CC BY
60
УДК 681.3
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ЭЛЕМЕНТАМИ КОНКУРЕНЦИИ И ОГРАНИЧЕННОСТИ РЕСУРСОВ
И.М. Матвеенко, А.В. Бурковский
В статье обсуждается проблематика процессов развития распределенных информационных систем. Подробно рассмотрена разработка формализованного описания модели процессов функционирования системы информационного обслуживания клиентов телекоммуникационной сети и ее элементов. Предложен метод интеграции модели развития, базирующейся на моделях социальных систем, с учетом ограниченных ресурсов развития, а также управляемости отдельных центров системы в формализованное описание процессов
Ключевые слова: моделирование, информационная система, формализация процессов развития
В настоящее время информационные системы состоят из сложных комплексов технических средств, обеспечивающие информационными услугами территориально-распределенных потребителей сервисов системы, находящиеся в постоянном развитии.
Распределенные информационные системы в процессе развития порождают несколько взаимосвязанных задач: определение общей структуры сети с вариантами оптимального развития; учет влияния конкурирующих систем в нише однотипных ресурсов.
Рассмотрим развивающуюся распределенную информационную систему с неоднородным распределением ресурсов и разной степенью управляемости частей системы.
Используя математическую модель развивающейся системы информационного обслуживания клиентов телекоммуникационных сетей с возможностью анализа альтернативный структур системы и параметров составляющих элементов [1], опишем базовые процессы, протекающие при функционировании и развитии системы, рассмотрим условия их возникновения.
Базовыми процессами, которыми можно описать реализацию всех возможных предпосылок развития системы информационного обслуживания клиентов телекоммуникационной сети являются: создание узла системы, модернизация узла системы, рас-
Матвеенко Иван Михайлович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, е-шаП: matveenko@vandex.ru Бурковский Александр Викторович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, е-шаЛ: emses@list.ru
формирование узла, включение пользователя в систему, изменение параметров и структуры соединений внутри системы. Рассмотрим все эти процессы подробнее.
Создание узла нового узла. Предпосылками для его создания нового узла системы информационного обслуживания клиентов телекоммуникационной сети являются:
- наличие неохваченных услугами системы потенциальных пользователей в территории неохваченной системой;
- альтернатива старому узлу, который не может удовлетворить запросы уже подключенных пользователей системы и модернизация которого не выгодна или невозможна;
возникновение новой услуги, требующей наличия в системе нового узла, который невозможно получить путем модернизации существующих узлов.
Рис.1. Создание нового узла информационной системы
При проектировании нового узла системы информационного обслуживания клиентов решаются несколько задач (Рис.1):
- определение места размещения узла;
- определение пользователей потребности, которых в телекоммуникационных сервисах удовлетворяет проектируемый узел;
- определение области влияния узла;
- расчет внутренней структуры узла и его характеристик;
- определение места узла в общей иерархии и связей с другими узлами;
- расчет запас роста узла, определяется исходя из кривых прогноза развития, имеющих нелинейный вид. Кривые формируются на основе статистических данных характеризующих развитие узлов в зависимости от различных факторов.
Создание нового узла предполагает интеграцию его в структуру системы информационного обслуживания клиентов телекоммуникационных сетей.
Модернизация существующего узла системы. При ограничении по территории развития или при наличии достаточных потенциальных пользователей на уже охваченной территории процессы развития могут протекать без возникновения новых узлов, а лишь за счет изменения и преобразования существующих.
Условиями необходимыми для модернизации узла системы информационного обслуживания клиентов телекоммуникационной сети являются:
- определение путем анализа информационных потоков проходящих через узел превышения возможностей удовлетворения потребностей клиентов в телекоммуникационных услугах;
- появление потенциальных пользователей в приграничных областях зоны влияния узла и желание охватить услугами эту группу клиентов;
- возникновение новой услуги, которую невозможно предоставить без модернизации существующих узлов.
- отсутствие внутренних ресурсов узла для подключения новых пользователей.
Рис.2 - Модернизация существующего узла информационной системы
При проектировании модернизации узла системы информационного обслуживания клиентов телекоммуникационной сети решаются следующие задачи (Рис.2):
- определение потребностей пользователей в телекоммуникационных сервисах, которые должен удовлетворяет модернизируемый узел;
- определение изменение области влияния модернизируемого узла с целью оптимального охвата возможных пользователей системы;
- расчет внутренней структуры модернизируемого узла и его характеристик исходя из опимальных требований предъявляемых к
узлу;
- модификация взаимосвязей узла в общей иерархии и взаимодействия с другими узлами системы;
- расчет запас роста модернизируемого узла, также определяется исходя из кривых прогноза развития.
