Общая характеристика задачи системного проектирования
По своему характеру задача системного проектирования является оптимизационной и состоит в выборе такого набора значений внутренних первичных параметров и алгоритмов, при которых обеспечивается экстремум некоторого функционала полезности. Такая постановка задачи полностью соответствует оптимизации больших систем, к которым, как правило, можно отнести сети передачи информации АСУ.
На практике для большинства систем такого типа построить достаточно обоснованный функционал полезности весьма сложно. Ввиду этого находит применение гак называемый маргинальный подход, суть которого состоит в оптимизации одного из внешних параметров системы при ограничениях на остальные параметры.
Учитывая специфику сетей передачи информации больших АСУ, которые характеризуются высокой стоимостью и наличием ряда жестких требований к значениям внешних параметров, в качестве критерия оптимальности можно использовать минимум затрат на создание и эксплуатацию.
Ограничения в общем случае определяются по параметрам источников сообщений, времени задержки, верности и живучести. Кроме того, могут вводиться ограничения на пространство размещения узлов, координаты абонентов, а также на множество реализуемых алгоритмов.
Таким образом, задача системного проектирования сети при использовании маргинального подхода формулируется так: найти внутренние параметры сети, ее топологию и алгоритмы функционирования, при которых для заданного множества абонентов выполняются требования по времени задержки, верности, надежности и живучести и минимизируются затраты по множеству наборов возможных вариантов. Совокупность абонентов задается их координатами и характеристиками потоков сообщений.
В процессе решения задачи обычно определяются:
- число и координаты размещения узлов коммутации;
- структура межузловых соединений; мощность линий связи и узлов коммутации; параметры надежности и живучести элементов.
Кроме того, осуществляется вьгбор алгоритмов маршрутизации, управления потоками сообщений и повышения верности.
Описанная проблема проектирования относится к классу комбинаторных и может быть сформулирована в терминах дискретного математического программирования. Однако чрезмерно высокая размерность делает практически невозможным ее прямое решение на базе существующих методов и средств. В связи с этим используются различные упрощения, основная суть которых состоит в декомпозиции общей задачи на совокупность частных. Рассмотрим один из возможных вариантов декомпозиции и общую характеристику частных задач, решаемых на отдельных этапах.
Общая задача системного проектирования сети подразделяется на следующие частные задачи: топологического синтеза, выбора, алгоритмов функционирования и оптимизации параметров элементов. Топологический синтез и выбор алгоритмов производятся параллельно при использовании исходных данных, доступных на предварительном этапе проектирования. При оптимизации параметров элементов требуется более детальная информация, которая может быть получена после выбора топологии и алгоритмов., Далее рассмотрим более подробно задачи, решаемые при проектировании сетей на основе декомпозиции.