Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
I 1. МУЛЬТИВЕРСИОННОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 10
-
Программный компонент систем управления и обработки информации 10
-
Надежность функционирования программного обеспечения 14
-
Надежностная характеристика программного модуля 14
-
Обеспечение надежности программ с помощью введения избыточности 20
1.3. Мультиверсионное программирование как методология
проектирования отказоустойчивого программного обеспечения систем
управления и обработки информации 25
2. МУЛЬТИВЕРСИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-
УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ 32
2.1. Постановка задачи оптимизации формирования
мультиверсионных программных систем 33
-
Постановка задач синтеза оптимальных модульных систем управления и обработки данных 33
-
Критерии и ограничения при решении задач синтеза оптимальных модульных систем управления и обработки данных 34
2.2. Оптимизационные модели формирования мультиверсионного
5' программного обеспечения информационно-управляющих систем 38
-
Формирование оптимального состава модулей однофункциональной мультиверсионной программной системы 40
-
Формирование оптимального состава модулей однофункциональной мультиверсионной программной системы с избыточностью 43
-
Формирование оптимального состава модулей многофункциональной мультиверсионной программной системы 45
-
Формирование оптимального состава модулей многофункциональной мультиверсионной программной системы с избыточностью 47
Ь 3. ФОРМИРОВАНИЕ МУЛЬТИВЕРСИОННЫХ СИСТЕМ С
УЧЕТОМ ЗАВИСИМОСТИ МУЛЬТИВЕРСИЙ 51
-
Двухэтапная модель проектирования оптимального по составу мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем 51
-
Метод формирования мультиверсионной программной системы с учетом совместного использования мультиверсий 53
-
Факторы и ограничения при многоатрибутивном выборе компонент мультиверсионных программных систем 54
-
Метод многоатрибутивного формирования мультиверсионных программных систем с взаимосвязанными мультиверсиями 56
>
4. МНОГО АТРИБУТИВНЫЕ МЕТОДЫ ВЫБОРА ПРОЕКТОВ
МУЛЬТИВЕРСИОННЫХ СИСТЕМ 64
-
Линейный метод назначения 64
-
Метод простого суммарного взвешивания 70
-
Метод ELECTRE 74
-
Метод упорядоченного предпочтения через сходство с
идеальным решением 84
5. СИСТЕМА КОМПЬЮТЕРНОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ
РЕШЕНИЙ ПРИ МНОГОАТРИБУТИВНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ
МУЛЬТИВЕРСИОННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ИУС 91
-
Функциональное назначение система поддержки принятия решений и область ее применения 91
-
Интерфейс системы поддержки многоатрибутивного принятия решений 92
-
Решение задачи формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющей системы 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 105
ПРИЛОЖЕНИЯ 117
Введение к работе
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, проведение которых только на аппаратной базе нецелесообразно.
Область применения информационно-управляющих систем 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 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 пред проектировщиком задачу принятия решений по выбору оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения с учетом, как правило, ряда критериев. V Выбор лучшего варианта программного обеспечения из всего множества возможных реализаций позволяют произвести методы ф многоатрибутивного принятия решений, ориентированные на класс задач, где множество альтернатив дискретно и конечно. Однако зачастую в задачах принятия решений невозможно найти наилучший вариант - результатом работы метода принятия решений является множество недоминируемых у альтернатив. В этом случае, выбор лучшего варианта производит лицо, принимающее решение (ЛПР).
Формирование недоминируемого множества вариантов состава программного обеспечения информационно-управляющих систем и выбор лучшего с точки зрения ЛПР варианта затруднительно без средств автоматизации принятия решений. Поэтому возникает техническая проблема - создание системы поддержки принятия решений, которая бы позволила найти оптимальный вариант формирования мультиверсионного J программного обеспечения. :'. Поддержка принятия решения предполагает многовариантность решений, предлагаемых ЛПР к оценке и выбору. В связи с этим необходимо разработать модель и ряд методов многоатрибутивного принятия решений по выбору версий программных модулей и состава программного обеспечения информационно-управляющих систем, что является научной проблемой. Уверенность в решении данных технической и научной проблем ф базируется на анализе результатов научных исследований и практических экспериментов российских и зарубежных ученых в области мультиверсионного проектирования, многоатрибутивного принятия решений, а также улучшения отказоустойчивости и повышения уровня надежности систем управления и обработки информации. К ним можно отнести работы Л.А. Растригина, В.В. Липаева, И.В. Ковалева, Р.Ю. Царева, ) Б.У. Боэма, А.А. Авижениса, Е.К. Гросспитча.
Объектом диссертационного исследования являются информационно-управляющие системы.
Предмет исследований - мультиверсионное программное обеспечение.
Цель диссертационного исследования состоит в разработке системы поддержки принятия решений при многоатрибутивном выборе версий программных модулей избыточного программного обеспечения информационно-управляющих систем.
Поставленная цель достигается путем решения следующих задач: формализации задач формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем; разработки обобщенной модели формирования мультиверсионных программных систем; анализа современных методов многоарибутивного принятия решений, с целью их применения для решения обобщенной модели формирования мультиверсионного программного обеспечения; разработки алгоритмов реализации многоатрибутивных методов выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем; программной реализации алгоритмов многоатрибутивного принятия решений в виде системы поддержки принятия решений по выбору состава мультиверсионных информационно-управляющих систем.
Методы исследования. Основные теоретические и прикладные результаты работы получены на основе методологии системного анализа и мультиверсионного проектирования программных средств. Также были использованы методы оптимизации и многоатрибутивного принятия решений.
Научная новизна работы:
Разработана обобщенная двухэтапная модель выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, позволяющая выделить множество недоминируемых вариантов программного обеспечения и определить наилучший вариант.
Предложен метод формирования многоцелевой мультиверсионной программной системы, учитывающий возможность совместного использования отдельных версий модулей разными программами.
Выполнена модификация предложенного метода для учета надежностного фактора при формировании многоцелевого программного обеспечения с избыточностью.
Разработана и программно реализована система поддержки принятия решений при многоатрибутивном формировании мультиверсионных информационно-управляющих систем.
Значение для теории. Результаты, полученные при 'выполнении диссертационной работы, имеют существенное значение для развития методов поддержки принятия решений при разработке и проектировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, обладающего взаимозависимостью программных и аппаратных ресурсов, а также многоатрибутивных моделей, методов и алгоритмов, направленных на формирование оптимальных по составу программных систем с избыточностью.
Практическая ценность. Разработанная в диссертации система поддержки принятия решений позволяет автоматизировать процесс выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем на этапе проектирования. Система позволяет создавать системы управления и обработки информации, обладающие высоким уровнем надежности, которые могут применяться в различных областях науки и производства.
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 при проектировании мультиверсионных информационно-управляющих систем на практике. 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 СибГАУ (2005-2006 гг.) и НИР НИИ СУВПТ (2004-2006 гг.), финансируемых из средств федерального бюджета.
Материалы диссертационной работы введены в учебные курсы и используются при чтении лекций для студентов кафедры ЮНЕСКО Красноярского государственного технического 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.
На защиту выносятся:
Обобщенная двухэтапная модель мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем.
Модифицированный метод формирования мультиверсионного программного обеспечения, который позволяет учесть надежностый фактор при формировании многоцелевого программного обеспечения с избыточностью.
Система поддержки принятия решений, позволяющая автоматизировать процесс выбора оптимального состава мультиверсионных информационно-управляющих систем на этапе проектирования.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы прошли всестороннюю апробацию на международных и всероссийских научных, научно-практических и научно-технических конференциях. В том числе, на XI Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» (Томск, 2004), на ежегодной заочной конференции РАЕН «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Москва, 2004), на Всероссийской научно-технической конференции «Молодежь и наука: начало XXI века» (Красноярск, 2005), на одиннадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика» (Красноярск, 2005), на IX Международной научной конференции «Решетневские чтения» (Красноярск, 2005), на Шестой Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2006), на V Всероссийской научно-практической конференции «Недра Кузбасса. Инновации» (Кемерово, 2006), на XI Международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Кемерово, 2006).
