Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния управления информационными ресурсами корпоративныхинформационных систем 14
1.1 Цели и задачи управления информационными ресурсами на предприятиях 14
1.1.1 Понятие информационных ресурсов и предъявляемые к ним требования 14
1.1.2 Особенности управления информационными ресурсами в корпоративных информационных системах 19
1.2 Обзор современных методов и средств управления информационными ресурсами 23
1.2.1 Современные тенденции развития технологий УИР 23
1.2.2 Администрирование и управление информационными ресурсами пользователем 26
1.2.3 Программные средства, используемые для управления информационными ресурсами 1.2.3.1 Системы управления корпоративными ресурсами 31
1.2.3.2 Системы электронного документооборота (СЭД) 32
1.2.3.3 Планировщики задач 36
1.2.3.4 Системы управления базами данных 37
1.2.3.5 Файловые системы 41
1.2.3.6 Функции API 41
1.2.3.7 Мультиагентные системы в управлении информацией 42
1.2.3.8 Автономные сценарии 44
1.2.3.9 Готовые программные решения для мониторинга и управления информационными ресурсами 1.3 Постановка задачи исследования 50
1.4 Выводы по разделу 1 57
2 Построение и исследование моделей информационного пространства и автономных сценариев 59
2.1 Разработка и исследование модели информационного пространства распределенной вычислительной системы 59
2.2 Выбор и обоснование модели автономного сценария 67
2.3 Разработка модели автономного сценария на основе фреймовой структуры
2.4 Обоснование подхода к разработке модели поведения автономного сценария 72
2.5 Классификация автономных сценариев по типам моделей поведения 822
2.6 Построение и исследование модели поведения конечного автомата 83
2. 7 Разработка и исследование концептуальной модели автономного сценария 889
2.8 Разработка моделей для классов детерминированных автономных сценариев и их исследование 91
2.8.1 Рефлексивный автономный сценарий класса А 92
2.8.2 Рефлексивный автономный сценарий класса А с памятью 93
2.8.3 Автономный сценарий класса А с линейной моделью поведения 95
2.8.4 Автономный сценарий с целесообразным поведением класса В 98
2.8.5 Иерархический автономный сценарий 104
2. 9 Выводы по разделу 2 106
3 Разработка процедуры планирования выполняемых автономными сценариями заданий 108
3.1 Планирование задач по структурному критерию 109
3.1.1 Разработка процедуры планирования заданий по структурному критерию 110
3.1.2 Процедура сравнения задач, характеризуемых несколькими показателями 115
3.1.3 Процедура ранжирования задач 116
3.2 Пример применения разработанного планировщика в системе управления реального времени 119
3.3 Имитационное моделирование и исследование разработанной процедуры планирования средствами пакета GPSS 125
3.4 Рекомендации по реализации процедуры планирования 131
3.5 Выводы по разделу 3 134
4 Практическая реализация систем управления информационными ресурсами на основе автономных сценариев 135
4.1 Разработка технологии программной реализации систем управления информационными ресурсами на основе автономных сценариев 135
4.2 Разработка CASE-средства для поддержки процессов проектирования и сопровождения СУИР 139
4.2.1 Структура и функции CASE-средства 139
4.2.2 Разработка комплекса языковых средств поддержки проектирования и
сопровождения автономных сценариев 145
4.3 Разработка системы управления ИР ЧПМЭС на основе автономных сценариев 149
4.3.1 Характеристика Черноземного предприятия магистральных электрических сетей 149
4.3.2 Описание аппаратного и программного обеспечения КИСУ Черноземного ПМЭС 149
4.3.3 Описание существующей системы управления информационными ресурсами 155
4.3.4 Использование АС для УИР ЧПМЭС 157
4.4 Выводы по разделу 4 165
Заключение 166
Список сокращений и условных обозначений 168
Библиографический список: 170
- Администрирование и управление информационными ресурсами пользователем
- Обоснование подхода к разработке модели поведения автономного сценария
- Процедура сравнения задач, характеризуемых несколькими показателями
- Разработка CASE-средства для поддержки процессов проектирования и сопровождения СУИР
Введение к работе
Актуальность темы. Для современных корпоративных информационных систем (КИС) характерно их постоянное развитие, что приводит к неизбежному росту информационных ресурсов (количество и вычислительная мощность компьютеров, объем и разнородность обрабатываемых данных, количество и сложность программных продуктов и др.). Одновременно с этим возрастают и требования к надежности и безопасности функционирования КИС, оперативности и качеству принимаемых решений, что требует новых подходов к управлению информационными ресурсами (УИР).
Ключевую роль в повышении эффективности функционирования информационных систем играют средства и способы автоматизации процессов УИР. Учитывая все возрастающий на них спрос, разработчики расширяют возможности существующих программных продуктов, а также предлагают все новые решения для мониторинга и управления распределенными информационными ресурсами. Однако в настоящее врeмя не существуeт универсального класса систем УИР (СУИР), которые отвечали бы потребностям предприятий различных мacштабов и разногo уровня автоматизации процессoв управления. Поэтому разработка и исследование доступных, гибких и универсальных средств управления всeм многообразием информационных ресурсов распределенных cиcтeм является одной из важнейших и актуальных задaч ИТ-индустрии.
Для выполнения рутинных задач или последовательности действий в распределенных системах используют автономные сценарии (АС). Но несмотря на такие привлекательные для разработчиков свойства, как автономность, адаптивность, независимость от программной платформы и др., автономные сценарии не нашли достойного применения в УИР. Основной причиной является отсутствие унифицированного формализованного подхода к разработке автономных сценариев и реализации системы управления ИР на их основе. К тому же бесконтрольное и нескоординированное функционирование в ИС нескольких сценариев часто приводит к возникновению конфликтов при их обращении к одним и тем же ресурсам, а также к сбоям в работе системы. С целью создания технологии автономных сценариев, используемой для автоматизации процессов УИР, необходимо разработать структуру АС, формализовать и исследовать их поведение при решении различных классов задач УИР, а также скоординировать совместное функционирование АС, что определяет актуальность данной работы.
Теоретическим базисом для выполнения данной работы явились научные труды следующих отечественных и зарубежных ученых: Трауха И. (Trauth E.), Саймона А. (Simon A.), Антопольского А.Б., Гавриловой Т.А., Хорошевского В.Ф., Бахвалова Л.А., Когалов-ского М.Р., Таненбаума Э. (Tanenbaum A.), Трахтенгерца Э.А., Кодда Э. (Codd E.), Минcкого М. (Marvin Lee Minsky), Сраговича В.Г., Флерова Ю.А., Цыпкина Я.З., Позняка А.С., Назина А.В., Цетлина М.Л., Ховарда Р., Варшавского В.И., Кринского В.И., Трахтенброта Б.А., Барздиня Я.М., Черноруцкого И.Г., Дейта К.Дж. (Date C.J.), Рамбо Дж. (Rumbaugh J.), Буча Г. (Booch G.), Грэхема И. (Graham E.) и др.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнена в СТИ НИТУ МИСиС в рамках хоздоговорной НИР (№ регистрации
01201154160) «Разработка методов интеллектуального управления объектами горнометаллургического производства на основе нейросетевых алгоритмов» и гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) № 12-07-00252/12 на тему «Разработка методов и алгоритмов интеллектуального управления сложными технологическими процессами и системами в условиях стохастических возмущений» (№ регистрации 01201258510), в которых автор принимала участие в качестве исполнителя.
Идея работы заключается в исследовании автономных сценариев как инструмента автоматизации задач УИР, принципов их взаимодействия с информационно-вычислительной средой, а также способов организации совместного функционирования сценариев, обеспечивающих рациональное использование ресурсов КИС.
Целью данной работы является разработка моделей автономных сценариев и процедур решения задач поддержки процессов в распределенных информационных системах.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели и в соответствии со сформулированной идеей определены основные задачи:
обзор и анализ современных методов и средств, используемых в системах УИР, а также проблем, возникающих при их функционировании;
исследование информационных процессов, происходящих в системах «пользователь - информационная среда», и разработка компонентной модели СУИР, основанной на автономных сценариях;
разработка обобщенной модели автономного сценария, ориентированного на решение задач управления информационными ресурсами, моделирование и исследование АС для основных классов решаемых задач поддержки процессов в распределенных информационных системах;
разработка процедуры, координирующей совместное функционирование автономных сценариев в распределенной корпоративной информационной системе (КИС);
определение принципов разработки и организации функционирования систем управления информационными ресурсами на основе автономных сценариев, и на их основе разработка специального программного обеспечения для проектирования, реализации и сопровождения систем УИР на основе автономных сценариев;
разработка системы управления информационными ресурсами, основанной на технологии автономных сценариев и экспериментальное исследование полученных теоретических результатов.
Объект исследования - системы управления распределенными информационными ресурсами.
Предмет исследования - информационные и процедурные модели, а также принципы организации автономных сценариев в процессах поддержки распределенных информационных систем.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Структура системы УИР, основанной на автономных сценариях.
-
Классификация автономных сценариев, применяемых для решения различных задач УИР.
-
Концептуальная модель автономного сценария, ориентированного на решение задач управления информационными ресурсами.
-
Информационные и процедурные модели детерминированных АС, решающих задачи УИР.
