Record Details

Geometrical method for the operational control of the distributed solution of information-computing tasks in computer networks

Dependability

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Geometrical method for the operational control of the distributed solution of information-computing tasks in computer networks
Геометрический метод оперативного управления распределенным решением информационно-расчетных задач в вычислительных сетях
 
Creator S. Zhurbin A.; the 4th CSRI, Ministry of Defense of the Russian Federation, Korolev, Moscow Region, Russia
G. Kazakov V.; the 4th CSRI, Ministry of Defence of the Russian Federation, Korolev, Moscow Region, Russia
С. Журбин А.; 4 ЦНИИ Минобороны России, Московская обл., Королев, Россия
Г. Казаков В.; 4 ЦНИИ Минобороны России, Московская обл., Королев, Россия
 
Subject automated workstation; computer network; quality indicators of computation process organization; control of computation process
автоматизированное рабочее место;вычислительная сеть;показатели качества организации вычислительного процесса;управление вычислительным процессом
 
Description Aim. Some of the main performance indicators of ACS application are the operational efficiency and stability of the control of the above mentioned systems. The wide application of computing techniques in ACS as well as the organization of computer networks on this basis stipulate the necessity of effective control of distributed computation processes to ensure the required level of operational efficiency and stability while solving the specified tasks. The existing methods used to organize the computation process (method of dynamic programming, branch and bound method, sequential synthesis, etc.) may turn out to be bulky or less accurate in certain situations. These methods help to find a solution in the mode of interactive choice of an optimal variant to organize a computation process, i.e. consecutive approach to the required result and do not allow getting an a priori estimation of the time of computation process in a network. Application of the specified methods when solving research tasks in the course of design of computer networks presents itself as quite difficult. This article offers the application of a geometrical method that allows estimating the minimum time necessary to solve the set of information-computing tasks as well as ensuring their optimal assignment in a computing system. Besides, the method allows finding a full set of possible variants for the organization of a computation process in a network with an a priori estimation of time of the decision for each variant. The principle of the method is to represent the sets of all possible distributions of tasks by workstations in form of a broken hypersurface. To solve the indicated task the criterion and conditions of the optimality of the time spent to solve informationcomputing tasks have been introduced.Results and conclusions. This article describes many variants of realization of a computation process for homogeneous and non-homogeneous computing environments. Solution algorithm for a homogeneous computing environment is quite simple and makes it possible to define a minimum time necessary for a computation operations. It is based on a geometrical representation of the distribution of tasks by workstations in form of the hyperplane constructed in orthonormal space whose basis vectors are computation capacities of workstations. Besides, the algorithm for homogeneous computing environment can be successfully used for an approximate estimation of the minimum time necessary to solve a set of tasks in a network, for non-homogeneous computing environment as well. Minimum time necessary to solve functionally different tasks in a non-homogeneous computing environment is defined using a piecewise linear hypersurface that slightly complicates the algorithm, though in general, with consideration of computation capabilities of moderns computers, it is still simply realized. The estimations carried out in the course of preliminary researches, allowed concluding about the application of a geometrical method in a computer network for a large amount of workstations and informationcomputing tasks. The possibility of an a-priori estimation of the minimum time necessary to solve a set of tasks in the computer network allows using the offered method to solve research tasks at the stage of design of a computer network to estimate such indicators as operational efficiency, reliability, stability and etc. The possibility of an aprioristic assessment of the minimum time of the solution of a complex of tasks in the computer network allows to use, offered in work, a method in the solution of research tasks at a design stage of the computer network for an assessment of her such indicators as efficiency, reliability, stability, etc.
Цель. Одними из основных показателей эффективности применения автоматизированных систем управления являются оперативность и устойчивость процесса управления применением указанных систем. Широкое внедрение в автоматизированные системы управления вычислительной техники и организация на этой базе вычислительных сетей обусловливает необходимость решения задачи эффективного управления распределенными вычислительными процессами с целью обеспечения требуемого уровня оперативности и устойчивости решения поставленных задач. Существующие методы организации вычислительного процесса (методы динамического программирования, ветвей и границ, метод последовательного синтеза вариантов и т.д.) в некоторых ситуациях могут оказаться громоздкими или менее точными. Указанные методы помогают найти решение в режиме интерактивного выбора оптимального варианта организации вычислительного процесса, т.е. последовательного приближения к искомому результату и не позволяют получить априорную оценку времени реализации вычислительного процесса в сети. Применение указанных методов при решении исследовательских задач в ходе проектирования вычислительных сетей представляется затруднительным. В настоящей статье предлагается использование геометрического метода, позволяющего априорно оценить минимальное время решения комплекса информационно-расчетных задач и обеспечить их оптимальное распределение в вычислительной системе. Кроме того, метод позволяет найти полное множество возможных вариантов организации вычислительного процесса в сети с априорной оценкой времени решения для каждого варианта. Суть метода заключается в представлении множества всех возможных вариантов распределения задач по рабочим местам, в общем случае, в виде ломанной гиперповерхности. Для решения поставленной задачи введены критерий и условия оптимальности времени решения информационно-расчетных задач.Результаты и выводы. В настоящей работе множество вариантов реализации вычислительного процесса рассматривается для однородной и неоднородной вычислительных сред. Алгоритм решения задачи для однородной вычислительной среды достаточно прост и позволяет легко определить минимальное время выполнения вычислительных операций. Он основан на геометрическом представлении процесса распределения задач по рабочим местам в виде гиперплоскости, построенной в ортонормированном пространстве, базисными векторами которого являются вычислительные мощности рабочих мест. Кроме того, алгоритм для однородной вычислительной среды может быть успешно использован для приближенной оценки минимального времени решения комплекса задач в сети, для неоднородной вычислительной среды. Поиск минимального времени решения функционально разнотипных задач в неоднородной вычислительной среде проводится путем построения кусочно-линейной гиперповерхности, что несколько усложняет алгоритм, но, в целом, учитывая вычислительные возможности современных персональных компьютеров, вполне реализуем. Проведенные, в ходе предварительных исследований, оценки позволили сделать вывод о возможности применения геометрического метода в вычислительной сети с большим количеством рабочих мест и информационно-расчетных задач. Возможность априорной оценки минимального времени решения комплекса задач в вычислительной сети позволяет использовать, предложенный в работе, метод в решении исследовательских задач на этапе проектирования вычислительной сети для оценки таких ее показателей как оперативность, надежность, устойчивость и др.
 
