } ^ В результате расчетов, выполненных о использованием разработанного пакета прикладных программ, были получены Парето-оптимальнне варианты КПС, обеспечивающие, требуемые значения показателей качества в зависимости от заданных ' параметров среди функционирования. Пакет прикладных программ, автоматизирующий процесс поиска Парето-оптимальных вариантов КПС ИБС и написанный на языке PL/1, выполняет описанные действия в диалоговом режиме. Все составляющие пакета взаимодействуют между собой посредством файлов на внешних запоминающих устройствах. Задача проектировщика состоит S . задании значений параметрических и критериальных ограничений и количества вариантов системы. Таким образом, разработанная методика: позволяет из множества допустимых вариантов КПС КВС выделить Парето-оптимальнне, удовлетворяющие векторному критерию качества, критериальные ограничения для олемонтов которого задаются с учэтса' диапазона изменения, показателей кпчрстяч;

______гарантирует существование .решения^ _задачи о нахождении^.

Перето-оптимального варианта НПО ИБС при любом выборе решающего критерия.

Третья глава посвящена разработке и исследованию модели КПС^ открытой ИБО о использованием аппарата теории сетей массовой обслуживания (НО), разработка этой модели вызвана необходимость! построения имитационной модели КПО, отображающей множество е4 параметоров в . множество критериев качества, в виде комплекс* взаимонезависимых функциональных модулей, а также трудность!) (вследствие больших затрат машинного времени,) получения значений элементов векторного критерия качества на имитационной модели при больших значениях коэффициента загрузки КПО. В многофазной. сети МО циркулируют транзакты - аналоги пользовательских запросов трех классов: требующие и не требующие ответа от узла локальной ИБО и требующие ответа от удаленной ИБО (хост^ЭВД, терминала;. Спецификой модели является то, что источники ¡независимо от. процесса обслуживания порождают запросы, однако после генерации очередного запроса он не передается немедленно на обслуживание, а переводится в' пассивное состояние . и помещается . в очередь Я у ]"Т7п соответствующего иоточнийа. Выбор очередного аапрооа на обслуживание из очереди <3^ производится только, после окончания • обслуживания предыдущего из той вэ очереди, т.е. можно считать, 1то обработанный запрос возвращаемся в очередь соответствующего источники, а в новом цикле обработки, наступающем после случайно распределенной задержки, меняется его параметр!. Таков порядок обработку хорошо согласуется о протеканием реальных вычислительных процессов, в данная сеть МО моют быть классифицировано какзомкнутая. На о гном ототиотачвегаа данных.

^полученных при ^ анализе _ реальных _ информационных потоков авиапредприятия, о уровнем значимости а=0.85 была принята гипотеза о пуассоновском штоке звпрооов на входе сети МО.

Кавдая фаза сети МО представляет собой элементарную систему МО (СМО,), имитирующую процесс обработки сообщения на соответствующих уровнях Эталонной Модели Взаимодействия Открытых. Систем (ЭМ ВОС;, реализуемый с использованием программного и аппаратного обеспечения. Кавдвя СМО мокет быть задана в виде совокупности операторов В^, Ну, ^, реагирующих соответственно на

поступление сообщения на бход 17 СМО, выход У сообщения из СМО и ■ *

ее активизацию по времени £. Взаимодействие мокду СМО, образующими сеть МО, осуществляется при пбмощи управляющих сигналов., передающих управление обработкой сообщений как внутри отдельных СМО, так и мевду ними.

Первая фаза сети (СМО),) моделирует функционирование . подуровня управления логическим каналом (11С) канального уровня и .вышележащих уровней. Вторая фаза (СМОр) моделирует функционирование коммуникационной подсистемы ' ЙВС, включающей физический уровень и подуровень управления доступом к передающей среде (МАО) канального уровня, третья и четвертая фазы (СМ03 и Ш04) - функционирование интерфейсной подсистемы, обеспечивающей взаимодействие локальной ИБО с удаленной системой.