-
Процедура планирования выполнения автономных сценариев в КИС на основе назначенных приоритетов, позволяющая рационально использовать ресурсы системы.
-
Комплекс инструментальных программных средств разработки и сопровождения автономных сценариев в системе управления информационными ресурсами.
-
Система управления информационными ресурсами на основе автономных сценариев для Чернозёмного ПМЭС ФСК ЕЭС.
Научной новизной обладают следующие полученные результаты:
S на основе фреймов разработана и исследована концептуальная модель автономных сценариев, которая в отличие от известных моделей включает операционную составляющую, реализует технологию поддержки целостности и основана на типовом наборе атрибутов, ориентированном на решение задач управления информационными ресурсами в распределенных информационных системах. Использование модели позволило рационально организовать управление информационными ресурсами, исключить дублирование и несогласованность действий функционирующих автономных сценариев, что привело к уменьшению числа сбоев в КИС в среднем на 7,3 % и разгрузке трафика на 11,1 % (п.1);
S предложена классификация автономных сценариев, отличающаяся от существующих тем, что систематизирует автономные сценарии по типу адаптивного поведения в информационно-вычислительной среде. На основе теории конечных автоматов формализовано описание каждого класса, определены условия и области применения полученных моделей. Разработаны и исследованы модели основных классов детерминированных сценариев. Их применение в КИС позволило обеспечить мониторинг и анализ состояния информационных ресурсов, эффективную организацию и дальнейшее совершенствование процессов УИР (управления информационными ресурсами), в результате чего время простоя оборудования в среднем уменьшилось на 12,2 %, а производительность сотрудников повысилась на 8,7 % (п.1, п.5)
S разработана процедура планирования управляемых сценариями потоков заданий по структурному критерию, которая в отличие от применяемых в современных операционных системах диспетчеров устанавливает очередность между группами равноценных задач на основе их сравнения по ряду характеристик, что позволило более рационально использовать вычислительные ресурсы системы. Эксперимент показал, что использование данной процедуры увеличивает эффективную производительность рабочей станции более, чем на 11,5% (п.1, п.5).
Практическое значение полученных результатов заключается в следующем:
S разработано универсальное CASE-средство для проектирования, реализации и сопровождения автономных сценариев (п.7, п.5);
^ средствами Builder C++ Borland разработана система управления информационными ресурсами, основанная на технологии автономных сценариев, для Черноземного предприятия магистральных электрических сетей (ЧПМЭС) ФСК ЕЭС (п.7, п.5).
Область исследования. Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 05.25.05 - Информационные системы и процессы (технические науки):
п.1. Методы и модели описания, оценки, оптимизации информационных процессов и информационных ресурсов, а также средства анализа и выявления закономерностей в информационных потоках. Когнитивные модели информационных систем, ориентированных на человеко-машинное взаимодействие.
п. 5. Организационное обеспечение информационных систем и процессов, в том числе новые принципы разработки и организации функционирования информационных систем и процессов, применения информационных технологий и систем в принятии решений на различных уровнях управления. Общие принципы и основы организации информационных служб и электронных библиотек. Стандартизация информационного и лингвистического обеспечения.
п.7. Прикладные автоматизированные информационные системы, ресурсы и технологии по областям применения (технические, экономические, гуманитарные сферы деятельности), форматам обрабатываемой, хранимой, представляемой информации (табличная, текстовая, графическая, документальная, фактографическая, первичная или вторичная). Аналитические, процедурные, информационные модели предметной области (системы принятия групповых решений, системы проектирования объектов и процессов, экспертные системы и др.), включаемые в контур обработки информации и принятия решений.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
корректным применением методов теории принятия решений, современных методов математического моделирования и программирования, моделей представления знаний, имитационного моделирования;
сравнением результатов имитационного моделирования с экспериментальными данными, которые были получены при многократном выполнении комплекса задач слежения за технологическим процессом;
согласованностью разработанных моделей, процедур, методик и результатов, полученных при их апробации и практической реализации системы УИР ЧПМЭС.
Методы исследования. Проводимые в работе исследования базировались на теории систем и системного анализа, теории управления, методах математического моделирования.
Для формализованного описания информационно-вычислительных систем, автономных сценариев и процедуры диспетчеризации, а также для проверки адекватности процедуры реальным процессам планирования заданий, применялись методы теории принятия решений, методы математического программирования, модели представления знаний, теория конечных автоматов, имитационное моделирование.
При разработке системы управления информационными ресурсами использовались теория моделирования сложных систем, объектно-ориентированный подход, методы проектирования баз данных, методы проектирования программного обеспечения.
