|
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
НЕСТЕРЕНКО Сергій Анатолійович
УДК 004.732:65.011.56
ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ТА ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ ЗАСОБИ ПОБУДОВИ КОРПОРАТИВНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ АСУ В ДИНАМІЦІ ЖИТТЄВОГО ЦИКЛУ
Спеціальність 05.13.06 – Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
Одеса – 2003
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Одеському національному політехнічному університеті
Міністерства освіти та науки України на кафедрі комп’ютерних інтелектуальних систем та мереж
Науковий консультант:
доктор технічних наук, професор Гогунський Віктор Дмитрович,
Одеський національний політехнічний університет, завідувач кафедри
Офiцiйнi опоненти:
доктор технічних наук, професор Козак Юрій Олександрович,
Одеська національна академія зв’язку,
завідувач кафедри інформатизації і управління;
доктор технічних наук, професор Каргін Анатолій Олексійович,
Донецький національний університет,
завідувач кафедри комп’ютерних технологій;
доктор технічних наук, професор Хаханов Володимир Іванович,
Харківський національний університет радіоелектроніки,
професор кафедри автоматизації проектування обчислювальної техніки.
Провідна установа: Інститут проблем реєстрації інформації, відділ
цифрових моделюючих систем НАН України, м. Київ.
Захист відбудеться “ 27 ” листопада 2003 р. о 1330 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01 при Одеському національному політехнічному університеті (65044, м. Одеса, проспект Шевченка, 1).
З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці ОНПУ,
65044, м. Одеса, проспект Шевченка, 1
Автореферат розісланий “ 17 ” жовтня 2003 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Ямпольський Ю.С.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Однією з основних підсистем АСУ масштабу підприємства є комунікаційна система, яка забезпечує передачу інформації між розподіленими автоматизованими робочими місцями і системами локальної автоматики. Аналіз комунікаційних систем АСУ рівня підприємства показує, що більшість із них реалізується у вигляді корпоративних комп’ютерних мереж (ККМ), функціонування яких повинно задовольняти ряду обмежень, обумовлених специфікою використання системи. Ефективна побудова, впровадження і розвиток ККМ АСУ можливі лише із застосуванням відповідних інформаційних технологій, які використовують системи моделювання характеристик функціонування мережі як інструментальні засоби розробки.
Сучасні інформаційні технології використовують квазістатичну процедуру побудови й розвитку ККМ. Відповідно до даної процедури розроблений (модернізований) проект мережі впроваджується по частинам протягом тривалого часу. При цьому у проекті, який впроваджується, не враховується динаміка зміни прикладних підсистем АСУ за даний період. Це може приводити до блокувань роботи деяких мережних додатків, що знижує загальну ефективність функціонування АСУ. Вирішення цих протиріч пов’язано з істотними фінансовими витратами на перепроектування та внесення змін у діючу ККМ.
Для зменшення впливу блокувань відомі інформаційні технології створення ККМ АСУ використовують методи побудови мережі на базі надлишкових базових структур (мережних шаблонів) і її наступної оптимізації у середовищі спеціалізованої системи моделювання. Застосування надлишкових по продуктивності шаблонів робить принципово неможливим побудову ККМ АСУ, оптимальної за критерієм “продуктивність/вартість”.
Не менш істотним недоліком відомих інформаційних технологій є їхня орієнтація на інструментальні засоби, що використовують імітаційні спеціалізовані системи моделювання (COMNET фірми CASI, NetMaker фірми Make Systems, OPNET Modeller фірми OPNET Technologies та ін.), які вимагають великих витрат часу на проведення повномасштабного моделювання ККМ АСУ, що збільшує термін і вартість виконання проектних робіт.
Таким чином, розробка прогресивної інформаційної технології побудови ККМ АСУ, яка охоплює всі етапи життєвого циклу мережі з урахуванням динаміки їхнього розвитку і відповідних інструментальних засобів, які забезпечують зниження часових і вартісних витрат на її створення, впровадження і розвиток є актуальною.
