• Пятаева Елена Владимировна
  • 2005
  • 15

Моделирование и оптимизация распределенных вычислительных систем автореферат диссертации для написания диплома, курсовой работы, тема для доклада и реферата

Моделирование и оптимизация распределенных вычислительных систем - темы дипломов, курсовиков, рефератов и докладов Ознакомиться с текстом работы
Специальность ВАК РФ: 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
  • Реферун рекомендует следующие темы дипломов:
  • Особенности современных распределенных вычислительных систем
  • Оптимизация структуры распределенной вычислительной системы
  • Моделирование распределенной вычислительной системы
  • Реферун советует написать курсовую работу на тему:
  • Синтез алгоритма структурной оптимизации распределенной вычислительной системы
  • Анализ влияния параметров разработанного алгоритма декомпозиции на эффективность проектирования распределенной вычислительной системы
  • Архитектура федеральных и территориальных региональных
  • Реферун советует написать реферат на тему:
  • Обеспечение безопасности информационных систем
  • Особенности построения и функционирования информационно-справочных систем накопительного типа
  • Организация работы и задачи
  • Реферун предлагает написать доклад на тему:
  • Вычисление характеристик сети и синтез структуры сети
  • Работы информационной системы
  • Расчет характеристик системы
  • Способ разделения приложения на два потока
  • Пример решения задачи о тепловом взрыве
Поделиться с друзьями:

Выдержки из автореферата диссертации Пятаева Елена Владимировна, 2005, 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)

Актуальность темы. Внедрение вычислительной техники в процессы организации и управления предприятиями произошло в середине 20 века. Вслед за появлением первых компьютеров, ориентированных на выполнение специфических задач, компьютерные технологии стали быстро развиваться. Уже в 70 годах появившиеся мини-компьютеры, занимавшие в отличие от предыдущего поколения небольшую площадь, привели к появлению концепции распределения компьютерных ресурсов по предприятию. Однако, компьютеры продолжали работать автономно, не предоставляя пользователям возможности распараллеливания вычислений и совместного использования ресурсов. С течением времени требования предприятий увеличились, и стали появляться первые локальные вычислительные сети. Сети организовывались в зависимости от потребностей и возможности пользователей в количестве соединенных между собой абонентов. При этом кабели, соединявшие устройства сети прокладывались поверх предыдущих, не обеспечивая безопасность системы, ни открытости архитектуры. Повреждение кабельной проводки приводило к прокладыванию новых кабелей поверх предыдущих, либо к удалению неполадок, сопровождавшихся повреждением действующей линии связи. Постепенное увеличение количества абонентов сети приводило к тому, что по мере возникновения потребностей и средств сети расширялись эмпирическими способами. В настоящее время практически в каждой организации существует локальная сеть, позволяющая быстро и качественно обрабатывать и транслировать информацию. Технологии, состоящие из большого количества компонент, связных между собой, способных передавать и обрабатывать данные называются распределенными вычислительными системами. Особенностью распределенных вычислительных систем является то, что для пользователя незаметно наличие многочисленного оборудования для передачи данных. Многие организации заинтересованы в возможности преобразования существующих у них на данный момент локальных сетей таким образом, чтобы обеспечить требуемый уровень защиты кабельной проводки, обеспечить необходимую скорость передачи данных. Развитие технологий распределенных вычислительных систем идет в нескольких направлениях. Во-первых, исследуют возможности мэйнфрэймов, то есть больших компьютеров, занимающих огромную площадь (до нескольких зданий), которые представляют собой многотерминальные системы с разделением времени. С другой стороны появилась тенденция к уменьшению размеров компьютеров, совместно с развитием беспроводных технологий передачи данных. Прогнозируется создание «карманных» компьютеров, которые всегда будут иметь доступ к сети. Однако, на данный момент времени существование огромного количества локальных сетей на предприятиях и организациях по всему миру, говорит об остроте проблемы проектирования распределенных вычислительных систем. Важным аспектом данной проблемы является вопрос модернизации сети, так как на многих предприятиях уже существуют локальные сети, возникшие в результате стихийного увеличения абонентов сети.

Целю работы является моделирование и оптимизация распределенных вычислительных систем для оптимизации структуры при заданных ограничениях на ее технические характеристики.

Состояние рассматриваемых вопросов. Проблемой оптимизации распределенных вычислительных систем занимались многие российские и зарубежные ученые: Янбых Г.Ф., Зайченко Ю.П., Вишневский В.М., Мартин Д.Ж., Глушаков В.М., Гурвиц М, Закер К., Казаков СВ., Кульгин М.В., Олифер В.Г. и др. Тем не менее, задача оптимального проектирования и модернизации распределенных вычислительных систем достаточно подробно не изучалась и для ее решения в настоящее время применяются эмпирические методы. Основной недостаток существующих методов состоит в том, что модернизация спроектированных систем практически невозможна, или осуществляется с большим трудом частичной заменой дорогостоящего оборудования. С другой стороны, существующие методы решения задач оптимизации распределенных вычислительных систем ориентированы на решение задач определенной размерности, следовательно, не подходят для решения задачи оптимизации распределенных вычислительных систем, так как размерность сетей может изменяться от десятков абонентов до нескольких тысяч.

Задачи работы:

1.Формализация задачи оптимального проектирования распределенных вычислительных систем.

2.Разработка алгоритма решения задачи оптимального проектирования распределенных вычислительных систем.

3.Применение разработанного алгоритма оптимизации структуры системы для оптимального преобразования распределенных вычислительных систем.

4.Нахождение минимальной по стоимости структуры распределенной вычислительной системы исходя из требований возможности ее преобразования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1.Математическая модель распределенной вычислительной системы позволяет осуществить ее структурную оптимизацию.

2.Алгоритм оптимизации структуры вычислительной системы, основанный на методе декомпозиции, позволяет находить квазиоптимальную по стоимости структуру системы любой размерности.

3.Алгоритм оптимизации структуры вычислительной системы, основанный на методе декомпозиции, уменьшает время решения задачи на 60-80% по сравнению с существующими способами оптимизации.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: 1 .Сформулирована и формализована задача оптимального проектирования структуры распределенной вычислительной системы. Критериями оптимизации являются стоимость создания или время задержки передачи информации. 2.Применен метод декомпозиции для решения задачи оптимального проектирования структуры распределенной вычислительной системы.

3.Разработанный метод разбиения задачи оптимального проектирования структуры распределенной вычислительной системы на независимые подзадачи имеет существенно большую эффективность по сравнению с существующими методами разбиения.

4,Разработано решение координационной задачи с использованием генетического алгоритма.

Практическая ценность.

1.Предложенный метод позволяет сокращать затраты на создание новой распределенной вычислительной системы на 75%, и время задержки передачи данных на 70% по сравнению с существующими методами оптимизации при размерности здания более 2 этажей.

2.При оптимизации структуры системы, расположенной на одном этаже здания, находится оптимальная по стоимости или производительности сеть.

3.Предложенный метод позволяет преобразовывать распределенные вычислительные системы, сокращая затраты на 85% по сравнению с адаптированными к задаче преобразования структуры сети методами.

4.Созданный пакет программ позволяет автоматизировать расчет параметров сети.

Методы исследования. Для изучения и решения поставленных задач использовались элементы теории моделирования, теории множеств, методы математического программирования, теории графов, теории телетрафика, теории надежности.

Сведения о внедрении Результаты диссертационной работы были внедрены в следующих организациях: ФГУП «Завод Электромаш», ЗАО «Нижегородская металлургическая компания», а так же внедрены в учебный процесс НГТУ.

Публикации результатов диссертации были произведены в 14 работах, из них одна статья, материалы трех конференций, десять тезисов докладов, две публикации в сборниках на английской языке.

Апробация результатов диссертации. Были сделаны доклады на 14 конференциях, из них 5 региональных, 3 Всероссийских, 6 международных. По результатам работы награждена следующими Дипломами:

1. Диплом 3 Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», Н.Новгород;

2. Диплом 9 Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии», Томск;

3. Диплом конгресса 5 International Congress ofthe Asia-Pacific region countries, Vladivostok;

4. Диплом № 966 лауреата стипендии академика Г.А. Разуваева;