Расформирование узла системы. В процессе развития системы в целом некоторые ее элементы могут не только развиваться и возникать, но и деградировать и уничтожаться. При возникновении следующих причин происходит расформирование узла системы:
- уменьшение количества пользователей узла и увеличение доли эксплуатационных расходов в прибыли узла;
- возникновение в зоне влияния узла нового узла, удовлетворяющего всех пользователей узла с меньшими затратами и большим спектром услуг;
- стагнация роста узла и значительное превышение его показателей по сравнению с
нагрузкой на узел, определение более целесообразного использования оборудования.
Рис.3 - Расформирование существующего узла информационной системы
Необходимо решить следующие задачи при расформировании узла системы информационного обслуживания клиентов телекоммуникационной сети:
- распределение пользователей узла системы между существующими и создающимися узлами;
- использование освободившихся ресурсов развития составляющие ранее структуру и взаимосвязи расформированного узла;
- анализ ситуации и внесения корректировок в кривые развития с целью предотвращения и упреждения подобных ситуаций для остальных узлов.
Расформирование никогда не производиться системой автоматически и только дается прогноз целесообразности данного действия. Для клиентов, которые были прикреплены к расформированному узлу существуют варианты подключения к другим узлам, в область влияния которых они входят и в этом случае, как и в случае возникновения нового пользователя системы осуществляется следующая процедура.
Включение пользователя в систему. Определение принадлежности подключаемого клиента к определенному узлу системы.
При подключении нового клиента телекоммуникационной сети решается задача о его привязке к определенному узлу. Так зоны влияния узлов системы пересекаются, и узлы могут предоставлять не идентичные телекоммуникационные услуги, то возможны несколько вариантов:
- клиент подключается к одному узлу удовлетворяющему его по типам услуг и мощностным показателям;
- клиент подключается к разным узлам, если ни один из них не может предоставить в полном объеме сервисы требуемые клиентом;
- клиент переходит в группу абонентов включенных в расчет нового узла и подключается к вновь сформированному узлу.
Рис. 4 - Определения подключения нового клиента системы
В структуре информационной системы выделяют следующие составляющие: административная часть (узлы распределенной системы, их состав и структура), линии связи и управляющие элементы, система сбора и обработки статистики. На них оказывают влияние следующие факторы: пространственные (площадь территории, плотность системы), системы коммуникации, задачи управления и другие.
Особое внимание необходимо уделить аспекту того, что в реальности ресурсы, влияющие на развитие распределенной информационной системы неоднородны, поэтому возникает необходимость в разработке модели, учитывающей все эти факторы.
Для стабильного существования распределенной информационной системы необходимо обеспечить независимость от внешних условий. Максимизация объема контролируемых ресурсов путем территориального расширения является более или менее универсальным способом адаптации. Территориальный рост развивающейся информационной системы ограничивается наличием конкурирующих систем с амбициями, потребляющих аналогичные ресурсы.
Применив принципы построения моделей развивающихся распределенных информационных систем [3]. Сформируем математическую модель развивающихся информационных систем с элементами конкуренции в условиях ограниченности ресурсов.
Мощь управляющего центра опишем функцией М1 (1): 1Я+^ ¡Я (1 - номер центра), численная характеристика охвата области влияния - функцией N(1): ¡Я+ ^ ¡Я , общий ресурс - функцией Я*(х,у,1): ¡Я3 ^ ¡Я, освоенный ресурс - функцией Я(1): ¡Я+ ^ ¡Я , управляющее влияние центра функцией Р (х, у, 1): 1.Я3 ^ ¡Я , внешнюю функцию центра информационной системы для 1-го управляющего центра - функцией С1 (1): ¡Я+ ^ ¡Я . Будем рассматривать развитие распределенной информационной системы в некоторой области О е ¡Я2.
В качестве модели в данном случае рассматривается система дифференциальных уравнений (обыкновенных и в частных производных). В левой части уравнения пишем скорость изменения величины от времени 1 а в правой - разность показателей скорости прироста и убыли описываемой функции.