Зв'язок роботи з науковими програмами. Основні теоретичні і практичні результати дисертаційної роботи одержані при виконанні госпдоговірних науково-дослідних робіт (НДР): “Чехонь-УВО” (1985 – 1986), “Кора-УВО” (1987), “Чегет” (1986 – 1989) по постанові Ради Міністрів СРСР та інших директивних органів, а також планової держбюджетної НДР № 326-62 “Апаратно-програмні засоби автоматизованих систем” (1997 – 2002) кафедри “Комп’ютерні інтелектуальні системи і мережі” Одеського національного політехнічного університету. У рамках госпдоговірних і держбюджетної НДР дисертантом були розроблені моделі і методи побудови комп’ютерних мереж різного функціонального призначення, розроблено набір інструментальних засобів синтезу і аналізу ККМ АСУ, який включає систему моделювання і систему активного моніторингу.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка інформаційної технології і інструментальних засобів побудови та модернізації ККМ АСУ, які забезпечують низьку трудомісткість проектування, а також одержання оптимальних за критерієм “продуктивність/вартість” проектних рішень для всіх етапів життєвого циклу мережі АСУ з урахуванням динаміки її розвитку.
Для досягнення мети дослідження в роботі були вирішені наступні задачі:
- системний аналіз архітектури і принципів побудови ККМ АСУ з метою визначення параметрів, які істотно впливають на продуктивність мережі, та класифікації використовуваних мережних структур за критерієм “продуктивність/вартість”;
- розроблені об’єктно-орієнтовані моделі мережних структур і методи об’єктної декомпозиції ККМ АСУ, які дозволяють вирішувати задачі побудови мережі на рівні складових її об’єктів (підмереж) відповідних класів;
- розроблені моделі, методи побудови і параметричної оптимізації системного мережного програмного забезпечення ККМ АСУ;
- розроблені аналітичні моделі мережних структур для визначення граничних і середніх значень імовірнісно-часових характеристик функціонування мереж різних рівнів ієрархії ККМ АСУ та проведена верифікації розроблених моделей методами натурних експериментів;
– розроблені послідовні методи проектування мережних структур різного рівня ієрархії та вибору плану розвитку мережі, які забезпечують одержання оптимальних за критерієм “продуктивність/вартість” проектних рішень на всіх етапах побудови ККМ АСУ;
– розроблена програмна система активного моніторингу ККМ АСУ, яка використовується як інструментальний засіб для виконання тестування і діагностики мережі в процесі її впровадження та експлуатації;
– розроблена система моделювання функціонування ККМ АСУ – інструментальний засіб побудови структури мережі, оптимальної за критерієм “продуктивність/вартість”;
- розроблена методика використання інформаційної технології побудови ККМ АСУ, яка враховує динаміку її розвитку і забезпечує одержання оптимальних за критерієм “продуктивність/вартість” проектних рішень на всіх етапах створення та модернізації мережі АСУ.
Об'єктом дослідження є корпоративні комп’ютерні мережі АСУ.
Предметом дослідження є інформаційна технологія побудови корпоративних комп’ютерних мереж АСУ з урахуванням динаміки їхнього розвитку, яка використовує спеціалізовані інструментальні засоби розробки і забезпечує одержання оптимальних за критерієм “продуктивність/вартість” проектних рішень на всіх етапах життєвого циклу мережі.
Методи дослідження. Для досягнення поставленої в роботі мети використовуються такі методи дослідження, як:
– системний аналіз, який застосовується для дослідження архітектурних особливостей і факторів, що впливають на продуктивність ККМ АСУ;
– системне проектування, що використовується як основна методологія побудови моделей і розробки методів синтезу мережних структур ККМ АСУ різного рівня ієрархії;
– методи послідовного синтезу, дискретного математичного програмування, теорії графів і теорії множин, які застосовуються для оптимізації синтезованих мережних структур за критерієм “продуктивність/вартість”;
– методи теорії обчислювальних систем і теорії масового обслуговування для побудови і розрахунку математичних моделей, які відображають імовірнісно-часові характеристики функціонування ККМ АСУ;
– методи динамічного програмування для побудови оптимального плану розвитку мережі відповідно до моделі життєвого циклу ККМ АСУ;
– методи натурного моделювання, які використані для верифікації розроблених моделей ККМ АСУ.
Наукова новизна одержаних результатів:
– вперше розроблена інформаційна технологія побудови ККМ АСУ, яка враховує динаміку її розвитку на всіх етапах життєвого циклу від проектування до впровадження і модернізації у процесі експлуатації. Технологія на основі єдиного системного підходу поєднує моделі функціонування мережі, методи і моделі процесу проектування і вибору плану розвитку, які дозволяють одержувати оптимальні проектні рішення для всіх етапів створення й експлуатації ККМ, що забезпечує оптимізацію мережі АСУ в цілому за критерієм “продуктивність/вартість”;
- дістала подальший розвиток методологія системного проектування складних інформаційних систем, з використанням якої розроблені об’єктно-орієнтовані моделі мереж усіх рівнів ієрархії ККМ АСУ. Запропоновано метод об’єктної декомпозиції, який дозволяє представляти мережу довільної структури у вигляді множини інформаційно квазінезалежних об’єктів, що дає можливість вирішувати задачі побудови мережі на рівні складових її об’єктів (підмереж) відповідних класів. Проведено класифікацію й упорядкування використовуваних мережних структур об’єктів за критерієм “продуктивність/вартість”, що істотно спрощує розв’язання задач проектування мережі;
– дістали подальший розвиток послідовні методи проектування мережних структур ККМ різного рівня ієрархії, які дозволяють будувати субоптимальні за критерієм “продуктивність/вартість” структури мереж АСУ з використанням двоетапної процедури. На першому етапі із застосуванням методу “гілок і границь” визначається клас структур, у межах якого знаходиться оптимальна. На другому етапі з використанням методів послідовного синтезу виконується побудова оптимальної структури мережі даного класу;
– вперше розроблені аналітичні моделі функціонування управляючих мереж із детермінованим і випадковим методом доступу абонентів до моноканалу, які працюють за схемою “клієнт-сервіс”. Моделі описують функціонування управляючих мереж нижнього рівня АСУ, побудованих на базі відомих стандартних магістралей, і забезпечують істотне скорочення часу розрахунку їх імовірнісно-часових характеристик (ІЧХ) в порівнянні з імітаційними моделями для мереж даного класу;
– вперше розроблені методологічні основи побудови аналітичних і імітаційних моделей функціонування мереж усіх рівнів ієрархії ККМ АСУ, що працюють за схемою “клієнт-сервер”. На відміну від відомих моделей, орієнтованих на “ідеальний” канал зв’язку, дані моделі враховують параметри фізичної структури мережі, які істотно впливають на швидкість передачі інформації: рівень помилок у фізичному каналі, розмір мережних буферів, величину тайм-ауту, і дозволяють розраховувати середні значення і процентиль часу транзакцій абонентів мережі;
– вперше розроблено метод побудови оптимального плану впровадження ККМ АСУ, що для заданого обсягу інвестицій визначає набір мережних засобів, які необхідно ввести в дію, щоб забезпечити оптимальне за критерієм “продуктивність/вартість” функціонування фрагмента мережі, який вводиться в експлуатацію. Метод використовує розрахункову схему динамічного програмування і дозволяє знаходити оптимальні проектні рішення з урахуванням розвитку мережі на всіх етапах життєвого циклу;
– дістали подальший розвиток методи розробки мережного програмного забезпечення ККМ АСУ. Запропоновано двоетапний метод вибору оптимальних значень змінних параметрів мережного програмного забезпечення. На першому етапі визначається оптимальний розмір інформаційного кадру. На другому, з урахуванням обраного розміру кадру, проводиться оптимізація величини тайм-ауту.
