Содержание к диссертации
Введение
1. Метод имитационного моделирования фунционирования телекоммуникационной системы
1.1. Понятие сложной телекоммуникационной системы 13
1.2. Основные случайные факторы, действующие на процесс функционирования сложной телекоммуникационной системы 19
1.3. Показатели эффективности функционирования сложной телекоммуникационной системы 23
1.4. Принципы имитационного моделирования сложных телекоммуникационных систем 29
1.5. Алгоритмы имитационного моделирования систем массового обслуживания 35
1.6. Порядок построения имитационной модели сложной телекоммуникационной системы 42
1.7. Выводы 45
2. Применение технологии экспертных систем в управлении телекоммуникационной системой
2.1. Принципы создания экспертных систем 47
2.2. Формальные основы экспертных систем 59
2.3. Этапы разработки экспертных систем 62
2.4. Производственных процессы в сложных телекоммуникационных системах 67
2.5. Схемы типовых производственных процессов 75
2.6. Применение технологии экспертных систем в интересах управления реальной телекоммуникационной системой 89
2.7. Выводы 100
3. Имитационное моделирование деятельности телекоммуникационной системы в интересах повышения эффективности управления
3.1. Имитационное моделирование деятельности городского узла электросвязи 102
3.2. Построение имитационной модели функционирования пункта коллективного пользования 116
3.3. Имитационное моделирование деятельности компании ЗАО «Самара Телеком» 143
3.4. Результаты имитационного моделирования 155
3.5. Выводы 161
Заключение 163
Список литературы 167
- Понятие сложной телекоммуникационной системы
- Основные случайные факторы, действующие на процесс функционирования сложной телекоммуникационной системы
- Принципы создания экспертных систем
- Имитационное моделирование деятельности городского узла электросвязи
Введение к работе
Диссертационная работа посвящена рассмотрению круга вопросов, связанных с теоретическим и экспериментальным исследованием процесса функционирования сложной телекоммуникационной системы (ТКС) - крупной региональной компании электросвязи, в интересах повышения эффективности управления ТКС.
Актуальность темы диссертации. Отрасль телекоммуникаций переживает в настоящее время период динамичного роста. Наряду с традиционными видами услуг электросвязи, интенсивно развиваются новые, мобильная связь (включая передачу данных); электронный бизнес и торговля; Интернет; мультимедийные технологии и т.д. При этом каналы и линии связи, служащие для передачи сообщений в виде электрических и радиосигналов, все чаще «срастаются» с компьютерной техникой, что приводит к развитию как у нас в стране, так и за рубежом, единых, разветвленных и достаточно сложных по структуре инфокоммуникационных сетей. Задача эффективного управления этими сетями приобретает возрастающую важность и приводит к необходимости применять на практике такие разделы современной науки, как теории сложных систем, управления и организаций; результаты работ в области искусственного интеллекта.
Современные ТКС являются типичными примерами сложных систем, теория и практика управления которыми в последнее время развивается особенно активно. Это связано с быстрыми темпами компьютеризации и информатизации общества XXI века, где персональные ЭВМ и другие электронно-вычислительные средства не только являются частью большинства производственных комплексов, но и вошли в быт и сферу отдыха людей. Весомый вклад в исследование сложных систем и разработку теории управления ими внесли такие видные специалисты, как Т. Саати, Т. Нейлор, Дж. Форрестер, К. Шеннон, М. Месарович, И. Такахара, П. Джексон; а также отечественные ученые В.М. Глушков, А.И. Берг, Н.П. Бусленко, Н.Н. Моисеев, Д.И. Голенко и многие другие.
Мировой опыт показывает целесообразность применения для повышения эффективности функционирования современных ТКС новых информационных технологий, - это предусматривает, в частности, реинжиниринг производственных процессов (бизнес-процессов) компании, широкое применение информационных систем различного назначения, а также метода компьютерного имитационного моделирования (ИМ) и технологии экспертных систем (ЭС). Среди обширной литературы на эту тему, изданной за последние годы в нашей стране, книги М. Хаммера и Дж. Чампи, Е.Г. Ойхмана и Э.В. Попова, Ю.А. Шебеко, ГЛ. Григоренко и Т.Я. Даниляна, Э.Я. Якубайтиса, Ю.П. Иванилова и А.В. Ло-това, И.Б. Фоминых, А.И. Мишенина, Б.Е. Одинцова, Б.Я. Советова и С.А. Яковлева, ТА. Гавриловой и В.Ф. Хорошевского, В.И. Варфоломеева, А.А. Емельянова, Ю.Ф. Тельнова, а также учебные пособия под редакцией В.В. Дика, А.А. Дородницына, Г.А. Титоренко.