В Cf.ro} происходит генерация запросов однолинейными приборами fJ о длительностью обслуживания, распределенной по экспоненциальному закону о параметром XJ, ,п. Запросы помещаются в очереди Qj и переводятся в пассивное состояние, если соответствующий данному прибору буфер, общей памяти <3, находящийся в СМОр, занят. СМОр, СМ03 и СМО^ представляют собой однолинейные

приборы, время обслуживания в которых распределено ._пс экспоненциальному закону с параметрами \i2, соответственно» В СМ02 - CU04 сети предусмотрено наличие блоков, формализующий озидание логического подтверждения удачной или неудачной передач^ информационных кадров (Ш) в коммуникационнойсреде ЛВО и каналу связи о удаленной ИБС. Дисциплина обслуживания •требований в этих СМО соответствует принятому на НЛО-подуровне варианту протокола, специфицированному стандартом IEEE 802. В работе исследовались дисциплины равноправного разделения передающей среды ЛВО (PS) и абсолютного уровня приоритетов с дообслукиванием прерванного запроса. Особенность» модели является ись ■ -эш возникновения блокировок обмена, что достигается назначением ответам наивысшего приоритета при использовании любой дисциплины. .Вероятности перехода требований различных классов мевду Фазами сети МО заданы в соответствии с реальными данными, полученными при анализе информационных потоков авиапредприятия. . ;

Для получения значений' элементов векторного ' критерия качества путем аналитических расчетов и верификации результатов имитацион-* кого моделирования многофазная сеть МО была модифицирована. Первая модификация позволяет получать значения критериев качества КПС ЛВС без' уча та ' во . взаимодействия с удаленной «Т30 и представляет собой 2х-ф8зную сеть МО.первая фаза которой является •'-линейной CVO Оез очереди, а вторая - однолинейной СМО о очередью и ожиданием. Среднее время проСывалая сообщений в такой сэти при использовании дисциплины К» определяется выражением

а среднее время пребывания в сета сообщения г-го приоритета при яспольэювшив абсолютных приоритетов с досСслужяватшм прерванных

¿ОТОЛЦвНИЙ- ; • J,_____ ', _ J • _ • •

• V - ц' (1 - u^ + Щ - Vf.JH -

. V. (I - n )(1 - F.)1 где ц у = --—!— - интенсивность обслуживания

сообщений во второй фазе; VCT - скорость передачи в моноканале, .

специфицированная стандартом IEEE 80S; I - длина ИК,

передаваемого, в. моноканале;. псл - длина полей служебной

. информации в ИК; F^ - вероятность ошибки на знак, принятая для

ЛВС; р, ' - коэффициент загрузки обслуживающего приборе

однолинейной СМО второй фазы;ty. = V pfe '• -' суммарная загрузка '

"... :<''- о' . Ь*1 "'ч'" .V Яь

' квнала СМО сообщениями приоритета г и выше; pft = —jp ,* .' U(t^) J i2 dFr(t) - момент второго порядка времени обслуживания

требований r-го приоритета; PrftJ - функция распределения времени бсЛуживания требований * г-го . приоритета у со средним ' временем обслуживания 1/\к'.

Вторая модификация позволяет определить время реакции на " требования, адресованные в. удаленную систему, , и представляет ' собой .^-фазную сеть ■ МО, . первые две фазы которой идентичны ■ предыдущим,, а третья фаза получена агрегированием СМОд" и CU04 основной сети МО; В третью фазу модифицированной ceiil МО "сообщения направляются в. соответствии о "вероятностью адресации требования абонента ЛВС в удаленную систему, которая для реальных информационных потоков авиапредприятия равна ру = О.ОГ (vaon.1.3). Срелтгее время пребывания сообщений в такой сети при использовании дисциплины PS определяется, выражением . ,;г. . . . '

:: у. 'А*'- +

а среднее время пребывания в

использовании абсолютных приоритетов о дооболуживанием прервашшх сообщений

Ус-(к-пс„)(1 - Р2)1 где |х" = —-^--— - интенсивность обслуживания

сообщений в третьей фазе сети МО; V - стандартная скорость

передачи в канале, связывающем ЛВС и удаленную ИБС; Р2 -

вероятность ошибки на знак, принятая для систем передачи данных

Ру IД,

региональных . ИБС; р' = --^— - коэфЗ&щяент загрузки

обслуживащего прибора агрегированной третьей фазы..