Практичне значення одержаних результатів:
– розроблено систему активного моніторингу мережі, призначену для використання як інструментальний засіб контролю і діагностики ККМ АСУ на всіх етапах її впровадження, а також для натурного моделювання характеристик функціонування мережі з метою верифікації проектних рішень. Комплекс містить набір програм генерації мережного навантаження і вимірювальних моніторів, що працюють у середовищі стеків протоколів SPX/IPX і TCP/IP;
– розроблено систему моделювання характеристик функціонування ККМ АСУ, яка дозволяє автоматизувати всі етапи побудови мережі і призначена для використання в якості основного інструментального засобу проектування в організаціях, що займаються задачами мережного інтегрування АСУ. Система має модульну структуру і містить модулі графічного інтерфейсу, аналітичного і імітаційного моделювання, базу даних, що містить набір робочих станцій, серверів і комунікаційних засобів, у середовищі яких виконується проектування мережі, а також модуль вибору оптимального фрагмента для впровадження. На відміну від відомих аналогів система дозволяє в єдиному інструментальному і методологічному середовищі вирішувати весь комплекс задач проектування і впровадження мережі АСУ;
– розроблено методику використання інформаційної технології й інструментальних засобів побудови ККМ АСУ в динаміці її розвитку, яка дозволяє на кожнім етапі життєвого циклу мережі одержувати оптимальні за критерієм “продуктивність/вартість” проектні рішення. Застосування інформаційної технології забезпечує істотне скорочення часових (на 30–50%) і вартісних (на 40–60%) витрат на побудову ККМ АСУ. Інформаційна технологія разом з інструментальними засобами використовувалася при створенні ряду мереж АСУ виробничих і науково-дослідних організацій, у тому числі інформаційно-статистичного центру Одеської залізниці, відділення ЗАТ НПО “Харчопромавтоматика”, ВАТ Одеський завод “Промзв’язок” ім. В.М. Комарова, НДІ “Шторм”, що підтверджується відповідними актами про впровадження;
– наукові розробки автора по інформаційній технології і інструментальним засобам побудови ККМ використані в навчальному процесі Одеського національного політехнічного університету при викладанні курсів лекцій та виконанні лабораторних робіт з дисциплін: “Мережі ЕОМ”, “Комп’ютерні мережі”, “Моделювання обчислювальних систем”.
Особистий внесок здобувача. Наукові положення, що містяться в дисертації, одержані автором самостійно. Теоретичні та експериментальні дослідження виконані особисто, а впровадження розробок здійснювалось при безпосередній участі автора. Наукові праці [16–19, 21–25, 27, 30, 33, 37] виконані одноосібно, в роботах [1–15, 20, 26, 28, 29, 31, 32, 35, 36, 38–54], що написані в співавторстві, автору належить вибір наукового напрямку, обґрунтування методології досліджень, розробка та аналіз математичних моделей, опрацювання та аналіз результатів.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися і обговорювалися на шести Міжнародних і чотирнадцяти Всесоюзних і республіканських конференціях і науково-технічних семінарах, зокрема: на Х науково-технічній конференції “Большие интегральные схемы и вычислительные системы” (Москва, 1982), міжгалузевому науково-технічному семінарі “Микропроцессоры в системах контроля и управления” (Пенза, 1986), I, II і III Всесоюзних конференціях “Локальные сети ЭВМ” (Рига, 1984, 1986, 1988), Всесоюзній конференції “Микропроцессорные средства локальной автоматики ” (Гродно, 1989), Всесоюзній конференції “Локальные сети ЭВМ в системах обработки и управления” (Ленинград, 1990), Всесоюзній конференції “Микропроцессорные системы управления технологическими процесами” (Одеса, 1990), Республіканській конференції “Функционально-ориентированные системы” (Харків, 1990), Республіканській науково-технічній конференції “Проблемы автоматизации контроля электронных устройств” (Вінниця, 1990), Міжнародній конференції “Локальные вычислительные сети” (Рига, 1990), Всесоюзній конференції “Радиофизическая информатика” (Москва, 1990), Всесоюзній науково-технічній конференції “Микросистема-91” (Суздаль, 1991), 2-й і 4-й Міжнародних конференціях “Современные информационные и электронные технологии” (Одеса, 2001, 2003), Всеросійській конференції “Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении” (Москва, 2002), Міжнародній конференції “Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації” (Кременчук, 2003), Х Міжнародній конференції з управління “Автоматика-2003” (Севастополь, 2003), Міжнародній конференції з математичного моделювання МКММ’2003 (Херсон, 2003), Х семінарі “Моделирование в прикладных научных исследованиях” (Одеса, 2003).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 65 наукових праць, у тому числі 1 брошура, 32 статті у фахових виданнях за переліком ВАК України, 5 авторських посвідчень, 22 тези доповідей на науково-технічних конференціях і семінарах.
Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 318 найменувань та додатків. Містить 67 рисунків і 6 таблиць. Загальний обсяг роботи складає 308 сторінок, включаючи 273 сторінки основного тексту.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі дана загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета і задачі дослідження, викладені основні наукові і практичні результати, які виносяться на захист.
В першому розділі роботи виконано аналіз архітектурних особливостей ККМ АСУ і інформаційних технологій їхнього проектування. Запропоновано каскадно-ієрархічну структуру моделі життєвого циклу мережі та сформульовані задачі синтезу ККМ у динаміці їхнього розвитку з використанням послідовних методів оптимізації.
Сучасні ККМ АСУ реалізуються у вигляді ієрархічних чотирьохрівневих мережних структур. Нижній рівень ієрархії складають малі локальні мережі (МЛМ), які виконують функції управління виробничим технологічним або інженерним устаткуванням підприємства. На другому рівні знаходяться локальні мережі робочих груп (ЛМ). На наступному рівні – мережі будинків (МБ). На верхньому рівні – мережа підприємства (МП). Проведений системний аналіз дозволив виділити і класифікувати мережні структури, комунікаційні засоби, стеки протоколів і схеми взаємодії між абонентами для кожного з рівнів ієрархії ККМ.
Аналіз відомих інформаційних технологій побудови ККМ показав, що вони не забезпечують одержання проектних рішень оптимальних за критерієм “продуктивність/вартість”, через те, що використовують методи проектування на базі надмірних мережних шаблонів і не враховують динаміку розвитку всіх етапів життєвого циклу мережі.
Запропонована трьохфазна каскадно-спіралевидна структура життєвого циклу мережі, що відображує динаміку розвитку різних етапів побудови ККМ АСУ (рис.1). Процес аналізу, синтезу первинної структури мережі і пілотного проекту, а також впровадження пілотного проекту, що складають першу фазу циклу, реалізуються за каскадною схемою. Процес впровадження фрагментів мережних структур ККМ, що складає другу фазу, здійснюється за спіралевидною схемою. Дана фаза включає етапи: повторного аналізу (ПА), вторинного проектування (ВП), розрахунку оптимального плану впровадження (РОП) і впровадження фрагмента мережі (ВФМ). Третя фаза, що пов’язана з модернізацією мережі протягом її життєвого циклу, містить аналогічні етапи (ПАМ, ВПМ, РОПМ, ВФММ) і реалізується за спіралевидною схемою.
Рис. 1. Структура життєвого циклу ККМ АСУ
Задача проектування ККМ формулюється як задача математичного програмування, відповідно до якої для заданої кількості абонентів R і трафіку мережі G на множині допустимих структур SДОП необхідно синтезувати структуру S SДОП, що забезпечує максимальне значення критерію “продуктивність/вартість” W, і для якої виконуються обмеження на вектори системних  і користувальницьких  характеристик функціонування мережі
W =  /С → max (1)
 C = ϑ( ,  ,
    ,  ≤  ,  ≤  ,
де Е – одинична функція Хевісайда
де  – максимальна пропускна здатність мережної структури,
лi – трафік i-го абонента мережі.
