авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Развитие теоретических основ и методов функционально-структурной организации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЗИНКИН Сергей Александрович

РАЗВИТИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И МЕТОДОВ

ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ

И СЕТЕЙ ВНЕШНЕГО ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Специальность 05.13.15 Вычислительные машины и системы

Специальность 05.13.13 Телекоммуникационные системы
и компьютерные сети

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук



ПЕНЗА 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего про­фес­си­о­нального образования «Пензенский государственный университет».

Научный консультант – доктор технических наук, профессор,
заслуженный деятель науки и техники
Российской Федерации

Вашкевич Николай Петрович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Огнев Иван Васильевич;

доктор технических наук, профессор

Борисов Вадим Владимирович;

доктор физико-математических наук,
профессор

Голованов Олег Александрович.

Ведущее предприятие – ФГУП "Пензенский научно-исследовательский электротехнический институт".

Защита состоится 24 декабря 2009 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.01 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профес­сио­наль­ного образования «Пензенский государственный университет». Авторе­фе­рат размещен на сайте ВАК.

Автореферат разослан «___» __________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор Гурин Е. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Cовременные системы хранения и обработки данных содержат многие компоненты, созданные разными производи­те­лями, – серверы, коммуникационное оборудование, накопители инфор­мации, файловые и операционные системы, системы управления базами данных. В данных системах реализуются сложные взаимодействия между указанными компонентами и с внешней средой. Современные хранилища данных могут насчитывать тысячи процессоров, дисковых накопителей информации и могут хранить и обрабатывать петабайты данных. Под системами или сетями внешнего хранения и обработки данных в диссертационной работе подразумеваются такие системы или сети обработки данных, основой построения и развития которых являются хранилища, подключенные к сети, сети хранения данных или сети интеллектуальных многофункциональных ячеек хранения данных.

Организация вычислений и хранение пользовательских данных в вычислительных сетях являются перспективными и быстроразвивающимися областями как в промышленности, так и в научных исследованиях. В этой связи актуальным является рассмотрение всех основных аспектов архитектурной организации и использования аппаратных и алгоритмических средств сетей и систем хранения и обработки данных. Технология хранения данных рассматривается как развитие технологий открытых систем, способствующее, в свою очередь, развитию файловых вычислений с общим доступом через сеть к хранимой информации. К наиболее актуальным разработкам в области сетевого хранения данных относятся также интеллектуальные процессоры, взаимодействующие с традиционными подсистемами хранения данных и обеспечивающие управление массивами хранения данных, кэшированием команд и данных, а также управление взаимодействиями по каналам связи. В совокупности указанные средства должны обеспечивать множественный доступ к данным, масштабируемость, виртуализацию, внешнюю и внутреннюю интеллектуализацию хранения и обработки данных.





Решению проблем создания систем и сетей хранения и обработки данных посвящены работы многих исследователей в нашей стране и за рубежом. Однако в существующих работах недостаточное внимание уделено описанию реализаций систем и сетей, построение которых основано на интеграции и консолидации ресурсов внешнего хранения с ресурсами удаленной обработки данных, на концепциях структурирования декларативных и процедурных знаний при архитектурном проектировании, что определяет основную проблемную ситуацию. Известные разработки основаны на практическом опыте разработчиков, применении содержательных и неформализованных концептуальных моделей, что затрудняет проектирование и увеличивает сроки реализации проекта.

В подсистемах управления хранением и обработкой данных целесообразно использовать элементы систем баз данных и знаний, интегрированные с подсистемами кэширования. Узлы, или точки виртуализации развитых интеллектуальных систем и сетей хранения данных, помимо функций управления доступом и представления данных, управления метаданными и структурами данных, должны выполнять функции объектно-ориенти­ро­ванного хранения данных, в том числе структурированных. При работе они могут использовать собственную или разделяемую базу данных с информацией для управления. На данной основе целесообразно строить сетевые самоуправляемые интеллектуальные хранилища данных, содержащие в своем составе менеджеры работы с файлами, функции которых дополнены функциями для работы с отношениями реляционной базы данных, а также независимые менеджеры, обладающие доступом к общим данным через сеть, возможностью файловых вычислений, обеспечивая эффективное выполнение сетевых приложений.

С точки зрения конечных пользователей сеть внешнего хранения и обработки данных целесообразно представить в виде внешнего распределенного виртуального сопроцессора с персональными областями хранения и возможным совместным использованием данных. В этой связи особенно важно появление провайдеров сетевых услуг по хранению данных, обеспечивающих пользователей ресурсами хранения. Сеть при этом должна служить инфраструктурой доступа к глобальной системе хранения данных. Целесообразно предоставлять аналогичные услуги и по обеспечению пользователей вычислительными ресурсами через сеть.

