Методологию модульного программирования систем умного дома будем рассматривать в рамках реализации модульного принципа построения высокотехнологичной автоматизированной децентрализованной внутри модулей беспроводной системы мониторинга и контроля как декомпозиции системы на модули (подсистемы). Для такой системы выделены основные модули (модуль обеспечения, модуль охраны, модуль управления) и подмодули (подмодуль энергоснабжения, подмодуль водоснабжения, подмодуль видеонаблюдения, подмодуль системы климата, подмодуль аппаратуры и бытовых приборов), построены предметная область системы, булевы матрицы отношений, орграфы информационной структуры для каждого модуля.
С ростом параметрических характеристик математической модели системы мониторинга и контроля повышается точность результирующих данных. С ростом параметров и характеристик системы увеличивается размер матриц, описывающих их. Несмотря на масштабное развитие вычислительной техники, по-прежнему главными характеристиками любой системы остаются: память, быстродействие, трудоемкость. По мере того, как растут быстродействие и производительность вычислительных систем, становится возможным обрабатывать все большего размера матричные модели с целью уточнения математической модели. Однако с ростом порядка матричной модели растет и стоимость её решения (увеличение трудозатрат, памяти, мощностей обработки), становясь решающим фактором на пути к реализации. Системы, построенные по технологии умный дом, должны прежде всего удовлетворять условию низкой ценовой реализации, так как направлены прежде всего на экономичность. Следует отметить, что на сегодняшний день считается неэффективным хранение и обработка всего матричного массива системы. С целью значительной экономии памяти для хранения матричных массивов, уменьшения времени решения задачи и снижения стоимости реализации предлагается хранить и обрабатывать только ненулевые элементы. На сегодняшний день этим факторам уделяется недостаточно внимания.
Цель исследования
В связи с этим при разработке и реализации системы мониторинга и контроля встает задача эффективного применения, использования, хранения параметрических матричных моделей путем внедрения блочных матриц и подматриц для всех типов связей между элементами множеств предметной области. В данной статье рассматриваются вопросы построения блочных матриц и подматриц для каждого модуля и подмодуля системы, построения блочнотреугольной симметричной матрицы смежности.
В результате анализа такой системы были выделены подмодули системы, вследствие того, что матрицы отношений и орграфы, их описывающие, оказались однотипными. Таким образом, опишем их блочными матрицами и подматрицами для каждого модуля и подмодуля системы.
Материал и методы исследования
Пусть матрица
- описывает множество
блочных матриц для каждого модуля и подмодуля системы мониторинга и контроля, где при
i=1- блочная матрица подмодуля энергоснабжения,
i=2- блочная матрица подмодуля водоснабжения,
i=3- блочная матрица подмодуля системы климата,
i=4- блочная матрица подмодуля аппаратуры и бытовых приборов,
i=5- блочная матрица подмодуля видеонаблюдения,
i=6- блочная матрица модуля охраны,
i=7- блочная матрица модуля управления.
При этом, Ai – матрица отношений «функции – задачи»,Bi – матрица отношений «функции – объекты автоматизации», рассмотрим группу таких матриц для каждого модуля системы:
,
Ci – матрица отношений «функции – пользователи», рассмотрим группу таких матриц для каждого модуля системы:
,
Di – матрица отношений «функции – информационные потоки», рассмотрим группу таких матриц для каждого модуля системы:
Ei – матрица отношений «задачи – пользователи», рассмотрим группу таких матриц для каждого модуля системы:
Xi – матрица отношений «задачи – объекты автоматизации», рассмотрим группу таких матриц для каждого модуля системы:
Yi – матрица отношений «объекты – информационные потоки», рассмотрим группу таких матриц для каждого модуля системы:
Zi – матрица отношений «задачи – информационные потоки», рассмотрим группу таких матриц для каждого модуля системы:
.
Тогда для каждой пары модулей и подмодулей построим множество межмодульных подматриц отношений по блочным матрицам для каждого модуля и подмодуля системы, которое опишем блочнотреугольной симметричной матрицей смежности MS:
Множество межмодульных подматриц отношений по блочным матрицам для подмодуля энергоснабжения имеет вид:
, 
, 
, 
, 
, 
.
Множество межмодульных подматриц отношений по блочным матрицам для подмодуля водоснабжения имеет вид:
, 
, 
, 
, 
.
Множество межмодульных подматриц отношений по блочным матрицам для подмодуля системы климата имеет вид:
, 
, 
, 
.
Множество межмодульных подматриц отношений по блочным матрицам для подмодуля аппаратуры и бытовых приборов имеет вид:
, 
, 
.
Множество межмодульных подматриц отношений по блочным матрицам для подмодуля видеонаблюдения имеет вид:
, 
.
Множество межмодульных подматриц отношений по блочным матрицам для модуля охраны имеет вид:
.
Все матрицы отношений для модуля управления построены выше и имеют индекс i,7.
Результаты исследования
В результате построения множества межмодульных подматриц отношений по блочным матрицам для каждого модуля и подмодуля системы можно сделать вывод о том, что если в подматрицах sijна ij-м месте стоит единица, то соответствующие матрицы из S дублируются и с целью эффективного хранения и обработки матричного массива, входящего в систему, следует хранить только один экземпляр такого набора данных. Также, что если в подматрицах sij на ij-м месте стоит ноль, то дублирования не происходит. Из всех не дублируемых экземпляров наборов данных следует хранить только единицы массивов S и MS.
Выводы
Такой подход позволит снизить стоимость реализации системы путем снижения человеко-машинных трудозатрат, требований к объемам используемой памяти вычислительной системы, мощностей обработки данных, эффективно применять, использовать, хранить параметрические матричные модели для всех типов связей.
Рецензенты:
Видовский Л.А., д.ф.-м.н., профессор кафедры ИСиП, КубГТУ, г. Краснодар;
Пиотровский Д.Л., д.т.н., профессор кафедры АПП, КубГТУ, г. Краснодар.