Учебное пособие. – СПб: Университет ИТМО, 2015. – 127 с.
В пособии излагаются теоретические вопросы, связанные с
математическими моделями технических систем с дискретным характером
функционирования и применением аналитических методов расчёта
характеристик функционирования систем для анализа эффективности
различных вариантов структурно-функциональной организации
исследуемых систем и решения задач проектирования с использованием
методов оптимизации. Задачи оптимизации рассматриваются на примере
относительно простых математических моделей, в качестве которых
используются базовые и сетевые модели массового обслуживания.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по магистерским программам направления «Информатика и вычислительная техника», и может быть полезным для выпускников при подготовке выпускных квалификационных работ, в которых требуется выполнить проектирование и исследование систем, представляемых моделями массового обслуживания, например, компьютерной сети или её фрагмента – вычислительной системы (сервера), узла или канала передачи данных. Содержание
Введение
Основы проектирования дискретных систем
Примеры и модели дискретных систем
Общая постановка задачи проектирования
Типовые подходы к проектированию дискретных систем
Краткая характеристика методов проектирования
Аналитические методы
Метод средних значений
Метод марковских случайных процессов
Имитационные методы и средства
Комбинированный подход
Проектирование систем на основе базовых моделей с однородной нагрузкой
Постановка задачи проектирования систем с однородной нагрузкой
Системы с одним устройством и накопителем неограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с накопителем неограниченной ёмкости
Определение нижней границы производительности устройства
Определение минимальной производительности устройства с учётом ограничения на среднее время пребывания заявок
Определение оптимальной производительности устройства
Определение оптимальной производительности устройства с учетом ёмкости накопителя
Определение производительности устройства с учётом ограничения на время пребывания
Оценка ёмкости накопителя
Определение допустимой нагрузки при заданной производительности устройства и ограничении на время пребывания заявок в системе
Системы с одним устройством и накопителем ограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с накопителем ограниченной ёмкости
Анализ свойств системы с накопителем ограниченной ёмкости
Проектирование систем с накопителем ограниченной ёмкости
Сравнительный анализ систем с накопителями ограниченной и неограниченной ёмкости
Системы с несколькими устройствами и накопителем неограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с индивидуальными накопителями неограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с общим накопителем неограниченной ёмкости
Определение минимального количества устройств в системе
Проблема проектирования систем с несколькими устройствами
Системы с несколькими устройствами и накопителем ограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с несколькими устройствами и индивидуальными накопителями ограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с несколькими устройствами и общим накопителем ограниченной ёмкости
Проектирование систем с несколькими устройствами и накопителями ограниченной ёмкости
Проектирование систем на основе базовых моделей с неоднородной нагрузкой
Системы с одним устройством и неоднородной нагрузкой
Расчёт характеристик систем с бесприоритетным обслуживанием заявок
Расчёт характеристик систем с относительными приоритетами
Расчёт характеристик систем с абсолютными приоритетами
Законы сохранения
Критерии эффективности для решения задачи распределения приоритетов
Системы со смешанными приоритетами
Способы описания дисциплин со смешанными приоритетами
Корректность матрицы приоритетов
Правила построения корректных канонических матриц приоритетов
Расчёт характеристик систем со смешанными приоритетами
Постановка задачи проектирования систем со смешанными приоритетами
Функциональное проектирование систем реального времени
Постановка задачи функционального проектирования
Оценка нижней границы производительности процессора
Синтез дисциплины обслуживания
Определение оптимальной производительности системы
Проектирование систем реального времени с вероятностными ограничениями
Системы с несколькими устройствами и неоднородной нагрузкой
Расчёт характеристик систем с бесприоритетным обслуживанием заявок
Расчёт характеристик систем с относительными приоритетами
Расчёт характеристик систем с абсолютными приоритетами
Задачи проектирования систем с несколькими устройствами и неоднородной нагрузкой
Проектирование систем с использованием сетевых моделей
Проектирование систем на основе разомкнутых сетевых моделей
Описание разомкнутых сетевых моделей
Расчёт коэффициентов передач и интенсивностей потоков заявок в узлах сетевой модели
Расчёт узловых характеристик разомкнутых моделей
Расчёт сетевых характеристик разомкнутых моделей
Способы ликвидации перегрузок в системе и определение допустимой нагрузки в сети
Задачи проектирования систем на основе разомкнутых сетевых моделей
Проектирование системы на основе разомкнутой сетевой модели и составного критерия эффективности
Проектирование системы заданной стоимости на основе разомкнутой сетевой модели
Проектирование системы с заданным временем пребывания на основе разомкнутой сетевой модели
Проектирование систем на основе замкнутых сетевых моделей
Описание замкнутых сетевых моделей
Расчёт коэффициентов передач в узлах замкнутой модели
Расчёт характеристик замкнутой сетевой модели
Рекомендации по проектированию систем на основе замкнутых сетевых моделей
