Показатели эффективности функционирования локальных вычислительных сетей

Структурированность и упорядоченность данных необходима для эффективности выполнения запросов к информации [28]. В связи с этим возникает потребность в специализированном обслуживании БД. Также во многих случаях специалисты нужны для организации обработки информации, то есть для написания запросов. Следовательно, при расчете эффективности ЛВС, созданных для работы с БД, необходимо оценить возможности обслуживающего персонала, а также определить степень влияния сотрудников на способность системы эффективно выполнять стоящие перед ней задачи.

Также для некоторых приложений, использующих сетевые БД, необходимо обеспечить минимальное время получения информации. Для этого используются серверы с большой вычислительной мощностью, способные обрабатывать запросы пользователей наиболее оперативно.

Кроме перечисленных требований существует требование к надежности системы. Так как в современном обществе основой успеха является информация, отказ системы или взлом БД недопустимы. Для повышения надежности БД используется повышенная защита сервера, создание резервных копий БД и использование резервного сервера [9].

Главными требованиями к ЛВС, необходимыми для эффективного функционирования системы совместного доступа к базам данных, являются следующие [10]:

• время ожидания ответа на запрос должно быть минимальным;
• система должна быть надежна.

Время ожидания ответа на запрос косвенно отражается на степени удовлетворения работников или заказчиков организации. Долгое время ожидания ответа от менеджера о наличии товара на складе, о состоянии счета или о статусе выполнения заявки сильно подрывает репутацию организации. Кроме того сотрудникам всегда удобнее работать в системах, в которых не приходится долго ждать результатов запроса к базе данных.

Потеря доступа к БД в большинстве случаев приводит к простоям в работе отдельных служб или организации в целом. Кроме того полная потеря БД ведет к необходимости проведения большого объема работ по ее восстановлению. Несмотря на большое количество методов и средств обеспечения целостности и доступности БД, всегда существует вероятность отказа системы.

Из вышесказанного можно сделать вывод о том, какие показатели эффективности необходимы для оценки целевой эффективности ЛВС, целью которой является обеспечение совместного использования БД. Учитывая требования к показателям эффективности необходимо использовать следующие интегральные показатели:

• среднее время ожидания ответа на запрос;
• коэффициент готовности.

Время ожидания ответа на запрос является интегральным показателем, и включает в себя следующие частные показатели:

• среднее время обработки запроса ( );
• среднее время ожидания ( );
• вероятность ожидания ( );
• задержка ( ).

  Среднее время ожидания ответа на запрос вычисляется по формуле:

, где  – время ожидания ответа на запрос.

Частные показатели: среднее время обработки запроса, среднее время ожидания, вероятность ожидания можно получить, используя экспериментальные методы. Современные системы управления базами данных (СУБД) и серверы БД располагают средствами, позволяющими с помощью специальных запросов получить необходимую информацию. Для определения времени отклика нужно запустить специальную программу (в некоторых ОС она встроенная).

Для оценки степени надежности системы используется коэффициент готовности. Коэффициент готовности – вероятность того, что система окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение системы по назначению не предусматривается [10]. Представляет собой отношение времени исправной работы к сумме времен исправной работы и вынужденных простоев системы, взятых за один и тот же календарный срок.

,

где – коэффициент готовности, – время наработки на отказ, – среднее время восстановления системы.

Коэффициент готовности наиболее полно отражает, насколько надежна система [10]. На этот интегральный показатель влияют такие факторы, как: надежность ПО, надежность аппаратного обеспечения, квалифицированность операторов, использующих БД, и способность обслуживающего персонала ЛВС быстро восстановить функционирование системы.

Одной из распространенных целей использования ЛВС является организация совместного доступа к общим ресурсам. Наиболее часто совместно используются принтеры, сканеры, соединения с интернетом, емкости постоянного запоминающего устройства. Ресурсы можно условно разделить на две группы: ресурсы, которые могут быть использованы параллельно, и ресурсы, которые могут быть использованы поочередно [27].

Общим требованием к любым системам совместного использования ресурсов является требование к надежности системы [10]. В случае отказа системы использование совместных ресурсов многократно усложняется. В качестве надежностного показателя эффективности обычно выбирается один из двух показателей: коэффициент готовности ресурса или коэффициент готовности системы доступа к ресурсу. При этом в первом случае в показатель эффективности не включается информация о доступности ресурса.

Временной показатель эффективности выбирается в зависимости от группы, к которой относится разделяемый ресурс.

Если совместно используемый ресурс может быть использован параллельно, используются показатели производительности канала связи с ресурсом. Могут быть использованы показатели максимальной, минимальной и средней пропускной способности канала связи (КС) с ресурсом. В случаях, когда время на передачу информации меньше времени ожидания ответа на запрос, в качестве интегрального показателя эффективности может быть использовано время ожидания ответа на запрос, или комплексный показатель, отражающий время получения среднего количества информации.

Максимальная пропускная способность КС отражает пропускную способность линии связи в момент, когда передача данных к другим терминалам ЛВС не производится [5]. Минимальная пропускная способность измеряется при использовании общих КС всеми терминалами сети. Из показателей, отражающих пропускную способность КС наиболее информативным является показатель средней пропускной способности КС, так как при определении значения этого показателя используются статистические данные о среднем количестве терминалов, использующих канал связи за единицу времени. Пропускная способность сети является важным показателем, поэтому большинство производителей аппаратных и программных средств сети указывают сведения о пропускных способностях своей продукции. Единицей измерения пропускной способности является количество информации, передаваемой в единицу времени: Mb/s, Kb/s, Gb/s.