С конца 70-х лет проблема применения методов и средств ИМ для исследования и оптимизации управления в сложных производственных системах освещалась в публикациях Э.М. Димова и его учеников. Одной из первых работ, посвященных рассмотрению данных вопросов применительно к современным ТКС, является монография [4]. Однако особенности создания объектно-ориентированных методов и средств моделирования сложных систем в настоящее время как в теоретическом, так и в практическом плане, изучены недостаточно полно. Поэтому можно считать, что исследование возможности и целесообразности применение двух перспективных информационных технологий: метода ИМ и технологии ЭС для повышения эффективности управления в современных ТКС (к числу которых относится рассматриваемая ТКС регионального уровня Закрытое Акционерное Общество (ЗАО) «Самара Телеком») является актуальным направлением их дальнейшего развития и совершенствования.
Выбор ЗАО «Самара Телеком» в качестве основного объекта диссертационного исследования, помимо указанных общих причин, обусловлен следующими субъективными обстоятельствами. Топ-менеджеры компании (в число которых входит автор диссертации) после критического анализа сложившейся
7 схемы работы ТКС пришли к выводу о необходимости применения технологии ЭС для разработки информационной системы диагностики неисправностей в корпоративной сети (КС) компании, которая активно выступает на региональном рынке в качестве провайдера услуг по передаче данных. Анализ показал, что разработка ЭС для эффективного и экономичного обслуживания сети передачи данных в ТКС является наиболее актуальным, перспективным и выгодным техническим проектом, так как в компании рост объема работ по обслуживанию КС стал заметно превышать рост объема работ по проектированию и внедрению новых сетей. Поскольку с расширением КС за счет внедрения новых сетей возрастает число специалистов, занятых ее обслуживанием, соотношение численности групп развития и обслуживания постоянно растет в пользу группы обслуживания. Напротив, при достаточно высоком уровне обслуживания КС клиенты не уходят от провайдера, а ответственное за этот бизнес-процесс подразделение - группа развития и внедрения работает ритмично и при постоянном спросе на услугу сохраняет свой численный состав. Отсюда был сделан вывод о том, что наиболее эффективным является вложение средств в ЭС, поддерживающие процесс обслуживания (эксплуатации) КС, а не в обеспечение проектирования и внедрения новых сетей.
Таким образом, актуальность темы диссертации подтверждается практическим опытом работы автора и может быть проиллюстрирована на примере выбранной ТКС регионального уровня. В теоретическом плане при этом важно, что метод ИМ позволяет воспроизводить процесс эволюции сложной системы, сохраняя динамику ее функционирования, с учетом стохастичности этого процесса, а также прогнозировать состояние системы в любой момент времени -даже при недостаточности исходной информации, неопределенных условиях и невозможности формализации полученных данных.
Применение метода ИМ для решения задач оптимизации управления стимулируется также тем, что критериями оптимальности сложных систем часто выступают функционалы, трудно поддающиеся определению не только аналитическими, но и численными методами. Использование моделей, имитирую-
8 щих процесс управления, не только упрощает постановку задачи (в том числе выбор параметров оптимизации и набор ограничений), но и дает возможность провести указанную оптимизацию - путем обработки множества реализаций модели при изменении исходных данных и факторов, обусловленных влиянием внешней среды. Анализ возможностей, связанных с использованием метода ИМ не только для исследования, но и для управления ТКС, выполненный в диссертации, также делает ее тематику весьма актуальной.
Научная новизна работы и личный вклад автора. Автором диссертации впервые рассмотрен комплекс вопросов, связанных с разработкой и применением метода ИМ и технологии ЭС для исследования работы реальной ТКС регионального уровня в интересах повышения эффективности управления ТКС. Все научные результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, получены и сформулированы автором лично. Исходные статистические данные, а также результаты ИМ и разработки ЭС для мониторинга КС в рассматриваемой ТКС получены под его руководством и при непосредственном участии. Наличие соавторов отражено в перечне публикаций.
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка методов и средств для комплексного (теоретического и экспериментального) исследования принципов функционирования ТКС в интересах повышения эффективности управления ими на основе применения новых информационных технологий: метода ИМ и технологии ЭС.
Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и решены следующие научно-исследовательские задачи: обосновано применение метода ИМ для исследования процесса работы реальной ТКС регионального уровня с целью повышения эффективности управления ТКС; в интересах ИМ определены и исследованы негативные случайные факторы, влияющие на работу ТКС, а также возможные показатели оценки эффективности функционирования ТКС; разработана технология ИМ процесса работы ТКС с использованием методов и моделей теории массового обслуживания (идентификация законов распределения рассматриваемых случайных величин, анализ и разработка моделирующих алгоритмов и т.д.), применимая для повышения эффективности управления ТКС регионального уровня; разработаны и реализованы имитационные модели основных производственных процессов (бизнес-процессов) в ТКС регионального уровня; обоснована целесообразность применения технологии ЭС в интересах повышения эффективности управления ТКС регионального уровня; выполнены обоснование и постановка задачи проектирования ЭС для мониторинга состояния КС (диагностика неисправностей, анализ эффективности функционирования) ТКС регионального уровня, разработаны функционально-структурные схемы ЭС.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав-разделов, заключения и списка литературы.
Введение содержит краткое изложение основ работы: актуальность темы диссертации и современное состояние вопроса; научная новизна результатов работы и личный вклад автора; цель и задачи диссертационного исследования; объем и структура диссертационной работы; научные результаты, выносимые автором на защиту; сведения об апробации и внедрении полученных научных результатов.
В первом разделе рассмотрены подходы и общие методы ИМ сложных ТКС. Перечислены основные свойства сложных систем, главным из которых, с точки зрения ИМ, является иерархичность их структуры, - что проиллюстрировано на конкретных примерах: современный производственный процесс, телефонная сеть, информационная система. Анализируются детерминированные и случайные факторы, влияющие на процесс функционирования сложной ТКС, а также показатели, используемые при оценке эффективности этого процесса.
Рассмотрены основы ИМ сложных ТКС с использованием метода Монте-Карло, включая вопросы оценки погрешности данного метода. Рассматривают-
10 ся способы «разыгрывания» дискретных и непрерывных случайных величин с заданной точностью воспроизведения типовых вероятностных законов. Отмечается, что для математического описания процессов, протекающих в сложной ТКС, могут быть использованы методы и средства теории систем массового обслуживания (СМО), а также алгоритмы ИМ, разработанные в рамках данной теории. Рассмотрены достоинства и недостатки известных моделирующих алгоритмов. Подробно обсуждается методика построения типовой имитационной модели, рассматриваются особенности компьютерного исследования сложных экономических систем, существенные для анализа эффективности функционирования реальных ТКС.
Во втором разделе излагаются вопросы, связанные с разработкой и реализацией компьютерных ЭС - в интересах исследования условий функционирования и повышения эффективности управления сложной телекоммуникационной системой (компанией электросвязи). Рассматриваются архитектура, рабочие функции и требования к элементам ЭС; формы представления данных и знаний. Обсуждаются технологические этапы разработки ЭС, а также предпосылки их успешного применения в интересах совершенствования методов управления конкретной ТКС - компанией электросвязи.
В соответствии с международной классификацией бизнес-процессов рассмотрены схемы типовых производственных процессов, протекающих в ТКС отечественных компаний электросвязи. Все производственные процессы, подлежащие ИМ, разделены на три основные категории: процессы, связанные с непосредственным предоставлением инфокоммуникационных услуг физическим и юридическим лицам; процессы по организации системы расчетов с клиентами за предоставленные услуги и процессы по оказанию услуг, выходящих за пределы профильной деятельности предприятий - обладателей ТКС.
На примере реальной ТКС - региональной компании ЗАО «Самара Телеком» показана возможность, целесообразность и эффективность применения технологии ЭС при разработке системы диагностики неисправностей в КС компании. Обсуждаются функционально-структурная схема и пути реализации предложенной системы диагностики неисправностей в сети ЗАО «Самара Телеком» с элементами ЭС.
Третий раздел содержит результаты постановки и решения конкретных задач по ИМ производственной деятельности двух сложных ТКС - пункта коллективного пользования (ПКП) городского узла электросвязи (ГУЭС) и компании ЗАО «Самара Телеком». В соответствии с методикой ИМ, в каждом случае формулируются задачи моделирования; дается содержательное описание объекта моделирования; приводятся результаты статистического исследования, на основе которых определяются исходные данные; идентифицируются законы распределения случайных величин, моделирующих случайные факторы; производится разработка математической модели каждого из блоков системы; реализуются соответствующие компьютерные модели; рассматриваются вопросы отладки программ и проверки адекватности моделей реальным объектам; после чего производятся компьютерный эксперимент, статистическая обработка и интерпретация полученных результатов. Заключение содержит выводы, приводимые в каждом из разделов диссертационной работы.
На защиту выносятся следующие научные результаты, полученные в диссертационной работе: доказательство необходимости, возможности и целесообразности применения метода ИМ и технологии ЭС для исследования процесса работы ТКС регионального уровня с целью повышения эффективности управления ТКС; технология ИМ работы ТКС с использованием методов и моделей теории массового обслуживания (включающая идентификацию законов распределения случайных величин, моделирующих негативные влияющие факторы; разработанные моделирующие алгоритмы), применимая для повышения эффективности управления ТКС регионального уровня; имитационные модели производственных процессов (бизнес-процессов) в ТКС регионального уровня, предназначенные для использования при создании объектно-ориентированных ЭС различного назначения;
12 - функционально-структурные схемы ЭС для мониторинга состояния КС (диагностика неисправностей, анализ эффективности функционирования) в ТКС регионального уровня.
Апробация результатов работы и публикации. Основные положения диссертации и полученные автором научные результаты докладывались на VI Международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике» (Пенза, октябрь, 2000); III Межрегиональном научно-практическом семинаре «Современные информационные технологии в бизнесе, науке, образовании» (Тольятти, декабрь, 2000); Международной НТК «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (Москва-Сочи, октябрь, 2001); Международной НТК «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий» (Москва-Сочи, октябрь 2002); VIII и IX Российских научно-технических конференциях ПГАТИ (Самара, март, 2001 и 2002 гг.). Результаты опубликованы в виде 1 монографии, 6 статей; 4 тезисов международных и 4 российских научно-технических конференций.
Реализация результатов работы. Полученные автором научные результаты под его руководством и при непосредственном личном участии внедрены в ЗАО «Самара Телеком» в виде пакетов прикладных программ и других материалов, используемых при управлении данной телекоммуникационной компанией. Они используются также в учебном процессе ПГАТИ на кафедре «Экономические и информационные системы», что подтверждается соответствующими актами внедрения.
Автор благодарен сотрудникам ЗАО «Самара Телеком» и ПГАТИ, оказавшим ему большую помощь в проведении диссертационных исследований и реализации их результатов. Он также выражает глубокую признательность своим научным руководителям - д.т.н., профессору Димову Э.М. и д.т.н., профессору Маслову О.Н. за всестороннюю помощь, поддержку и внимание к его научной работе.
Понятие сложной телекоммуникационной системы
Одной из актуальных проблем современной науки остается разработка и внедрение в практику методов исследования динамики функционирования сложных систем. К этому классу обычно относят крупные технологические, производственные, энергетические, телекоммуникационные комплексы, системы автоматизированного управления, многопроцессорные вычислительные системы и другие объекты [1; 18; 42 и др.].
При исследовании сложной системы возникают задачи, относящиеся не только к свойствам входящих в нее отдельных видов оборудования или аппаратуры, но также и к закономерностям функционирования соответствующего объекта в целом. При этом рассмотрение общесистемных вопросов невозможно без углубления в конкретные аспекты действия отдельных средств. Однако, с точки зрения всей системы, представляют интерес главным образом те свойства ее частей, которые определяют зависимость их от других частей или непосредственно влияют на свойства системы в целом.
По мере увеличения сложности рассматриваемых систем комплексные общесистемные проблемы приобретают все более важное значение. Для объектов крупного масштаба определяющую роль играет структура системы, организация взаимодействия между ее частями, отношения с внешней средой, централизация управления различными средствами и т.д. При этом на второй план отодвигается физическая сущность процессов, протекающих в системе, поскольку в общесистемном плане не так важно, о каком конкретном объекте идет речь: о производственном предприятии, торговой организации или комплексе радиоэлектронной аппаратуры. Изучение комплексных общесистемных проблем выделилось в самостоятельное направление науки, получившее название системотехники [46]. Понятие сложной системы охватывает весьма широкий класс реальных объектов (технических, экономических, социологических, биологических, экологических и др.). В то же время концепция сложной системы, с точки зрения моделирования и управления, может быть различной. Отличительными свойствами сложной системы, с точки зрения моделирования, можно назвать следующие [1;2идр.]:
- рассматриваемая система (объект материального мира) может быть расчленена на конечное число частей (подсистем); каждая подсистема, в свою очередь, может быть расчленена на конечное число более мелких подсистем и т.д. - до получения в результате конечного числа частей, называемых элементами сложной системы, которые по условиям данной задачи не могут быть разделены на части; - элементы сложной системы функционируют не изолированно друг от друга, а во взаимодействии; - свойства сложной системы в целом определяются не только свойствами элементов, но и характером взаимодействия между элементами; - адаптация и самоорганизация, обусловленные наличием управления, часто сложным образом организованного; - сложное взаимодействие с внешней средой; - большое число случайных воздействий; - участие в управлении людей и ЭВМ.
С точки зрения управления, Н.Н. Моисеевым было предложено выделить наиболее важный признак сложности системы, а именно, - иерархичность ее структуры [3; 4; 5; 39]. Как только система становится достаточно сложной, в ней неизбежно возникает иерархическая структура (под этим понимается, что система может быть разбита на отдельные подсистемы и звенья, обладающие самостоятельными правами обработки информации и принятия решений). Подчеркнем, что отнесение исследуемого объекта к разряду простых или сложных во многом является условным и определяется не только его строением, но и теми задачами, которые стоят перед исследованием. Другими словами, объект целесообразно считать сложной системой, если при его изучении основное внимание будет уделяться комплексным, общесистемным вопросам, целесообразно считать сложной системой, если при его изучении основное внимание будет уделяться комплексным, общесистемным вопросам.
В области инфокоммуникаций типичным примером сложной ТКС является телефонная сеть современного города или района. Данная ТКС включает, кроме оконечных устройств - телефонных аппаратов (число которых достигает десятков и сотен тысяч) и сети кабельных каналов, организованных системами передачи, также коммутационные комплексы телефонных станций, комплексы централизованного автоматического обслуживания, автоматического учета стоимости разговоров и т.п. Оборудование типовой квазиэлектронной АТС состоит из коммутационной системы и линейных устройств, оно включает в себя также управляющее устройство - электронную управляющую машину, и различного рода вспомогательное оборудование. Коммутационная система АТС обеспечивает внутристанционную, исходящую, входящую и транзитную связи, каждая из которых осуществляется в два этапа. Первый этап (например, при внутристанционной и исходящей связи, набор номеров от вызывающих абонентов) состоит из операций обнаружения вызова, поиска свободного приемника набора номера, нахождения свободного соединительного пути между вызывающим абонентом и приемником, подключения вызывающего абонента, выдачи ему сигнала ответа станции и приема набора номера от него. Второй этап (непосредственное подключение вызывающего абонента к вызываемому) состоит из операций анализа в центральном управляющем устройстве набранных знаков номера, поиска свободного соединительного пути между абонентами, выдачи команды на включение точек коммутации в коммутирующей системе и установке всех ее элементов в необходимое состояние. Если соединение оказалось невозможным, вызывающему абоненту посылается специальный сигнал. Если же соединение произошло, вызываемый абонент получает сигнал вызова, снимает трубку и начинается разговор. С точки зрения моделирования и управления, коммутационные комплексы телефонных станций выполняют сложную функцию по соединению абонентов между собой. Не менее сложными являются и другие комплексы телефонной сети, например, комплекс централизованного автоматического обслуживания или комплекс автоматического учета стоимости разговоров. Поэтому процесс работы телефонной сети - убедительная иллюстрация функций, выполняемых современными сложными системами.
Основные случайные факторы, действующие на процесс функционирования сложной телекоммуникационной системы
В сложных системах важную роль играют вопросы управления. Управление представляет собой процесс сбора, передачи и переработки информации, осуществляемый специальными средствами. От элементов системы к управляющим устройствам поступает осведомительная информация, характеризующая состояние элементов системы. Кроме того, средства управления могут получать информацию извне в виде управляющих команд от вышестоящих органов управления или воздействий внешней среды. Управляющие устройства перерабатывают всю поступающую к ним информацию. В результате этой переработки синтезируются управляющие команды, которые изменяют состояния и режимы функционирования элементов системы. Часто контуры управления являются замкнутыми и носят характер обратной связи: фактическое значение регулируемого параметра сравнивается со значением этого параметра, требуемым программой управления, а наличие отклонения от программы служит основанием для выработки корректирующих сигналов - управляющей информации [24].
В современных ТКС в качестве средств управления используются ЭВМ, выполняющие функции обработки информации, планирования и оперативного управления процессами, протекающими в сложных системах в соответствии с заданным управляющим алгоритмом. [28]. Если управление ТКС сосредоточено в едином центре, оно называется централизованным. На практике встречаются различные степени децентрализации управления, когда эта функция распределена между главным и периферийными центрами управления, а также свойственна в определенной мере и элементам системы. Особенно серьезное значение имеет правильный выбор степени централизации управления для таких ТКС, где необходима передача в управляющее устройство и переработка больших массивов осведомительной информации, и, кроме того, качество управления существенно зависит от учета состояний всех элементов системы. При этом децентрализация управления позволяет сократить объем передаваемой и перерабатываемой информации, однако в ряде случаев приводит к снижению качества управления.
