Особенности моделирования информационных систем

Информационные системы представляют собой сложные территориально распределенные системы, в состав которых входят тысячи комплектующих элементов. Однако эти системы характеризуются не только большим числом элементов - чисто количественная сторона естественным образом перерастает в новое качество: таким системам присущи

- сложная структура,

- сложный принцип функционирования,

- новые характерные особенности процесса эксплуатации.

Кроме того, эти системы, как правило, являются развивающимися, то есть в процессе своего существования они постоянно модернизируются, меняются условия их работы и выполняемые задачи.

Разработка математических моделей, адекватно описывающих процесс функционирования таких систем, оказывается весьма сложной и трудоемкой.

К построению математических моделей необходимо относиться как к искусству: нужно уметь строить достаточно простую модель, которая при этом могла бы все же приводить к конструктивным выводам об исследуемой системе. Приведем основные требования к построению математических моделей информационных систем.

1. Математическая модель должна отражать основные свойства исследуемого объекта с точки зрения интересующего параметра или группы параметров. Например, если рассматривается время доставки сообщений в системе с пакетной коммутацией, то подходящей математической моделью может быть сеть массового обслуживания с ненадежными обслуживающими устройствами (узлами коммутации, каналами связи). Если же изучается вопрос о живучести сети по отношению к различного рода внешним воздействиям, то при выборе в качестве основного показателя вероятности связности подходящей математической моделью может оказаться граф с сетевой структурой.

2. Математическая модель должна быть достаточно простой в содержательном смысле, то есть результаты ее анализа должны быть легко интерпретируемы. Это означает, что слишком подробная модель, обеспечивающая одновременное получение большого числа взаимосвязанных параметров, может и не быть наилучшим вариантом. Например, получение совместного распределения числа обслуживаемых заявок в сети связи в различных узлах коммутации может оказаться той информацией, которую исследователь не умеет принципиально использовать.

3. Математическая модель должна быть адаптированной под имеющиеся исходные данные. Например, бессмысленно строить полумарковскую модель для описания процесса функционирования системы с восстановлением, если о распределениях известны лишь значения математических ожиданий. Если при таких же исходных данных требуется оценить значения структурных параметров сети, то нужно иметь в виду, что могут быть получены лишь двусторонние оценки, а не точные значения соответствующих параметров.

4. Математическая модель должна быть легко модифицируемой при появлении новых исходных данных или новых сведений о внутренней природе системы. Например, статистическая модель системы передачи данных в режиме пакетной коммутации должна предусматривать возможность использования ее при различных протоколах верхнего уровня. Математическая модель для статистического моделирования системы связи с коммутацией сообщений должна иметь общее программное ядро с математической моделью системы связи с коммутацией каналов.

5. Математическая модель информационной системы - объекта весьма сложного и содержащего огромное число входящих в ее состав подсистем и устройств - должна быть сформулирована так, чтобы размерность этой модели позволяла бы проводить расчеты на доступной вычислительной технике в разумные сроки.

Для системы связи и передачи данных могут возникать чрезмерные задержки в передачи информации, потери сообщений, случайный рост загрузки каналов связи, отказы из-за несовершенства протоколов сетевого уровня в системах передачи данных.

Большинство сетей связи и систем передачи данных, обеспечивающих информационный обмен между большим числом территориально разнесенных абонентов, имеют очень сложную сетевую структуру. Связь между отдельными пунктами информационной сети может осуществляться по многим возможным путям, включая транзит по целому ряду пунктов. В то же время для реальных сетей имеются и различные сложные ограничения, например, допускается не более заданного числа транзитов. Однако самым важным является то, что передача сообщения в сети занимает на определенное время те или иные канальные мощности, а также процессоры в узлах связи. Поэтому более или менее адекватная модель сети связи - это сеть массового обслуживания. Более грубо сеть может быть описана при помощи потоковой модели. Чаще всего для получения различных характеристик эффективности функционирования сетей связи используются статистические модели, реализуемые на современных быстродействующих ЭВМ.