CC BY
98
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ПРОЦЕДУР ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОДСИСТЕМ
Буренин Андрей Николаевич,
АО "НИИ "Рубин", г. Санкт-Петербург, Россия
Легков Константин Евгеньевич,
ВКА имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, constl@mail.ru
Ключевые слова: информационная подсистема, автоматизированная система управления, уровневые сети, информационные воздействия, информационная услуга.
При обеспечении обороноспособности, безопасности и правопорядка в любых странах мира для соответствующих министерств и ведомств разворачиваются сложные организационно-технические системы специального назначения. В целях гарантированного обеспечения их эффективного функционирования в различных условиях эксплуатации (в том числе чрезвычайных), создаются системы управления ими, которые, как правило, являются автоматизированными. Обычно в составе таких автоматизированных систем управления создаются информационные подсистемы, которые обеспечивают требуемые значения показателей качества процессов управления организационно-техническими системами путем предоставления должностным лицам органов управления и прикладным процессам в составе специального программного обеспечения комплексов средств автоматизации определенной номенклатуры требуемых информационных услуг. Как любая многофункциональная сложная система специального назначения, информационная подсистема должна функционировать с заданными значениями показателей эффективности и быть устойчивой, т.е. обеспечивать заданную эффективность функционирования в условиях, как реальной надежности ее средств, так и в случае применения всего комплекса информационных и разрушающих воздействий на нее. Для гарантированного выполнения поставленных перед информационной подсистемой целей она должна быть управляема, особенно при чрезвычайных условиях. Рассматриваются вопросы обеспечения эффективного и устойчивого функционирования информационных подсистем, входящих в состав автоматизированных систем управления сложными организационно-техническими объектами (системами), когда в процессе их эксплуатации возникает необходимость корректировки структуры. Для обеспечения функционирования информационных подсистем с заданной эффективностью и устойчивостью в условиях реальной надежности их средств и широкого спектра воздействий они должны быть управляемы. Для управления такими подсистемами специально создаются системы управления на базе развертываемых комплексов программно-аппаратных средств. Выделенные и распределенные по компонентам подсистем системы управления ими, выполняют ряд задач управления, соответствующих модели управления ЫИв. Среди всех задач управления выделяется задача управления структурами подсистем. Предложены подходы и изложены процедуры управления структурой информационных подсистем, позволяющие повысить эффективность их функционирования.
Информация об авторах:
Буренин Андрей Николааевич, д.т.н., доцент, главный научный сотрудник, АО "НИИ "Рубин", г. Санкт-Петербург, Россия Легков Константин Евгеньевич, к.т.н., начальник кафедры АСУ, ВКА имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия
Для цитирования:
Буренин А.Н., Легков К.Е. Метод повышения эффективности функционирования на основе процедур оперативного управления структурой информационных подсистем // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 11. №9. С. 48-57.
For citation:
Burenin A.N., Legkov K.E. (2017). Method of improving the efficiency of functioning based on the procedures of operational management of information subsystems structure. T-Comm, vol. 11, no.9, рр. 48-57. (in Russian)
Введенне
Для управления информационней подсистемой (ИГ 1С) Специально создаются комплексы программно-аппаратных средств, а также выделяются средства из состава комплексов автоматизированной системы управления (АСУ) сложными организационно-техническими системами специального назначения (ССН), Как первые, так и вторые, совместно образуют выделенную распределенную по компонентам подсистемы систему управления И11С АСУ ССН, на которую возлагается решение целого ряда задач по управлению подсистемой. В соответствии с используемой для достаточно широкого круга сложных организационно-технических объектов моделью управления NMS [1, 2J, программный комплекс системы управления ИПС АСУ ССН, должен реализовать пять основных задач управления: управление функционированием, управление структурой, управление устранением неисправностей и ошибок, управление ресурсами и управление безопасностью (рис. I ).
Основные задачи управления ИПС АСУ ССН
Д II J Ч.' L Д JJ-
ï s О
S й О
£ I >.
Î =<
§ = и
= 2 О % >.>.
с
1 S '3
1 « h
v Е £ s
~ ZJ - 1S
е£ з л й
5 H 9 Я
6 & & О
^ £ I
X
« и = =
= Т «
Si 3 2 Й.О
1 с<
: îw " -
= Я S * U
: I- и
— и *
S S >■
S S и
î ч < с, =
- a U
>. z =
^ s
сама подсистема (или требуемый ее компонент) изменяет свою структуру [1,2].
Формулировка задача управления структурой
ИПС АСУ ССН
Задача управления структурой ИПС АСУ ССН является сложной (в силу сложности самой И1 (С) комплексной (в силу многоуровневости и многофункциональности ИПС) задачей и предполагает разработку и последующее использование совокупности подходов и способов, применяемых последовательно или совместно в разных условиях обстановки (рис.2).
Как и при решении других задач управления ИПС АСУ ССН, при управлении ее структурой необходимо, чтобы были достигнуты цели;
(I)
= .....д(1,) = Ь/
FAh.....
где r = {i.....~ множество параметров ИПС АСУ ССН,
влияющих на ее структуру; д = .....)} - множество
функционально зависимых от параметров характеристик ИПС АСУ ССН, определяющих ее функционирование; Flf,(tv...jr)- показатель эффективности ИПС АСУ ССН,
Рис. I. Основные группы задач управления ИПС АСУ ССН
Таким образом, основные задачи, которые необходимо решать при управлении И! [С АСУ ССН. можно свести к пяти группам задач управления (рис. 1). При этом обычно эти задачи ранжируют по важности (критичности), которая определяется степенью влияния на показатели эффективности и устойчивости функционирования как ИПС, так и ССН в целом.
Естественно, что задача управления функционированием ИПС является наиболее важной и сложной в реализации, поскольку решается в реальном масштабе времени и связана с необходимостью учета многих факторов, характеристик н параметров сложных процессов, протекающих в подсистеме, которая рассматривается как мульТисетевая система обслуживания [2], и для которой характерны основные черты систем массового обслуживания [3, 4|.
Вместе с тем, когда возможности процедур управления функционированием исчерпаны и не могут обеспечить гре-буемый уровень эффективности, необходимо скорректировать структуру самой ИПС АСУ ССН таким образом, чтобы обеспечить возможность процедурам управления функционированием гарантировать выполнение целевых показателей подсистемы при измененной структуре.
Управление ИПС АСУ ССН, как сложной системой, осуществляется в различных условиях эксплуатации (в т.ч. в чрезвычайных условиях) и предполагает разработку процессов организации комплекса управляющих воздействий на нее и се компоненты (в т.ч. резервы), в результате которых
1 Управление процессами подключения пользователей
АСУССН N средствам предоставления информационны* услуг
iIpuueaypu управления используются системой управления ИПС. когда есть возможность ¡l'i::■. ..1. - м НУ в :ri\'h..\ действующей етр) ктуры ia счс1 ilepqm-iiptiticiши пользователей
rut серверам МПС, используя резервы и* производительности и мудипнхфвваюстн
2 Управление процессами ввода резервных средств ИПС для восстановления поврежденных или для формирования новой
структуры ИПС для сложившихся условий эксплуатации
1 !роцедурм управления нсполы}тогсн системой управлении ИПС, МПШ отсутствует возможность предоставлять требуемые НУ в рамках действующей и I рук туры
Рис. 2. Комплекс задач управления функционированием ИПС АСУ ССН
Выполнение целей Г//( обеспечит условия для эффективного и устойчивого функционирования ИПС в целом и отдельных ее компонентов в различных условиях, в т.ч. в условиях воздействия на нее и систему управления ИПС комплекса естественных и преднамеренных возмущений и помех |4].
В плоскости управления структурой показатель эффективности ИПС АСУ ССН целесообразно задать некоторым функционалом который за-
висит от фиксированных (невозмущенных) параметров и характеристик ИПС АСУ ССН Ь„, , от параметров внешних
воздействий От структуры подсистемы Б1Г, от управ-
ления функционированием подсистемы \] ,тс1Г, а также от управления структурой U„. й,.
Рассматривая f(t. L„„ К№, VU как Ф>,ик"
цню от управления структурой, можно утверждать, что выбор конкретного вектора USlrí/,(/) — UJj"lft(!> обеспечит вполне конкретное значение показателя эффективности ИПС АСУ ССН, т.е. f[¡.L^, К№ I4W>]*
Поэтому решение задачи управления структурой ИПС АСУ ССН сводится к поиску такого UV(W/1(/) = пе-
реводящего существующую структуру ИПС£(t—àt ) в планируемую ,î(''(/|, для которой при прочих равных условиях обеспечивается либо экстремальное значение показателя f,, * F\i, L„„ K,,v. либо
значение показателя F[t, L/f„ ^»^(/^^Ц^Л ,ie
более {или менее) допустимого значения.
Решение экстремальной задачи - наилучшее управление U(i), являющееся оптимальным управлением структурой
ИПС АСУ ССН, переводящим текущую структуру ИПС S,) в оптимальную S ¡i''1" ( / ) Для данной ситуации,
в которой, при прочих равных условиях, обеспечивается экстремальное значение показателя эффективности. Решение задачи, заданной в виде квантили - некоторое эффективное управление, переводящее текущую структуру ИПС S¡r(t-&t ) в требуемую (/), в которой, при прочих равных условиях, обеспечивается значение показателя эффективности ИПС пс хуже требуемого уровня с заданной вероятностью. В решении задачи используется модель объекта управления (ИПС АСУ ССН), представленная в виде lí учитывается ресурс, выделяемый на
управление структурой Rt
Если ССН функционирует в условиях допустимого уровня внешних воздействий, когда изменения в структуре ИПС АСУ ССН несущественны и есть возможность маневрировать су шествующим и резервами ИПС, то задача управления структурой сводится к задаче i(рис. 2) - управление процессами подключения пользователей АСУ ССН к средствам предоставления информационных услуг.
Если ССН функционирует в чрезвычайных условиях (существенные изменения s структуре ИПС АСУ ССП), го необходимо применять другие процедуры, направленные на управление процессами ввода резервных средств ИПС для восстановления поврежденных элементов или формирования повой структуры ИПС, т.е. управление структурой сводится к задаче 2 (рис. 2).
И в первом и во втором случае, структуру ИПС АСУ ССН целесообразно задать множеством параметров Sn.( / - Д/ )=¡5,(f - А/ )¡ V í = I...../. Тогда показатель эффективности ИПС представляется следующим образом:
F(/,L„„KJ№.s,(f-A/ J.....J.Vfm.„l,V^ll.) = _ (2)
= .....М^'-Д',,))]
С учетом (2) формулировка задачи организации управления множеством параметров, характеризующих структуру ИПС АСУ ССН, сильно усложняется. Задача в силу ее чрез-
вычайной большой размерности (множество параметров задающих структуру ИПС) и существующей неопределенности (степень влияния вектора K„lír на множество параметров S„,={s;) непонятна, отсутствуют приемы синтеза сложных структур, в которых протекают процессы соединения, маршрутизации и обслуживания) относится к трудноразрешимым задачам. Поэтому непосредственное решение задачи методами многокритериальной оптимизации (но И apero или но интегральному критерию [5-13]} невозможно. По тем же причинам, задача, связанная с выбором управления, обеспечивающего квантиль значения показателя эффективности, которую формулируют тогда, когда оптимизационная постановка неразрешима, и предполагающая непосредственный синтез управления структурой ИПС АСУ CCÍI, гарантирующего значение показателя ее эффективности не хуже заданного с вероятностью не ниже допустимого значения, практически неразрешима.
Таким образом, решение задачи управления структурой ИПС АСУ ССП предполагает разработку специальных п од -ходов, позволявший снизить или исключить влияние приведенных факторов на принятие решений.
Первый подход, применимый ко всем вариантам задачи, состоит в том, что из всего множества выявленных управляемых структурных параметров S,m-á¿ >-{*,(/-Д/ )Ш<=1...../,
необходимо оставить не более двух самых значимых (базовых), в значительной степени характеризующих структурную способность ИПС предоставлять требуемые информационные услуги (ИУ) и существенно влияющих на показатели эффективности подсистемы.
Второй подход состоит в том, что решается задача отдельно для выбора процедур управления процессами подключения пользователей АСУ ССН (рис. 2, процедуры I) и для выбора процедур управление процессами ввода резервных средств ИПС при восстановлении поврежденных компонент или при формировании новой структуры ИПС для сложившихся условий эксплуатации (рис, 2, процедуры 2).
Третий подход, применимый к задаче в рамках подзадачи 2 (рис. 2, процедуры 2) предполагает использование эмпирических процедур синтеза с широким применением как имитационных моделей функционирования ИПС, так и стандартных услуг общей управляющей информации модели NMS.
Формализация управления структурными параметрами подсистемы для процессов подключения пользователей ИПС АСУ ССН
В обобщенном виде управление структурными параметрами подсистемы для процессов подключения пользователей ИПС АСУ ССН основано на определении наилучших вариантов получения ИУ множеством потребителей услуг, обеспечивающих требуемую эффективность подсистемы. При этом целесообразно декомпозировать всю задачу управления выбором вариантов подключения пользователей АСУ ССН к соответствующим поставщикам услуг на N подзадач по числу предоставляемых подсистемой информационных услуг. Фактически речь идет об управлении структурой каждого из сервисных компонентов ИПС АСУ ССН.
Пусть для г-го цикла управлении структурой в J-й сервисном компоненте ИПС, предоставляющем ИУ /-го вида имеется m серверов Servt (z).....Servmj(î)• a в АСУ CCH имеется il пользователей (ДЛ ОУ ССН, С ПО КС А АСУ) t/íl,(z),...,íiíBJ(z) потребителей услуг j-го вида. Требуется
для каждого г-го никла управления организовать подключение определенных единиц множества < i л,. ( г ).....ш„Дi) к определенным единицам множества Serv,Xz).....Servm (г) с
учетом объемов п ре достав ляемых услуг.
Будем считать, что для z-ro цикла управления известен ресурс серверов услуг, который можно задать множеством /ftfir(r),...,(z) и известны потребности пользователей в
данных услугах, которые задаются множеством щХг).....reHt{z). Естественно, что пользователи могут быть
удовлетворены, если будет выполняться условие:
¿reM(z)<¿ñery(z), V f"= l,..„w; Cl>
í=l Г —I
Пользователи usXj{z).....a<snj(z) имеют доступ к серверам
услуг ИПС АСУ ССН Servez}.....ServmJ(z), который обеспечивается средствами сети доступа к ИУ,
При этом известны характеристики такого доступа, выражающиеся в скорости передачи сервисной информации vMj(z).....v4(z),...,v.....,(z) или во времени получения услуги
Решением задачи является план подключения к услугам, задаваемый матрицей порядка пхт - матрицей плана управления структурой р= (г}||- каждый элемент которой plrj(z) = Ь если подключен к Servez) > или P¡rrí?) = 0 в противном случае, при ограничениях на пропускные способности информационных связей vln(z)> производительности серверов Vn(z) предоставляемых ИУ, а также
накладываемых на временные характеристики предоставляемых И У (своевременность предоставления):
yVy(z><r(,(z>,
i-i
¡-i i-i
Íi¡lfm<T2,(z),
(4)
(5)
ÍWWÍJÍ/W
С учетом особенностей функционирования ИПС АСУ ССН в различных условиях эксплуатации для ее интеграль-
ной оценки в z-м цикле управления структурой может быть взяты функции следующего вида:
(6)
у = | м Г=1
Таким образом, внутри каждого z-ro цикла управления структурой ИПС АСУ ССН необходимо так сформировать план управления, чтобы при выполнении условии (4) и (5) линейные функции элементов (6) достигали минимума. Задача относится к классу задач линейного программирования и может быть достаточно просто решена известными способами, если возникают условия для включения процедур управления структурой ИПС в рамках задачи управления процессами подключения пользователей АСУ CCI! к средствам предоставления информационных услуг ИПС.
Управление процессами ввода резервных средств для восстановлен и и поврежденных компонентов или формирования новой структуры ИПС АСУ ССН
Данные процедуры управления используются системой управления ИПС, когда отсутствует возможность предоставлять требуемые ИУ в рамках действующей структуры при выходе из строя (полном или частичном разрушении) отдельных элементов ИПС или «выпадении» из структуры целых фрагментов (группы элементов) подсистемы. При этом можно предложить следующее: управление структурой ИПС осуществляется с привлечением ДЛ ОУ. использованием эмпирических процедур синтеза структур с широким применением имитационных моделей функционирования ИПС, а также стандартных услуг общей управляющей информации модели NMS.
13 рамках данной подзадачи целесообразно рассматривать модель ИПС АСУ ССН, заданную совокупностью сервисных сетей AVnt,, = |Дупг{• каждая из которых может быть
описана неориентированным регулярным графом без петель G/NrL ) V / = 1.....Аг,ч с множеством вершин (узлов) л'( и
множеством ветвей (линий информационных связен) L ( = ¡/1 ¡, соединяющих вершины [1,2].
Каждой ветви / , соединяющей k-ю и с-ю вершины /-Й
сервисной сети ИПС АСУ ССН, ставится в соответствие значение ее пропускной способности, равной скорости передачи информации Vckj при информационном обмене в процессе получения услуг, которая, в общем виде, зависит от управления структурой всей ИПС и структурой сер-
висной сети U;,,„.</)■
11редполагается, что на каждую сервисную сеть Netw
ИПС АСУ ССП поступает многомерный иуаеешювекий ноток требований на получение услуг с параметром - {д >,
а время, на которое требование потока занимает виртуальный канал {с учетом времени получения самой услуги), распределено по произвольному закону /".(/} с параметром
Pj =
одинаковым для всех потоков в
Считаем, что задан список возможных путей в i\e/u- к соот-
ветствуюшим серверам ИГ1С, предоставляющим ИУ. В этом Случае вероятности соответствующих состояний обслуживания потока требований на получение соответствующей услуги можно задать следующим образом [3]:
Jtf](r)dt
(и!Г'/уО)-
О)
где
1+А,
4-2" Т'Villi;
\if}(t)dl
Jff,U)dt
(и!)
jlf,(/)di
(2!)"' + ...
Система управления
информационной подсистемы АСУ ССН
Внешние воздействия,, выход из строя, изменение задач
Информационная подсистема АСУ ССН Структура S
Необходимость управления структурой ИПС АСУ ССН вытекает из того, что каждая ее сервисная сеть Netur и
подсистема в целом является динамической средой, внутри которых постоянно происходят изменения. Коммутаторы, мультиплексоры, модемы, сервера услуг, АРМ ДЛ О У и другие средства функционируют с разной производительностью, и их взаимодействие друг с другом меняется. Отдельные элементы (и даже фрагменты) сервисных сетей выходят из строя, ремонтируются и восстанавливаются. Число пользователей АСУ ССН может меняться, а оборудование уров-невых сетей обновляться. Устанавливаются новые средства и более производительные серверные комплексы и коммутационное оборудование. Отдельные средства могут работать неправильно, нарушая работу всей ИПС АСУ ССН. Конкретный сервер ycjiyi, коммутатор или маршрутизатор (кри пто маршрута затор) может быть удален как узел обслуживания из сервисной сети из-за неисправности аппаратного или программного обеспечения вследствие атаки «отказ в обслуживании». Если неисправность компонента подсистемы временная, то его можно удалить из списка только доги-чески, пометив как недоступный элемент сервисной сети, что соответствует ее реконфигурации. При этом удобно использовать стандартные услуги общей управляющей пи-формаций модели NMS и осуществлять следующие функции путем соответствующего изменения баз управляющей информации (MIß) элементов конкретной сервисной сети [1]:
- идентификация любого объекта управления сервисной сети и назначение имени объекту;
- определение любого нового объекта управления;
- установка начальных значений для атрибутов объектов;
- управление взаимодействием объектов управления;
- изменение оперативных характеристик объекта управления и информирование о любых изменениях в состояниях объектов;
-удаление объекта управления;
- виол в действие объекта управления с организацией его Связей с другими объектами.
Это позволяет учесть при формировании процедур управления структурой для второй задачи управления (рис. 3) как модели ИI1C АСУ ССН и ее сервисных сетей, заложенные в прикладных процессах управления СПО КСА СУ ИПС, так и модели инфокоммуникационНой поддержки этих процессов, стандартизованный в документах МОТ и ИСО
[И-
Рис. Д. I (роцедуры управления структурой МПС АСУ ССН
В моделях стандартных услуг общей управляющей информации (модель NМ8) при управлении структурой каждой сервисной сети ИПС АСУ ССН определены основные характеристики состояний объектов управления (элементов структуры ИПС) и допустимые переходы между этими состояниями.
Целесообразно выделить следующие рабочие состояния (рис. 4):
- разрешенное состояние: ресурс объекта управления не используется, но он работоспособен и доступен;
- запрещенное состояние: ресурс недоступен или зависим от другого источника, который недоступен;
- активное состояние: ресурс доступен для использования и имеет возможность принять на обслуживание другой источник;
- занятое состояние: ресурс доступен, но не имеет свободной емкости (пропускной способности) для дополнительных услуг.
Допустимые рабочие состояния (рис. 5), не обязательны для всех объектов управления. Некоторые объекты не ограничены по числу субъектов, которые могут одновременно использовать этот объект, В этом случае объект управления не может быть в занятом состоянии, Кроме того объект управления не может находиться в запрещенном состоянии, если это не влияет на другие объекты управления, т.е. это состояние несу ществеи но.
11ереход в разрешенное состояние обеспечивают средства, которые делают объект управления действующим. Действия тина замены сервера услуг, коммутатора, маршрутизатора или вышедшего из строя одного порта оборудования, устранение дефекта программного обеспечения и т.д. могут перевести объект в действующее состояние. Следует отметить, что переход «разрешать» может иметь место тогда, когда рабочее состояние объекта было запрещенным. Однако и некоторые другие действия позволяют объекту переходить в разрешенное состояние. Например, субъект может завершить работу с объектом, не использующим коллективный доступ, что переводит объект из занятого состояния в разрешенное.
Запрещенное состояние имеет место тогда, когда объект управления объявлен неработоспособным. Например, компонент сервисной сети ИПС АСУ ССН может иметь параметры, выше допустимого порога (например, число сбойных ситуаций или температура коммутатора, сервера), неприемлемого дня системы управления уровневой сетью.
Объект управления может быть объявлен запрещенным из любого рабочего состояния (объект может быть объявлен запрещенным вторично, потому что зафиксирована другая
неисправность). Это может происходить во многих компонентах сервисных сетей МПС АСУ ССН.
Juki управления СУ ИПС созовет и уничтожает объект упрэвгания
Прикладной процесс сервисной cent ИПС
Пункт управлении СУ ИПС чкттвет и устанавливает оценки в объекте упрвепенин
Пункт управнения СУ ИПС упраэпнвт отчетами о структуре сеттл
M - CREATE H - DELETE
Прикладном процесс сервисной сети ИПС
M-GET М-SET
M - EVEiiT REPORT M - EVENT CONFIRMED REPORT
Услуги Упрзаттяюшвь! информации
Усгуги Управляющей инфоошацин
Услуп» Управляющей иифоомвцли
Объект упсаьпенип опемертт или tKwntiHeHi структуры ИПС}
Объект управления (элемент или компонент структуры ИПС)
Объект улраалэнин (эламектт или <импснр|т структуры ИПС}
Рис. 4. Использование услуг управляющей информации для управления структурой ИПС АСУ ССН
1'Л ЧЧ-[П!ТГЬ
'jllltpMUVCItlJOO
ill l|VliLl Г
Fuupiiitoût.ciCTOM, I:.' I. .v;:ii4i _BW-Him I Uli ДОСТУП_
^iïPCp[[n:jr(IC pafnhTU С LHÏKKTTTM, in-1:> l.lillv _KUJUCkTLIBbtbfll '.1УТ II_
l^iupeui^mot:
IloUJilh иШЬЖЖПТЙЦ,
^LlLCplISCILllL
pjhniu
l.LHepILll'IHk1
Agnumge
I loiMti
^JUIIL HI^H IMII.
■JaiIrMatti.
HpuuiI ГОЙДОМ run.
3älliT(K
jimcpjuciiiLC
(ШГктти ||И|||.3|ИȑИ
могут оыть засекреченными или иметь ограниченный доступ. Кроме того, некоторые ресурсы не могут быть закрытыми, и гам ист ситуаций, как «закрытое состояние». Так административный логический канал в плате коммутатора пакетов должен быть постоянно в разблокированном состоянии, т.к. любое закрытие канала 0 в интерфейсах передачи данных может создать хаос в зависимых логических каналах и соединениях.
Не заблокирован Разблокирование Заблокирован
Блокирование
Закрытие {не пользователями)
Закрытие Закрытие Завершение работы *
Разблокирование Блокирование
Рис, 5. Взаимосвязь рабочих состояний объектов управления структу рой ИПС АСУ ССН п допустимые переходы между ними
Действие «завершение работы» позволяет Объекту управления переходить из занятого к неактивному состоянию или из активного к разрешенному состоянию, потому что это действие не переводит объект управления в запрещенное или неактивное состояние.
При управлении структурой ИПС описание трех административных состояний объекта управления может быть следующим (рис, 6):
- не заблокирован: объект управления может использоваться;
- заблокирован: объект управления не может использоваться;
- закрытие: объект управления может использоваться текущими пользователями, но не может использоваться новыми пользователями.
Некоторые ресурсы ИПС не могут быть заблокированы, следовательно, они не могут находиться в заблокированном состоянии. Например, файл-сервер локальной сети Г [У ССН с доступом только для чтения (read-only) не может быть заблокирован за исключением подмножеств файлов, которые
Рис. 6. Административные состояний объектов ИПС АСУ ССН при управлении ее структурой
Запрещенное заблокирован мое состояние определяет объект управления, который административно запрещен для использования. Состояние также можно считать запрещенным, если оно связано с определенными проблемами. Для перехода объекта управления в рабочее состояние, необходимо провести диагностику, а также некоторые действия, чт обы вначале перевести объект в незаблокированное и разрешенное состояние.
Разрешенный заблокированный объект управления запрещен административно для использования, но в нем нет никаких отказов. Это состояние имеет место в ресурсах, предназначенных для резервирования, которые вводятся в действие, когда отказывают другие разрешенные модули.
Занятый закрытый объект управления действует, но по определенным причинам СУ ИПС при управлении ее структурой закрывает ресурс. Эта ситуация имеет место, когда ре-суре ИПС АСУ ССН должен быть отключен, или объект имеет малую доступность для пользователей АСУ ССН, обращающихся к нему. Обычно переход объекта управления в это состояние обусловлен его недостаточной производительностью элемента ИПС.
Запрещенное не заблокированное состояние административно не запрещено для использования, однако ввиду определенных причин, фиксируется Запрещенное состояние. Это обычно наблюдается при определенных неполадках в программном или аппаратном обеспечении компонентов сервисных сетей ИПС АСУ ССН после воздействия атак противника или нарушителей.
Разрешенное не заблокированное состояние - состояние, когда объект управления в рабочем режиме. Следующее активное незаблокированное состояние определяет объект управления, который является действующим, используется и имеет свободную производительность (пропускную способность) для дополнительных пользователей.
Занятый незаблокироваинын объект управления - это объект, который либо занят, либо работает с максимальной производительностью, В этом состоянии другие пользователи не имеют доступа к объекту управления, пока обслуживаемые им пользователи, не освобождают части или всего ресурса.
Пункт управлении СУ ИПС -J л*. — Разрешить
Закрытие
Отчет ( о еобьглш
Ьлокпроскд
Коммутатор 3 пикетов (моршрулгитор, 5 (срнптр маршрутам тор, сервер h услуг)
8
Активное закрытие - это состояние объекта управления, когда он в настоящее время доступен п имеет производительность для предоставления новых услуг, но не принимает на обслуживание любого.
Активное «^заблокированное состояние - это состояние, н котором объект управления обладает свободной производительностью и может использоваться. На рисунке 7 в качестве варианта показан один из возможных сценариев для организации управления структурой ИПС АСУ ССН при необходимости временного введения сегмента сервисной сети с коммутатором пакетов (маршрутизатором или сервером услуг) и подключенных к нему пользователям с последующим отключением этого сегмента,
К НиГЧЛМ! |>1и[ЧМ 110114111-1,1 си П1,1Л|к
2, М,и и1МТ1ч-1ь. I ш1Ии;!1 .к* гущи ■■ НС
ибнюровии 1 Мшти| Iцц) пришил
III, ¡V 1к> 4 [1у)|к1 Vпрарлинин гтем.иет
йиннцу О ыкгипн!
К«МИ>[|П(1р КСрИср М1|МИ11М|1ст ищру^у о: кшшоиш
пулысинте1к11 но откоышгл II обсДОДОчишн "О ш>Н ччлтгфилп
1КЛ1!1Л>) ИНАММ ШЫЬЭПШГСЛИК
6. 1акинчц№ айслуживанве по 1ШЛ мщстршм.и пА чшч ^«едпмтктчк ЩЯЙЬ
7. .", |.м \ |'н шии ■■ ■ рссур= для ' и.*"
К. |'о.'> ;Ч' ии1|н>к:И[М1|1П11
Рис, 7, Возможный сценарий управления структурой ИПС АСУ ССН
Сначала пункт управления СУ ИПС открывает магистраль (канал) коммутатору пакетов (маршрутизатору, крип-то марш рут и затору, серверу) путем использования сигнала разрешения управления конфигурацией. Затем пред полагается. что магистраль (тракт) находится в активном состоянии и принимает нагрузку. В случае высокой занятости магистрали (тракта), что может быть источником проблем (переполнение буферных накопителей и т.д.). коммутатор (маршрутизатор, криптомарщругизатор, сервер) извещает об этом пункт управления, который посылает сигнал о закрытии.
Эта директива (команда) определяет в коммутаторе пакетов (маршрутизаторе, криптомаршрутизаторе, сервере) активное состояние магистрали до тех пор, пока пользователи, которые работают с магистралью, не завершат сеансы связи или до тех пор, пока коммутатор (маршрутизатор, крннто-маршрутнзатор, сервер) не выдаст преждевременное прекращение из-за неблагоприятной ситуации. Затем пункт управления посылает команду блокировки, прекращая использование магистрали (тракта), тем самым, исключая сегмент из сервисной сети ИПС АСУ ССП.
Представленных выше сценариев в процессе функционирования сервисных сетей ИПС АСУ ССН может быть достаточно много. Если ситуация такова, то ее ДЛ О У ИПС АСУ ССН может разрешить самостоятельно с использованием моделей и сервиса управляющей информации.
Однако, бывают ситуации, когда необходимо рассчитать либо новый участок сервисной сети ИПС АСУ ССН, состоящий из нескольких коммутаторов (Маршрутизаторов, серверов), либо рассчитать структуру всей ИПС АСУ ССН в условиях ограниченного ресурса, либо требуется изменить структуру Одной сервисной сети из состава ИПС АСУ ССН, так как она уже не обеспечивает требуемые показатели эффективности обслуживания пользователей АСУ.
Все эти сложные сценарии требуется реалнзовывать обоснованно с привлечением определенных моделей, т.е. иметь в составе прикладных процессов ИПС АСУ ССН элементы поддержки принятия обоснованных решений по выбору вариантов новой структуры. При этом задачей управления структурой ИПС АСУ ССН является оптимальная перестройка структуры (в случаях, когда это необходимо: ввод в строй новых пли выход из строя существующих узлов ИПС АСУ ССН, существенное изменение числа пользователей ИПС, старая структура уже не обеспечивает требуемые качественные показатели не смотря на все усилия по управлению функционированием ИПС и т.д.).
При известных зафиксированных конфигурациях сервисных сетей д:сfiu> параметрах поступающей нагрузки
Л, =К»,-Ь процедурах обслуживания Ргос , управление Структурой UhIi(/, должно обеспечивать минимизацию суммарных приведенных отказов в обслуживании (т.е. когда время обслуживания превышает допустимое значение) в каждой сервисной сети ИПС АСУ ССН (что равносильно минимизации времени обслуживания), т.е. выбираться из условия:
min (X, = miпТk^Pg(Л ,S . Ргос} )■ (tt>
где p>*" - вероятность потери требования или отказа в обслуживании ckj-го потока в сервисной cent Neiw, с нагрузкой A =s{J структурой s и процедурах обслуживания Proer ■
Как правило, для применяемых s ИПС АСУ ССН процедурах обслуживания proCj существует определенная детерминированная основа, наличие которой позволяет существенно упростить выражение (8):
Оптимизация функционала (9) аналитическими методами для таких сложных систем, какими являются ИПС АСУ ССП, практически неосуществима, т.к. сопряжена е непреодолимыми на сегодняшний день вычислительными трудностями []|. В связи с этим целесообразны другие подходы, основанные на имитационном моделировании функционирования ИПС АСУ ССН,
Действительно, чтобы оценить тот или мной вариант структуры сервисной сети, один из которых будет выбран в качестве окончательного и реализован (например, с использованием моделей и сервиса общей управляющей информации) в процессе управления структурой ИПС АСУ ССП, необходимо, либо иметь возможность рассчитать обоснованные показатели эффективности обслуживания заявок пользователей для вариантов структуры сети при фиксированных процедурах обслуживания Ргос < вариантах коммутации линии доступа, фиксированной маршрутизации в сервисной сети NetWj и тривиальном управлении функционированием ИПС (а это практически нереализуемо), либо получить численные значения этих показателей в процессе имитационного моделирования функционирования сервисных сетей ИПС с предложенной нагрузкой и разными вариантами структуры.
Поэтому, в связи с чрезвычайной сложностью получения аналитических выражений для показателей эффективности обслуживания заявок пользователей АСУ ССН средствами И ПС, при создании современных систем управления предпочтение отдается второму подходу, предполагающему организацию процессов управления структурой ИПС АСУ ССН с использованием в контуре управления СУ ИПС ее имитационной модели (рис. 8).
Кк**
Время выбора вариантов структуры можно существенно сократить, если в сервере управления будут храниться заранее сформированные варианты структур для разных условий эксплуатации, и будут реализованы программы отбраковки неприемлемых вариантов структур.
Сравнительная характеристика разработанных методов управления структурой ИПС АСУ ССН для разных уровней изменений исходной структуры приведена на рис. Ч и 10.
В Су н влл ¡i) Vil.]'-: '..н'.чГ
уврлк'кмнх -Ф'. kiypoR НИ АСУ ССН
ИПш нчшыим у прЕшкнис струшу рпй ИП АСУ CCIL
сн'М'ищиние на MÍ'
лкидйкою ilpui puliMilpi щыии структу рой ПП АСУ ССН
И ¡чтения структуры Ifl I АСУ ССН ) - лв.'ущрсткгшыв: 2 - ^щесгкниьв?
Рис. Ч. Эффективность применения методов оптимального я эффективного управления структурой ИПС в части задачи управления процессам» подключения пользователей АСУ ССН к средствам предоставления информационных услуг
Рис, 8. Организация управления структурой ИПС АСУ ССН с применением имитационной модели ее функционирования в контуре СУ ИПС
Обычно имитационная модель ИПС АСУ ССН создается в рамках специального программного обеспечения сервера оперативно-технического управления СУ ИПС. При этом ДЛ ОУ. отвечающее за организацию управления структурой ИПС, при необходимое™ изменения существующей структуры (развитие сети, подключение новых пользователей, изменение дислокации, отключение отдельных сегментов сетей, выход из строя отдельных элементов и компонентов сервисных сетей ИПС и т.д.), осуществляет анализ задачи управления, подготавливает (автоматизировано или вручную) возможные варианты структурного построения сетей, совместно с данными о нагрузке.
([осле этОго пакет исходных данных выдается в сервер подсистемы оперативно-технического управления для осуществления моделирования и получения оценки параметров функционирования сервисных сетей ИПС и ИИС АСУ ССН в целом по каждому из вариантов. Полученные сведения о параметрах, подвергаются анализу, в результате которого выбирается наиболее целесообразный вариант структуры, которую необходимо реализовать соответствующими процессами управления (с использованием моделей и сервиса у прав ляющей информ ацн и).
Таким образом, управляющие решения по структуре ИПС АСУ ССН вырабатываются на основе анализа вариантов структур на имитационной модели ИПС, которая включает полное морфологическое описание сервисных сетей в ее составе, обеспечивающее, в совокупности с отображением нагрузки, поступающей в реальности на ИПС, изоморф-ность модели объекту управления (т.е. ИПС АСУ ССН).
V-V чт: > <■! L ' IИ. i. ч
ttjtjct} .,.'11 до ;: 11
и* KTI Irtkiiiy,* > ЦЧт. ми. . 'ГЛ , \ '1.11!: 1
АСУ СП I гтчр itrv :г i ik-itiii,
i IM jIt.lrf
vojcm (,i .< ■ rvnvi □ "l|r|kV' I1J, С ] ',4 '. ,-тр, ,-i, i, Jb 11LI
II У ' I 11 II . . ,1 .. . i .I
Никитин струпурыИП АСУ ОТ I I -. hv;. i ч":,'! i i . 2 - суивегаекньзе
Рис. 10. Эффективность применения методов оптимального и эффективного управления структурой I II 1С АСУ ССН совместно с применением имитационной модели в условиях существенных изменений исходной структуры
Результаты показывают, что при несущественных изменениях исходной структуры, когда уровень внешних воздействий на ИПС незначителен и есть возможность маневрировать существующими резервами ИПС, задача управления структурой сводится к задаче 1 (рис. 2) - управление процессам н подключения пользователей АСУ ССН к средствам предоставления информационных услуг, а применение разработанных методов оптимального (на основе моделей линейного программирования) и эффективного управления позволяет значительно повысить (в 1,3-1,6 раза) эффективность функционирования ИПС АСУ ССН.