Значения среднего времени пребывания запросов в сета при использовании различных дисциплин обслуживания и,режимов обмена, полученные при помощя данных аналитических выражений, подтвердили правильность функционирования имитационной модели и корректность полученных результатов. ;

В четвертой главе рассматривается структура имитационной модели, позволяющей исследовать влияние множества параметров коммуникационной подсистемы и характерных особенностей протоколов на значения элементов векторного критерия ее качества. Модель исследуемой КПО отроится квк транвактно-ориентирюванный комплекс функциональных модулей, для однозначного гадания а реализации взаимодействия которых используется метод формального описания, основанный на объединении автоматных моделей я сродств языков программирования высокого уровня. Такой подход позволяет пользователю формировать, единый программный модуль из блоков, шатру-

^'юдшс фушвдонированив

стандартами IEEE 802, и производить настройку начальных условий, .-определяющих параметры КПО, без изменения внутренней структуры самих блоков. Передача управления мевду блоками происходит путем использования общих областей памяти ЭВМ (параметров и индикаторов состояний,), значения которых изменяются при поступления' транзактов на входа и выходы блоков и их активизации по времени. Внутренняя структура блоков никаких изменений не требует.

При моделировании стандартов IEEE 802 сделаны, следующие ■ допущения: запросы на обслуживание и соответствующие им ответы в модели формируются 'на прикладном уровне , AL,' агрегирующем ■ ИС-годуровеиь и вышележащие > уровни ЭМ В00. Функционирование ЛЬ-уровня моделируется блоками порождения запросов и ответов и • инициализации их. параметров. Доступ к сервису, предоставляемому М?-подуровн9М и физическим уровнем (Nb-уровень ■■ модели; осуществляется Через точку Tport доступа к сервису, а доступ NL-уровня к физической'среде - через точки Nportr,-й Nportj. (прием й передача;. Функционирование tfi-уровт' моделируется ' блоками получения и обработки узлами сети маркера ' и . информационных. кадров, а: такие блоками получения,и обработки маркера и Ж в специальном узле - центре," моделирующем взаимодействие ЛВС о. удаленной ИБС через интерфейсную подсистему. . •

; .Приведены ;.' результаты экспериментов, : целью которых являлось:1;получениэ значений элементов векторного■ критерия качества кольцевой сети с передачей полномочий, сявцифицировагаюй стандартом IEEE 80S.5, при использовании на : УЛС-тодуровш бесприорлтатной дисциплины доступа к среде; 2) получение значений элементов векторного критерия качеотва-кольцевой.сети с передачей

ИпгТСУ^яЛ"ятпти Vя_УЛД-шдуровна_.аб.Сйдазных_

приоритетов с дообслу киванием прерванных сообщений; 3.) получение значений среднего времени пребывания сообщений в сети.в режиме взаимодействия о удаленной ИБО для бесприоритетного и приоритетного методов доступа к передающей ореде.

' Приложения 1-3, 4, Б содержат соответственно: листинги и форму представления выходных результатов пакета прикладных программ, автоматизирующего процэсо поиска Парето-оптимальннх вариантов КПО ЛВС; листинг комплекса программ имитационного моделирования, позволяющего получать значения ." влементов векторного критерия качества КПО ЛВС; акты о внедрении результатов диссертационной работы.

: ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные теоретические и практические результаты: , ' .