Як обмеження на системні характеристики FСДОП установлюються допустимі значення завантажень компонентів мережі, які колективно використовуються: серверів UСДОП, моноканалів UМДОП і внутрішніх шин комунікаційного устаткування UШДОП
UСi ≤ UСiДОП, i =  , UМj ≤ UМjДОП, j =  UШl ≤ UШlДОП, l =  , (2)
де N, М, К – кількість серверів, моноканалів і внутрішніх шин комунікаційного устаткування ККМ.
Як обмеження на користувальницькі характеристики FКДОП розглядаються допустимі значення середнього часу виконання мережних транзакцій ТТРДОП. При синтезі систем реального часу і систем, які використовують мультимедійний трафік, на час транзакцій ТТР накладаються більш жорсткі обмеження у вигляді допустимої імовірності РДОП перевищення ТТР свого допустимого значення ТТРДОП (процентиля часу транзакції)
ТТРi ≤ ТТРiДОП , i =  , P(ТТРj > ТТРjДОП) ≤ РjДОП, j =  , (3)
де S – кількість інформаційних транзакцій у мережі, B – кількість мультимедійних транзакцій і транзакцій реального часу.
У даній постановці задача синтезу ККМ формулюється як задача нелінійного дискретного програмування, для розв’язку якої запропоновано використовувати послідовні методи синтезу, в основі яких лежать рекурсивні процедури побудови субоптимальних мережних структур.
У другому розділі наводяться результати розробки моделей і методів для вирішення задач синтезу та параметричної оптимізації алгоритмічної структури ККМ.
Алгоритмічна структура мережного програмного забезпечення j-го абонента SAj визначається виразом
SAj =  , (4)
де SPПi i-й стек протоколів прикладного рівня j-го абонента, n – число можливих реалізацій стеків прикладного рівня.
Відповідно алгоритмічна структура мережі визначається у вигляді
SA =  , (5)
де m – кількість абонентів мережі.
Для формалізації задач синтезу і оптимізації алгоритмічної структури розроблені моделі протоколів і стеків протоколів ККМ.
Модель протоколу i-го рівня MPi задається вектором
MPi = (Ni, Ci),
де Ni – семикомпонентний вектор найменування протоколу i-го рівня Ni = (n1, n2, n3, n4, n5, n6, n7) відповідно до класифікації МОС, у якому i-я компонента вектора відповідає найменуванню протоколу, а інші компоненти рівні 0.
Сi – вектор значень параметрів протоколу, рівний
Сi = (Мi, Hi, Vi, Wi, TТАi, Di),
де Мi – максимальний розмір блоку інформації даного протоколу;
Hi – розмір заголовка і кінцевика протоколу;
Vi – максимальна швидкість передачі інформації;
Wi – розмір “вікна підтвердження”, яке використовується протоколом;
TТАi – величина тайм-ауту;
Di – затримка, яка вноситься протоколом при передачі блоку інформації.
Модель стека протоколів j-го рівня MSPj визначається у вигляді
MSPj = (Nj, Р, Cj),
де Nj – вектор найменувань протоколів, які входять до складу стека j-го рівня,
Cj – вектор його параметрів, який визначає інтегральні значення параметрів з урахуванням протоколів, що складають стек,
Р – множина правил, яка дозволяє на підставі параметрів протоколів визначати відповідні компоненти векторів Nj і Cj.
Нехай кількість протоколів стека дорівнює L, тоді кожен компонент вектора найменувань nj обчислюється по формулі nj =  ji, i =  .
Відповідні компоненти вектора Cj визначаються :
Мj = min (Мji), i =  , Hj =  i =  , Vj = min (Vji), i =  ,
Wj = min (Wji), i =  , TТАj = min (ТТАji), i =  , Dj = , i =  .
