Моделі та методи синтезу інформаційних структур для комп’ютерних систем на інтегрованих програмних платформах

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп'ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2020. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми підвищення оперативності процесу передачі інформації в комп'ютерних системах (КС) на інтегрованих програмних платформах (ІПП) на основі розробки математичного апарату синтезу інформаційних структур. Проведено аналіз стану проблеми. Зі збільшенням обсягів інформації, яка передається в КС, та підвищенням вимог до оперативності її передачі, все більше застосовуються ІПП. Це суттєво впливає на інформаційні структури КС та призводить до зниження показників оперативності. Розроблено комплекс взаємопов’язаних моделей інформаційної структури КС та технічної структури базової мережі, який дозволяє враховувати інформаційні взаємозв’язки між складовими КС та підвищити ступінь адекватності моделей. Розроблено комплекс методів оперативного перерозподілу інформаційних потоків в базовій мережі КС на ІПП, який дозволяє зменшити середню затримку пакетів. Розроблено комплекс методів синхронізації інформаційної структури КС з обчислювальними ресурсами вузлів базової мережі, що дозволяє оперативно провести синхронізацію, орієнтовану на зменшення витрат обчислювального ресурсу та підвищення оперативності передачі інформації. Удосконалено метод статичного розподілу інформаційних потоків за маршрутами у базовій мережі КС на ІПП. Удосконалено метод формування інформаційної структури підвищеної надійності у КС на ІПП, що дає змогу у разі виникнення відмови будь-якого вузла мережі продовжити обробку транзакцій комп’ютерної системи без суттєвого зменшення показників якості обслуговування та без зміни інформаційної структури. Дістав подальшого розвитку метод оптимізації інформаційної структури КС на ІПП за рахунок використання на етапі розподілу навантаження інформаційних вузлів математичного апарату генетичних алгоритмів, що дозволяє зменшити часові витрати на синтез інформаційної структури та сформувати збалансоване навантаження на вузли базової мережі. Дістав подальшого розвитку метод вибору оптимального плану виконання транзакцій КС на ІПП за рахунок введення динамічної функції штрафу за перевищення часових показників. Дістав подальшого розвитку комплекс методів обробки запитів до сховища даних КС на ІПП за рахунок створення єдиного дискового пулу та врахування особливостей доступу до хмарних компонент сховища даних.Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences in the specialty of 05.13.05 – Computer Systems and Components. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2020. The thesis is devoted to solving actual scientific and technical problem of increasing the efficiency of the information transfer process in computer systems on integrated software platforms. It is based on the development of a mathematical apparatus (mathematical models and methods) for the synthesis of information structures. The analysis of the problem state was carried out. It was revealed that, simultaneously with the increase in the volume of transmitted information in the computer system and the increased requirements for the speed of information transmission, integrated software platforms are increasingly used. As a result, the structure and nature of information flows change qualitatively and quantitatively. This significantly affects the information structur es of computer systems and leads to a decrease in efficiency indicators. A complex of interrelated models of the information structure of the computer system and the technical structure of the basic network has been developed. It takes into account the peculiarities of the integrated software platform. The complex is based on a stratified representation of the main constituents of the models. This allows you to take into account the informational relationships between the components of the computer system. It also allows increasing the degree of model adequacy. A set of methods for operational redistribution of information flows in the basic network of a computer system on an integrated software platform has been developed. This complex takes into account the dynamics of the development of a computer system and the characteristic features of the underlying network. It is based on the operational reconfiguration of the virtual communication channel system. This helps to reduce the average packet delay. A set of methods for synchronizing the information structure of a computer system with the computing resources of the nodes of the basic network has been developed. The complex, which has been developed, takes into account information links between the tasks of a computer system and the possibility of using composite applications. This complex is based on an adaptive approach to finding a rational distribution of tasks between network nodes. The complex allows you to quickly synchronize. Synchronization is focused on reducing the cost of computing resources and increasing the efficiency of information transfer. The method of distribution of information flows along routes in the basic network of a computer system on an integrated software platform has been improved. The method differs from the known ones by using iterative load balancing of hosts. This is what makes it possible to reduce the cost of computing resources. The method of forming an information structure of increased reliability in a computer system on an integrated software platform has been improved. This method differs from the known ones by the simultaneous distribution of information flows along all the main and alternative routes of the core network. This allows, in the event of a failure of any network node, to continue processing transactions of the computer system. The computer system will operate without a significant decrease in service quality indicators and without changing the information structure. The method of optimizing the information structure of a computer system on an integrated software platform has been further developed. The method is based on the use of the mathematical apparatus of genetic algorithms. This device is used at the stage of load distribution of information nodes. This makes it possible to reduce the time spent on synthesizing the information structure and to form a balanced load on the nodes of the core network.The method of selecting an optimal plan for executing transactions of a computer system on an integrated software platform was further developed. A dynamic penalty function was introduced for exceeding time indicators. It is focused on the specifics of the integrated software platform and time scaling. This allows you to reduce the time spent on operational chang es to the transaction execution plan. The complex of methods for processing requests to the data storage of a computer system on an integrated software platform has been further developed. A single disk pool was created. The peculiarities of access to the cloud components of the data warehouse were taken into account. This allows distributed heterogeneous components to be included in repositories. It also reduces the execution time of applications that access data warehouse components.