Задачи проектирования систем на основе замкнутых сетевых моделей
Проектирование системы на основе замкнутой модели и составного критерия эффективности
Проектирование системы заданной стоимости на основе замкнутой модели
Проектирование системы заданной производительности на основе замкнутой модели
Вопросы для самопроверки
Список литературы
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по магистерским программам направления «Информатика и вычислительная техника», и может быть полезным для выпускников при подготовке выпускных квалификационных работ, в которых требуется выполнить проектирование и исследование систем, представляемых моделями массового обслуживания, например, компьютерной сети или её фрагмента – вычислительной системы (сервера), узла или канала передачи данных. Содержание
Введение
Основы проектирования дискретных систем
Примеры и модели дискретных систем
Общая постановка задачи проектирования
Типовые подходы к проектированию дискретных систем
Краткая характеристика методов проектирования
Аналитические методы
Метод средних значений
Метод марковских случайных процессов
Имитационные методы и средства
Комбинированный подход
Проектирование систем на основе базовых моделей с однородной нагрузкой
Постановка задачи проектирования систем с однородной нагрузкой
Системы с одним устройством и накопителем неограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с накопителем неограниченной ёмкости
Определение нижней границы производительности устройства
Определение минимальной производительности устройства с учётом ограничения на среднее время пребывания заявок
Определение оптимальной производительности устройства
Определение оптимальной производительности устройства с учетом ёмкости накопителя
Определение производительности устройства с учётом ограничения на время пребывания
Оценка ёмкости накопителя
Определение допустимой нагрузки при заданной производительности устройства и ограничении на время пребывания заявок в системе
Системы с одним устройством и накопителем ограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с накопителем ограниченной ёмкости
Анализ свойств системы с накопителем ограниченной ёмкости
Проектирование систем с накопителем ограниченной ёмкости
Сравнительный анализ систем с накопителями ограниченной и неограниченной ёмкости
Системы с несколькими устройствами и накопителем неограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с индивидуальными накопителями неограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с общим накопителем неограниченной ёмкости
Определение минимального количества устройств в системе
Проблема проектирования систем с несколькими устройствами
Системы с несколькими устройствами и накопителем ограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с несколькими устройствами и индивидуальными накопителями ограниченной ёмкости
Расчёт характеристик систем с несколькими устройствами и общим накопителем ограниченной ёмкости
Проектирование систем с несколькими устройствами и накопителями ограниченной ёмкости
Проектирование систем на основе базовых моделей с неоднородной нагрузкой
Системы с одним устройством и неоднородной нагрузкой
Расчёт характеристик систем с бесприоритетным обслуживанием заявок
Расчёт характеристик систем с относительными приоритетами
Расчёт характеристик систем с абсолютными приоритетами
Законы сохранения
Критерии эффективности для решения задачи распределения приоритетов
Системы со смешанными приоритетами
Способы описания дисциплин со смешанными приоритетами
Корректность матрицы приоритетов
Правила построения корректных канонических матриц приоритетов
Расчёт характеристик систем со смешанными приоритетами
Постановка задачи проектирования систем со смешанными приоритетами
Функциональное проектирование систем реального времени
Постановка задачи функционального проектирования
Оценка нижней границы производительности процессора
Синтез дисциплины обслуживания
Определение оптимальной производительности системы
Проектирование систем реального времени с вероятностными ограничениями
Системы с несколькими устройствами и неоднородной нагрузкой
Расчёт характеристик систем с бесприоритетным обслуживанием заявок
Расчёт характеристик систем с относительными приоритетами
Расчёт характеристик систем с абсолютными приоритетами
Задачи проектирования систем с несколькими устройствами и неоднородной нагрузкой
Проектирование систем с использованием сетевых моделей
Проектирование систем на основе разомкнутых сетевых моделей
Описание разомкнутых сетевых моделей
Расчёт коэффициентов передач и интенсивностей потоков заявок в узлах сетевой модели
Расчёт узловых характеристик разомкнутых моделей
Расчёт сетевых характеристик разомкнутых моделей
Способы ликвидации перегрузок в системе и определение допустимой нагрузки в сети
Задачи проектирования систем на основе разомкнутых сетевых моделей
Проектирование системы на основе разомкнутой сетевой модели и составного критерия эффективности
Проектирование системы заданной стоимости на основе разомкнутой сетевой модели
Проектирование системы с заданным временем пребывания на основе разомкнутой сетевой модели
Проектирование систем на основе замкнутых сетевых моделей
Описание замкнутых сетевых моделей
Расчёт коэффициентов передач в узлах замкнутой модели
Расчёт характеристик замкнутой сетевой модели
Рекомендации по проектированию систем на основе замкнутых сетевых моделей
Задачи проектирования систем на основе замкнутых сетевых моделей
Проектирование системы на основе замкнутой модели и составного критерия эффективности
Проектирование системы заданной стоимости на основе замкнутой модели
Проектирование системы заданной производительности на основе замкнутой модели
Вопросы для самопроверки
Список литературы