Рівень помилок у каналах зв’язку ККМ, що задається у вигляді імовірності помилок переданих біт  , істотно впливає на характеристики продуктивності мережі. Для врахування впливу помилок отримана аналітична залежність, яка дозволяє розраховувати РПБ складеного моноканалу ККМ в залежності від кількості сегментів М, що входять до його складу, сумарної довжини каналу L= , а також рівня перехресних перешкод NEXT і коефіцієнта загасання α, обумовлених відповідно до вимог Міжнародних стандартів TIA/EIA-568-A і ISO/IEC 11801 в залежності від частоти f на якій працює фізична лінія зв'язку. Імовірність бітових помилок РПБ визначається у вигляді функції
 ,
де X – змінна полінома
 ,
де  – величина перехресних наведень NEXTК у складеному каналі;
 – величина перехресних наведень NEXTР у роз’єднувачах складеного каналу.
Задача параметричної оптимізації алгоритмічної структури ККМ формулюється наступним чином. При заданій структурі комунікаційної мережі SКМ, її алгоритмічній структурі SА і векторі імовірностей бітових помилок у всіх N каналах мережі РПБ = (РПБ1, РПБ2, ..., РПБN) визначити значення змінних параметрів стеків протоколів для кожного з абонентів мережі МiОПТ і ТТАiОПТ, які оптимізують вектор характеристик F функціонування мережі
 = FОПТ( ),  = F( ,  ,
де  = (Vеф1, Vеф2, …, VефN) – вектор ефективної пропускної здатності моноканалів мережі з урахуванням накладних витрат, зв’язаних з передачею заголовків і кінцевиків кадрів, а також їхньої повторної передачі у випадку помилок у фізичному каналі зв’язку,
 = (ТТР1, ТТР2, ... , ТТРN) – вектор часу транзакцій абонентів, кожен компонент якого визначає середній час передачі пакета i-м абонентом з урахуванням помилок у каналі і, зв’язаних з цим, повторних передач.
Ефективна пропускна здатність j-го моноканалу дорівнює
 , (6)
де S – заголовок інформаційного кадру абонента.
Для функції  = f(М) виконується необхідна і достатня умова існування максимуму, отже, значення  може бути отримане з виразу (6) у вигляді
 . (7)
З урахуванням того, що максимальний розмір блоку переданої інформації  обмежений вимогами стандарту IEEE 802.3,  визначається виразом
Час транзакції i-го абонента ККМ  з врахуванням помилок  у j-му каналі зв’язку, до якого він підключений, і імовірності  перевищення часом транзакції величини  має вигляд
 , (9)
де  – час транзакції i-го абонента при передачі в моноканалі без перешкод.
Вираз (9) отримано в припущенні, що час транзакції розподілений по експоненціальному закону, що дозволяє виразити   . Оптимальне значення  визначається з використанням методу золотого перетину для знаходження мінімального значення виразу (9).
При використанні складеного каналу зв’язку між абонентами ККМ, який містить у своєму складі N моноканалів, сумарний час транзакції i-го абонента  подається у вигляді суми випадкових величин, що відповідають часу передачі по кожному з моноканалів  . Результуюче значення імовірності  визначається як згортка функцій розподілів випадкових величин  , кожна з яких відповідає часу транзакції по j-му ( моноканалу мережі 
 . (10)
Для формалізації процедури синтезу алгоритмічної структури ККМ SA (4) – (5) запропоновано метод “стандартної функції – типової конфігурації” (СФТК).
На множині функцій F, реалізованих i-м абонентом мережі, виділяється підмножина мережних функцій FМ (FМ ⊆ F), для реалізації яких використовуються ресурси ККМ, і задається множина допустимих протоколів прикладного рівня  , у середовищі яких виконується синтез SA. Для множини FМ = {fм1, fм2, …, fмS} вводиться відношення τ, що визначає за допомогою якого протоколу прикладного рівня реалізується кожна функція FМ (τ : fмi→РПj, fмi∈FМ, РПj∈ ). Для кожного протоколу прикладного рівня РПj відоме відношення γ, що визначає комунікаційний стек SPКj, за допомогою якого він реалізується γ : РПj→ SPКj. Прикладний стек SPПj для РПj задається у вигляді SPПj = (РПj, SPКj). Множина стеків, що реалізує функції FМ знаходиться в результаті композиції відносин τ і γ (τ ◦ γ : fмi → SPПj). Алгоритмічна структура i-го абонента ККМ SAi визначається у вигляді (4).
