Сосредоточенные и распределенные системы

Во многих случаях термин «распределенная» является альтернативой термину «сосредоточенная». Так бывает, когда существуют (или могут существовать) системы, решающие одинаковые задачи, системы, функционально эквивалентные, но конструктивно различные. Обозначим две такие системы S_d и S_sa (от английских терминов distributed и stand-alone).

Множество элементов в каждой из систем, обычно, можно разделить на два подмножества, V (S_d) = U_d È W_d, V (S_sa) = U_sa È W_sa. Множества, обозначенные буквой U, состоят из сосредоточенных элементов, занимающих относительно небольшой объем пространства и реализующих некоторую функцию преобразования. Множества, обозначенные буквой W, состоят из элементов, связывающих некоторые сосредоточенные элементы между собой. Их основная задача не преобразование, а передача чего-либо в системе от одного элемента к другому. Например, сосредоточенными элементами могут быть два компьютера, осуществляющих вычисления по некоторым алгоритмам. Связывающим элементом может быть кабель, один конец которого подсоединен к первому компьютеру, а второй конец – ко второму компьютеру.

Часто элементы из множества W имеют определенную «протяженность» в пространстве, например, кабель или витая пара имеют параметр «длина». Величина этого параметра существенным образом влияет на функционирование системы. Два других пространственных параметра (оба они для кабеля могут быть обозначены термином «диаметр») либо стандартны, либо несущественны.

Но в ряде случаев элементы связи имеют сложное строение, описываемое не только тремя пространственными характеристиками «длина», «глубина», «высота», но требующими описания как сложная геометрическая фигура или совокупность фигур.

Примером является передача сигналов посредством радиосвязи на сверхвысоких частотах. При этом эфир становится элементом системы. Поскольку радиоволны распространяются во всех направлениях, то эфир характеризуется тремя пространственными координатами x, y и z. В этих же координатах нужно рассматривать и местоположения сосредоточенных элементов системы, между которыми осуществляется связь. В пространстве могут находиться предметы, непрозрачные для радиоволн (дома, горы и проч.). В этом случае конфигурация эфира становится сложной, из него должны быть «вырезаны» непрозрачные объекты. Как следствие – не все сосредоточенные объекты могут обмениваться сигналами между собой.

Дополнительное усложнение элемента связи происходит, если возможности передачи сигналов меняются с течением времени, как, например, при мобильной связи или при использовании спутников, не находящихся на геостационарной орбите.

Таким образом, элементы из множества W_d могут быть весьма разнообразными, с большим количеством характеристик.

Напротив, в сосредоточенных системах элементы из множества W_sa описываются просто, а часто вообще исключаются из рассмотрения как несущественные для анализа свойств системы. Таким элементом, например, в компьютере является набор проводников, соединяющих процессор с микросхемами памяти. Скорость работы компьютера зависит от времени выполнения команд процессором и времени операций чтения/записи в память. При малом расстоянии между процессором и памятью время распространения электрических сигналов по проводам является относительно небольшим, и в математической модели системы им можно пренебречь. Соответственно, элемент связи можно вообще не включать в модель, а считать процессор и память связанными непосредственно, т.е. находящимися в некотором отношении.

Множества сосредоточенных элементов U_sa и U_d сосредоточенной и распределенной систем также могут отличаться. В сосредоточенной системе функционирование элементов из U_sa инвариантно их местоположению. В распределенной системе функционирование элементов из U_d в общем случае зависит от их местоположения. Эта зависимость может быть нескольких видов:

1) зависимость от источников информации, имеющих определенное местоположение;

2) зависимость от поставленных задач, которые должны решаться элементами системы;

3) зависимость от параметров среды в различных точках.