5. Диплом стипендии правительства Российской Федерации.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Общий объем работы без приложений составляет 149 страниц текста, 36 иллюстраций. Список литературы включает 109 наименований отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Формализована задача оптимального проектирования локальной вычислительной сети здания. Создана математическая модель сети. В качестве критериев оптимизации выбраны критерии стоимости создания сети и критерий производительности. Для достижения поставленных целей предложено использовать метод декомпозиции, позволяющий разбить систему на подсистемы. Для организации взаимосвязи подзадач решается координационная задача. В качестве метода разбиения на подсети выбрано разбиение по территориальной принадлежности узлов сети. Данный метод разбиения гарантирует отсутствие многократного возвращения к решению подзадач, за счет чего существенно уменьшается время решения задачи. В качестве метода решения подзадач выбран метод нахождения графа наименьшей стоимости, для решения координационной задачи - генетический алгоритм. Разработан способ преобразования исходных данных в хромосому, состоящую из двух независимых частей, не требующих операции ремонта хромосом. Разработаны дополнительные алгоритмы определения типов коммутационных панелей и устройств, а так же каналов связи. Создан алгоритм, позволяющий учитывать существующие компоненты сети. Создана программная реализация данного метода. Выбраны рекомендации по практическому применению программной реализации. Сравнительный анализ методов оптимизации локальных вычислительных сетей здания показал целесообразность использования разработанного метода оптимального преобразования локальных сетей здания на практике.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Пятаева Е.В. Использование метода декомпозиции для оптимизации структуры локально-вычислительных сетей. // Седьмая нижегородская сессия молодых ученых (Техническое направление): Тезисы докладов. -Н.Новгород: Нижегородский гуманитарный центр., 2002. - С. 144-146.

2. Пятаева Е.В. Классификация задачи оптимизации структуры локальной вычислительной сети здания. // Будущее технической науки: Тезисы докладов II Региональной молодежной научно-технической конференции. -Н. Новгород: НГТУ., 2003. - С. 45-46.

3. Пятаева Е.В. Модернизация локальных вычислительных сетей здания. // Девятая нижегородская сессия молодых ученых (Техническое направление): Тезисы докладов. - Н.Новгород: Нижегородский гуманитарный центр., 2004.-С. 16-17.

4. Пятаева Е.В. Определение критерия оптимизации локальной вычислительной сети здания. // Всероссийская научно-техническая

конференция «Информационные системы и технологии» ИСТ - 2003: Тезисы докладов. - Н.Новгород., 2003г.

5. Пятаева Е.В. Оптимальная модернизация структуры локальной вычислительной сети здания. // Будущее технической науки: Тезисы докладов III Всероссийской молодежной научно-технической конференции. - НЛовгород: НГТУ., 2004. - С. 32.

6. Пятаева Е.В., Особенности проектирования кабельных сетей здания. // Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков: Сборник статей VIII Международной научно-технической конференции. -Пенза., 2003.-Часть 1.-С. 134-137.

7. Пятаева Е.В. Постановка задачи оптимизации локально-вычислительной сети здания. // Труды международного Форума по проблемам науки, техники и образования., под. Ред В.П. Савиных, В.В. Вишневского. - М.: Академия наук о земле., 2003. - Т.1. - С. 77-7.

8. Пятаева Е.В., Семашко А.В. Применение метода декомпозиции для оптимизации структуры корпоративной сети. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докладов Девятой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. В 3-х томах. -М.: Издательство МЭИ., 2003. - Т1. - С. 370-371.

9. Пятаева Е.В., Семашко А.В., Разработка концепции оптимизации структуры локальной вычислительной сети здания. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докладов Девятой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. В 3-х томах.- М.: Издательство МЭИ., 2003. Т. 1. - С. 125-126 .

Ю.Пятаева Е.В. Специфика кабельной инфраструктуры локальных вычислительных сетей здания. // Всероссийская научно-техническая конференция «Информационные системы и технологии» ИСТ - 2003: Тезисы докладов. - Н.Новгород., 2003г.

11.Пятаева Е.В. Топологическая оптимизация локально-вычислительных сетей здания или кампуса с помощью метода декомпозиции. // Будущее технической науки Нижегородского региона: Тезисы докладов молодежного научно-технического форума. - Н.Новгород: НГТУ., 2002г. - С. 79.

12.Пятаева Е.В. Формализация задачи оптимизации структуры локальной вычислительной сети здания. // Восьмая нижегородская сессия молодых ученых (Техническое направление): Тезисы докладов. - Н.Новгород: Нижегородский гуманитарный центр., 2003. - С. 40-41.

13.Pyataeva E.V. Choice of the criterion of an overall perfomance of the local computer network of a building structure // Materials of the Fifth International Young Scholars' Forum of the Asia-Pacific Region Countries. - Vladivostok, Russia., 2003.-P.96-98.

14. Pjataeva E.V., Pjataev.O.V. Mathematical formulation of a optimization task of the local computer network of a building ctructure. // proceedings of the 9-th Internation scientific and practical conference of ctudents, post-graduated and young specialists., Tomsk., 2003. - P. 210-211.

Поделиться с друзьями: