Введение к работе
Актуальность темы Одной из главных задач Министерства внутренних дел Российской Федерации является повышение эффективности обработки информации в информационных системах с учетом технических возможностей на современном этапе развития В связи с этим в МВД России принята концепция создания «Единой информационно-телекоммуникационной системы органов внутренних дел» на 2005-2008 годы, в рамках которой предполагается переход к использованию принципиально новых информационных систем, способных обеспечивать все возрастающие потребности пользователей
В ходе реализации данной концепции серьезным образом изменяется конфигурация глобальных и локальных ведомственных сетей, осуществляется переход к повсеместному использованию в органах внутренних дел (ОВД) модернизированных информационных систем (ИС), построенных, в том числе, с использованием многопроцессорных технологий Для оценки эффективности функционирования ИС и обоснования выбора варианта модернизации необходимо использовать временные характеристики выполнения запросов пользователей, представляющих собой упорядоченные действия различных технических элементов ИС (исполнителей) по выполнению совокупности взаимосвязанных информационных процессов
ИС ОВД существенно качественно и количественно отличаются друг от друга, что делает невозможным создание единой методики оценки временных характеристик, т к это приводит либо к использованию методов с высокой трудоемкостью и, следовательно, большим временем выполнения, либо к использованию методов, имеющих низкую точность В связи с этим возникает необходимость разработки и обоснования новых математических методов и алгоритмов оценки временных характеристик, учитывающих качественные и количественные характеристики ИС, а также требования к ее модернизации, что и определило актуальность исследования
Диссертация выполнена на кафедре высшей математики Воронежского института МВД России в соответствии с одним из научных направлений института «Разработка методов математического моделирования и численного анализа прикладных задач естествознания»
Объектом исследования являются информационные процессы в ИС ОВД
Предметом исследования выступают математические методы, модели и алгоритмы оптимизации временных характеристик ИС ОВД
Целью диссертационной работы является разработка математических моделей, методов и алгоритмов оценки временных характеристик ИС и создание на этой основе комплекса программ выбора варианта модернизации информационной системы ОВД, а также их внедрение в практическую деятельность подразделений ОВД Для достижения поставленной цели осуществлена оценка современного состояния задачи, анализ научных публикаций по рассматриваемой теме и решены следующие научные задачи
Анализ состава, структуры и условий функционирования ИС ОВД и разработка на этой основе ее структурно-параметрической модели, позволяющей получить оценки временных характеристик
Проведение вычислительных экспериментов по оценки временных характеристик в интересах разработки комплекса математических методов, моделей и алго-
ритмов
3 Разработка математических методов и алгоритмов оценки временных ха
рактеристик к ИС
в условиях жестких временных ограничений,
при заданных временных ограничениях,
без временных ограничений
4 Разработка комплекса математических моделей, методов и алгоритмов оп
тимизации выбора варианта модернизации ИС ОВД
Основные методы исследования Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базировались на использовании аппарата теорий расписаний, графов, выбора и принятия решений, методов оптимизации Общей методологической основой являлся системный подход
Научная новизна При выполнении диссертационного исследования получены следующие новые научные результаты
Разработана структурно-параметрическая модель функционирования ИС ОВД, основанная на использовании взвешенных раскрашенных орграфов информационных процессов, отличающаяся от известных использованием ярусно-параллельного представления для оценки временных характеристик
Осуществлен синтез нового комбинированного алгоритма оценки временных характеристик, основанный на результатах оценки эффективности простых диспетчеров, проведенного для ограниченной совокупности графовых моделей, и экспериментально обоснована его высокая эффективность в общем случае
Разработан комплекс методов и алгоритмов оценки временных характеристик, основанных на использовании точных и приближенных методов теории расписаний, отличающихся от известных приближенных методов более высокой точностью, а от точных - снижением вычислительной сложности
Разработан комплекс математических моделей, методов и алгоритмов оценки эффективности и выбора варианта модернизации ИС, отличающийся от существующих использованием более эффективных методов оценки временных характеристик и обеспечивающий обоснованность выбора
Праісгическая ценность полученных результатов заключается в разработке инструментальных средств в виде информационной системы, обеспечивающей получение оценок временных характеристик для заданной структуры ИС и позволяющей выбирать оптимальный вариант ее модернизации
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы вне
дрены в учебном процессе Воронежского института МВД России, в УВО при ГУВД
по Воронежской области Внедрение результатов подтверждается соответствующи
ми актами і
Апробация работы. Основные методические и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2004г ), Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж 2003, 2005), Всероссийской научно-практической конференции курсантов, слушателей, студентов, адъюнктов и соискателей «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2003, 2004), Российской конференции «Компь-
ютерные технологии автоматизированного проектирования систем машиностроения и аэрокосмической техники» (Воронеж, 2004), Международной научно-практической конференции «Обеспечение общественной безопасности в Центральном федеральном округе Российской Федерации» (Воронеж, 2007), Международной научно-практической конференции «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж, 2007), Региональная научно-практическая конференция «Информационные технологии в науке, технике и образовании» (Воронеж, 2008)
Публикации По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ (7 статей, 7 материалов научных конференций), в том числе 6 работ опубликовано без соавторов
В работах, опубликованных в соавторстве, лично автором получены следующие результаты в [2] - разработана графовая модель, сформулировано и доказано утверждение о соответствии длины критического пути графа оптимальной длине расписания, в [4] - обосновано использование комбинации простых диспетчеров для составления оптимального расписания выполнения последовательности нитей в многопроцессорной системе, в [5] - предложен и обоснован метод локальной оптимизации в планирования выполнения заданий в вычислительных системах реального времени, в [7] - предложен и обоснован способ учета временной погрешности в модели выбора варианта модернизации ИС ОВД, в [11] - разработан алгоритм решения оптимизационной задачи теории расписаний на основе метода динамического программирования, в [12] - разработан метод использования эвристических алгоритмов для нахождения нижних оценок длительности выполнения запросов в РИС методом ветвей и границ, в [13] - проведено аналитическое сравнение точных и приближенных алгоритмов и осуществлен вычислительный эксперимент по выбору наилучшего приближенного алгоритма, в [14] - разработан и обоснован новый подход к использованию генетического алгоритма для решения задачи теории расписаний Работа [13] опубликована в журнале, рекомендованном по списку ВАК
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, изложенных на 142 страницах машинописного текста, 26 рисунков, 3 таблиц, заключения, библиографического списка использованной литературы, содержащего 104 наименования, и 2 приложений
