Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап развития человеческой цивилизации характеризуется переходом к реконструкции технико-экономического базиса общества, важным компонентом которого является информатизация. Информатизация общества является всеобщим и неизбежным периодом освоения информационной модели мира, познания и применения законов функционирования информации в обществе, создания индустрии производства, обмена и обработки информации. В период информатизации общества важное значение придается регионам. Регион можно рассматривать как сложную систему, которая охватывает все стороны деятельности предприятий, организаций и жизни населения на данной территории. Наиболее приемлемым подходом при исследовании сложной системы является представление ее в виде структурной модели. В связи с этим в последние годы получили развитие распределенные информационно-вычислительные системы (РИВС). Такие системы необходимы для объединения в единое целое различных предприятий, разбросанных по территории страны и принадлежащих определенной отрасли народного хозяйства.
Одним из важных компонентов прогресса является правовая информатика. Исходя из синтеза имеющихся определений и подходов, можно определить правовую информатику как прикладную науку, изучающую проблемы сбора, восприятия, регистрации, хранения, обработки и использования социально-правовой информации в обществе.
Происходящие обновления во всех сферах общественной жизни требуют разработки гибких систем сбора и обработки информации, внедрения в право новейших достижений информатики и вычислительной техники. Это необходимо для совершенствования информационно-правовой деятельности общества, которая опирается на автоматизированные информационно-поисковые системы по законодательству, системы информации о правонарушениях, компьютеры, находящиеся на службе у арбитров, прокуроров, судей, других работников правоохранительных органов, которые вместе образуют РИВС правовой информации (ПИ).
Базовыми звеньями РИВС ПИ являются региональные центры, которые составляют локальную вычислительную сеть (ЛВС).
Анализ и исследования таких сложных систем, в особенности тех, неотъемлемой частью которых является человек, представляются новыми и перспективными направлениями в науке и требуют особых методов и теорий, которые до сих пор недостаточно разработаны.
Использование компьютерных систем приводит к большому разнообразию способов построения и организации правовых систем, существенно различающихся по качеству. Поэтому необходимо ввести параметры качества, по которым определяется векторная матрица их взаимодействия и проводится ее оптимизация. Такими параметрами в работе считаются производительность, достоверность и надежность. Подобного рода задача в правовой информатизации решается впервые.
Разработанный автором метод исследования компьютерных сетей основан на трудах Э.В. Евреинова, В.К. Морозова, С.Д. Пашкеева, И.А. Мамзелева и других.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка комплекса методов, математических моделей, алгоритмов и программных средств имитационного моделирования компьютерных сетей ПИ. Они позволяют более точно и подробно анализировать и исследовать эти сложные человеко-машинные системы, автоматизировать процесс получения оценки производительности доступа к данным в информационных системах, а также сокращать сроки и повышать качество проектирования компьютерных систем.
В диссертационной работе для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи.
Разработать эффективный метод управления доступом в компьютерных сетях правовой информации.
Разработать систему параметров для метрологической оценки компьютерных систем правовой информации.
Разработать метод спектрального статистического анализа для систем обработки документальной информации.
Разработать процедуру и программное обеспечение оценки гфоизводительности доступа к данным в информационных сетях.
Разработать программные средства для имитационного моделирования компьютерных сетей обработки правовой информации.
Предложить формальное определение системы доступа как математического объекта исследования методом имитационного моделирования.
Осуществить практическую реализацию результатов исследования.
Методы исследования. Для решения поставленных задач
использовались методы организации баз данных, методы анализа сетей, методы теории графов, теория моделирования сложных систем, теория алгоритмических и непроцедурных языков, теория вероятностей и математической статистики, математический аппарат ГЕРТ-сетей, методы имитационного моделирования, теория массового обслуживания, теория однородных вычислительных структур, методы оптимизации, спектральный анализ и теория структурной алгоритмизации.
Научная новизна. Новые научные результаты, полученные автором, состоят в следующем.
-
Разработаны основные теоретические соотношения между такими параметрами компьютерных сетей, как производительность, достоверность, надежность, интенсивность нагрузки для анализа, моделирования и проектирования сложных человеко-машинных комплексов типа компьютерных систем ПИ, что позволяет осуществить оптимизацию проектирования систем подобного рода.
-
Разработан метод управления доступом в компьютерных сетях, сущность которого заключается в разделении временного цикла на две части - служебную для передачи запроса и информационную для передачи
пакета данных. Метод позволяет с необходимой скоростью и достоверностью организовать доступ к среде.
