Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие техники на протяжении всей истории человечества оказывало существенное влияние на устройство общества. В последние годы мощным катализатором технического прогресса принято считать электронику и вьгаислительную технику, которые определяют уровень развития промышленности и экономический потенциал государств. Однако не меньшее влияние на жизнь людей оказывает и бурное развитие средств связи. Широкое распространение мобильной связи стимулировало процессы модернизации систем управления во многих областях экономики - от банковского сектора до охраны здоровья людей, дало толчок процессам интеграции и централизации.
Можно выделить несколько важнейших объективных факторов, способствующих переходу систем управления к централизации. Наиболее значимым, несомненно, является процесс урбанизации, приводящий к повышению концентрации, как людей, так и элементов техносферы, энергии и ресурсов в ограниченном пространстве. Вторым фактором можно считать неуклонный рост числа людей, занятых не в сфере производства, а в сфере обслуживания и управления, что приводит к необходимости минимизировать издержки связанные с этим. Снижение затрат приводит к сокращению числа лиц, занятых управлением, но при этом объем выполняемых ими функций не только не уменьшается, но даже возрастает. Это связано с тем, что процессы урбанизации ведут к росту количества и масштабов последствий чрезвычайных ситуаций как природного, так и техногенного характера, а это и создает высокую нагрузку на операторов систем управления различными службами. Происходит постоянное увеличение экономического и материального ущерба, рост числа погибших и пострадавших при различных катастрофах.
Еще один фактор, способствующий централизации управления, связан с возрастающим дефицитом кадров для диспетчерских служб. Повсеместный переход к компьютеризированным системам управления в таких сферах как медицина, пожарная охрана, полиция, коммунальные службы, только усилил кадровый дефицит.
Доминирующая тенденция развития РСО в различных областях в последнее время затрагивает не только однородные системы, она распространяется и на службы, выполняющие совершенно разные функции. При этом инициаторы могут преследовать разные цели. В одних случаях необходимо минимизировать материальные и финансовые ресурсы, используемые для ликвидации последствий ЧС, а в других
важно повысить эффективность работы РСО и качество обслуживания заявок.
Сложность задач управления РСО заключается еще и в том, что эти структуры должны выполнять свои функции в широком диапазоне изменения нагрузки. Какой же должна быть структура систем управления, способной выдерживать такие нагрузки? Выход в подобных случаях надо искать в их автоматизации.
Разработано большое число информационных систем поддержки принятия решений для различных служб, но сегодня этого уже недостаточно и необходим автоматический синтез управленческих решений, что и определяет актуальность темы диссертации.
Таким образом, основная нагрузка по управлению интегрированными РСО ложится на диспетчерские службы, которые должны оптимально распределить имеющиеся в системе исполнительные единицы между запросами на обслуживание. Становится очевидным, что для эффективного управления необходимо автоматизировать процесс принятия решений, но для большинства оптимизационных алгоритмов именно высокая вычислительная сложность является существенным ограничением при их реализации в системах управления поступающими заявками.
Для решения этой проблемы в работе предложены новые параллельные алгоритмы решения оптимизационной задачи - назначения на узкие места, к которой сводится задача диспетчеризации поступающих заявок в распределенных системах обслуживания.
Цель работы и задачи исследования. Диссертационная работа посвящена вопросам повышения эффективности автоматизированных систем поддержки принятия решений, используемых в диспетчерских службах РСО.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:
-
Анализ принципов построения диспетчерских служб распределенных систем обслуживания, функционирующих в различных областях человеческой деятельности.
-
Формализация задачи диспетчеризации, как оптимизационной задачи.
-
Сравнительный анализ оптимизационных алгоритмов, применяемых для решения задачи назначения на узкие места.
-
Анализ методов реализации оптимизационных алгоритмов на параллельных платформах.
-
Разработка и программная реализация оптимизационных алгоритмов для последовательных и параллельных вычислительных комплексов.
-
Проведение вычислительных экспериментов и анализ эффективности разработанных алгоритмов.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются процессы управления распределенными системами обслуживания.
Предмет исследования составляют алгоритмы, лежащие в основе систем поддержки принятия решений, предназначенные для снижения нагрузки на диспетчеров и повышения эффективности управления ресурсами.
Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы положения общей теории систем, теории множеств, теории вероятностей, теории систем массового обслуживания и языки программирования.
Научная новизна. В диссертации предложены и исследованы новые алгоритмы решения одной из практических оптимизационных задач -распределения заявок в системах обслуживания. Разработанные алгоритмы позволяют повышать эффективность работы РСО за счет увеличения точности решений, формируемых автоматизированной системой поддержки принятия решений. Положения, выносимые на защиту.
-
Анализ методов распределения заявок в системах обслуживания, использующихся в различных областях человеческой деятельности.
-
Сравнительный анализ оптимизационных алгоритмов решения задачи назначения на узкие места (диспетчеризации).
-
Результаты анализа переносимости итерационных алгоритмов дискретной оптимизации на многоядерную платформу.
-
Параллельная реализация случайных алгоритмов оптимизации.
5. Результаты экспериментальных исследований, испытаний и
анализ эффективности предложенных алгоритмов.
Практическая значимость. Подход к повышению эффективности систем поддержки принятия решений, предложенный в работе, основан на совершенствовании алгоритмов диспетчеризации. В качестве аппаратной платформы для реализации ресурсоемких оптимизационных алгоритмов, базирующихся на принципе рандомизации, в работе предложено использовать современные многоядерные процессоры и ускорители. Разработанные алгоритмы инвариантны по отношению к структуре РСО и объектам обслуживания, поскольку исходной информацией для них являются интегральные оценки исполнимости заявки.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы используются на кафедре вычислительной техники НИУ «МИЭТ» при чтении лекций по курсам «Высокопроизводительные вычислительные системы» и «Применение высокопроизводительных вычислительных систем в научных исследованиях».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2009, 2010, 2012", МИЭТ; Международной телекоммуникационной конференции молодых ученых и студентов «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА». НИЯУ МИФИ, 2012; Всероссийской межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, специалистов, преподавателей, аспирантов и студентов "Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем - 2008, 2011", МИЭТ; международных научно-практических конференциях "Информационные технологии, электронные приборы и системы", Минск, 2010; "Современные информационные технологии и ИТ-образование", МГУ, 2010, 2012; "Современные вопросы науки - XXI век", Тамбов, 2011.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 тезисов докладов и 15 статей, в том числе 4 в журналах, входящем в перечень ВАК.
Структура и объём диссертационной работы. Рукопись диссертационной работы объемом 141 страница состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы.
