Обеспечение стабильного функционирования сетевых информационных систем с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности Федоров Роман Владимирович

Содержание к диссертации

Список сокращений 6

Введение 7

Глава 1. Методы оценки сложности 16

1. Теория сложности и теория хаоса 20

2. Сложность в работах И. Р. Пригожина 23

3. Сложность динамических систем 26

4. Алгоритмическая сложность 27

3. Принцип сложности в теории управления 28

4. Структурная сложность 29

5. Динамическая сложность 30

6. Колмогоровская сложность 30

7. Сложность вычислений 32

8. Системная сложность, аксиомы системной сложности 33

9. Структурно-параметрическая оценка сложности систем 35

1. Практическое применение 38

2. Инструментальные средства 40

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 42

Глава 2. Аналитические модели оценки сложности сетевых
информационных систем 45

2.1 Базовая и разностная оценки сложности сетевых информационных
систем 45

3. Базовая оценка сложности СИС 51

4. Разностная оценка сложности СИС 53

2. Пример оценки сложности взвешенного орграфа 63

3. Автоматизированное построение оценок сложности 70

1. Декомпозиция обобщенной оценки сложности 75

2. Метод автоматизированного построения оценок сложности..84 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 88

Глава 3. Процедурные модели оценки сложности сетев^,_ІХ
информационных систем _ o>q

3.1 Процедуры вычисления оценки сложности СИС _ до

3. Обобщенная процедура вычисления оценки сложности СИС 9 1

4. Процедура структурной минимизации _ 93

5. Процедура структурной декомпозиции _ 96

6. Процедура вычисления сложности системы, состоящей _из нескольких подсистем _97

7. Процедура вычисления сложности системы, состоящей _из одной сильно связной подсистемы ^99

3.2 Процедуры, обеспечивающие процесс автоматизирование^
построения оценок сложности ^ 05

8. Процедура автоматизированного построения оце^_ки сложности 105

9. Процедура автоматизированного построения формальной спецификации оценки сложности 107

10. Процедура автоматизированного построения программного кода оценки сложности j 20

3.3 Снижение времени вычисления базовой оценки сложности СНс...

11. Размерность задачи вычисления базовой оценки сложности ц^

12. Использование кэширования і 25

13. Двухшаговый режим работы 122

14. Оптимизация работы с памятью 223

3.4 Имитационные исследования процедурных моделей оценки
сложности сетевых информационных систем 225

15. Цели, задачи и условия проведения имитационных исследований 125

16. Сравнение базовой оценки с оценкой, основанной на вычислении числа остовных деревьев 227

3. Исследование влияния веса связей на сложность СИС 128

4. Исследование влияния стохастических воздействий на сложность СИС 134

5. Исследование влияния структурной минимизации на оценку сложности СИС 136

3.4.6 Результаты имитационных исследований 137

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 137

Глава 4. Обеспечение стабильного функционирования сетевых
информационных систем на основе мониторинга сложности 139

1. Постановка и решение задачи обеспечения стабильного функционирования СИС на основе оценки сложности 139

2. Мониторинг сложности СИС 143

3. Структура и состав системы мониторинга сложности СИС 145

4. Подсистема мониторинга сложности СИС 147

5. Подсистема управления информационной базой 150

6. Подсистема обслуживания процесса разработки проблемно-ориентированного программного обеспечения 152

7. Подсистема управления проектами 155

4. Архитектура системы мониторинга сложности СИС 156

5. Обеспечение системы мониторинга сложности СИС 164

6. Моделирование подсистемы мониторинга сложности 168

1. Функциональная модель процесса оценки сложности СИС . 168

2. Логическая модель данных 174

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 182

Заключение 184

Библиографический список 189

Приложение 1. Пример протокола оценки сложности 200

Приложение 2. Фрагменты экранных изображений, генерируемых
библиотекой построения отчетов 210

5 Приложение 3. Акты внедрения результатов диссертационной работы

Приложение 4. Свидетельства о государственной регистрации программ
для ЭВМ 217

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

Русский алфавит

БД - база данных; ИС — информационная система;

ОПРПОПО — обеспечения процесса разработки проблемно-ориентированного программного обеспечения (подсистема); ОС - операционная система; ПО — программное обеспечение;

РСУБД - реляционная система управления базами данных; СИС — сетевая информационная система; CMC — система мониторинга сложности; СУБД - система управления базами данных; УИБ — управления информационной базой (подсистема); УП — управления проектами (подсистема); ЭВМ — электронная вычислительная машина.

Латинский алфавит

СОМ — component object model, объектная модель компонентов;

DCOM - distributed СОМ, распределенная объектная модель компонентов;

FTP — file transfer protocol, протокол передачи файлов;

HTML - hypertext markup language, язык разметки гипертекста;

HTTP - hypertext transfer protocol, протокол передачи гипертекста;

IDEF - integration definition;

SQL - structured query language, язык структурированных запросов;

STL — standard template library, стандартная библиотека шаблонов;

XHTML - extensible hypertext markup language, расширяемый язык разметки гипертекста;

XML - extensible markup language, расширяемый язык разметки;

Введение к работе

Актуальность исследования. Сетевые информационные системы (СИС) являются основой для построения единой информационной среды, объединяющей территориально удаленных поставщиков и потребителей информации. Важнейшим примером создания крупномасштабных СИС стала Федеральная целевая программа «Развитие единой образовательной информационной среды» (ФЦП РЕОИС), направленная на разработку и последующую интеграцию образовательных информационных систем и ресурсов на уровне регионов страны.

Развитие СИС неизбежно сопровождается увеличением объема передаваемой информации, усложнением топологии и повышением потребительских требований к качеству предоставляемых сервисов. В этих условиях важно обеспечить стабильность СИС — способность системы функционировать, не изменяя собственную структуру. Стабильность функционирования СИС нарушается за счет изменения структуры при полной загруженности одного или нескольких информационных каналов.

Слабоструктурированный анализ большого числа взаимосвязанных процессов передачи информации между элементами СИС, не позволяет проводить оценку стабильности функционирования СИС, адекватную реальности. Для этого необходима интегральная информационная характеристика, учитывающая как особенности топологии, так и косвенные показатели стабильности функционирования СИС — загруженность информационных каналов, количество переданной с ошибками и потерянной информации. В качестве такой интегральной характеристики целесообразно использовать оценку сложности СИС.

Проблемы, связанные с построением оценок сложности и их применением в различных областях знаний, рассматривались в работах ряда отечественных и зарубежных ученых: А. Н. Колмогорова,

В. В. Солодовникова, В. А. Горбатова, Н. П. Бусленко, Д. А. Поспелова,

8 Б. С. Флэйшмана, И. Пригожина, Дж. Ф. Трауба, Г. Николиса, Дж. Клира,

Дж. Л. Касти. Однако, методы обеспечения стабильности функционирования

СИС на основе оценок сложности, ранее не разрабатывались.

Таким образом, разработка аналитических и процедурных моделей оценки сложности СИС для проведения мониторинга сложности с целью обеспечения стабильности функционирования СИС является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы: обеспечение стабильного функционирования сетевой информационной системы на основе мониторинга сложности, проводимого с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности.

Задачи исследования:

Провести анализ методов оценки сложности и выявить возможности их использования применительно к СИС;

Разработать аналитические и процедурные модели оценки сложности СИС;

Сформулировать и решить задачу обеспечения стабильности функционирования СИС на основе мониторинга сложности на примере региональной образовательной СИС Тамбовской области;

4. Предложить структуру системы мониторинга сложности СИС. Объект исследования: сетевая информационная система.

Предмет исследования: модели оценки сложности для обеспечения стабильности функционирования сетевых информационных систем.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, теории графов, динамического программирования, матричного анализа, математической статистики.

Научная новизна работы:

1. Аналитическая модель вычисления разностной оценки сложности сетевых информационных систем, отличающаяся

9 усовершенствованной функцией приоритетности дуг для проведения разрыва;

Процедурная модель вычисления композитной оценки сложности сетевых информационных систем, основанная на использовании функции приоритетности для сокращения числа пробных разрывов дуг;

Постановка задачи обеспечения стабильного функционирования сетевых информационных систем и процедурная модель, обеспечивающая её решение с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности;

Структура, функциональная модель и модель данных системы мониторинга сложности сетевых информационных систем, разработанные с учетом специфики процесса оценки сложности сетевых информационных систем.

Практическая значимость полученных результатов. Практическая значимость работы заключается в возможности использования разработанных аналитических и процедурных моделей оценки сложности сетевых информационных систем для решения задач оценки и оптимизации информационных процессов в сетевых информационных системах. Структура системы мониторинга сложности (CMC) может быть использована для разработки подобных систем в различных областях науки и техники.

Полученные в ходе работы результаты использованы: при обучении студентов специальности «Прикладная информатика в экономике» на экономическом факультете Тамбовского государственного технического университета, что позволило повысить качество и эффективность учебного процесса; при разработке лабораторных работ и обучающих программных комплексов по дисциплинам «Корпоративные информационные системы», «Интеллектуальные информационные системы» и

10 «Мировые информационные ресурсы» на кафедре «Информационные процессы и управление» ТГТУ. Реализация и внедрение результатов работы. На основе разработанных аналитических и процедурных моделей оценки сложности сетевых информационных систем реализовано специализированное программное обеспечение. Результаты диссертационных исследований использованы: для обеспечения стабильности функционирования региональной образовательной СИС Тамбовской области; для обеспечения стабильности функционирования автоматизированной информационно-библиотечной системы «MarcSQL», функционирующей распределенно на рабочих станциях в Тамбовском областном государственном учреждении «Научная медицинская библиотека».

Положения, выносимые на защиту:

Аналитическая модель вычисления разностной оценки сложности сетевых информационных систем;

Процедурная модель вычисления композитной оценки сложности сетевых информационных систем;

Постановка задачи обеспечения стабильного функционирования сетевых информационных систем и процедурная модель, обеспечивающая её решение;

Структура системы мониторинга сложности, функциональная модель подсистемы мониторинга сложности.

Апробация работы. Основные результаты работы представлены и обсуждены на международных и Всероссийских научных конференциях «Новые информационные технологии и менеджмент качества» (Международный симпозиум, Турция, 2008 и 2009), «Телематика-2009» (XVI Всероссийская научно-методическая конференция, Санкт-Петербург), «Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий» (научно-практическая конференция, Сочи, 2006 и 2008), Инновационные технологии — путь к успеху (международная научно-практическая Интернет-конференция, Белгород, 2008), «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (Нижний Новгород, 2009), «Инновационные подходы к применению информационных технологий в профессиональной деятельности» (международная научно-практическая Интернет-конференция, Белгород, 2009).

Объем и структура работы. Диссертация, общий объем которой составляет 219 страниц (основной текст — 147 страниц) состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной научной литературы, включающего 102 наименования научных трудов на русском и иностранном языках и 4 приложения. Диссертация содержит 79 иллюстраций и 26 таблиц.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 тезисов докладов на международных и 7 тезисов докладов на Всероссийских и региональных научных конференциях. Получено 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Краткое содержание работы.

В главе 1, «Методы оценки сложности» рассмотрены основные аспекты функционирования СИС. Показано, что в современных условиях развитие СИС сопровождается ростом размерности, усложнением структуры, что обуславливает усиление требований, предъявляемых к стабильности их функционирования. Показано, что для оценки стабильности сложных информационных систем, к которым относится большинство СИС, целесообразно использовать интегральные характеристики всей системы в целом. В качестве такой характеристики предлагается количественная оценка сложности. В главе 1 дан обзор ряда работ, посвященных вопросам оценки сложности. Рассмотрены понятия структурной, динамической, вычислительной, структурно-параметрической сложности. Выбран метод оценки сложности для использования в решении задачи обеспечения

12 стабильного функционирования СИС. На основе проведенного анализа поставлена цель работы и задачи исследования.

Похожие диссертации на Обеспечение стабильного функционирования сетевых информационных систем с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности

Аналитическое и процедурное обеспечение экспертной системы оценки устойчивости функционирования сетевых информационных системАль Балуши Маджет Пир Бахш

Разработка моделей и методов синтеза модульной структуры автоматизированных информационных систем с использованием сетей ПетриИщенко Михаил Алексеевич

Повышение эффективности функционирования системы мониторинга инцидентов информационной безопасности банка на основе оценки надежности ее компонентовПопов, Сергей Викторович

Экспертная система оценки устойчивости функционирования сетевых информационных систем при негативных внешних воздействияхАль Тамими Недаль Юсеф

Разработка и организация функционирования информационной системы поддержки принятия решений наукоемкого производства Явник Роман Михайлович

Повышение качества функционирования информационной системы многопараметрического контроля образовательной деятельностиПлатонова, Алла Сергеевна

Разработка моделей и методов функционирования информационных систем предприятий атомного энергопромышленного комплекса в условиях чрезвычайных ситуацийМинаев Дмитрий Викторович

Совершенствование организации функционирования информационных систем предприятий газовой промышленностиРуднев Алексей Валентинович

Совершенствование качества функционирования информационных систем организационной сферыИсаев Георгий Николаевич

Совершенствование информационной системы поддержки функционирования железнодорожного транспортаИсаков, Олжас Аскерович