Максимальная пропускная способность определяется характеристиками звена сети, имеющего наименьшую пропускную способность [5].

Значение минимальной пропускной способности КС вычисляется делением максимальной пропускной способности на общее количество терминалов ЛВС. Значение этого показателя может быть снижено в зависимости от метода доступа к передающей среде, используемого протокола передачи данных и режима привилегий на использование канала связи.

Средняя пропускная способность сети определяется отношением суммы пропускных способностей, замеряющихся периодически, к общему количеству замеров [3].

Время получения среднего количества информации с момента подачи запроса является интегральным показателем целевой эффективности, наиболее полно отображающим способность доступа к шлюзу, который предоставляет доступ в интернет, или к файловому серверу. Для вычисления данного показателя используется следующая формула:

, где

- время с момента подачи  запроса на получение единицы информации до момента получения единицы информации; - среднее время обработки запроса; - среднее время ожидания; - вероятность ожидания; - время отклика; – пропускная способность канала до сервера и обратно, – единица информации.

В случаях, когда совместно используемый ресурс может быть использован одновременно только одним пользователем, в качестве временного показателя целевой эффективности используется среднее время ожидания в очереди.

Среднее время ожидания в очереди – время, прошедшее с момента подачи запроса на выполнение задачи ресурсом до начала выполнения этой задачи. Зависит от количества задач в очереди и времени выполнения каждой задачи.

Выбор показателя эффективности зависит от требований к конкретной ЛВС и производится после всестороннего изучения системы.

Следующей важной целью, для которой необходимо создание ЛВС, является организация автоматизированных систем. Большинство современных автоматизированных систем (АС) построено на базе ЛВС [17]. Наиболее часто используются АС управления производством, АС принятия решений, АС научных исследований и АС образования. Наиболее требовательны к ЛВС АС управления производством и АС научных исследований. Рассмотрим основные показатели целевой эффективности на примере этих двух видов АС.

Некоторые области автоматизации, такие как ядерная энергетика, требуют повышенной надежности системы. В таких случаях в качестве показателя надежности используется средняя наработка до первого отказа. В менее требовательных к надежности системах для оценки эффективности используется коэффициент готовности или средняя наработка на отказ.

Средней наработкой до первого отказа называется математическое ожидание времени работы системы до отказа. Средняя наработка до первого отказа является достаточно наглядной характеристикой надежности. Однако применение этого показателя для оценки надежности сложной системы ограничено в тех случаях, когда:

• время работы системы гораздо меньше среднего времени безотказной работы;
• закон распределения времени безотказной работы не однопараметрический и для остаточно полной оценки требуются моменты высших порядков;
• интенсивность отказов непостоянная;
• время работы отдельных частей сложной системы разное.

Ограничения случаев применения средней наработки до первого отказа сильно сужают область применения данного показателя эффективности [9]. Поэтому наиболее часто для оценки надежности системы используют рассмотренный выше коэффициент готовности.

  Средняя наработка на отказ – средняя продолжительность работы системы между отказами. Данный показатель эффективности используется при большой продолжительности выполнения операции. Если средняя наработка на отказ меньше времени выполнения операции, выполнение задачи становится невозможным. Средняя наработка на отказ не отражает затраты времени на восстановление системы.

Также важным требованием для обеспечения функционирования АС является скорость реагирования на изменение ситуации. Реакция системы передачи информации зависит от времени ожидания ответа на запрос. В некоторых системах выполнение запроса происходит очень быстро, а небольшое количество терминалов полностью исключает возникновение очереди на реализацию запроса. Для оценки эффективности таких систем используется частный показатель - задержка. Задержка - время, затраченное на передачу пакета информации в компьютерных сетях от клиента к серверу и обратно от сервера к клиенту. Задержка связана со скоростью соединения и загруженностью каналов на всём протяжении от клиента к серверу.

Часто ЛВС используются для облегчения процесса обмена информацией. Например, передать через сеть текстовый файл быстрее и экономнее, чем при передаче этого текста на бумажном носителе или на внешних запоминающих устройствах. Также по сетям можно передавать звук и видео в режиме реального времени.

При создании ЛВС с целью упрощения процесса передачи информации основным требованием к сети является скорость передачи информации. Для отражения эффективности передачи информации в данном случае оптимально использовать максимальную, среднюю или минимальную скорости передачи информации. Скорость передачи информации — скорость передачи данных, выраженная в количестве бит, символов или блоков, передаваемых за единицу времени. Минимальная скорость передачи информации используется в тех случаях, когда можно определить границу скорости, ниже которой выполнение задачи будет невозможно. Этот показатель эффективности применяется для оценки ЛВС, которые используются для создания конференций, или для использования сетевых приложений реального времени. Максимальная скорость передачи информации применяется для оценки ЛВС, в которых возможно управление количеством пользователей, одновременно использующих один КС. Средняя скорость передачи информации используется в остальных случаях.

В качестве единицы измерения скорости передачи в большинстве случаев используют байты в секунду, так как такая единица измерения наиболее понятна руководителям, не обладающих специальными знаниями. Однако для предоставления данных об эффективности сети специалисту в области информатики, скорость должна быть выражена в битах в секунду.

Для оценки надежностных показателей эффективности в системах передачи информации используется коэффициент готовности.

Также важной целью является создание многомашинных вычислительных комплексов (МВК). Требования к таким системам могут меняться в зависимости выполняемых системой алгоритмов. Несмотря на это, надежностный показатель эффективности используется стандартный: коэффициент готовности. Также в качестве надежностного показателя эффективности может быть применена средняя наработка на отказ.