-
Разработана система параметров для метрологической оценки компьютерных сетей законораспространителыюй деятельности, которая позволяет производить сравнительную количественную оценку этих сетей.
-
Рячішт метод исследования сдобных задач путем кх декомпозиции на менее сложные задачи (є-модглироєание) в части оценки производительности человеко-машинных систем правовой информации.
-
Разработан вероятностно-статистический метод спектрального анализа потока документов, поступающих в человеко-машинные системы. С помощью этого метода впервые исследуется поступление правовых актов по компьютерным сетям подобно прохождению сигнала по каналам связи.
-
Разработана процедура и программные средства оценки производительности доступа к данным в информационных системах. В данной процедуре различные методы доступа представляются в виде взаимосвязанных однородных агрегатов.
-
Предложено и обосновано научно-техническое решение целесообразности построения системы автоматизации моделирования компьютерных систем и доступа к данным в информационных системах и разработана универсальная агрегативная модель доступа.
Личный вклад автора. Все исследования, изложенные в диссертации, связанные с ними расчеты, а также вытекающие из них теоретические выводы, обобщения и практические рекомендации получены лично автором. Также им разработаны три пакета программ на языках высокого уровня (C++ for Windows и Turbo Pascal).
Практическая ценность работы. Разработанные методы реализованы в виде пакета прикладных программ:
BAR_LANModeling позволяет проводить исследование ЛВС с различными методами доступа по таким параметрам, как задержка передачи пакета по сети, информационная скорость передачи в сети, коэффициент эффективного использования сетей и т.д., сократить трудоемкость проектирования и прогнозировать поведение системы с учетом ее расширения и изменения нагрузки.
BAR_Simulation позволяет на основе имитационного моделирования оптимизировать компьютерные сети различной конфигурации, варьируя такие параметры, как число пользователей, нагрузка, время обслуживания, а также имитировать метод оценки эффективности доступа к данным в информационных системах.
BAR_AutoRegister предназначен для автоматизации учета и прохождения правовых актов и контроля их обработки различными подразделениями Научного центра правовой информации (НЦПИ).
Реализация результатов работы. Результаты работы нашли отражение в научных отчетах по НИР, проводимых в НИЧ МТУСИ, и Научно-технического совета НЦПИ. Комплекс программ BAR_AutoRegister применен для автоматизации учета и контроля прохождения документов и их обработки в системе НЦПИ - компьютерном комплексе для обработки
правовой информации. Прикладной пакет имитационных программ BARJSimulaiion внедрен в проекты информатизации Министерства юстиции РФ и научно-иследовательские работы по проектированию новых компьютерных сетей. Пакет программ BARJLANModeling используется в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ на факультете АЭСИВТ МТУСИ и в научных отделах НЦПИ. Имеются соответствующие акты о внедрении этих результатов.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 1992 г.), на Международном форуме информатизации (Москва,
1993, 1994, 1995 гг.), на научно-технических конференциях профессорско-
преподавательского состава и аспирантов МТУСИ (Москва, 1992, 1993,
1994, 1995, 1996 гг.), в Научном центре правовой информации при
Министерстве юстиции РФ (Москва, 1995, 1996 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы. Результаты исследований отражены в трех научно-исследовательских отчетах.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка использованной литературы и четырех приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, 34 страницах рисунков и таблиц. Библиография включает 210 наименований. Приложения на 83 страницах.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Разработанный метод управления доступом с динамическим распределением времени в компьютерных сетях основывается на разделении временного цикла сети на две части - служебную для передачи запроса и информационную для передачи пакета данных. Метод обеспечивает эффективную работу в диапазоне нагрузки от 0,2 до 0,8.
-
Разработанный вероятностно-статистический метод спектрального анализа для компьютерных систем с участием человека позволяет анализировать процесс поступления и обработки документов аналогично прохождению сигнала по каналам связи, а также получить точные оценки объема информации, частоты входной информации и производительности.
-
Разработана математическая модель человеко-машинной системы на основе математического аппарата СМО с учетом человека как звена технологической цепочки. Впервые для исследования человека как компонента системы введен коэффициент Д учитывающий психофизиологические особенности человека, что позволяет получить точные оценки усредненных параметров сети, таких как время ожидания и длина очереди.
-
Разработаны пакеты имитационных программ для выполнения и реализации вышеприведенных методов и проведения вычислительных экспериментов: BARJSimulaiion и BAR_LANModeling. При их разработки использованы новый подход и средства имитационного моделирования, позволяющие оформить результаты моделирования в виде таблиц и графиков, показать процесс моделирования в наглядной форме. Это на порядок снижает трудозатраты, а также сокращает время экспериментов.