Publisher LLC Journal Dependability
 
Contributor —
—
 
Date 2016-09-13
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
application/pdf
 
Identifier http://www.dependability.ru/jour/article/view/152
 
Source Dependability; № 2 (2016); 31-38
Надежность; № 2 (2016); 31-38
1729-2646
 
Language rus
eng
 
Relation http://www.dependability.ru/jour/article/view/152/297
http://www.dependability.ru/jour/article/view/152/307
Воеводин В.В., Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. – СП.: БХВ – Петербург, 2002. – 608 с.
Воеводин В.В. Математические модели и методы в параллельных процессах. – М.: Наука, 1986, 296 с.
Козлов М.В., Малашенко Ю.Е., Назарова И.А. Гарантированные оценки распределения вычислительных ресурсов в условиях неопределенности. – М:, Вычислительный центр РАН, 2011, 46 с.
Ишакова Е.Н. Теория вычислительных процессов: учебное пособие. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2007. – 160 с.
Воеводин В.В. Линейная алгебра. – М.: Наука, 1980, 400 с.
Каган М.Л., Самохин М.В. Математика в инженерном ВУЗе. Алгебра и геометрия. – М.:Стройиздат, 2003, 207 с.
Никольский С.М. Курс математического анализа. Т. 1. –М.: ФИЗМАТЛИТ, 1983, 448 с.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).