Актуальность научных исследований в области внутренней и внешней интеллектуализации, архитектурного моделирования и проектирования систем и сетей внешнего хранения и обработки данных на основе интеграции формальных представлений определяется необходимостью создания новых эффективных методов анализа и синтеза процессов управления информационным обменом, хранением и обработкой информации в системах и сетях следующих поколений. Актуально развитие теоретических основ функционально-структурной организации систем и сетей внешнего хранения обработки данных, задачи повышения функциональных возможностей и производительности в которых решаются за счет декларативно-про­цедурной структуризации знаний о функционировании систем.

Целью работы является теоретическое обоснование и разработка методов архитектурного моделирования и функционально-структурной организации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных, обладающих повышенной производительностью и расширенными функциональными возможностями.

Для достижения поставленной цели научного исследования в диссертационной работе решены следующие основные задачи:

–  проведен анализ современного состояния и тенденций развития систем и сетей внешнего хранения и обработки данных применительно к задачам построения проблемно-ориентированных систем, на основании чего даны предложения по уменьшению последствий семантического разрыва между инфраструктурой систем хранения данных и алгоритмическими структурами, обеспечивающими многофункциональность системы;

–  разработаны и теоретически обоснованы методы архитектурной и функционально-структурной организации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных, позволившие сократить затраты на реализацию систем и сетей внешнего хранения и обработки данных и повысить качество принимаемых решений;

–  исследованы и развиты формальные модели, обеспечившие поддержку архитектурного моделирования и функционально-структурной организации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных;

–  исследованы и реализованы в технологии “активной классной доски” методы внешней и внутренней интеллектуализации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных;

–  разработан метод решения задачи сквозного архитектурного и функционально-структурного проектирования многофункциональных распределенных систем управления внешней памятью ЭВМ и систем, основанный на развитии концептуальных моделей до определенных формально имитационных поведенческих моделей и формальных непосредственно исполняемых спецификаций;

–  обоснован и исследован синтез структур и алгоритмов функционирования систем и сетей хранения и обработки данных на базе виртуализации и интеграции сетевых ресурсов хранения данных с вычислительными ресурсами;

–  разработаны, обоснованы и исследованы концептуальные и формально определенные имитационные поведенческие модели, адекватная данным моделям сетевая интерпретирующая среда и реализованы системы синтеза структур и программного обеспечения систем и сетей внешнего хранения и обработки данных;

–  предложены архитектурные решения для основных классов систем и сетей хранения и обработки данных, обладающих повышенной производительностью и развитыми функциональными возможностями.

Объектом исследования являются системы и сети внешнего хранения и обработки данных с расширенными функциональными возможностями по обеспечению управления трафиком передаваемых данных, хранения и обработки структурированной и неструктурированной информации.

Предметом исследования являются методы управления использованием ресурсов, информационным обменом, хранением и обработкой данных, функционально-структурная организация систем и сетей внешнего хранения и обработки данных, алгоритмическое и методическое обеспечение технологий архитектурного моделирования и функционально-струк­тур­ного проектирования.

Методы исследования. В диссертационной работе используются теоретико-множественные и логико-алгебраические представления, модели и методы искусственного интеллекта, методы построения поведенческих имитационных моделей, функционально-структурный подход к анализу и проектированию, концепции интеграции и дифференциации функций и структур систем.

Научная новизна заключается в развитии теоретических основ архитектурной, функционально-структурной организации и виртуализации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных, в том числе:

–  в теоретическом обосновании методов построения концептуальных и формализованных имитационных поведенческих моделей сложных дискретно-событийных систем, отличающихся тем, что на основе применения концептуальных графов, сценарных представлений и абстракций сетей виртуальных машин обеспечивается эффективное решение задач сквозного архитектурного и функционально-структурного проектирования систем и сетей внешнего хранения и обработки данных;

–  в развитии формальных моделей, обеспечивающих поддержку архитектурного моделирования и анализ функционально-структурной организации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных, отличающихся более адекватным представлением аппаратных и программных средств;

–  в теоретическом обосновании систем согласования и координации процессов и объектов как базовой платформы для построения прототипного и рабочего аппаратно-программного обеспечения систем и сетей внешнего хранения и обработки данных в отличие от известных, основанном на применении предложенных в диссертационной работе эволюционирующих
иерархических алгебраических систем, иерархических сетей абстрактных машин, что обеспечивает высокий уровень адекватности формальных представлений содержательному описанию;

–  в развитии известных и в разработке новых методов внешней и внутренней интеллектуализации управления в системах и сетях внешнего хранения данных, позволяющих расширить границы применимости методов и моделей искусственного интеллекта для данной предметной области;

–  в развитии принципов архитектуры, отличной от фон-неймановской на системном уровне и способствующей развитию принципов прозрачности в управлении ресурсами и масштабируемости, организации эффективного множественного доступа к средствам внешнего хранения и обработки данных;