Отмеченные трудности в значительно меньшей степени проявляются при использовании систем управления с иерархической структурой, для которых характерно наличие нескольких уровней управления. На рис. 1.1 представлена схема иерархической структуры ТКС с двумя уровнями управления. На низшем уровне имеется три управляющих устройства (обозначены номерами 2, 3 и 4). Устройство 2 управляет объектами 5, 6 и 7, устройство 3 - объектами 8 и 9 и, наконец, устройство 4 - объектами 10, 11 и 12. При переходе на высший уровень управления устройства 2; 3 и 4 оказываются управляемыми объектами, а роль управляющего устройства выполняет элемент 1.
Существенным в данном случае является то обстоятельство, что основная масса информации перерабатывается в соответствующих контурах низшего уровня, а на высшие уровни поступают лишь обобщенные данные, характеризующие не отдельные элементы, а целые подсистемы сложной системы.
Реальные сложные системы функционируют в условиях действия большого количества случайных факторов. Источниками случайных факторов являются воздействие внешней среды, а также ошибки, шумы и отклонения различных величин, возникающие внутри системы. Среди факторов внешней среды, наряду со случайными изменениями различных условий (например, погоды), важное место занимают так называемые случайные колебания нагрузки. Применительно к ТКС сюда относятся скопления в случайные моменты времени требований абонентов на телефонные переговоры, другие внезапные перераспределения трафика, неожиданное включение или отключение потребителей электроэнергии и т.п.
В ряде случаев можно ограничиться описанием поведения системы под воздействием случайных факторов «в среднем». Дадим более точную математическую формулировку: пусть М() - среднее значение (математическое ожидание) случайной величины , a M{U) - соответственно среднее значение (математическое ожидание) случайной величины U.
Принципы создания экспертных систем
Системы искусственного интеллекта стали появляться по мере развития ЭВМ, но, в силу недостаточности аппаратного обеспечения, долго не могли получить широкого распространения - особенно в России. Современные ЭС, - их можно также именовать компьютерными информационными системами [4], -появились на основе теории систем искусственного интеллекта [10]. Цель исследований по ЭС состоит в разработке компьютерных программ, которые в решении задач, трудных для эксперта-человека, дают результаты, превосходящие по эффективности решения, полученные экспертом-человеком (эту область науки называют также инженерией знаний).
Экспертные системы предназначены для решения сложных неформализованных задач. Отличие ЭС и систем искусственного интеллекта от обычных информационных систем в том, что в них используется символьный способ представления данных (в отличие от цифрового); а кроме того, используются эвристический и символьный способы решения задач (в отличие от алгоритмического).
Основные преимущества ЭС обусловлены следующими обстоятельствами: - технология ЭС значительно расширяет круг практически значимых задач, которые можно решить на ЭВМ и решение которых способно принести значительный экономический эффект; - технология ЭС является единственным эффективным средством решения глобальных задач традиционного программирования (с учетом длительности расчетов; стоимости разработки сложных приложений; стоимости сопровождения сложных систем и т.д.); - объединение технологии ЭС с технологией традиционного программирования позволяет резко повысить качество программных продуктов (которые могут выполняться самими пользователями); - технологии ЭС могут играть основную роль при проектировании информа ционных систем; а также в сфере производства, распространения, продажи и оказания услуг в любых конкретных областях. Они могут обеспечить рево люционный прорыв в интеграции приложений для решения любых сложных, в том числе неформализуемых задач, - однако при этом не отвергают тради ционные подходы к проектированию компьютерных систем. Заметим, что особенности неформализуемых задач состоят в следующем: - они не могут быть заданы в цифровом виде; - для них нет целевых функций; для них обычно не существует алгоритмических решений; - если алгоритмическое решение существует, его невозможно использовать (не хватает времени, памяти ЭВМ и т.п.); - при постановке и решении данных задач часто имеют место ошибочность, ! неоднозначность и противоречивость информации как о предметной области, так и о методе решения; - задачи отличаются чрезмерно большой размерностью (перебор альтернативных вариантов очень велик); - часто имеется необходимость решать задачи в динамике. Перечень типовых задач, решаемых ЭС, включает [11]: - извлечение информации из первичных данных (таких как сигналы, посту пающие от космического аппарата, гидролокатора и т.п.); диагностика неисправностей и отклонений от нормального режима работы (как в технических системах, так и в организме человека); - структурный анализ сложных объектов (например, химических соединений); - выбор конфигурации сложных многокомпонентных систем (например, распределенных компьютерных систем); планирование последовательности выполнения операций, приводящих к заданной цели (например, выполняемых промышленными автоматическими и кибернетическими устройствами). Хотя известны и «обычные» программы, специализирующиеся на задачах из представленного перечня (или аналогичных им в смежных областях), имеется существенная разница между «обычным» подходом и подходом, который предлагается в сфере искусственного интеллекта. Поэтому ЭС можно выделить в отдельный, достаточно самостоятельный класс программ (хотя четкого формального определения ЭС, которое бы удовлетворило всех специалистов, в настоящее время не существует). Однако известны важные общие признаки, присущие в той или иной степени всем ЭС.
