Агрегатное описание информационных систем

Агрегативный подход к техническим системам, вообще говоря, восходит, с одной стороны, к представлению системы как «черного ящика», а с другой – к представлению траектории в n-мерном пространстве при случайных воздействиях. В явном или неявном виде предполагается, что есть возможность описать техническую систему системой уравнений и дать ее решение. Это особенно необходимо при решении задач управления и для частных случаев выполнимо, причем вводятся упрощения и допущения, и система рассматривается как сложная и вероятностная.

Агрегат – унифицированная модель для написания функций разнородных элементов систем, получаемая наложением дополнительных ограничений на множества состояний, сигналов и сообщений и на операторы перехода, а так же выходов: t Î T – моменты времени; x Î X – входные сигналы; u Î U – управляющие сигналы; y Î Y – выходные сигналы; z Î Z – состояния; x(t), u(t), y(t), z(t) – функции времени. Динамика всей системы раскрывается через динамику сопряжённых между собой агрегативных элементов.

Наряду с состоянием в момент времени t вводится состояние в момент (t + 0), в который агрегат может перейти за малое количество времени. Вид операторного перехода зависит от того, поступят или нет в данный промежуток времени входные сигналы.

Агрегат – объект, определенный множествами T, X, U, Y, Z и операторами H и G, реализующими функции z(t) и y(t). Структура операторов H и G определяет модель функционирования агрегата. Процесс функционирования агрегата в основном состоит из скачков состояний системы в моменты поступления входных сигналов и выдачи выходных сигналов.

Вводится пространство параметров агрегата b = (b₁, b₂, ..., b_n) Î B. Оператор выходов G реализуется как совокупность операторов G’ и G’’. Оператор G’ выбирает очередные моменты выдачи выходных сигналов, а оператор G’’ – содержание сигналов.

y = G’’{t, z(t), u(t), b}.

В общем случае оператор G’’ является случайным оператором, т.е. t, z(t), u(t), b ставится в соответствие множество y с функцией распределения G’’. Оператор G’ определяет момент выдачи следующего выходного сигнала.

Операторы переходов агрегата

Рассмотрим состояние агрегата z(t) и z(t + 0). Оператор H₁ реализуется в моменты времени t_n, поступления в агрегат сигналов x_n(t). Оператор H₂ описывает изменение состояний агрегата между моментами поступления сигналов.

z(t’_n + 0) = H₁{t’_n, z(t’_n), x(t’_n), b},

z(t) = H₂(t, t_n, z(t + 0), b}.

Во множестве состояний Z выделим такое подмножество z^(y), что если z(t^*) достигает подмножества z^(y), то момент t^* является моментом выдачи выходного сигнала, который определяется по формуле:

y(t^*) = G[t^*, Z(t^*)].

В некоторых случаях возможны изменения агрегата в момент выдачи выходного сигнала, для учёта этого вводится H₃:

z(t), z^(y), z(t + 0) = H₃[t^*, z(t^*)].

Совокупность H₁, H₂ и H₃ задаёт H.

Особенность описания некоторых реальных систем приводит к так называемым агрегатам с обрывающимся процессом функционирования. Для этих агрегатов характерно наличие переменной, соответствующей времени, оставшемуся до прекращения функционирования агрегата.

Все процессы функционирования реальных сложных систем по существу носят случайный характер, поэтому в моменты поступления входных сигналов происходит регенерация случайного процесса. То есть развитие процессов в таких системах после поступления входных сигналов не зависит от предыстории.

Автономный агрегат – агрегат, который не может воспринимать входных и управляющих сигналов. Неавтономный агрегат – общий случай.

Частные случаи агрегата

Кусочно-марковский агрегат – агрегат, процессы в котором являются обрывающими марковскими процессами. Любой агрегат можно свести к марковскому. Кусочно-непрерывный агрегат в промежутках между подачей сигналов функционирует как автономный агрегат. Кусочно-линейный агрегат: dc_v(t)/dt = F^(v)(c_v).

Агрегативное описание функционирования системы даст универсальные и различные математические модели. Функционирование элементов может быть сведено к агрегативному представлению. Для создания агрегативной модели ИС необходимо:

1. Разработать агрегативную модель элементарной системы.

2. Построить модель сопряжённого агрегата.

Представление реальных систем в виде агрегатов неоднозначно, вследствие неоднозначности выбора фазовых переменных.

Контрольные вопросы

1. Что дает агрегативное описание функционирования системы?

2. Опишите агрегат как случайный процесс.

3. Опишите функционирование системы в терминах операторов входов-выходов.

4. Как создается агрегативная модель информационной системы?

5. Что характеризуют фазовые переменные агрегативной модели?