Уравнение, описывающее изменение мощи управляющего центра (для упрощения записи далее опускаем индексы 1), имеет вид
^ = Вм ~°м (1)
Здесь
Вм = [Внм • М] • Вм (Я) • Вм (р, С) • Вм (N),
Бм = [Бпм • м] • Бм (Я) • Бм (Р, С) • Бм (N
- соответственно скорости прироста и убыли мощи М;
Впм и Бпм - скорости естественного прироста и убыли М;
Вм (Я) , Вм (р, С) и Вм (N) - коэффициенты, влияющие на рост М, в зависимости от Я, Р, С, К, т.е. это некоторые функции от этих величин;
Бм (Я) , Бм (Р, С) и Бм (Ж)
аналогичные
коэффициенты для величины Ом .
Изменение численной характеристики охвата области влияния, опишем уравнением
— = В„ - Б„ + — • Ж (2)
аі Е1
где
В„ (г, 1) = N • Вп„ • В„ (г),
Бм (г, t) = N • Бпм • Б1 (г)
- темп прироста и уменьшения ( Впм и Бп„ - нормальные темпы);
г = ^Я'(N) - ресурсообеспеченность (эффективность полученного ресурса);
Я'(N) - количество ресурса, необходимого для охвата влиянием области N.
(ЩЕХ) • N - изменение скорости прироста области в зависимости от внешнего параметра - уровня развития внешней системы Е (Е
- нормирующий множитель).
Изменение ресурса Я* вычисляют в каждой точке плоскости х , у , исходя из уравнения
ДЯ*
—— (х, у, t) = - Бя (Е (1), С (1), Р( х, у, t)) + кЯ (3 )
М
Здесь БЯ - функция, описывающая величину расхода естественного ресурса Я*; кЯ -скорость возобновления ресурса.
Скорость роста полученного распределенной информационной системой ресурса Я1 зависит от его наличия Я* (х, у, 1) и возможности его получить (что определяется степенью влияния центра на данную территорию Р( х, у, 1))
Я1 (1) = Ц Р( х, у, 1) Я* (х, у, 1 )ахДу (4)
О
Скорость расхода ресурса Я2(1) = г0 • N(1),
где г0 - ресурс, необходимый для единичного влияния.
Следовательно, уравнение, описывающее изменение полученного ресурса, имеет вид
ДЯ
аі
= Я, (і) - Я2(і)
(5)
Изменение влияния записывается, следующим образом
дР
¥'х,у,0 = _ (6)
= 0( х, у, 1) •АР + Л(С, Р, м) •Р + УЯ*-УР - Р2 где:
Q(х,у, 1)•АР - распространение влияния, 6( х, у, 1) - коэффициент, зависящий от пространственных условий;
/(С, Р, м) - функциональная зависи-
мость от внешней функции центра системы, от Р - внешнего параметра - уровня развития управляющей системы и от мощи административного центра;
уя* • УР - распространение влияния в направлении увеличения количества ресурса Я*;
-Р2 - противодействие увеличению
управляющего влияния Р, связанное с ограниченностью «управляемого» пространства.
Разработанная модель на базе формализованного описания основных процессов функционирования и развития информационной системы обслуживания клиентов телекоммуникационной сети адекватно описывает естественно развивающуюся распределенную информационную систему с коорди-нальным изменением структуры, используя алгоритм оптимального развития распределенной информационной системы [2] , применив модель распределенной системы [3], возможно построение модели с учетом огра-
ниченности ресурсов и наличия конкурирующих развивающихся систем.
Литература
1. Матвеенко И.М., Бурковский А.В. Модели оптимизации параметров обслуживания в развивающихся корпоративных сетях специального назначения. Вестник Воронежского государственного технического университета. 2007. Т.3 №5 - с.73-76.
2. Матвеенко И.М., Бурковский А.В. Модели анализа телекоммуникационных сетей в процессе их развития. Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. Т.4 №5 - с.84-87.
3. Матвеенко И.М., Бурковский А.В. Модели развивающихся распределенных систем на основе моделей социальных систем. Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. Т.4 №5 - с.75-77.
Воронежский государственный технический университет
FORMALIZATION OF DEVELOPMENT OF INFORMATION SYSTEMS WITH COMPETITION AND LIMITATION OF RESOURCES ELEMENTS
I.M. Matveenko, A.V. Burkovsky
The article considers the problematics of distributed information systems development. The authors make a close study of formalized description of model of processes of information system service functioning of telecommunication network and its elements development. The method of model development integration based on social systems models is suggested. It takes into account limited development resources and controllability of separate system centers into formalized description of processes
Key words: modeling, information system, formalization of development
processes
