Введение к работе
Актуальность работы
Современный уровень развития систем управления и обработки информации привел к интеграции программного обеспечения в состав информационно-управляющих систем, в которых функции обработки данных и выдачи соответствующих управляющих воздействий обеспечиваются программными средствами. Объясняется это тем, что процесс управления может вовлекать сложные расчеты данных большого объема, выполнение которых только на аппаратной базе нецелесообразно.
Область применения информационно-управляющих систем (ИУС) определяет требования по надежности к данным системам. Существует ряд областей, где отказ системы управления может привести к значительным финансовым и материальным убыткам, а также нанести урон здоровью и жизни людей. Поскольку, обработка информации выполняется посредством программного обеспечения, то от его надежности непосредственно зависит надежность всей системы управления и обработки данных.
Одной из наиболее перспективных и уже положительно зарекомендовавших себя методологий обеспечения высокой надежности и отказоустойчивости программного обеспечения (ПО) является мультиверсионное проектирование. Данная методология основывается на принципе программной избыточности, введение которой позволяет существенно повысить уровень надежности программной составляющей информационно-управляющих систем.
Большое количество модулей программного обеспечения сложной информационно-управляющей системы, их дополнительные избыточные версии, а также ограничения реального мира такие, например, как стоимость, ставят перед проектировщиком задачу принятия решений по выбору оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения с учетом, как правило, ряда критериев.
На данный момент в большинстве методологий, посвященных проблеме мультиверсионного программного обеспечения, принимается, что надежность того или иного модуля известна заранее, и задачей таких методов является выбор состава ПО из нескольких альтернатив по заданным параметрам.
Однако практика показывает, что в реальной ситуации предсказать надежность будущего ПО невозможно. Для того чтобы получить объективную оценку надежности программного модуля, нужно его протестировать, после того как он будет разработан. С другой стороны, выполнить полный цикл разработки всех рассматриваемых мультиверсии, и точно оценить надежность каждой - значит потратить огромное количество средств и полностью отказаться от задачи мультиверсионного выбора, так как если все мультиверсии уже разработаны и готовы к эксплуатации, то становится нецелесообразным выбирать из них какое-то определенное подмножество.
Поэтому, возникает научная проблема - разработать модели и методы принятия решений по выбору версий программных модулей, учитывающие оценку надежности элементов, начиная с самых ранних этапов их жизненного цикла (ЖЦ), и определяющую целесообразность продолжения разработки отдельных модулей в
соответствии с требованиями по надежности системы и с ограниченным набором ресурсов. Создание компьютерной системы поддержки принятия решений на основе разработанных методов позволит найти оптимальный вариант формирования мультиверсионного программного обеспечения с минимальными затратами на оценку их надежности.
Целью диссертационной работы является разработка новой технологии проектирования мультиверсионных информационно-управляющих систем, учитывающей оценки математического ожидания надежности и дисперсии надежности мультиверсий на всех итерациях жизненного цикла системы Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ и формализация задач оценки надежности компонентов ПО ИУС;
формализация постановок задач формирования состава мультиверсий ПО
ИУС;
разработка метода формирования оптимального состава ПО ИУС,
учитывающего оценки дисперсии и квантильные оценки надежности;
разработка метода принятия решений о продолжении или прекращении
жизненного цикла мультиверсий;
реализация разработанных алгоритмов и программного обеспечения в рамках
системы поддержки принятия решений при формировании высоконадежных
информационно-управляющих систем.
Методы исследования. При выполнении работы использовались методы анализа данных, методы оптимизации, теории вероятностей и многоатрибутивные методы принятия решений.
Научная новизна работы:
Предложен новый метод получения квантильных оценок надежности ПО ИУС для различных вариантов системы на каждой итерации её жизненного цикла.
Предложена итеративная процедура принятия решений о продолжении жизненного цикла мультиверсий, основанная на оценке вероятности принятия варианта ПО, содержащего данную мультиверсию.
Разработана комплексная система принятия решений, предназначенная для формирования высоконадежных мультиверсионных программных средств информационно-управляющих систем.
Значение для теории. Данный подход к формированию отказоустойчивых ИУС и предложенные методы оценки качества ПО имеют существенное значения для развития методов и алгоритмов оценки эффективности, качества и надежности сложных систем.
Практическая ценность. Разработанная в диссертации система анализа надежности, принятия решений о сокращении рассматриваемого множества мультиверсий и выбора оптимального состава мультиверсий предоставляет
разработчикам инструментарий, обеспечивающий качественный состав мультиверсионной программной системы при множестве альтернатив мультиверсий с учетом индивидуальных особенностей проекта ИУС и его ограничений.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием методологии мультиверсионного проектирования и теоретических методов многоатрибутивного принятия решений при обосновании полученных результатов, выводов, рекомендаций и успешной апробацией и демонстрацией возможностей разработанной системы поддержки многоатрибутивного принятия решений на модельных примерах.
Реализация результатов работы.
Диссертационная работа выполнялась по проектам межотраслевых программ Минобразования России и Минатома России по направлению «Научно-инновационное сотрудничество» (проект VII-12), а также в рамках тематического плана НИР НИИ СУВПТ (2004-2007 гг.), финансируемых из средств федерального бюджета.
Материалы диссертационной работы введены в учебные курсы и используются при чтении лекций для студентов кафедры ЮНЕСКО Сибирского федерального университета по дисциплинам «Многоатрибутивное принятие решений при формировании мультиверсионных программных средств» и «Методы принятия решений в сложных системах».
На основе математических методов и алгоритмов был разработан комплекс программ, предназначенных для поддержки многоатрибутивного принятия решений при проектировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем. Программные системы прошли экспертизу и зарегистрированы в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП), что делает их доступными широкому кругу специалистов по системному анализу и проектировщиков программного обеспечения систем управления и обработки информации. Перечень зарегистрированных программных разработок приведен в конце автореферата.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы прошли всестороннюю апробацию на международных и всероссийских конференциях, научных семинарах и научно-практических конференциях. В том числе:
на Международной научно-практической конференции «Решетневские чтения», г. Красноярск, 2005 г.;
на Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное развитие регионов Сибири» г. Красноярск, 2006 г.;
на Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» г. Кемерово, 2006 г.;
на Международной научно-технической конференции «Информационные технологии и математическое моделирование», г. Анжеро-Судженск, 2006 г.;
на Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве», г. Орел, 2006 г.;
на Всероссийской научно-технической конференции «Молодежь и наука», г. Красноярск, 2006 г.;
на Всероссийской научно-технической конференции «Недра Кузбасса», г.
Кемерово, 2006 г.;
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них: 1 статья в журнале по Перечню ВАК РФ, 1 монография, 8 статей в межвузовских сборниках, 6 работ опубликованы в материалах всероссийских и международных конференций. Полный список публикаций представлен в конце автореферата.
Общая характеристика работы. Диссертация содержит основной текст на 127 с, 16 иллюстраций, приложения на 13 с, список использованной литературы из 122 наименований.