Методологическую и теоретическую основу диссертационной работы составили научные труды отечественных и зарубежных ученых в области информационных техноло-
гий, проектирования и разработки автоматизированных информационных и интеллектуальных систем, а также информационного менеджмента.
Личный вклад соискателя: основные результаты по теме диссертации получены лично Козырь О.Ф. и опубликованы в соавторстве с к.т.н., доцентом Филатовым В.А. и к.т.н., доцентом Кривоносовым В.А.., которым принадлежит участие в разработке плана исследований, в обсуждении текущего состояния предметной области и постановки теоретических задач, в обсуждении и интерпретации полученных результатов.
Личный вклад автора подтверждается списком опубликованных работ по теме диссертации общим объемом 7,88 печатных листов, из которых 81 % принадлежит соискателю, и состоит в следующем: в [2] проведена классификация сценариев по степени их автономности в информационно-вычислительной среде, разработана автоматная модель поведения сценариев; в [3] разработана логическая и математическая модели адаптивного автономного сценария; в [5] разработан интерфейс; в [16] разработана математическая модель идентификации пользователей в системе дистанционного образования, разработаны фреймовая и логическая модели, а также структура слота; в [17] построены классы-модели на основе фреймовой структуры, разработана логическая модель слота и модель взаимодействия с объектом информационно-вычислительной среды; в [18] разработаны информационная модель слота и логическая модель автономного сценария, компонентная схема системы управления информационными ресурсами с помощью автономных сценариев.
Реализация. Комплекс программ и автономных сценариев управления информационными ресурсами, реализующий разработанные в диссертации модели, методы и процедуры, прошел апробацию на Черноземном предприятии магистральных электрических сетей ФСК ЕЭС и рекомендован к внедрению и практическому применению в КИС предприятия.
Разработанные модели и процедуры используются в учебном процессе СТИ НИТУ «МИСиС» для подготовки бакалавров по направлению 09.03.02 – «Информационные системы и технологии» на кафедре «Автоматизированные и информационные системы управления», включены в разделы дисциплин «Моделирование систем и процессов», «Теория принятия решений», «Проектирование распределенных систем. Методы и средства проектирования информационных систем и технологий».
Внедрения подтверждаются соответствующими документами, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационных исследований докладывались, обсуждались и одобрены на Международных научно-практических конференциях «Образование, наука, производство и управление» - Cтарый Оскол: СТИ МИСиС, ноябрь 2005г., 2007г., 2009г., октябрь 2006г.; Международной научной конференции «Сложные системы управления и менеджмент качества CCSQM'2007» - Cтарый Оскол: СТИ МИСиС, апрель 2007 г.; Региональной научно-практической конференции «Молодые ученые – науке и производству» - Старый Оскол: СТИ МИСиС, апрель 2007г.; VI Всероссийской открытой научно-практической конференции «Актуальные задачи ММиИТ» - Сочи: Государственный университет туризма и курортного дела, май 2010г.; Всероссийской научно-практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов с международным участием - Старый Оскол: СТИ НИТУ МИСиС, декабрь 2011 г.; Международной
научно-практической конференции «Актуальные задачи ММиИТ» - Сочи: Государственный
университет туризма и курортного дела, май 2012г.; Всероссийской научно-практической
конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов с международным участием - Ста
рый Оскол: СТИ НИТУ МИСиС, ноябрь 2012г.; Х Всероссийской научно-практической
конференции с международным участием «Современные проблемы горно-
металлургического комплекса. Энергосбережение. Экология. Новые технологии», 25-27 но
ября 2013 -.Старый Оскол: СТИ НИТУ МИСиС, НИУ БелГУ, 2013г., 3-й Международной
научно-технической конференции «Информационные системы и технологии»,15-21 сентяб
ря 2014 г. – Украина, Харьков: ХНУРЭ, Юбилейной Международной научно-практической
конференции «Наукоемкие технологии и инновации», посвященной 60-летию БГТУ им.
В.Г. Шухова, октябрь, 2014– Белгород: БГТУ, XI Всероссийской научно-практической
конференции с международным участием «Современные проблемы горно-
металлургического комплекса. Наука и производство», посвященной 35- летию СТИ НИТУ «МИСиС», 3-5 декабря 2014г. - Старый Оскол, СТИ НИТУ МИСиС.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 18 печатных работах, в числе которых 4 издания, включенные в перечень ВАК РФ, и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения. Включает 11 приложений. Объем диссертации – 213 страниц, в том числе 168 страниц основного текста, приложения занимают 21 страницу. Диссертация содержит 56 рисунков, 13 таблиц и ссылки на 194 литературных источников.
Администрирование и управление информационными ресурсами пользователем
Впервые проблема управления информационными реcурсами (УИР) была поднята в 1984 году E.M. Trauth, который дал доcтаточно полное толкование этой проблемы [176]. Цeли УИР прежде всего связаны с совершенствованием внутрифирменного управления, одним из аспектов которого является повышение уровня интеграции информационных процессов. Они заключаются, как подчеркивает E.M. Trauth [177], в следующем:
1. Разработке общего подхода ко всем видам информации, включая как машиночитаемые базы данных, так и традиционные документы. Этому cпоcобствуeт раccмотрение всех информациoнных рecурсoв в видe cовокупности разноформатных файлов.
2. Информация является важным ресурсом фирмы, который может обеcпечивать ee выигрышную позицию в конкурентной борьбе. Поэтому для управления ею применимы методы, используемые для управления другими ресурсами. Это подрaзумeваeт неoбходимость включeния процессов информационного управления в общую схему стратегического управления предприятием. При этом важно отметить, что именно информация, а не технoлoгия ее обработки, является основным объектом рассмотрения в УИР.
3. Функции и технoлoгии обработки информации и различные типы данных должны интегрироваться, что означает необходимость балансирования интересов различных групп производителей и потребителей информации. Информационные ресурсы являются фундаментом экономического роста предприятия, поскольку именно информация позволяет [1]: определять стратегические, тактические и оперативные цели и задачи предприятия; осуществлять контроль тeкущего состояния предприятия, его подразделений и процессов в них; принимать обоснованные и своевременные управленческие решения; координировать деятельность, как отдельных сотрудников, так и подразделений, направляя их усилия на достижение общих поставленных целей. Законодательно информационные ресурсы - это «отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных и т.д.). Иными словами, информационные ресурсы - это информация различного характера, материализованная в виде документов, баз данных и баз знаний» [1].
Информационными ресурсами, как любыми другими, можно управлять [171; 172]. Суть управления информационными ресурсами составляет: оценка информационных потребностей в рамках каждой функции на каждом уровне управления; стандартизация и унификация типов и форм документов; изучение и рационализация документооборота предприятия; типизация информации и данных; решение проблемы несовместимости типов данных; создание системы управления данными и т.п. Основными процессами, производимыми с информационными ресурсами, являются: сбор, хранение (во внутренней и внeшней памяти), обработка (поиск, преобразование формы представления информации, сортировка, получение новой информации из имеющейся и др.), передача. К информационным ресурсам, используемых в бизнес-процессах предприятия, предъявляются следующие требования [1]: своевременность, т.е. получение ИР в установленные сроки; достоверность, определяющая допустимый уровень искажения как входной, так и выходной информации, при котором сохраняется эффективность функционирования предприятия; достаточность, предполагающая полноту ИР для решения управленческих задач предприятия; целeвая направленность информационных ресурсов, т.е. их предоставление специалистам по первому требованию для эффективной организации бизнес-процессов предприятия; многократность использования; высокая скорость сбора, обработки, передачи; правовая корректность, т.е. соответствие информационных ресурсов нормативно-правовым и регламентирующим документам; оперативность, т.е. актуальность информации для необходимой обработки и принятия решений в изменившихся условиях. Информационные ресурсы характеризуются также возможностью концентрации, накoпления на материальных носителях, передачей с большой скоростью и высокой степенью обобщения.
В истории формирования теории и практики работы с информационными ресурсами можно выделить следующие основные этапы [2]:
Управление информационными системами, суть которого является автоматизированная обработка информации в определенной предметной области.
Управление информационными ресурсами, которое Национальное бюро стандартов США определило как «совокупность стратегических действий и процедур в области обработки информации (как автоматизированной, так и не автоматизированной), направленных на управление процессами обеспечения текущих и перспективных потребностей фирмы в информации» [1]. Управление знаниями, цель которого заключается «в эффективном использовании знаний компании, а также создании нового знания» [3; 4]. Некоторые специалисты [178] сходятся во мнении, что «управление знаниями опирается на управление информационными ресурсами по следующим причинам: 1. Реализация проектов по управлению знаниями подразумевает владение метаинформацией о том, где эти знания возникают и в каких источниках они отражаются, т.е. знание информационных ресурсов. 2. Управление знаниями предполагает перевод личного знания человека в доступные другим людям форму представления информации, т.е. в виде документа. 3. Задача распространения знаний является одной из наиболее важных в управлении знаниями. Однако знание, изложенное в виде информации, становится частью информационного ресурса и распространяется как информационный ресурс».
Так как информационные ресурсы могут хранить информацию различного типа: данные, знания, графическую и текстовую информацию, информацию об объектах реального и виртуального миров, то для обработки каждого типа информации применяются конкретные информационные технологии (ИТ). ИТ направлена «на цeлесообразное использование информационных ресурсов и своевременное снабжение ими всех элементов организационной структуры предприятия» [5]. Для этих целей оказался востребованным весь спектр ключевых технологий управления информацией, используемых в современных информационных системах, - технологии баз данных, технологии текстового поиска, WEB-технологии и другие [5; 6].
В любой организации, учреждении, предприятии информационные ресурсы являются исходным сырьем для информационно-вычислительных систем, которые поддерживают практически все аспекты управленческой деятельности в таких функциональных областях, как бухгалтерский учет, финансы, управление трудовыми ресурсами, маркетинг, управление производством [7].
Обоснование подхода к разработке модели поведения автономного сценария
Уравнение (2.13) описывает зависимость действий автомата от его состояний, а уравнение (2.12) - изменения его состояний под воздействием входной переменной s(t). Каждая строка матрицы состояний детерминированного автомата при любом фиксированном значении s содержит один элемент, равный единице, а остальные элементы равны нулю. Смена состояний детерминированного автомата осуществляются в соответствии с правилом: если в момент t автомат находится в состоянии щ, то в момент t + 1 он перейдет в такое состояние ср}, для которого ау (s(t +1)) = 1.
Стохастический автомат также имеет конечное число состояний (р&((р1,(р2,...,(рт) и конечное число действий /е(/1,/2,...,/„). Действия стохастического автомата однозначно определяются его состоянием: f(t) = F((p(t)), а матрицы состояний a..(s) , s є {0, 1} являются стохастическими. При этом a (s) имеет смысл вероятности перехода из /-го состояния в у-e при заданном значении входной переменной s. Автомат [/находится в стационарной случайной среде Е = Е(а1,а2,..ах), если действия автомата и значения его входной переменной связаны следующим образом: действие fa,oc = 1,2,..х, произведенное автоматом в момент t, влечет за собой в момент t + 1 значение s = l (проигрыш) с вероятностью /?я=(1-оа)/2 и s = 0 (выигрыш) с вероятностью ра =(1 + аа)/2. При этом предполагается, что \аа 1 [79]. Пусть в момент t автомат находится в состоянии р, і = 1,2,..л?, которому соответствует действие fa = F(cpi). Тогда вероятность р перехода автомата из состояния рг в состояние cpj определяется формулой: рр = Раау(1) + qaay (0), z, j = 1,2,...,/и. (2.14) p ij Очевидно, что матрица P является стохастической. В работах [79; 82] показано, что поведение автомата в стационарной случайной среде описывается конечной цепью Маркова. Как правило, эта цепь является эргодической. Тогда существуют финальные вероятности состояний, и можно определить математическое ожидание выигрыша автомата, не зависящее от начального состояния.
Обозначим через т1 финальную вероятность состояния pt автомата, находящегося в стационарной случайной среде С, а через 8а- сумму финальных вероятностей таких состояний щ, которым соответствует действие fa. Величины 8а имеют смысл вероятностей действия fa автомата U в среде С
Математическое ожидание W(U,C) выигрыша для автомата U в среде С определяется выражением: X W(U,C) = Saaa (2.15) Особый интерес представляют симметрические конечные автоматы, т. е. такие автоматы, в конструкциях которых заведомо отсутствуют априорные сведения о случайных средах.
Естественно возникает вопрос о существовании асимптотически оптимальных последовательностей симметрических автоматов U1,U2,...Um, т.е. таких последовательностей, что математическое ожидание выигрыша для автоматов, принадлежащих к этой последовательности, стремится при т -со к максимально возможному в данной случайной среде. При этом число т можно интерпретировать как число состояний автомата (емкость его памяти). При достаточной емкости памяти автомат с вероятностью, близкой к единице, производит то действие, для которого максимальна вероятность выигрыша. В работах по асимптотически оптимальным конечным симметричecким автоматам, принадлежащих В. И. Кринскому [80] и В. А. Пономареву [81], формулируется необxoдимое условие асимптотической оптимальности последовательности конечных автоматов. Также в ней исследованы конструкции стoxастических автоматов, обеспечивающие наибольшее математическое ожидание выигрыша при фиксированной емкости памяти, в частности, доказана оптимальность автоматов с линейной тактикой в некоторых стационарных случайных средах.
Рассмотрим подробно поведение классического конечного автомата с линейной тактикой [92; 94]. Для примера возьмем вариант (рисунок 2.10), когда число действий автомата равно трем. В каждом действии выделено четыре устойчивых состояния, в которых может находиться автомат. В любом из состояний устройство выдает в среду сигнал, приписанный этому действию. Смена состояний автомата происходит на основании двоичного сигнала, Структура автомата с линейной тактикой поступившего от среды в результате произведенного над ней действия. Смена состояний автомата происходит на основании реакции на произведенное им действие. Среда возвращает результат произведенного над ней действия в виде двоичного сигнала. При поступлении сигнала 0 («отсутствие штрафа») автомат меняет свое состояние и переходит в более глубокое состояние.
Процедура сравнения задач, характеризуемых несколькими показателями
Эксперименты показали, что при малых промежутках времени, менее 13 секунд для рассматриваемого случая (рисунок 3.8), преимущество имеет RR-алгоритм за счет выполнения большего количества высокоприоритетных, а значит и менее ресурсоемких, задач. Зато с увеличением интервала моделирования среднее время простаивания заданий в общей очереди для разработанной процедуры диспетчеризации уменьшается по сравнению с альтернативным методом RR, что говорит о более рациональном использовании ресурсов ИС. В интервалах, продолжительность которых превышает 1 час, разница между средними временами простоя в общей очереди заданий, управляемыми сравниваемыми процедурами, изменяется незначительно и к концу рабочей смены (8 часов) составляет около 85 мс. Таким образом, разработанный метод сократил время простоя заданий на 13,18 %.
Следовательно, метод диспетчеризации задач по структурному критерию может успешно использоваться в системах нежесткого реального масштаба времени, если допускается балансировка используемых ими вычислительных ресурсов за счет возможного нарушения последовательности выполнения задач, заданной пользовательскими приоритетами.
Диспетчер задач, реализующий предлагаемый метод, работает параллельно со встроенным диспетчером задач ОС. Роль такого дополнительного диспетчера задач состоит в определении приоритетов задач в соответствии с их рангами и запуске задач на выполнение. Выбранные задачи запускаются на выполнение с помощью API-функций базовой ОС. Далее управлением задачами занимается встроенный планировщик ОС. Именно он выделяет память для потоков, прерывает выполнение потоков по истечении выделенного кванта времени, переключает контексты потоков, сохраняет в стеке приостановленных потоков состояние регистров процессора. Т.е. задачи работают в соответствии с дисциплиной диспетчеризации этой ОС.
Дополнительный диспетчер далее проверяет, выполнились ли до конца в отведенный квант времени задачи с наивысшим приоритетом, если выполнились все задачи, то запускает на выполнение все задачи следующего, более низкого, приоритета.
Разработанный диспетчер запускает только задачи из программного комплекса задач верхнего уровня системы управления. Управлением сервисами ОС занимается встроенный диспетчер ОС. На рис.3.9 схематически изображено взаимодействие разработанного планировщика с планировщиком операционной системы.
Для систем, в которых процессы могут быть распределены по разным группам, может применяться следующая процедура планирования. Для каждой группы процессов создается своя очередь, в которой процессы находятся в состоянии «готовность». Этим очередям назначаются фиксированные Рисунок 3.9 - Схема взаимодействия дополнительного и встроенного в ОС планировщиков приоритеты. Для планирования процессов, находящихсяв этих очередях, могут применяться самые разные методы [38 - 41]. Так, например, для интеpaктивных пpoцессов – алгopитм RR, а для больших счетных процессов, не тpeбующиx взаимодействия с пользователем (фоновых пpoцессов), может использоваться дисциплина FCFS. Такой подход получил название многоуровневых очередей [128 - 130]. Он повышает гибкость планирования, когда для планирования процессов с различными характеристиками применяется наиболее подходящий им метод.
Дальнейшим развитием метода многоуровневых очередей является добавление к нему механизма обратной связи (Multilevel Feedback Queue). В этом случае процесс не находится в определенной очереди постоянно, а может в зависимости от своего поведения перемещаться из одной очереди в другую.
Многоуровнeвые очеpeди с обpaтной связью наиболее трудны в реализации, но в то же вpeмя, обладают наибольшей гибкостью. Они являются наиболее общим подходом к планированию пpoцеccов [128 - 130]. Помимо приведенного выше варианта, существует много дpyгих разновидностей такого споcoба планиpoвания. Для полного описания их конкретного воплощения необходимо укaзaть: Метод планирования, действующий между очередями. Количество очередей для процессов, находящихся в состоянии «готовность». Правила постановки активированного процесса в одну из очередей. . Методы планирования, действующие внутри очередей. Правила перевода процессов из одной очереди в другую. Изменяя какой-либо из перечисленных пунктов, можно существенно менять поведение вычислительной системы.
Предлагаемая процедура планирования должна быть представлена в виде ЕХЕ-программы, написанной на каком-то языке программирования для конкретной ОС (Windows, UNIX, OS/2) , и в своей работе она может использовать практически все возможности как ОС, так и среды ее разработки. Посредством ОРС-серверов или объектных моделей MS Office (для Windows), процедурой могут быть использованы все данные системы управления, включая и первичные данные, поступающие с контроллеров. В задачах, функционирующих под управлением диспетчера, может происходить событийное управление выполнением программ, в том числе обработка временных событий с точностью до долей секунды.
Разработка CASE-средства для поддержки процессов проектирования и сопровождения СУИР
Исследованы разработанные модели и алгоритмы, принципы и способы функционирования автономных сценариев, а также возможности их практической реализации. Рассмотрен вариант разработки методики проектирования СУИР, управляемой автономными сценариями. Определены этапы процесса проектирования и их содержание. Для поддержки процессов проектирования и сопровождения СУИР разработаны CASE-система (СУАС) и комплекс языковых средств. Приведены результаты применения технологии автономных сценариев на примере внедрения и опытной эксплуатации комплекса задач управления информационными ресурсами ЧПМЭС ФСК ЕЭС, подтверждающие эффективность использования автономных сценариев для управления и интеграции информационных ресурсов предприятия. По результатам внедрения написаны статьи [65; 102; 159] , получено свидетельство о регистрации программ на ЭВМ [194].
В диссертационной работе представлено теоретическое и практическое решение актуальной проблемы повышения эффективности распределенной системы за счет автоматизации задач поддержки процессов в распределенных информационных системах посредством автономных сценариев. С этой целью были разработаны и исследованы информационные и процедурные модели автономных сценариев, модель взаимодействия АС с информационно-вычислительным пространством предприятия, а также разработана процедура планирования заданий, реализуемых автономными сценариями.
Для эффективной реализации и сопровождения автономных сценариев создана CASE-система, включающая также комплекс языковых средств.
Результаты диссертации важны для теории и практики совершенствования управления в корпоративных информационных системах. Разработанные концепции, подходы, принципы и процедуры доступны для автоматизации задач управления информационными ресурсами систем управления любого предприятия. Предложенные в работе модели и процедуры легко адаптируются для задач управления любой степени сложности и для разного уровня развития и автоматизации КИС.
В работе получены следующие результаты: на основании обзора и анализа современных методов и средств, используемых для управления информационными ресурсами, обоснована актуальность автоматизации задач УИР, показаны преимущества автономных сценариев как технологической основы реализации СУИР (п.1); на основании анализа структур и моделей данных информационных систем построена концептуальная модель автономного сценария, ориентированного на решение задач поддержки информационных процессов распределенных систем. В отличие от существующих модель автономного сценария реализована в виде фреймовой структуры, что позволяет проектировать и разрабатывать автономные сценарии, а также контролировать и анализировать их функционирование в ИС с помощью универсального CASE-средства (п.1); в результате анализа методов адаптивного выбора вариантов создана модель поведения автономного сценария в информационном пространстве, что позволило провести классификацию автономных сценариев. Разработаны новые классы автономных сценариев: рефлексивный сценарий, АС с целенаправленным поведением и интеллектуальный сценарий, - исследование которых позволило формализовать поведение автономного сценария в терминах теории конечных автоматов (п.1); разработаны информационные и процедурные модели детерминированных автономных сценариев, которые в отличие от аналогов адаптированы к решению различных задач поддержки информационных процессов распределенных систем, что способствует более рациональной организации работы системы управления информационными ресурсами с помощью автономных сценариев (п.1, п.5); разработана процедура дополнительной диспетчеризации автономных сценариев на основе приоритетов, определенных в результате сравнения по основным свойствам, которая, как показали эксперименты, увеличивает пропускную способность рабочей станции более, чем на 11,5 % (п.1, п.5); . определены принципы разработки и организации функционирования систем управления информационными ресурсами на основе автономных сценариев (п.5). Практическая ценность работ состоит в том, что разработано универсальное CASE-средство для проектирования, реализации и сопровождения автономных сценариев (п.7, п.5); разработана средствами Builder C++ Borland система управления информационными ресурсами на основе автономных сценариев для ЧПМЭС ФСК ЕЭС (п.7, п.5).
Опытная эксплуатация системы показала, что в среднем количество аварийных ситуаций в системе снизилось на 7,3 %, загруженность трафика на 11,1 %, время простоя оборудования уменьшилось на 12,2 %, производительность сотрудников повысилась на 8,7 %.
Полученные результаты соответствуют пунктам 1, 5 и 7 паспорта специальности (ПС) 05.25.05. Дальнейшее развитие результатов диссертационной работы возможно в направлении разработки алгоритмов адаптации автономных сценариев, а также в использовании интеллектуальных автономных сценариев для управления информационными ресурсами.