Характеристики ЭС. Экспертная система отличается от прочих прикладных программ наличием следующих признаков: она моделирует не столько физическую (или какую-то иную) природу определенной предметной области, сколько механизм мышления человека применительно к решению задач в этой предметной области. Это существенно отличает ЭС от систем математического моделирования или компьютерной анимации. Хотя программа не может полностью воспроизвести психологическую модель специалиста в конкретной предметной области (эксперта), важно, что основное внимание при этом уделяется воспроизведению компьютерными средствами методики решения проблем, которая применяется экспертом, то есть выполнению некоторой части задач так же (или даже лучше), как это делает эксперт; - система, помимо выполнения вычислительных операций, формирует определенные соображения и выводы, основываясь на тех знаниях, которыми она располагает. Знания в ЭС представлены, как правило, на некотором специальном языке и хранятся отдельно от собственно программного кода, который и формирует выводы и соображения (этот компонент ЭС принято называть базой знаний - БЗ); - при решении задач основным «инструментарием» являются эвристические и приближенные методы, которые, в отличие от алгоритмических, не всегда гарантируют успех. Эвристика в данном случае отображает и в машинном виде представляет некоторое знание, приобретенное человеком по мере на 50 копления практического опыта решения аналогичных проблем. Такие методы являются приближенными в том смысле, что, во-первых, они не требуют исчерпывающей исходной информации, а во-вторых, существует только определенная степень уверенности (или неуверенности) в том, что предлагаемое решение является верным.
Существуют также существенные отличия ЭС от других видов программ из области искусственного интеллекта: - ЭС имеют дело с предметами реального мира, операции с которыми обычно требуют наличия значительного опыта, накопленного человеком. Множество программ из области искусственного интеллекта являются сугубо исследовательскими, и основное внимание в них уделяется абстрактным математическим проблемам или упрощенным вариантам реальных проблем (иногда их называют «игрушечными» проблемами), а целью выполнения такой программы является «повышение уровня интуиции» или отработка методики. В отличие от них, ЭС имеют ярко выраженную практическую направленность в научной или коммерческой области; - одной из основных характеристик ЭС является ее производительность, то есть скорость получения результата и его достоверность (надежность). Исследовательские программы искусственного интеллекта могут и не быть очень быстродействующими, в них можно примириться и с существованием отказов в отдельных ситуациях - поскольку это инструмент исследования, а не программный продукт. В отличие от них, ЭС должна за приемлемое время найти решение, которое было бы не хуже того, которое может предложить специалист в данной предметной области.
Имитационное моделирование деятельности городского узла электросвязи
В качестве объекта имитационного моделирования будем рассматривать городской узел электросвязи (ГУЭС), который является филиалом ОАО «Связьинформ» в одном из центральных регионов России. ГУЭС не является юридическим лицом и представляет собой структурное подразделение ОАО «Связьинформ», осуществляющее полномочия в пределах, установленных региональной компанией.
Предприятие предоставляет (реализует и продает) своим клиентам, - как юридическим, так и физическим лицам, следующие виды услуг электросвязи: - услуги местной городской телефонной связи; - услуги междугородной и международной телефонной связи; прием, передача и доставка телеграмм, услуги по абонентскому телеграфированию; - услуги проводного вещания; - создание телекоммуникационных сетей для передачи информации различного вида (речевая, данные, факсимильная, телеграфная и др.), - службы телематики («Телекс»; «Видеотекст»; «Телефакс», радиотелефонная связь), механизация и автоматизация производственных процессов; - создание пунктов коллективного пользования услугами связи «Интернет» и других информационных сетей; - обеспечение радиообслуживания (звукоусиление) массовых мероприятий по заявкам предприятий, учреждений и организаций на договорных началах; выполнение маркетинговых исследований, рекламная деятельность; обслуживание по договорам средств телефонной и радиосвязи, радиовещания и телевидения других организаций и предприятий; - осуществление инвестиционной, посреднической и торгово-закупочной деятельности.
ГУЭС можно рассматривать как многоуровневую иерархическую систему, состоящую из взаимодействующих подразделений и лиц, наделенных правом принимать необходимые решения. Организационная структура предприятия представлена на рис.3.1. В данной структуре можно выделить следующие уровни управления: высший уровень, представленный директором предприятия, который, в свою очередь, подчиняется генеральному директору ОАО «Связьинформ» региона; - средний уровень, который составляют заместители директора, главный инженер, начальник отдела экономики и прогнозирования, начальник отдела программирования и отдел кадров; оперативный уровень, представляемый всеми остальными отделами и подразделениями (телеграф; МТС; ГТС; пункты приема абонентской платы и телеграмм; расчетные группы и т.д.).
Высший уровень управления ориентирован в первую очередь на разработку стратегических направлений и целей развития ГУЭС, координацию деятельности в масштабе предприятия, принятие важнейших производственно-хозяйственных решений. Директор ГУЭС осуществляет непосредственное управление деятельностью предприятия на основе единоначалия и социального партнерства. В его непосредственном подчинении находятся главный инженер, два заместителя, начальник отдела экономики и прогнозирования, главный бухгалтер, начальник отдела программирования, отдел кадров и вспомогательные службы, составляющие средний уровень управления.
Постановка задачи имитационного моделирования. Деятельность любой компании можно разбить на бизнес-процессы [4; 48-49 и др.]. Каждый бизнес-процесс представляет собой множество внутренних видов деятельности, начинающихся с одного или более входов и заканчивающихся на выходе созданием продукции, необходимой клиенту. Назначение каждого бизнес-процесса состоит в том, чтобы предложить клиенту продукцию или услугу, полностью удовлетворяющую его по качеству, стоимости и сервису. При этом клиентами бизнес-процесса могут быть не только клиенты компании, но и другие процессы, протекающие в ее внешнем окружении.
В работе рассматриваемого ГУЭС можно выделить три наиболее крупные сферы бизнеса: предоставление услуг, маркетинговая и финансовая виды деятельности. Предоставление услуг - это бизнес-процесс, осуществляющий обслуживание клиентов. Маркетинг - бизнес-процесс, способствующий распространению на рынке информации о компании и предоставляемых ею услугах. Финансы - бизнес-процесс, описывающий движение капитала и денежных средств в компании.
Остановимся на бизнес-процессе по предоставлению услуг, поскольку он является основным в деятельности ГУЭС. В нем можно выделить более мелкие бизнес-процессы такие как предоставление услуг городской телефонной связи; услуг по приему и передаче телеграмм; предоставление услуг междугородной и международной телефонной связи; услуг проводного вещания и т.п. - это услуги, предоставляемые отделами оперативного уровня управления. Особого внимания заслуживает пункт коллективного пользования (ПКП), входящий в состав телеграфа. Это подразделение ГУЭС является достаточно «молодым» и наиболее перспективным. В настоящее время ПКП оказывает комплекс услуг, необходимых предприятиям, ведомствам, банкам, фирмам, а также частным лицам, в число которых входят: - отправка факсимильных сообщений по электронной почтен, состоящая из передачи сообщений в текстовом формате на факс-аппарат адресата с использованием услуги факсимильной доставки электронной почты; - отправка текстовых сообщений по телексу, АТ-50 с использованием соответ ствующих услуг электронной почты; - отправка и прием почтовых сообщений абонентов ПКП по электронной почте «Глобал Один»; - отправка и прием факсимильных сообщений через региональную сеть; - отправка и прием почтовых сообщений абонентов ПКП по электронной почте сети «Интернет»; - прием факсимильных сообщений для абонентов ПКП, - работа клиента в сети «Интернет» на компьютере ПКП; - информационное обслуживание клиентов ПКП: данная услуга является наиболее перспективной услугой ПКП, используя возможности глобальной телекоммуникационной сети «Интернет», в которую имеют возможность входить через шлюзы различные региональные и научные сети всего мира. Доступ к информационным ресурсам «Интернет» позволяет оперативно получать разнообразную информацию в виде текстовых, графических и звуковых файлов; - размножение документов на множительной технике, - размещение объявлений клиента на электронных досках объявлений или в телеконференциях «Интернет»; - оказание клиенту помощи в оформлении документов различных видов сложности: набор текстов различных видов сложности и последующая их распечатка на принтере, изготовление визиток, праздничных адресов, поздравлений, сканирование изображений и т.д.
