Моделирование и структурно-топологическая оптимизация распределенной вычислительной системы с несколькими центрами обработки данных

• Автор: Олейникова, Светлана Александровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 166 с. : ил

Оглавление
Введение

1. Проблемы анализа и синтеза вычислительных систем

1.1. Вычислительные сети как объект моделирования и синтеза

1.2. Теория систем массового обслуживания как инструмент анализа вычислительных систем
1.3. Задачи структурного синтеза распределнной вычислительной системы с несколькими центрами обработки данных

1.4. Цель и задачи исследования

2. Аналитическое моделирование и оптимизация состава распределнной вычислительной системы

2.1. Постановка оптимизационной задачи

2.2. Пути оптимизации состава распределнной вычислительной системы

2.2.1. Поиск значений вероятностей, доставляющих минимум целевой функции

2.2.2. Классификация возможных способов решения задачи 2.7
2.3. Оптимизация состава системы с фиксированной структурой
2.4. Вычислительная система с многофазными задачами
2.4.1. Постановка задачи
2.4.2. Решение задачи с известными интенсивностями
2.5. Оптимизация состава вычислительной системы с многофазными задачами
2.5.1. Исследование одного из вариантов решения
2.5.2. Способ для отыскания решения
2.5.2.1. Доказательство монотонного убывания функции вероятности полной загрузки
2.5.2.2. Поиск области, в которой находится решение
2.5.2.3. Модификация алгоритма поиска решения с учтом
ограничений
2.6. Выводы
3. Алгоритмизация структурного синтеза распределнной вычислительной системы с центральным серверОхМ
3.1. Модификация алгоритмов
3.2. Структурный синтез многоточечных информационновычислительных систем с разноскоростными каналами связи
3.3. Выводы
4. Программный комплекс анализа и синтеза распределнной вычислительной системы с несколькими центрами обработки
данных
4.1. Общая структура программного комплекса
4.2. Подсистема выбора оптимального состава сети
4.3. Подсистема оптимизации топологической структуры сети
4.4. Результаты работы программного средства
4.5. Выводы
Заключение
Список используемых источников


Основная цель сети - обеспечить пользователям возможность совместного использования ресурсов всех компьютеров [7]. Такой подход даёт возможность оптимально распределять вычислительные ресурсы между компьютерами разной мощности. Таким образом, выбор состава сети является важной задачей при проектировании распределённых вычислительных систем []. Другая задача, возникающая при проектировании распределённых вычислительных систем, - синтез оптимальной топологической структуры сети [,,]. Выбор топологии существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает надёжность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов []. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи. Следует отметить, что в настоящее время наиболее приемлемым является структурный синтез по критерию стоимости. Рассмотрим некоторые наиболее часто встречающиеся топологии. Полносвязная топология (рис. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, каждый компьютер должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная линия связи. Полносвязные компьютеры используются редко, так как не удовлетворяют ни одному из приведённых выше требований. Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети [,]. Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязиой путём удаления некоторых возможных связей []. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Рис. Полносвязная топология. Рис. Общая шина (рис. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Самый серьёзный недостаток общей шины заключается в её низкой надёжности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъёмов полностью парализуют всю сеть [, , 3]. Другим недостатком общей шины является её невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть [2, ]. Рис. Общая шина. Топология звезда (рис. В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети [4,,]. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая надёжность []. Любые неисправности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединён, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещённые администратором передачи. Рис. Топология звезда. К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединённых между собой связями типа звезда (рис. В настоящее время иерархическая звезда является самым распространённым типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях. В сетях с кольцевой конфигурацией (рис 1. Если компьютер распознаёт данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер [,,]. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями.