CC BY
9
УДК 004.942
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-126-131
КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ ОРГАНАМИ УПРАВЛЕНИЯ, УЧИТЫВАЮЩАЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И КАЧЕСТВО ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ
А.С. Белов, М.М. Добрышин, Д.С. Горбуля, Д.Е. Шугуров
Увеличение роли информации для управления территориально распределенных компаний, требует от корпоративных сетей связи обеспечить своевременной передачи заданного объема информации. Для доведения до органов управления необходимой информации, в настоящее время применяют широкий перечень услуг связи. Ухудшение значений параметров описывающих технические характеристики транспортной сети связи влияет на способность корпоративной сети предоставить требуемую услугу, что влечет к срыву процесса управления. Для недопущения указанной технической проблемы, предлагается за счет применения имитационного моделирования, нейросети и теории игр определить услуги связи, которые корпоративная сеть способна предоставить, которые позволят обеспечить передачу требуемую информацию, определенному количеству абонентов, за заданное время.
Ключевые принятие решения в условиях неопределенности, моделирование, теория игр, качество информационного потока, услуга связи, управление.
Современный этап развития инфотелекоммуникационных сетей позволяет предоставлять абонентам различные услуги связи (УС), позволяющие обеспечить передачу необходимого объема информации между органами управления в организации. В настоящее время для снижения времени доведения информации широкому кругу удаленных абонентов (органы управления территориально распределенных отделений (филиалов) предприятий) применяют различные виды конференцсвязи [1]. Выбор услуги связи, используемых для доведения информации осуществляется исходя из предпочтений пользователя. Однако наряду с рядом достоинств такого способа управления имеется и ряд ограничений, вызванных качеством информационных направлений (задержка доставки пакета (IPTD), средняя задержка доставки пакета (IPDV), коэффициент потери пакетов (IPLR), коэффициент ошибок пакетов (IPER)), причем требования к качеству определяются предоставляемыми услугами связи.
Основываясь на том, что большинство корпораций, компаний и организаций используют арендуемые информационные потоки (ИП), повлиять на качество транспортной сети возможно лишь опосредованно (обратится к провайдеру связи). Вследствие чего предоставление требуемой услуги связи, для доведения информации органам управления (ОУ) территориально распределенной компании не всегда возможно.
Одним из действенных подходов обеспечения абонентов, требуемыми услугами связи с заданным качеством является формирование резервных ИП [2, 3]. Однако в силу географических и инфраструктурных особенностей Российской Федерации, не на всей территории, возможно, создавать независимые, дублирующие транспортные направления, к тому же использование резервных ИП, приводит к расходованию дополнительных средств.
Другим возможным подходом обеспечения предоставления услуг связи, является перенаправление ИП по маршрутам, удовлетворяющим качеству [4, 5]. Данный подход также имеет ряд недостатков: отсутствие вычислительных мощностей и пропускной способности в точках перемаршрутизации; отсутствие возможности изменения маршрутов и др.
В условиях недостаточного (временного ухудшения) качества арендуемых ИП и отсутствия возможности использования резервных, независимых ИП, для обеспечения устойчивого процесса руководства организацией, предлагается осуществлять управление предоставляемыми услугами связи [6]. Данный подход в отличие от перечисленных ранее, требует от должностных лиц, осуществляющих процесс планирования и организации связи знания объема передаваемой информации и максимально допустимого времени доведения информации. Указанное ограничение обусловлено тем, что различные варианты организации связи имеют потенциальный объем информации, который возможно передать, количество ОУ одновременно участвующих в получении информации, что влияет на время доведения информации и как следствие на оперативность реакции указанных ОУ.
Учитывая наличие ряда организационных и организационно-технических процессов, а также наличия случайных процессов (ухудшение качества ИП) для обоснованно принятия решения необходим инструментарий, позволяющий давать количественные оценки возможных альтернатив в способах организации связи. Исходя из чего задачей разрабатываемого научно-методического аппарата является повышение обоснованности принятия решения по выбору альтернативного варианта организации связи, в условиях динамически изменяющихся характеристик информационных потоков.
Для решения указанной задачи, на первоначальном этапе целесообразно определить место исследуемого процесса в системе знаний теории управления [7-9].
Основным фактором, влияющим на процесс принятия решений по управлению сложной технической системой являются исходные. Исходные данные должны описывать:
- изменение значений параметров, описывающих состояние объекта управления;
- изменение значений параметров, описывающих состояние системы управления и ее элементов;
- изменение значений параметров внешних и внутренних дестабилизирующих воздействий.
Способы получения, их объем и методы оценки исходных данных определяют условия принятия решения [8-11]:
- в условиях определенности (с требуемой точностью известны значения измеряемых параметров, процесс детерминирован);
- в условиях риска (с требуемой точностью известны значения измеряемых параметров, процесс стохастичен, известен закон изменения случайной величины);
- в условиях неопределенности (известны измеряемые параметры, процесс стохастичен, закон изменения случайной величины неизвестен).
Процесс принятия решения основывается на применении следующих научно-методических подходов [12-14]:
- математическая статистика;
- методы оптимизации;
- теория игр;
- имитационное моделирование;
- математическое программирование;
- теория массового обслуживания;
- элементы искусственного интеллекта (нечеткая логика, генетические алгоритмы, нейросети)
- экспертные оценки и др.
Выбор применяемого научно-методического подхода основывается на условиях принятия решения, а также формы оценки (количественная или качественная оценки) изучаемого процесса.
Основываясь на представленном ранее описании, а также его ограничениях, процесс принятия решения по управлению видами предоставляемых услуг связи можно считать решением задач в условиях риска (ухудшение качества ИП носит случайный характер, распределение случайной величины, возможно, описать с некоторой достоверностью известными законами) [15].
Исходя из поставленной задачи на разработку научно-методического аппарата (получение количественной оценки), основываясь на возможностях по реализации замысла, ограничениях применимости рассмотренных методов, а также принципа историзма в качестве методов принятия решения в условиях рисков, возможно, использовать нейросети, имитационное моделирование и элементы теории игр.
Необходимость применения трех методов обусловлено, сущностью протекающих процессов при выборе решения, а именно описанием процесса изменения значений параметров характеризующих качество ИП (нейросеть), формированию возможных альтернатив предоставляемых услуг связи (на основе имитационной модели), выбор оптимальной альтернативы (на основе теории игр).
Первоначальный этап моделирования заключается в определении максимальных значений параметров характеризующих качество ИП (IPTD, IPDV, IPLR, IPER), за время равное времени доведения информации до заданного количества ОУ. Учитывая особенности возникновения ошибок и задержки при передачи информационного потока в транспортной сети, возможности их фиксировать, указанную задачу предлагается реализовать в программной среде «ЗТАТШТГСА vШ.0». При обработке рассматриваемых исходных данных, предлагается применять следующие настройки: регрессионный анализ временного ряда; формирование сети в автоматизированном режиме; тип сети - многослойный персептрон. Для обучения формируется 10 сетей, которые состоят из как минимум 5 скрытых нейронов, для анализа отбираются 5 лучших сетей. Лучшая нейросеть позволит формировать исходные данные (численные значения каждого из перечисленных параметров, а также дисперсию этих значений) для следующих этапов моделирования.
Процесс оценки возможных альтернатив по предоставлению абонентам услуг связи заключается в формировании имитационной модели включающей:
- блоки (устройства) имитирующие оконечное оборудование, формирующее процесс установления соединения и информационный поток (интенсивность отправки пакетов определяет скорость передачи, которая в свою очередь имитирует предоставление определенной услуги связи);
- блоки (устройства) имитирующие сетевое оборудование, обеспечивающие соединение с другими элементами модели (задаются метки, используемые в дальнейшем в решающих устройствах при оценке функционирования выбранной услуги связи);
- блоки (устройства) имитирующие возможность установления соединения с другими элементами при предоставлении различных услуг связи (решающие устройства, оценивающие метки);
- блоки (устройства) имитирующие ухудшение качества ИП (ГРТи, IPDV, IPLR, IPER - максимальные отклонения от нормальных значений определяются дисперсией, рассчитанной, на основании сформулированной ранее нейросети);
- блоки (устройства) фиксирующие ухудшение или разрыв установленного сеанса связи (решающих устройствах оценки функционирования выбранной услуги связи);
- блоки (устройства) рассчитывающие вероятность передачи требуемого объема информации заданному количеству абонентов при использовании выбранной услуги связи и текущем уровне качества
ИП (расчет основан на соотношении итераций модели, в которой информация была успешна передана к общему количеству итераций);
- блок (устройство) рассчитывающее вероятность передачи информации до всех абонентов сети (расчет основан на соотношении количества элементов сети, которым информация была успешна передана, к требуемому количеству элементов сети);
- блок (устройство) контроля времени и переданной информации.
Целью моделирования является выявление зависимости вероятности передачи информации заданным абонентам сети, а также вероятность передачи информации всем абонентам сети от качества ИП.
В качестве исходных данных выступают: требуемый к передаче объем информации (У™ф ) нет
обходимый системе управления ({7.инф = ^ уу1НФ ); объем информации (Уунф ) необходимый для дове-
У=1
дения у — му элементу системы управления; количество элементов системы управления (Т = 1,2,..., у ); количество соединений используемых для функционирования (^соед = 1,2,..., п); время установления
/ ^соед ч Л, ^ / ¿соед
соединения (* ) и — и услуги связи (если соединения устанавливаются одновременно то * - мак-
*соед =£ Сед);
используемая для передачи информации услуга связи (и = 1,2,...,и); объем инфор-
симальное значение из всех значении; если соединения устанавливаются последовательно то
и
¿соед _ 1 ^соед
lu
u=1
мации (Vu"H^ ) передаваемый при использовании u — И услуги связи; наличие или отсутствие сетевого соединения (Мсв = 0 при отсутствии, Мсв = l при наличии) необходимого для предоставления u — И услуги связи; значения параметров качества k — го информационного потока: задержка доставки пакета (IPTDk), средняя задержка доставки пакета (IPDVk), коэффициент потери пакетов (IPLRk), коэффициент ошибок пакетов (IPERk), допустимые значения параметров качества k — го информационного потока: для u — И услуги связи: задержка доставки пакета (IPTD¿дOп), средняя задержка доставки пакета (IPDVy°u), коэффициент потери пакетов (IPLRu^0^), коэффициент ошибок пакетов
(IPER^).
Программную реализацию предлагается осуществить на основе известного средства - Расширенный редактор GPSS World (ООО Элина-компьютер). Применение указанного средства обусловлено возможность реализовать каждый из указанных элементов модели [16, 17], возможностью внесения изменений в состав модели без значительного изменения структуры модели и дополнительных временных затрат на ее отладку и оценку качества. Также данная среда моделирования позволяет рассчитать точечные и интервальные значения вероятность передачи требуемого объема информации заданному количеству абонентов при использовании выбранной услуги связи и текущем уровне качества ИП и вероятность передачи информации до всех абонентов сети. Варианты имитационной модели информационного направления показан на рисунке.
Учитывая тот факт, что значения параметров, характеризующих качество ИП, не стационарны во время предоставления услуг связи абонентам, выбор альтернативы (варианта схемы организации связи) должен обеспечить предоставление услуги связи на всем периоде ее функционирования. Вследствие этого предлагается основываясь на результатах имитационного моделирования сформулировать платежную матрицу, где в качестве стороны А выступают возможные варианты организации связи (альтернативы), в качестве действий стороны Б выступают фиксированные значения параметров, характеризующих качество ИП (IPTD, IPDV, IPLR, IPER). Количество альтернатив определяется техническими возможностями корпоративной сети предоставлять различные виды связи. Значения параметров, характеризующих качество ИП выбираются исходя из максимальных значений за период равный времени доведения информации до заданного количества органов управления (результаты использования сформированной нейросети). Матрица заполняется значениями вероятности передачи требуемого объема информации заданному количеству абонентов при использовании выбранной услуги связи и текущем уровне качества ИП (результаты имитационного моделирования). Решением является нахождение равновесной стратегии («седловая точка), в случае если такого вешения нет, то нахождение оптимальной стратегии осуществляется по критерию Сэвиджа (нахождение безрисковой стратегии).
Обобщая предложенный подход, можно сделать вывод о том, что за счет применения имитационного моделирования, нейросети и теории игр при выборе оптимальной услуги связи (набора услуг), для обеспечения передачи требуемой информации, определенному количеству абонентов, за заданное
время, обоснованность принятия решения повышается и как следствие обеспечения своевременной передачи информации между пунктами управления. Направлением дальнейших исследований является программная реализация указанных этапов и отладка их совместного применения.
Варианты имитационной модели информационного направления (Расширенный редактор GPSS World)
Представленную модель, возможно, применять при планировании организации связи, с элементами территориально распределенной системы управления. Элементы модели частично реализованы в патентах РФ на изобретение [18, 19], а также программе для ЭВМ [20].
Список литературы:
1. Анисимов Е.Г., Анисимов В.Г., Солохов И.В. Проблемы научно-методического обеспечения межведомственного информационного взаимодействия // Военная мысль. 2017. № 12. С. 45-51.
2. Добрышин М.М., Шугуров Д.Е., Локтионов А.Д. Методика определения необходимого количества арендуемых цифровых потоков для защиты от информационно-технических воздействий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 341-348.
3. Дидрих В.Е., Дидрих И.В., Громов Ю.Ю., Ивановский М.А. Задача распределения ресурсов в сетевой информационной системе // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2016. Т. 22. № 4. С. 541-549.
4. Белов А.С., Добрышин М.М., Горбуля Д.С. Динамическое управление маршрутизацией соединений в корпоративной сети связи при выходе из строя арендуемых линий прямой связи // Журнал технических исследований. 2021. Т. 7. № 2. С. 13-19.
5. Громов Ю.Ю., Яковлев А.В., Васюкова Е.О Динамическая модель сетецентрической информационной системы // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2015. № 11. С. 1721.
6. Анисимов Е.Г. Показатели эффективности межведомственного информационного взаимодействия при управлении обороной государства / Е.Г. Анисимов [и др.] // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2016. № 7-8 (97-98). С. 12-16.
7. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий // Перевод с английского Р.Г. Вачнад-зе. Москва «Радио и связь», 1993. 273 с.
8. Таха, Хэмди, А. Введение в исследование операций. 6-е издание: пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. 912 с.
9. Теория управления в системах военного назначения. Учебник. А. В. Боговик, С. С. Загорулько, И. С. Ковалев, И. В. Котенко, В. В. Масановец / Под редакцией И. В. Котенко. М.: МО, 2001. 320 с.
10. Силкина Г.Ю. Теория принятия решений и управление рисками. Модели конфликтов, неопределенности, риска: учебное пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. 74 с.
11. Бурков В.Н., Коргин Н.А., Новиков Д.А. Введение в теорию управления организационными системами / Под ред. чл.-корр. РАН Д.А. Новикова. М.: Либроком, 2009. 264 с.
12. Неймарк Ю.И., Коган Н.Я., Савельев В.П. Динамические модели теории управления. М.: Наука. Главная редакция физико-математичкой литературы, 1985. 400 с.
13. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов. 3-е юд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2001. 343 с.
14. Аксенов К.А., Гончарова Н.В. Моделирование и принятие решений в организационно-технических системах: учебное пособие. В 2 ч. Ч. 1. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. 104 с.
15. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. 2-е изд., стер. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. 208 с.
16. Расширенный редактор GPSS World. Руководство пользователя ООО Элина-компьютер, 2014. 244 с.
17. Моделирование в AnyLogic. Пособие для практических занятий. СПб.: ВАС, 2016. 412 с.
18. Анисимов В.Г., Анисимов Е.Г., Гречишников Е.В., Белов А.С., Орлов Д.В., Добрышин М.М., Линчихина А.В. Способ моделирования и оценивания эффективности процессов управления и связи. Патент на изобретение RU 2673014 C1, 21.11.2018. Заявка № 2018103844 от 31.01.2018.
19. Добрышин М.М., Закалкин П.В., Колкунов А.М., Горбуля Д.С., Санин Ю.В. Способ защиты узлов виртуальной частной сети связи от DDoS-атак за счет управления количеством предоставляемых услуг связи абонентам. Патент на изобретение RU 2675900 C1, 25.12.2018. Заявка № 2018103842 от 31.01.2018.
20. Добрышин М.М., Локтионов А.Д. Программа выбора последовательности воздействия на элементы сети связи с учетом стратегий распределения ресурсов обороняющейся стороны, основанная на применении теории игр // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2020618642, 30.07.2020. Заявка № 2020617606 от 22.07.2020.
Белов Андрей Сергеевич д-р техн. наук, доцент, сотрудник, andrej2442016@yandex. ru, Россия, Орёл, Академия ФСО России,
Добрышин Михаил Михайлович, канд. техн. наук, сотрудник, [email protected], Россия, Орёл, Академия ФСО России,
Горбуля Дмитрий Сергеевич, сотрудник, Россия, Орёл, Академия ФСО России,
Шугуров Дмитрий Евгеньевич, канд. техн. наук, сотрудник, sde33@academ. msk. rsnet.ru, Россия, Орёл, Академия ФСО России
A CONCEPTUAL MODEL OF INFORMATION EXCHANGE BETWEEN MANAGEMENT ORGANIZATIONS, TAKING INTO ACCOUNT THE INFORMATION TECHNOLOGIES USED AND THE QUALITY OF
INFORMATION FLOWS
A.S. Belov, M.M. Dobryshin, D.S. Gorbulya, D.E. Shugurov
Increasing the role of information for the management of geographically distributed companies requires corporate communication networks to ensure timely transmission of a given amount of information. A wide range of communication services is currently being used to bring the necessary information to the management bodies. Deterioration of the values of parameters describing the technical characteristics of the transport communication network affects the ability of the corporate network to provide the required service, which leads to disruption of the management process. To avoid this technical problem, it is proposed through the use of simulation modeling, neural networks and game theory to determine the communication services that the corporate network is able to provide, which will ensure the transmission of the required information to a certain number of subscribers for a given time.
Key words: decision-making under uncertainty, modeling, game theory, quality of information flow, communication service, management.
Belov Andrey Sergeevich, doctor of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Orel, Academy of the FSO of Russia,
Dobryshin Mikhail Mikhailovich, candidate of technical sciences, employee, [email protected], Russia, Orel, Academy of the FSO of Russia,
Gorbulja Dmitry Sergeevich, employee, Russia, Oryol, The Academy of FSO of Russia,
Shugurov Dmitry Evgenievich, candidate of technical sciences, employee, [email protected], Russia, Oryol, The Academy of FSO of Russia
