Введение к работе
Актуальность работы.
Существует класс систем управления и обработки информации, для анализа и оптимизации которых используется специальное математическое обеспечение: полиномиальные модели, степень переменных которых по модулю не превышает единицу. Для такого рода моделей характерно присутствие двух базовых компонент, которые при наличии в системе единственной входной и единственной выходной величин представляются следующим образом: первая компонента отражает возрастание значения выходной величины с ростом значения входной величины; вторая компонента является обратной по отношению к первой и отражает уменьшение значений выходной величины с ростом значений входной. Каждая из описанных компонент в реальной системе управления и обработки информации представлена соответствующим процессом, параметр которого является инструментом оптимизации математической модели. Указанные процессы семантически противоположны, протекают синхронно и непрерывно и являются имманентными свойствами функционирующей системы управления и обработки информации.
Использование математического обеспечения для оптимизации параметров или процессов систем управления и обработки информации наряду с очевидными достоинствами имеет ряд недостатков: сложность реализации, относительная ресурсоёмкость, требование высокой квалификации субъекта исследования. Существенно сократить затраты времени реализации и повысить качество математического обеспечения возможно посредством использования обобщенных математических моделей, алгоритмы реализации и методы исследования которых известны и изучены, а для некоторых случаев выделены эффективные алгоритмы поиска решения.
Из множества прикладных задач, описываемых рассмотренными полиномиальными моделями, особую актуальность приобретает задача управления антивирусным сканированием, ввиду отсутствия систем оптимального управления сканерами, построенных на основе математического и системного анализа данной проблемы и возрастающей потребности в них как пользователей персональных компьютеров, так и операторов автоматизированных системах управления технологическим процессом (АСУ ТП). Учитывая необходимость в построении математического и алгоритмического обеспечения систем оптимального управления и обработки информации указанного класса, возникает и требует решения задача обобщенного исследования полиномиальных моделей, степень переменных которых по модулю не превышает единицу, с учетом прикладной ориентации на разработку системы оптимального управления антивирусным сканированием.
Объект исследования: системы управления и обработки информации, описываемые полиномиальными моделями, степень переменных которых по модулю не превышает единицу.
Предмет исследования: обобщенные полиномиальные модели систем управления и обработки информации, степень переменных которых по модулю не превышает единицу; методы их оптимизации и алгоритмы реализации.
Целью работы является разработка обобщенного подхода к анализу и исследованию класса систем управления и обработки информации, описываемых полиномиальными моделями, степень переменных которых по модулю не превышает единицу, и создание на его основе специального математического и алгоритмического обеспечения систем указанного класса. Для достижения сформулированной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
описание полиномиальных моделей специального вида и анализ областей приложения отрасли информационных технологий;
-
разработка математических моделей функционирования систем управления и обработки информации рассмотренных областей приложения;
-
выбор моделей, наиболее полно описывающих изучаемый процесс и исследование их свойств с применением эффективных процедур поиска решения;
-
составление алгоритма автоматизированного оптимального управления антивирусными сканерами на основе построенных математических моделей и результатов их исследования;
-
программная реализация разработанных алгоритмов, с учетом специфики типовых АСУ ТП.
Методы исследования. В работе использовались методы системного и математического анализа, теории множеств, математическое моделирование, методы оптимизации, математической статистики, экспериментальные исследования в промышленных условиях.
Информационной базой работы выступили научные обзоры, материалы периодической печати, нормативные документы, официально опубликованные данные российской и зарубежной статистики, доклады и материалы международных НТК, результаты патентных исследований, а также, аналитические обзоры и прогнозы развития отрасли связи и информатизации и др.
Диссертация по своему содержанию соответствует Паспорту специальности 05.13.01 – «Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)» пункт 5. Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации.
Научная новизна работы заключается в следующих результатах:
-
в результате анализа ряда моделей, используемых в различных предметных областях, показана их сводимость к полиномиальной модели, степень переменных которой по модулю не превышает единицу;
-
получено аналитическое решение, позволяющее определить стратегию управления в исследуемых предметных областях, в том числе в оптимальном управлении антивирусным сканированием, исследование которого показало сводимость к предложенной модели;
-
сформулированы и доказаны утверждения, устанавливающие единственность оптимального значения частоты запуска сканирования, а также аналитические выражения, позволяющие определить оптимальные значения параметров процесса работы антивирусного сканера в зависимости от его характеристик;
-
разработаны математическое и алгоритмическое обеспечение, а также функционально-модульная схема системы управления антивирусными сканерами, реализующие выбор оптимальных значений параметров функционирования антивирусных сканеров в зависимости от их характеристик.
Практическая значимость состоит в следующем:
-
разработаны и испытаны алгоритмы и соответствующие программные комплексы, реализующие оптимальное управление антивирусным сканированием;
-
исключается необходимость поиска решения моделей сводимых к рассмотренному полиному, что облегчает работу исследователя;
-
результаты работы внедрены на НПК «Югцветметавтоматика», созданные программные продукты осуществляют оптимальное управление средствами защиты ЭВМ, включенных в производственный процесс, что позволяет получить выигрыш полезного времени около 12%, ожидаемый экономический эффект 475 тысяч рублей в год.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается полным совпадением ожидаемых и полученных в процессе практического применения созданного подхода к управлению антивирусным сканированием результатов; соответствием предложенных моделей и алгоритмов классическим положениям теорий оптимизации и управления; эффективностью разработанных способа адаптивного управления пакетом антивирусных сканеров и системы его реализации (положительное решение о выдаче патента на изобретение от 27.02.2012).
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: X Международная научно-техническая конференция «ИТ – технологии. Развитие и приложения» (г. Владикавказ, 2009); Окружной инновационный конвент, проведенный в рамках конкурса «Зворыкинский проект» (г. Нальчик, 2010); ХI Международная юбилейная научно-техническая конференция «ИТ – технологии: развитие и приложения», (г. Владикавказ, 2010); Всероссийский молодежный образовательный Форум «Селигер-2011», секция «Инновации и техническое творчество» (Тверская область, 2011); ХII Международная научно-техническая конференция «ИТ – технологии. Развитие и приложения» (г. Владикавказ, 2011); Ежегодные научно-технические конференции СКГМИ (ГТУ) и семинары кафедры «Автоматизированной обработки информации» (г. Владикавказ, 2009-2011 гг.).
Основные исследования выполнялись в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (2009-2011 гг.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе: 3 – в ведущих рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК, и один патент РФ на изобретение (решение о выдаче от 27.02.2012 по заявке №2011104970 от 10.02.2011).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 142 наименований. Основной текст работы изложен на 155 страницах машинописного текста, включая 27 рисунков и 6 таблиц.
