Разработка моделей и методов синтеза проектных решений для технических систем с приоритетами

• Автор: Соснин, Владимир Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Оглавление
Основные обозначения и сокращения
Введение
ГЛАВА 1. Принципы функционирования систем с приоритетами
§ 1.1. Классификация методов приоритетной обработки
§ 1.2. Аналитический обзор методов автоматизации проектирования
систем с приоритетами
§ 1.3. Постановка задачи анализа и синтеза проектных решений при
разработке систем с приоритетами
§ 1.4. Выводы по главе
ГЛАВА 2. Проектирование функциональной организации систем с
приоритетным управлением
§ 2.1. Проблемы проектирования приоритетных систем с
прерываниями в GPSS World
§ 2.2. Свойства дисциплин обслуживания с прерываниями,
реализуемых стандартными средствами GPSS World
§ 2.3. Проектирование систем с бесприоритетной дисциплиной
обслуживания
§ 2.4. Применение закона сохранения вариации задержки для
проектирования приоритетных систем
§ 2.5. Выводы по главе
ГЛАВА 3. Проектирование структурной организации систем с
приоритетным управлением
§ 3.1. Эквивалентность свойств систем с однородной и
неоднородной нагрузкой
§ 3.2. Решение проектной задачи оценки ёмкости накопителя в
системах обслуживания с потерями
§ 3.3. Проектирование систем с эквивалентной
производительностью
§ 3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. Практическая реализация разработанных моделей и методов
§4.1. Методика анализа и синтеза проектных решений в САПР
технических систем с приоритетным управлением
§ 4.2. САПР автоматизированной автостоянки
§ 4.3. САПР сегмента WiMAX-сети
§ 4.4. САПР маршрутизатора с высокоуровневыми функциями
§ 4.5. Выводы по главе
Заключение
Библиографический список
Приложение. Акты внедрения результатов диссертации

Основные обозначения и сокращения
АП - абсолютный приоритет
БП - буферная память
ВК - высоконагружаютций класс
ДО АП - дисциплина обслуживания с абсолютными приоритетами
ДОБП - дисциплина обслуживания без приоритетов
ДОДП - дисциплина обслуживания с динамическими приоритетами
ДООП - дисциплина обслуживания с относительными приоритетами
ДОП - дисциплина обслуживания с прерываниями
ЗР - закон распределения
КВ - коэффициент вариации
НК - низконагружающий класс
ОП - относительный приоритет
САПР - система автоматизированного проектирования
СОП - система обработки с приоритетами
ТМО - теория массового обслуживания
CAD - computer-aided design
CQ - custom queueing
FIFO - first in, first out
PQ - priority queueing
WFQ - weighted fair queueing

Введение
Актуальность проблемы. В технических системах широко применяются приоритетные правила управления, которые позволяют обеспечить требуемое качество обслуживания разным классам управляемых объектов. При автоматизации проектирования такого рода систем необходимо иметь подробную информацию о свойствах приоритетных правил управления и об их влиянии на характеристики функционирования проектируемой системы. Обнаруживать и изучать эти свойства можно с помощью математических моделей, описывающих функционирование приоритетных систем для широкого диапазона значений их структурно-функциональных параметров. Традиционно при проектировании приоритетных систем для решения задач анализа и синтеза используется аппарат теории очередей (иначе называемой теорией массового обслуживания, ТМО). Большое количество задач из разных областей техники, экономики и медицины удаётся сформулировать и решить с помощью этой теории. [14, 18].
Наиболее типично использование приоритетных систем в компьютерной технике, например при организации системы программно-аппаратных прерываний, при диспетчеризации выполнения задач в операционной системе. В настоящее время компьютерная техника используется во всех видах сложных технических систем, поэтому задача исследования приоритетных методов управления является очень актуальной. Например, при проектировании измерительной и бытовой техники, маршрутизаторов и коммутаторов компьютерных сетей (при обслуживании трафика разных типов) и т.д.
Развитию методов ТМО для исследования и проектирования систем обработки с приоритетами (СОП) посвящены работы [12, 13, 14, 18]. Достаточно полный обзор аналитических методов моделирования дискретных систем приведён в [39].
Проведённый анализ состояния вопроса и обзор работ в исследуемой области показывает, что задача автоматизированного проектирования систем с приоритетным управлением связана с существенными трудностями, т.к. протекающие в таких системах процессы сложны и не всегда поддаются аналитиче-

руются в очередях одноименных номеров (класс 1 - в очереди 1, класс 2 - в очереди 2 и т.д.).
к штук
GENERA ASSIGN d ASSIGN t TRANSFË
E V$TPA1„„1
GENERATE V$TPA2„„3 ASSIGE ASSIGE TRANS

GENERATE V$TPA3„„5 ASSIGN cl
ASSIGN tii TRANSFE1
tLz.
GENERATE V$TPAk„„(2k-l) ASSIGN class,(k)
ASSIGN timeJeft,V$TOBk TRANSFER ,beginning

beginning QUEUE P$class
nakopitel PREEMPT pribor,PR,inc_prior,time left,RE
ADVANCE P$time left
RETURN pribor
DEPART PSclass
quit TERMINATE
inc_prior TEST E (PR@2), 1, nakopitel
PRIORITY (PR+1)
TRANSFER, nakopitel
Рис. 2.2. Схема ОР88-модель СОП с ДОП
Важнейшая деталь системы (увеличение приоритета прерванной заявки) осуществляется в блоке с меткой іпс_ргіог (это соответствует блоку "У" на рис. 2.1). В нём происходит увеличение только нечётной величины приоритета. Если в этот блок попадает заявка с чётным приоритетом, значит, она уже была прервана более одного раза, а поэтому её приоритет уже увеличен до нужной величины.
Пример. Покажем на примере, как нужно использовать приведённую выше схему СР88-модели. Сравним работу разных видов ДОП на примере СОП М/М/1 и МЛЗ/1, ограничиваясь двумя классами заявок. Среднее время пребывания заявок обоих классов в этих СОП можно рассчитать аналитически [18], что позволяет проверить адекватность разработанных моделей. Пусть для простоты заявки обоих классов имеют одинаковые интенсивности поступления и среднее время обслуживания. Тогда модель будет выглядеть следующим образом: