Введение к работе
Актуальность. В управлении экономикой и в обеспечении обороноспособности России и развитых зарубежных государств проблемно-ориентированные территориальные системы управления (СУ) имеют важное и постоянно возрастающее значение, поскольку решение с необходимым качеством многих жизненно важных для указанных стран задач без эффективного функционирования соответствующих территориальных СУ становится практически невозможным Разработка и создание перспективных СУ и замена ими устаревших СУ по сути означают смену устаревшего поколения СУ новым перспективным поколением СУ, которое должно строиться на основе появившихся за время функционирования предыдущего поколения СУ соответствующих информационных и телекоммуникационных технологий, аппаратных и программных средств для вычислительных комплексов, технологий работы локальных и глобальных сетей ЭВМ, каналов связи и более жестких требований заказчика к функциональности и показателям качества функционирования перспективных СУ Указанные новые требования заказчика в первую очередь связаны с появлением в перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ наряду с традиционными данными новых видов обрабатываемой информации (цифровая аудио- и видеоинформация, информация геоинформационных систем и др), с целесообразностью разработки в связи с этим интегрированных (мультисервисных) проблемно-ориентированных СУ, с доведением в СУ времен обработки, передачи и выдачи функционерам определенных объемов информации, а также формирования в базах данных и знаний оперативных справок и их доведения до адресатов практически до минимально возможных значений и с обеспечением гарантированной верности циркулирующей в СУ информации Системный анализ возможностей совместной реализации приведенных требований в перспективной проблемно-ориентированной территориальной СУ показывает, что они могут быть эффективно реализованы в этой СУ только в том случае, когда рассматриваемая СУ будет разрабатываться как СУ реального времени, что для данной СУ является важной второй проблемной ориентацией Следовательно, разработка перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ должна складываться из решения двух совокупностей взаимозависимых задач - совокупности задач второй проблемной ориентации (разработка СУ реального времени) и совокупности задач первой проблемной ориентации (разработка специальных прикладных задач, реализуемых в среде разработанной СУ реального времени) Совокупность задач второй проблемной ориентации является совокупностью многоаспектных задач, затрагивающих в разрабатываемой проблемно-ориентированной СУ все уровни международной эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС) Результатом системных решений этой совокупности задач является глобальная сеть ЭВМ реального времени, среда которой обеспечивает эффективную реализацию
специальных прикладных задач первой проблемной ориентации данной СУ Совокупность задач первой проблемной ориентации связана, как правило, только с одним (седьмым) уровнем ЭМВОС Результатом системных решений указанной совокупности задач являются специальные прикладные задачи, предназначаемые для реализации в среде разработанной глобальной сети ЭВМ
Диссертационная работа посвящена научному поиску системных решений актуальных задач разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени, входящих в совокупность задач второй проблемной ориентации таких СУ Учитывая важность разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени для развития экономики и обеспечения обороноспособности страны и объективную закономерность необходимости замены таких устаревших СУ новыми перспективными СУ, тему диссертационной работы следует признать актуальной
В становление теории и практики проблемно-ориентированных территориальных СУ большой вклад внесли как зарубежные, так и советские ученые К числу зарубежных ученых прежде всего следует отнести Н Винера, К Шеннона, У Эшби, Л фон Берталанфи, Р Акоффа, Ф Эмери, М Месаровича, И Такахару и многих других В СССР над созданием эффективных территориальных СУ с использованием средств вычислительной техники работали академики Глушков В М , Семенихин В С , Мизин И А, члены - корреспонденты академии наук Матюхин Н Я, Агаджанов П А, Бусленко Н П , видные ученые и конструкторы Конашев В В , Соколов Т Н, Логинов М С , Атоян Р В, Алексейчик В М, Ушаков И А, Чудинов С М, Гладышев В И, Дракин В И , Кузнецов В В , Лещенко Ю П , Крылов Г О , Данилевский Ю Г , Шибанов В С и
Цель работы заключается в построении системных решений научных актуальных задач разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени, что имеет существенное значение для экономики и обеспечения обороноспособности страны Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие частные задачи
формирование совокупности научных актуальных задач разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени,
разработка модели для формализованного математического описания перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени,
поиск системных решений актуальных задач разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени в части структур СУ в целом, подсистем содержательной обработки информации СУ и программно-аппаратных комплексов объектов управления СУ,
разработка и оценка эффективности алгоритмов структурно-параметрического синтеза единого вычислительного комплекса структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации, мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени и подсистемы контроля и управления перспективной проблемно-ориентированной территориальной СУ реального времени,
разработка новых схем построения, кодирования и декодирования блочных корректирующих кодов с дополнительной уточняющей информацией,
последовательные уточнения формализованных описаний разрабатываемой перспективной СУ после реализации в ней каждого предлагаемого в работе системного решения актуальной задачи,
практическое применение полученных в работе научных результатов и выводов в НИР, проводимых открытым акционерным обществом (ОАО) «НИИ супер ЭВМ», в курсе лекций «Теория передачи информации», читаемом на базовой кафедре МИРЭА № 253 «КТС», и в процессе информатизации Белгородской области
Объект и предмет исследований Объектом исследований являются перспективные проблемно-ориентированные территориальные СУ реального времени, базирующиеся на отечественные вычислительные комплексы (ВК) типа «Эльбрус» Предметом исследований являются научные актуальные задачи разработки перспективных СУ, связанные со структурами СУ в целом, ее отдельных подсистем и некоторых программно-аппаратных комплексов, с конструктивными алгоритмами структурно-параметрического синтеза единого вычислительного комплекса структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации, мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени и подсистемы контроля и управления, с блочными корректирующими кодами, обеспечивающими исправление ошибок в перспективных СУ с необходимо высокой верностью, и с алгоритмами кодирования и декодирования таких блочных корректирующих кодов
Методы исследований. В работе используются методы системного анализа, принятия решений, экспертных оценок, искусственного интеллекта, теории систем, теории множеств, теории вероятностей, теории телетрафика, теории передачи информации и теории корректирующих кодов
Достоверность полученных научных положений, результатов и выводов подтверждается адекватным и корректным использованием в методологии научных исследований кибернетического и информационного подходов, полнотой и корректностью исходных предпосылок, логической строгостью доказанных утверждений, апробацией, обсуждением и одобрением на научно-технической конференции МИРЭА и на научно-практических семинарах
ОАО «НИИ супер ЭВМ», приоритетными публикациями в научных изданиях по рекомендованному ВАК Перечню и в монографии и практическим применением На защиту выносятся-
1 Структуры перспективной проблемно-ориентированной территориальной СУ реального
времени, структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации и
программно-аппаратных комплексов объектов управления указанной СУ
Подсистемы содержательной обработки информации современных проблемно-ориентированных территориальных СУ имеют территориально-распределенную структуру, что приводит к неэффективному использованию в таких подсистемах не только резервных серверов (схема резервирования 1 1), но и рабочих серверов (ввиду неполной средней загрузки серверов подсистемы) Предлагаемые структуры перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ основаны на построении структурно выделенных подсистем содержательной обработки информации, что позволяет избавиться от указанных недостатков и уменьшить стоимость создания перспективной СУ не менее чем на 12%
2 Конструктивные алгоритмы структурно-параметрического синтеза единого
вычислительного комплекса структурно выделенной подсистемы содержательной обработки
информации, мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени и
подсистемы контроля и управления перспективной СУ
Перспективные СУ должны строиться как системы реального времени, а их основные функциональные подсистемы должны быть мультисервисными В связи с этим необходимы алгоритмы структурно-параметрического синтеза обладающих указанными характеристиками функциональных подсистем перспективных СУ, обеспечивающие построение подсистем с использованием числа необходимых компонентов, близкого к минимально возможному Предложенный в работе алгоритм структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени позволяет уменьшить стоимость создания перспективной СУ не меньше чем на 15%
3 Модели формализованного описания и оценивания эффективности алгоритмов построения
функциональных подсистем разрабатываемой перспективной СУ
Для формализованного описания современных проблемно-ориентированных территориальных СУ используется аппарат классической теории множеств, что не позволяет четко описывать СУ на любом этапе ее построения Описание перспективных СУ предлагается осуществлять с использованием аппарата нечетких множеств с привлечением для формирования функций принадлежности к этим множествам совета главных конструкторов, создающих СУ
4 Блочные корректирующие коды с дополнительной уточняющей информацией,
обеспечивающие исправление необходимых разновидностей ошибок, возникающих в
перспективных СУ, с требующейся для СУ верностью, и алгоритмы кодирования и декодирования этих кодов
В современных проблемно-ориентированных территориальных СУ корректирующие коды в режиме исправления ошибок не используются, поскольку не обеспечивают гарантированной верности информации после исправления в ней ошибок Это приводит к увеличению времен передачи искаженных данных не меньше чем в два раза Применение предлагаемых в работе блочных корректирующих кодов в перспективных СУ позволит избавиться от указанных недостатков
Научная новизна представленных в работе системных решений актуальных задач разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени заключается в том, что применение этих системных решений позволяет разрабатывать глобальные сети ЭВМ реального времени с использованием близкого к минимально возможному числа необходимых аппаратных, программных и программно-аппаратных устройств (средств) и комплексов, среда которых обеспечивает эффективное решение соответствующих специальных прикладных задач проблемной ориентации перспективных СУ и выполнение всех других требований технических заданий на разработку указанных СУ
Практическая ценность работы. Полученные научные положения и результаты доведены до конструктивных видов, что позволяет использовать их непосредственно для решения соответствующих конкретных задач разработки реальных перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени Применение в перспективных СУ научных положений, результатов и выводов работы позволит существенно снизить стоимости разработки, создания и совокупные стоимости владения СУ (прежде всего за счет уменьшения соответствующих стоимостей подсистем содержательной обработки информации и программно-аппаратных комплексов объектов управления СУ) и одновременно значительно увеличить функциональность и показатели качества функционирования создаваемых перспективных СУ
Основные научные положения, результаты и выводы диссертационной работы получены лично автором и внедрены в ряд НИОКР, проводимых ОАО «НИИ супер ЭВМ», в курсе лекций «Теория передачи информации», читаемом на базовой кафедре МИРЭА № 253 «КТС», и в ОКР по проведению информатизации Белгородской области
Апробация работы. Научные положения, результаты и выводы докладывались, обсуждались и получили одобрение на 54 научно-технической конференции МИРЭА (Москва, Россия, 2005г) и на научно-практических семинарах ОАО «НИИ супер ЭВМ»
Все полученные в работе основные научные положения, результаты и выводы приоритетно опубликованы в научных изданиях по рекомендованному ВАК Перечню и в главе монографии
Публикации. По теме диссертационной работе опубликованы 11 научных трудов, из которых один научный труд является главой монографии, а 10 научных трудов - статьи в научных изданиях по рекомендованному ВАК Перечню
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит содержание работы, введение, три главы, заключение, список использованной литературы и четыре приложения Работа изложена на 147 страницах машинописного текста Список использованной литературы включает 83 наименования
