Моделі та методи синтезу і реконфігурації архітектур комп'ютерних систем і мереж об'єктів критичного застосування

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп'ютерні системи та компоненти. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2018. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми забезпечення вимог з оперативності процесу обміну інформацією в комп'ютерних системах (КС) об'єктів критичного застосування (ОКЗ) на основі розробки математичного апарату (математичних моделей і методів) синтезу нових і реконфігурації існуючих архітектур комп'ютерних систем і мереж. Проведено аналіз стану проблеми, тенденцій розвитку КС ОКЗ, а також вимог до архітектур КС і мереж ОКЗ. В результаті встановлено, що на даний момент існуючі моделі та методи синтезу і реконфігурації КС ОКЗ не завжди призводять до забезпечення вимог з оперативності процесу обміну інформацією в КС і мережах (КСіМ) ОКЗ. Ця обставина визначає необхідність удосконалення відповідного класичного математичного інструментарію для підвищення оперативності передачі інформації. Розроблено комплекс методів багатопараметричного синтезу архітектур КСіМ ОКЗ, який оптимізує витрати на побудову компонентів КС об'єкту критичного застосування, котрі забезпечують виконання вимог з оперативності. Дістала подальшого розвитку модель процесу розподілу задач по компонентах розподіленої КС ОКЗ, що дозволяє при великих розмірностях суттєво прискорити рішення відповідної задачі оптимізації. Розроблено комплекс моделей еволюції архітектур комп'ютерних мереж (КМ) ОКЗ, що дозволяє виконати прогноз змін архітектури мережі протягом фіксованого часового інтервалу. Розроблено комплекс методів реконфігурації КМ ОКЗ, що дозволяє скорегувати множину параметрів функціонування бездротових компонентів мережі для зменшення часу передачі інформації. Удосконалено математичну модель функціонування хмарної компоненти КМ ОКЗ, що дозволяє прискорити процес передачі інформації. Удосконалено метод побудови оптимальних часових шкал для апроксимації довжини черг КМ ОКЗ, що дозволяє визначити довжину черг при реконфігурації мережі. Удосконалено метод передачі інформації у бездротовому сегменті КМ ОКЗ, що призводить до зменшення часу передачі інформації.Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences in the specialty of 05.13.05 – Computer Systems and Components. – Kharkiv National University of Radio Electronics, National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2018. The thesis is devoted to solving of actual scientific and applied problem of ensuring the operativeness requirements for information exchange process in computer systems (CS) of critical application objects (CAO) on the basis of mathematical apparatus (mathematical models and methods) development intended for synthesis of new and reconfiguration of existing architectures of computer systems and networks. It was performed an analysis of the problem, appropriate trends of CAO CS, as well as the requirements for architectures of CAO CS and networks. The results revealed that currently existing models intended for synthesis and reconfiguration of CAO CS does not always lead to meet the operativity requirements for the process of information exchange in CAO CS and networks (CSN). This circumstance determines the need to improve the corresponding classical mathematical tools to increase the operativity of information transmission. It was developed a complex of methods for multiparameter synthesis of CAO CSN that optimizes the costs of constructing components of the critical application object CS, which ensure the meeting of operativity requirements. It was developed a further improvement for the model of tasks distribution process within the components of distributed CAO CS that allows significant accelerating the solution of the optimization problem in a case of large dimensions. It was developed a complex of evolution models for CAO computer networks (CN) that allows executing the prediction of network architecture changes during a fixed time interval. It was developed a complex of reconfiguration methods for CAO CN that allows adjusting the set of operation parameters of wireless components of the network in order to reduce the time of information transmission. It was improved a mathematical model describing the operation of CAO CN cloud component that allows accelerating the process of information transmission. It was improved a method of optimal time scales constructing for approximating the length of CAO CN queues that allows determining the length of queues during network reconfiguration. It was improved a method for information transmission in a wireless segment of CAO CN that allows reducing the time of information transmission.