–  в формализованном описании архитектуры, топологии и функционирования систем и сетей внешнего хранения и обработки данных, отличающихся использованием алгебраического подхода к синтезу иерархических сценарных моделей функционирования, иерархических сетей абстрактных машин и пространственных сценариев развертывания ресурсов хранения и обработки данных; данный подход позволяет сократить затраты на реализацию систем и сетей внешнего хранения и обработки данных и повысить качество принимаемых решений, в том числе за счет инвариантности разрабатываемого алгоритмического обеспечения относительно платформы реализации;

–  в выявлении и реализации типичных структурных конфигураций сценариев, в результате чего осуществлена интеграция технологии “классной доски” с мультиагентной технологией, причем “классная доска” становится активным объектом, а решатели-мультиагенты, используя ее содержимое (возможно, по инициативе самой “классной доски”), реализуют распределенное выполнение, взаимодействия и синхронизацию реализуемых процессов.

Практическая ценность работы связана с архитектурными, функционально-структурными решениями и с разработкой средств проектирования и реализации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных:

–  предложены методы практической реализации уровней параллельности в сложных системах внешних запоминающих устройств (ВЗУ) и разработаны способы распараллеливания передачи данных;

–  предложены методы реализации сетевых архитектур хранения данных с блочной и файловой виртуализацией;

–  предложены способы реализации архитектуры узлов хранения данных в глобальных сетях хранения на основе концептуальной схемы использования многофункционального сетевого ВЗУ;

–  исследованы и реализованы методы и технологии проектирования средств обработки структурированной информации, алгоритмического и программного обеспечения в сетях хранения данных;

–  предложена функционально-структурная организация многофункциональ­ного узла сети внешних запоминающих устройств, включающего кэш-память;

–  предложена функционально-структурная организация многофункциональной системы внешних запоминающих устройств, подключаемой к вычислительной сети;

–  предложена функционально-структурная организация системы внеш­них запоминающих устройств, включающей машину баз данных;

–  предложена функционально-структурная организация на основе концепции согласования процессов и объектов и реализация в сетевой среде процессора базы данных;

–  разработаны способы пространственно-временной организации уп­равляющих воздействий в подсистемах согласования и координации процессов и объектов систем и сетей внешнего хранения и обработки данных, обеспечивающие эффективные взаимодействия компонент;

–  предложена и реализована концепция построения сетей хранения и обработки данных, предназначенных для выполнения сопроцессорных функций хранения и обработки данных клиентских приложений, базирующаяся на технологии активной “классной доски” и обеспечивающая внутреннюю и внешнюю интеллектуализацию данных систем;

–  реализованы в реальной сетевой среде основные уровни абстракций сети, используемой для виртуализации и моделирования сложных многофункциональных систем и сетей хранения и обработки данных;

–  предложены и реализованы принципы структуризации разнообразных в семантическом и синтаксическом отношениях системных и процедурных знаний о функционально-структурной организации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных;

–  созданы система синтеза структур и программного обеспечения и система спецификации и верификации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1.  Метод архитектурного моделирования и проектирования проблемно-ориентированных систем и сетей внешнего хранения и обработки данных, обеспечивающий согласованность исходной концептуальной модели с формально определенными в процессе иерархического проектирования имитационными поведенческими моделями.

2.  Теоретическое обоснование на основе определенных в работе эволюционирующих иерархических алгебраических систем, иерархических сетей абстрактных машин основного класса систем согласования и координации процессов и объектов как базовой платформы для построения прототипного и рабочего программного и аппаратного обеспечения систем и сетей внешнего хранения и обработки данных, обеспечивающей более адекватное отображение сети алгоритмических модулей на физическую сеть при реализации структурных способов повышения производительности.

3.  Метод “активной классной доски” и его использование в качестве основы технологии внешней и внутренней интеллектуализации систем и сетей внешнего хранения и обработки данных. Эффективность реализации данного метода обеспечивается внедрением механизмов, основанных на формальных исполняемых спецификациях и на декларативно-процедурной структуризации представления знаний о предметной области, что сокращает затраты на реализацию систем внешнего хранения и обработки данных в аппаратно-программных средах, обеспечивающих согласование и координацию процессов и объектов.

4.  Концепция развития архитектуры, отличной от фон-неймановской на системном уровне реализации систем и сетей хранения и обработки данных и способствующей развитию принципов прозрачности в управлении ресурсами и масштабируемости, организации множественного доступа к средствам внешнего хранения и обработки данных и облегчающей интеграцию ресурсов хранения с вычислительными ресурсами.

5.  Принципы функционально-структурной организации на основе формального описания концепции согласования и координации процессов и объектов. Использование указанных принципов позволяет сократить затраты на реализацию основных методов управления в функционально-цент­ра­ли­зованных, функционально-децентрализованных и топологически-распре­де­ле­нных системах и сетях хранения и обработки данных за счет адекватности формальных спецификаций результирующей сети алгоритмических модулей.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.