I. Проведен анализ функциональных . задач - крупного авиапредприятия,. : : который определяет ■ проектируемую ЛВО как: учрежденческую; производственную¡ открытую для взаимодействуя о удаленными ЙВС. • -

,2. Сформулирована задача выбора Парето-оптамальшх вариантов коммуникационной подсистемы ЛВС о учетом: заданны? векторов ео параметров, векторного критерия качества и множества эе допустимых вариантов; * . .

3. Разработана имитационная модель на языке С358, которая позволяет получить значения елементов векторного критерия качеству • коммуникационной . подсистемы, стоцпфщароаачноЯ

. отадаартами ГШ 808. '"'

4. Раероботш пакет пршитдних программ на пзико РЬ-Ч,

^автоматизирующий процесс получения^ Парвто-оптямальных вариантов коммуникационной подсистемы в диалоговом интерактивном- режиме и /сводящий ■ участив проектировщика. . к \• заданию векторов параметрических и критериальных ограничений, задаваемых с учетом полученных таблиц испытаний. '•'''('"

' б. Разработана модель коммуникационной подсистемы открытой ЛВС в виде сети массового обслуживания, позволяющая получать и исследовать вероятностно-временные характеристики функционирования коммуникационной подсиотемы при больших значениях коэффициента загрузки в различных режимах и , осуществлять верификацию результатов имитационного моделирования, .

6. Предложена методика структурно-параметрического проекта- ,. рования коммуникационной подсиотемы ИБС крупного авиапредприятия^ • ■основанная на проведенных исследованиях и •разработанных комплексах программ и модулей, гарантирующая существование решения о нахождении Парето-оптимальных вариантов коммуникационной подоистемы ЛВО при любом выборов решающего критерия качества ее функционирования. . / '

Основные положения диссертационной работы отражены в оледавдих публикациях:

I.Чайковская 0.0. Моделирование локальной ' сети ' предприятия.// Сб.тезисов докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные средства локальной автоматики". -Гродно: ГГУ, МКЭМ, ВОИВГ, 1989. - с.170. :

2.Чайковская О.Ю. Выбор модели ЛВС на основе мног критериальной оптшизации.//Сб.тезисов докладов отраслевой научно-технической конференции "Интегральные оптические сети связи". - Л.: НПО "Красная заря", 1989 - с.60-61.

____ З.Чайковская О.Ю. Выбор пар^ер^_диддаш_связи, для,.

случая нескольких критериев качеотва.//Математическое и програм-мноэ обеспечение моделирования и проектирования сетевых систем: Сб.научных трудов - Йошкар-Ола: Марийский. Политехнический Институт, 1989 - с.29-37.

4.Чайковская О.Ю. Один из способов реализации локальной сети авиапредприятия.// Сети и сиотемы обмена данными в автоматизированных системах ГА: Сб. научных трудов - М.: МИИГА, 1989 -с.6-И. * . ' ' ■

Б.Чайковская О.Ю. Разработка учрежденческой оети передачи данных на основе экспертных оценок.// С<5. тезисов докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта". - М.: ШШГк, 1990 - с.142-143. \ '

е.Чайковская О.Ю. Программная реализация многокритериального подхода к выбору' параметров' сети.// Сб. тезисов .докладов. Воеооюзной научно-технической конференции ""Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта". - М.: МИИГА, 1990 -V с.143-144. ' ' , ' .

У.Чайковская О.Ю. Выбор: топологической', структуры ЛВС аэропорта.//.Вопросы проектирования и эксплуатации информационных и управляющих систем ГА: Сб. научных трудов - М.: МИИГА, 1990. -с.12-17. ■ . м '- "■*■

• 'ЧАЙКОВСКАЯ Ольга Юрьевна ~ СТРУКТУгаО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОММУНИКАЦИОННОЙ ПОДСИСТБШ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ АВИАПРЕДПРИЯТИИ (автореферат/