Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ЗАДАЧ И ПОДХОДОВ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ ІСАЧЕСТВА
ИНФОРМАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ
ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЕ ПРЕДПРИЯТИЯ 14
1.1 Тенденции развития и принципы построения распределенных
информационных сред предприятий 14
Цели и задачи построения распределенной информационной среды 14
Современное состояние и перспективы развития распределенных информационных сред 18
1.2 Обеспечение качества обслуживания в современных распределенных
информационных средах в условиях перегрузки 19
Основные направления и этапы исследований в области качества обслуживания 19
Основные ^г^вли, функции_ и уровни обеспечения качества обслуживания в условиях перегрузки 21
1.3 Подходы и методы обеспечения качества обслуживания в условиях
перегрузки 25
Принципы классификации информационных потоков 25
Принципы приоритетного обслуживания 26
Основные дисциплины управления очередями с поддержкой качества обслуживания 28
Основные алгоритмы управления очередями с поддержкой качества обслуживания 34
1.4 Специфика задач обеспечения качества обслуживания в современной
распределенной информационной среде и постановка задачи
исследования 41
1.5 Выводы по первой главе 44
2 УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ИНФОРМАЦИОННОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ
СРЕДЕ ПРЕДПРИЯТИЯ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕГРУЗКИ 46
2.1 Организация процесса обслуживания пользователей в
распределенной информационной среде предприятия 46
Техническое обеспечение и структура распределенной информационной среды предприятия 46
Архитектура распределенной информационной образовательной среды предприятия 50
Особенности функционирования программного обеспечения распределенной информационной среды предприятия 54
Принципы классификации заявок в распределенной информационной среде предприятия в целях обеспечения качества обслуживания 59
Идеальная модель обеспечения качества обслуживания в распределенной информационной среде 62
Цели и критерии эффективности управления процессом обработки заявок с поддержкой качества обслуживания 62
Формальные правила управления процессом обслуживания заявок в модели 66
2.4 Аппроксимация модели обеспечения качества обслуживания в
распределенной информационной среде 68
Схема параллельной обработки заявок 69
Аппроксимация условия справедливости обслуживания и формальных правил выбора заявок в модели 71
Иерархическая модель обеспечения качества обслуживания в распределенной информационной среде 74
Механизм управления потоком заявок 77
2.7 Выводы по второй главе 81
3 РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОРЯДКОМ
ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ 83
Структура подсистемы управления порядком предоставления информационных ресурсов 83
Принципы организации процесса диспетчеризации очередей 85
Алгоритмы управления процессами диспетчеризации и обработки заявок 89
Исследование процессов обработки заявок 101
Формальное описание дисциплины диспетчеризации очередей в процессе обработки заявок в распределенной информационной среде с поддержкой качества обслуживания 101
Имитационное моделирование процесса обработки заявок в подсистеме 105
3.5 Особенности назначения приоритетов в подсистеме методом
экспертных оценок 108
3.6 Выводы по третьей главе 111
4 РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОРЯДКОМ
ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ИНФОМРАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ НА ПРИМЕРЕ
КОРПОРАТИВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ИНФОМРАЦИОННОИ
СРЕДЫ ОРЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ 112
4.1 Принципы построения корпоративной образовательной
информационной среды Орловской области на базе Регионального
ресурсного центра 112
Особенности построения сети передачи данных корпоративной образовательной информационной среды Орловской области 112
Информационные потоки корпоративной образовательной информационной среды Орловской области 114
Иерархическая структура качества обслуживания в РИС Орловской области и принципы ее реализации 117
4.2 Реализация прототипа подсистемы управления порядком
предоставления информационных ресурсов 122
Возможности интеграции подсистемы на уровне коммуникационного сервера 122
Реализация блока управления потоком с поддержкой качества
* обслуживания 123
Реализация блока информационного обеспечения подсистемы управления порядком предоставления информационных ресурсов 125
Реализация основных алгоритмов диспетчера очередей 127
Интерфейсы взаимодействия подсистемы с программным окружением сервера 129
Анализ эффективности алгоритмов 130
Возможности внедрения предложенного подхода и направления дальнейших исследований 131
4.5 Выводы по четвертой главе 132
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134
ЛИТЕРАТУРА 135
Приложение А 151
Приложение Б 157
Приложение В 158
Приложение Г 159
Приложение Д 160
«
Введение к работе
Применение компьютерных средств при автоматизации управления предприятием стало в последнее время одной из составляющих, обеспечивающих повышение эффективности производства. При этом все большую актуальность приобретает интеграция систем автоматизации разных уровней (САПР, АС ТПП, АСУ ТП, АСУП), что накладывает дополнительные требования на техническое, математическое и информационное обеспечение систем автоматизации.
Второй тенденцией развития информационных технологий в производственной сфере является все более широкое использование Internet-Intranet технологий для обеспечения взаимодействия между территориально рассредоточенными филиалами предприятия. В этом случае встает потребность в построении распределенной информационной среды (РИС). Данные тенденции приводят к резкому увеличению числа пользователей распределенной информационной среды, количества и функциональности сетевых приложений и, как следствие, интенсивности информационного обмена.
В процессе развертывания распределенной информационной среды встают задачи выбора производительности оборудования и полосы пропускания каналов передачи данных. Однако все исследования нагрузки на узлы глобальной и локальных вычислительных сетей показывают, что интенсивность информационного обмена имеет неравномерный характер. Выбор производительности оборудования и полосы пропускания каналов передачи данных, исходя из максимально возможных значений нагрузок, приводит к значительному увеличению начальных издержек. При этом большую часть времени ресурс используется не полностью, а будущее увеличение количества пользователей и объема передаваемых данных приведет к необходимости обеспечивать работу распределенной информационной среды в условиях кратковременных и длительных
перегрузок. Управление процессами информационного обслуживания пользователей в состоянии перегрузки является одной из функций обеспечения качества обслуживания.
Практически все современное сетевое оборудование, используемое для построения магистральных каналов передачи данных, в той или иной степени поддерживает механизмы качества обслуживания. Активные исследования в данной области ведутся на протяжении последних 15 лет.
Существующие методы качества обслуживания работают на уровне сетей и подсетей и не обеспечивают качество обслуживания на уровне пользователя, что становится необходимым с ростом масштабов и интенсивности использования информационной среды. Таким образом, тематика диссертационной работы является актуальной.
Диссертационное исследование проводилось в рамках НИР «Создание
инфраструктуры единого информационно-телекоммуникационного
пространства области на базе районных консультационно-сервисных пунктов» (тема 1125, № ГР 0120.0 406338, 2003-2004 гг.) и работ по ГК № 1349 «Организация и выполнение работ по комплексному сопровождению процессов информатизации образовательных учреждений регионов (Орловская область, Брянская область, Калужская область)» (2004 г.).
Объектом исследования в данной работе являются процессы информационного обмена в распределенных информационных средах предприятий.
В качестве предмета исследования рассматривается подсистема управления порядком предоставления информационных ресурсов в распределенной информационной среде предприятия.
Цель диссертационной работы: повышение эффективности информационного обмена в распределенной информационной среде предприятия на основе модели обеспечения качества обслуживания на уровне пользователя.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
исследование принципов построения современных распределенных информационных сред и существующих подходов к обеспечению качества обслуживания в них;
разработка и исследование модели обеспечения качества обслуживания в процессе информационного обмена на уровне пользователя;
разработка и исследование структуры подсистемы управления порядком предоставления информационных ресурсов и алгоритмов управления на основе предложенной модели;
реализация подсистемы управления порядком предоставления информационных ресурсов в распределенной информационной среде предприятия на основе предложенного подхода.
Методы и средства исследований. При решении указанных задач использовались методы теории множеств, теории вычислительных процессов, теории графов, теории массового обслуживания, теории сетей Петри, методы математической статистики, методы имитационного моделирования, методы объектно-ориентированного программирования.
Достоверность научных положений и полученных результатов подтверждается их практической реализацией и результатами исследования компьютерной модели.
Научная новизна работы заключается в:
Основанном на семантических приоритетах новом подходе к решению задачи обеспечения качества обслуживания в условиях перегрузки в распределенной информационной среде на уровне пользователя.
Формализованной модели обеспечения качества обслуживания по величине задержки, где в качестве критерия эффективности процессов информационного обмена выступает условие справедливости обслуживания, а в качестве механизма удовлетворения этому условию - правила выбора заявок.
Математических моделях и алгоритмах управления процессами диспетчеризации и обработки заявок на обслуживание, реализующих
предложенную модель качества обслуживания и базирующихся на теории графов и теории сетей Петри.
Практическая ценность работы заключается в:
1. Результатах исследования математической и компьютерной модели
процессов управления предоставлением информационных ресурсов с
поддержкой качества обслуживания на уровне пользователя.
2. Реализации прототипа подсистемы управления порядком
предоставления информационных ресурсов, реализующей функции
управления процессами информационного обмена в распределенной
информационной среде предприятия на основе предложенной модели
качества обслуживания.
Реализация и внедрение результатов работы.
1. Результаты диссертационной работы использовались при построении
и развитии:
корпоративной образовательной информационной среды Орловской области на базе Регионального ресурсного центра;
корпоративной информационной среды УНПК ОрелГТУ;
внутренней корпоративной информационной среды ОАО «РеКом».
2. Результаты диссертационной работы использовались в учебном
процессе кафедры «Информационные системы» Орловского
государственного технического университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» в г. Орле (май 2004 г.), на Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2004» в г. Санкт-Петербурге (июнь 2004 г.), на III Всероссийской научно-практической конференции-выставке «Единая образовательная информационная среда: Проблемы и перспективы развития» в г. Омске (сентябрь 2004 г.), на Межвузовской научно-практической конференции «Вклад науки орловских
вузов в развитие региона: состояние и перспективы развития» в г. Орле (декабрь 2004 г.), на четвертой международной научно-практической интернет-конференции «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» в г. Орле (март-май 2005 г.).
Положения, выносимые на защиту:
Подход к решению задачи обеспечения качества обслуживания в условиях перегрузки в распределенной информационной среде на уровне пользователя, основанный на семантических приоритетах.
Формализованная модель обеспечения качества обслуживания по величине задержки, позволяющая реализовать предложенный подход.
3. Математические модели и алгоритмы управления процессами
диспетчеризации и обработки заявок на обслуживание, реализующие
предложенную модель качества обслуживания на уровне пользователя.
4. Прототип подсистемы управления порядком предоставления
информационных ресурсов в распределенной информационной среде
предприятия, обеспечивающей поддержку качества обслуживания на уровне
пользователя.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, включающего 18 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 124 наименований, 5 приложений.
Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационного исследования, сформулированы цель и задачи работы, отмечена научная новизна и практическая значимость результатов, апробация работы и достоверность результатов, а также дано краткое изложение работы по главам.
В первой главе был произведен анализ:
- основных направлений и перспектив развития распределенных информационных сред предприятий;
основных подходов к обеспечению качества обслуживания, принципов классификации информационных потоков, дисциплин и основанных на них алгоритмов обслуживания очередей с поддержкой качества обслуживания в условиях перегрузки;
специфики обеспечения качества обслуживания в сложных распределенных информационных средах.
По результатам анализа был сделан вывод о необходимости разработки нового подхода к обеспечению качества обслуживания, основанного на смысловых приоритетах и поддерживающего качество обслуживания, ориентированное на конечного потребителя информации.
Во второй главе работы сформулированы основные положения организации обслуживания пользователей в распределенной информационной среде с поддержкой качества обслуживания в условиях перегрузки:
представлена обобщенная архитектура распределенной информационной среды предприятия, обеспечивающая реализацию функций качества обслуживания;
сформулированы требования и описаны особенности работы программного обеспечения с поддержкой функций качества обслуживания;
предложна схема классификации заявок на доступ к информационным ресурсам по критерию важности оперативности доставки информации;
предложена идеальная формализованная модель обеспечения качества обслуживания по величине задержки, включающая в себя: условие справедливости (равномерности) обслуживания и формальные правила обслуживания заявок; осуществлены аппроксимация модели, позволяющая реализовать ее на практике, и приведение модели к иерархическому виду;
- обоснована необходимость реализации механизма управления
потоком с целью предупреждения перегрузок, предложен механизм
управления потоком заявок, основанный на модифицированном (в
соответствии с поставленными задачами) алгоритме произвольного раннего обнаружения.
В третьей главе проведена разработка подсистемы управления порядком предоставления информационных ресурсов в распределенной информационной среде:
разработана структура и определены основные функциональные элементы подсистемы управления порядком предоставления информационных ресурсов;
разработаны алгоритмы управления процессами диспетчеризации и потактовой обработки заявок, построена и исследована математическая модель взаимодействия параллельных процессов алгоритмов управления;
предложено формальное описание процесса управления порядком предоставления информационных ресурсом, построена имитационная модель процесса обработки заявок в подсистеме, проведено ее исследование;
рассмотрены возможности назначения семантических приоритетов на основе традиционных методов экспертной оценки качественных величин.
В четвертой главе работы приведены принципы реализации подсистемы управления порядком предоставления информационных ресурсов на примере корпоративной образовательной информационной среды Орловской области на базе Регионального ресурсного центра:
рассмотрены принципы построения и особенности информационных потоков сетевой инфраструктуры корпоративной образовательной информационной среды Орловской области;
приведена типовая иерархическая структура качества обслуживания и сформулированы принципы интеграции в нее системы классов, основанных на семантических приоритетах;
определены принципы функционирования прототипа подсистемы управления порядком предоставления информационных ресурсов на основе интеграции в типовую структуру потоков http-сервера;
- рассмотрена реализация алгоритмов основных блоков подсистемы, входного и выходного интерфейсов взаимодействия подсистемы с программным окружением сервера, предложена форма описания структуры классов в файле конфигурации, произведена оценка сложности разработанных алгоритмов по времени и по памяти.
В заключении сформулированы основные выводы по результатам работы.
В приложениях приведены: принципы и результаты имитационного моделирования процесса обработки заявок в подсистеме и алгоритмы работы основных блоков подсистемы.