Для алгоритмічної структури ККМ SA, синтезованої методом СФТК, проводиться параметрична оптимізація з використанням виразів (6) – (10).
В третьому розділі розглянуті об’єктно-орієнтовані моделі мереж усіх рівнів ієрархії ККМ і визначено формальні методи об’єктної декомпозиції мережі. Проведено упорядкування типів мережних структур, які використовуються при проектуванні ККМ, за критерієм “продуктивність/вартість”. Визначено аналітичні залежності, що дозволяють обчислювати граничні характеристики продуктивності відповідних класів мережних структур.
ККМ зображується у вигляді ієрархічної системи об’єктів відповідних класів. Об’єктно-орієнтована модель j-го об’єкта i-го класу  визначається виразом
 = (Аij, Рij, Вij),
де Аij – первинний об’єкт i-го класу, який містить вектор структури абонентів j-й мережі i-го рівня ієрархії  і вектор допустимих значень характеристик функціонування мережі  ( ),
 – вторинний об’єкт i-го класу, який містить вектор структури j-й мережі i-го рівня ієрархії  і вектор значень характеристик функціонування мережі Fij ( ),
Рij – множина правил синтезу  і аналізу  j-й мережі i-го рівня ієрархії Рij={ ,  }, яка визначає відношення Рij: Аij→ , що дозволяє синтезувати структуру j-й мережі i-го рівня ієрархії  , оптимальну за критерієм “продуктивність/вартість” відповідно до постановки задачі оптимізації (1).
Визначено формальні процедури, які дозволяють декомпозувати ККМ на множину інформаційно квазінезалежних об’єктів, що забезпечує розв’язання задач аналізу і синтезу мережі АСУ на рівні її об’єктів.
З використанням методів системного аналізу для кожного класу мереж ККМ виділені структури (підкласи), які відрізняються своїми параметрами. Як визначальну ознаку підкласу обрано спосіб підключення абонентів до моноканалу (загальний, груповий, індивідуальний), що найбільш істотно впливає на характеристики синтезованої мережі.
Для класів МЛМ і ЛМ робочих груп виділені: односегментні (SОС), макросегментні (SАС) і мікросегментні (SІС) структури. На множині структур визначені параметрично однорідні (v=const, λ=const, де v – пропускна здатність портів комунікаційних пристроїв ККМ, λ – величина трафіка абонентів) структури: SООС, SОАС, SОІС і неоднорідні структури: SНОС, SНАС, SНІС.
У класі мереж будинку (МБ) виділені: мікросегментні однорівневі (SМО), мікросегментні дворівневі (SМД) і змішані (SМЗ) структури, які з урахуванням характеристик трафіка і пропускної здатності комунікаційних пристроїв розбиті на однорідні (SОМО, SОМД, SОМЗ) і неоднорідні (SНМО, SНМД, SНМЗ) структури.
На множині структур мережі підприємства (МП) визначені підкласи: мікросегментних (SМК), послідовних (SПС) і змішаних (SЗМ) структур, у яких виділені параметрично однорідні (SОМК, SОПС, SОЗМ) і неоднорідні (SНМК, SНПС, SНЗМ) структури.
Для класів мереж ЛМ, МБ і МП сформульовані і доведені леми, які задають відносини строгого порядку ΨЛМ, ΨМБ, ΨМП, що дозволяють упорядкувати за мультиплікативним критерієм “продуктивність/вартість” W (1) усі структури кожного з класів
ΨЛМ : SООС > SОАС > SОІС > SНАС> SНІС,
ΨМБ : SОМО > SОМЗ > SОМД > SНМО> SНМЗ > SНМД, (11)
ΨМП : SОПС > SОЗМ > SОМК > SНПЗ > SНЗМ> SНМК.
| 
