Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Теоретические основы информатики

Диссертационная работа:

Бочкарёва, Екатерина Владимировна. Разработка имитационной модели взаимодействия информационных процессов в системах распределенного технологического мониторинга : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.17 / Бочкарёва Екатерина Владимировна; [Место защиты: Сиб. гос. ун-т телекоммуникаций и информатики].- Новосибирск, 2011.- 172 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/201

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. Перспективным направлением в области разработки систем распределенного технологического мониторинга (СРТМ) является предварительное моделирование их функционирования с целью проведения экспериментов с СРТМ без ее физической реализации, что особенно важно при создании сложных быстродействующих информационных систем в областях, где тестирование затруднено или невозможно из соображений высокой стоимости или безопасности.

Анализ узкоспециализированных программных продуктов для моделирования работы вычислительных сетей, используемых в СРТМ (ZetView, Tossim, NetWizard, Opnet Modeler и др.), выявил ряд недостатков: высокую стоимость (1,500$-70,000$); отсутствие средств прогнозирования и обработки нештатных ситуаций (НС); ориентацию на оборудование конкретного производителя; отсутствие средств оценки характеристик работоспособности системы в зависимости от характеристик алгоритмов обработки данных, выполняющихся на ее узлах. Описание же модели взаимодействия информационных процессов в СРТМ с использованием существующих программных продуктов для моделирования работы динамических систем (MATHLAB, Lab View) требует значительных временных затрат и не позволяет получить данные для сравнительного анализа показателей работоспособности системы при различной конфигурации связей и разных характеристиках оборудования.

В связи с этим актуальным является разработка имитационной модели взаимодействия информационных процессов в СРТМ, и реализация ее в виде программной системы, позволяющей задавать структуру системы; описывать логику взаимодействия функционирующих в ней информационных процессов; исследовать применимость для обработки данных алгоритмов, обладающих различной вычислительной сложностью; прогнозировать поведение системы при НС; оценивать характеристики производительности и надежности СРТМ при использовании различного оборудования и архитектуры.

Целью диссертационной работы является разработка и программная реализация имитационной модели взаимодействия информационных процессов в СРТМ, позволяющей учитывать вычислительную сложность используемых алгоритмов обработки данных и исследовать характеристики работоспособности проектируемой СРТМ.

Для достижения поставленной цели ставятся следующие задачи:

Разработка имитационной модели взаимодействия информационных процессов в СРТМ с позиций теории массового обслуживания, методов имитационного моделирования и комплексного подхода к описанию поведения системы.

Разработка архитектуры имитационной системы для построения, отображения, тестирования и анализа процессов сбора, обработки и передачи данных в СРТМ и создание реализующего ее программного обеспечения.

Разработка методики тестирования и оценки эффективности применения вычислительных технологий обработки данных в СРТМ, основанной на использовании внутреннего языка имитационной системы.

Комплексное исследование на основе имитационного эксперимента характеристик работы СРТМ в штатном режиме и в случае программно-аппаратных сбоев в зависимости от ее топологии, параметров конфигурации оборудования и выполняющейся на узлах сети обработки данных.

Методы исследования. Для решения поставленных задач и достижения намеченной цели проводились теоретические и экспериментальные исследования, основанные на использовании методов теории массового обслуживания, теории формальных языков, теории математического моделирования, теории параллельного программирования, вычислительной математики, а также прикладное и системное программирование и средства машинной графики для отображения результатов моделирования.

Научная новизна:

  1. Предложена имитационная модель взаимодействия информационных процессов в СРТМ, основанная на представлении СРТМ в виде графа, каждой вершине которого сопоставлена система массового обслуживания (СМО), взаимодействующая со СМО других его вершин и учитывающая характеристики оборудования, выполняющиеся на узле алгоритмы обработки данных и поведение СРТМ в случае возникновения программно-аппаратных сбоев.

  2. Для разработанной модели предложены алгоритмы и программное обеспечение, реализующие комплексный подход к описанию взаимодействия информационных процессов СРТМ, основанный на синтезе объектно-, про-цессно-, событийно- и функционально-ориентированных подходов.

  3. Предложено применять для оценки временных характеристик используемых на узлах СРТМ алгоритмов обработки данных синтаксически-ориентированный метод их описания.

Реализация результатов работы. На основе результатов исследования разработан программный комплекс для моделирования обработки данных в гетерогенных распределенных системах «DS Simulator», некоторые элементы которого были апробированы при создании сети учета энергоресурсов АлтГТУ и в специализированных приложениях. Получено свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2010613965.

Практическая значимость. Созданная на основе построенной имитационной модели программная система позволяет при проектировании СРТМ учитывать вычислительную сложность используемых на ее узлах алгоритмов обработки данных и исследовать влияние на параметры работоспособности СРМТ ее архитектуры. Полученные результаты исследований могут быть использованы при разработке систем распределенного технологического мониторинга для контроля производственных процессов и функционирования техногенных объектов в областях, критичных к надежности, своевременности и скорости доставки и обработки данных.

Практическая значимость работы подтверждается отзывом организации Grid Dynamics (Fremont, СА, USA), профилем работы которой являются высоконагруженные отказоустойчивые системы.

Разработанное программное обеспечение используется в учебном процессе при преподавании курса «Моделирование» для специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».

Апробация научных результатов. Основные результаты работы апробированы на 12 конференциях: VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Информационные технологии и математическое моделирование» (Томск, 2008); XII Региональной конференции по математике «МАК» (Барнаул, 2009); X-XI Международных научно-практических конференциях «Измерение, контроль, информатизация» - ИКИ (Барнаул, 2009-2010); IV Научно-практической конференции «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» (Оренбург, 2009); XXVI Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород, 2009); XVII Дистанционной Международной научной конференции «Методы и алгоритмы принятия эффективных решений» (Таганрог, 2009); VII Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (Тула, 2010); VII Всероссийской научно-практической конференции «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (Томск, 2010); Международной научно-практической конференции «Молодежь Сибири - Науке России» (Красноярск, 2010); 5-6 Всероссийских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь» (Барнаул, 2009-2010). По материалам диссертационных исследований получен грант по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.») для проведения дальнейшей работы по теме «Модули сбора, обработки и архивирования данных в робастных SCADA-системах с элементами CASE-технологий».

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 19 опубликованных научных работах, в том числе 3 статьи в журналах из списка ведущих рецензируемых журналов, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, 1 свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ, 4 статьи в научных журналах и сборниках работ конференций, 12 тезисов докладов на конференциях. Общий объем публикаций - 36 авторских листов.

На защиту выносятся:

  1. Имитационная модель, представляющая СРТМ в виде совокупности взаимодействующих СМО и основанная на сочетании объектно-, процессно-событийно- и функционально-ориентированных подходов к описанию поведения системы.

  2. Архитектура и алгоритмы программной системы, реализующей предложенную имитационную модель взаимодействия информационных процессов в СРТМ.

  3. Использование синтаксически-ориентированного метода описания и оценки вычислительной сложности алгоритмов обработки данных, выполняющихся на узлах СРТМ.

4. Результаты проведенных с использованием предложенной модели имитационных экспериментов по исследованию параметров работоспособности СРТМ.

Структура и объем работы.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net