В условиях значительных деструктивных воздействий и существенной деградаций исходной струкнуры, когда функционирование ССН происходит в чрезвычайных условиях эксплуатации и велика вероятность существенных изменений в структуре ИПС АСУ ССН. что может затруднить получение пользователями (ДЛ ОУ ССН и С ПО КСА АСУ) требуемых И У в необходимых объемах и качестве, предложенные методы недостаточно эффективны и должны применяться дополнительные процедуры, направленные на управление процессами ввода резервных средств ИПС для восстановления поврежденных элементов или формирования новой структуры ИПС при сложившихся условиях эксплуатации (управление структурой сводится к задаче 2
рис. 2). Так совершенствование предложенных методов управления путем добавления процедур выбора вариантов структур с использованием имитационной модели И ПС, позволяет также существенно повысить эффективность функционирования И11С АСУ ССН (рис. 10).
Кроме того совместное применение разработанного комплекса методов позволяет существенно сократить время формирования новой структуры ИПС АСУ ССН (в среднем в 1,4-2,1 раза в зависимости от сложности структуры, по сравнению с существующими методами неавтоматизированного управления (рис.! 1).
15 узлов
20 умов
™ Управления ст ру ктуро й И П и а ос и о ве
разработанных методов ~ Управление структурой существующими методами
Рис. 11. Сравнительная характеристика комплекса разработанных методов управления структурой ИПС АСУ ССН с существующими методами по времени формирования новой структуры (в мни.)
Заключение
В последние годы но многих странах создаются сложные организационно-технические системы специального назначения (ССН), которые призваны играть существенную роль в деле обеспечения обороноспособности, безопасности государств и поддержании в них правопорядка. Для обеспечения гарантированного эффективного функционирования ССН в различных условиях эксплуатации организуют непрерывное управление ими средствами высокоорганизованных автоматизированных систем управления ССН, в составе которых для обеспечения требуемого уровня качества процессов управления, создаются информационные подсистемы (ИП АСУ ССН), обеспечивающие как должностным лицам органов управления, так и комплексам средств автоматизации АСУ ССН предоставление необходимых информационных услуг.
Однако эффективное функционирование самой ИПС АСУ ССН невозможно без организации управления ею, особенно в чрезвычайных условиях эксплуатации. Для этого выделяются комплексы программно-технических средств, как из состава АСУ ССН, так специально созданные комплексы для СУ ИПС. которые в совокупности образуют выделенную распределенную СУ подсистемой, выполняющую ряд задач управления, среди которых одной из важнейших является задача управления структурой ИПС.
Эта задача сводится к управлению процессами подключения пользователей АСУ ССН к средствам предоставления информационных услуг если ССН функционирует в условиях приемлемого (допустимого) уровня внешних воздействии, когда существенные изменения первичной Структуры ИПС АСУ ССН отсутствуют и есть возможность маневрировать существующими резервами ИПС.
Если же функционирование ССН происходит в чрезвычайных условиях, когда существует возможность существенных изменений в структуре ИПС АСУ ССН, то должны применяться другие процедуры, направленные на управление процессами ввода резервных средств ИПС для восстановления поврежденных элементов или формирования новой структуры ИПС.
Реализация оптимального и эффективного управления структурой ИПС осуществляется на основе предложенных в работе методов управления, позволяющих существенно повысить эффективность функционирования информационной подсистемы АСУ ССН.
Л итератур а
1. Буренин А.Н., Легкое К.Е. Инфокоммуникационные системы н сети специального назначения. Основы построения и управления, М.: ИД Медиа Паблишер. 348 с.
2, Буренин АЛ., Курносое ВН. Теоретические основы управления современными телекоммуникационными сетями. Под ред. д-ра техн. наук, проф В.И. Кур но сова М,: Наука. 2011. 464 е.
}. Вснтце.пь Е.С Теория вероятностей. М.: Наука, 1974. 542 с.
4 .Тренер Д. Вероятность, статистика и исследование операции М.: Статистика. 1976, 387 с.
5.Бурении АЛ, Легкое К.Е. Особенности архитектур, функционирования, мониторинга и управления полевыми компонентами современных инфокоммуникационных сетей специального назначения I/ Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2013. Т. 5. № 3. С. 12-17.
6. Бурении А. Я, Легкое К.Е. К вопросу математического описания потоков управляющей информации в процессе управления современной инфокоммуникацнонной сетью специального назначения Н Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли 2013. Т. 5. №5. С. 8-12,
1.Ланче А А., Улахоиич Д. А. Многокритериальная оптимизация. Л.: ВАС. 1984. 87 с.
8.Буренин А.Н.. Легкое К.Е,. Умаров А.Б.. Борисов А.Ю. К вопросу моделирования функционирования современных инфоком-мунмкационных сетей специального назначения Н Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2016. Т. 8. Ne 1. С. 52-58.
Ч.Ральфа Г. Анализ решении. Введение в проблему выбора в условиях неопределенности, М.: Наука, 1977. 408 с.
10. Burmin A.N.. Legkov К.Е. Methodological approaches to formalize management mfo communication system and networks of special purpose/. Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. №. 4. С. 64-67.
1 I. Буренин А.Н.. Легкое К Е. Особенности организации процессов управления ннфокоммуннкационными сетями специального назначения // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. №2. С. 34-41.
12. Bower J.L The role of conflict in economic decision-making groups, some empirical result It The Quarterly Journal of Economics. 79, №2. I%5. P. 424- 444.
13. Буренин A H, Легкоа KE Методические подходы к формализации управления нифокоммуникашюнными системами н сетями специального назначения // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. № 5. С. 64-67.
56
■
T-Comm Том 11. #9-2017
MANAGEMENT
METHOD OF IMPROVING THE EFFICIENCY OF FUNCTIONING BASED ON THE PROCEDURES OF OPERATIONAL MANAGEMENT OF INFORMATION SUBSYSTEMS STRUCTURE
Andrey N. Burenin, JSC "Research Institute" Rubin ", St. Petersburg, Russia Konstantin E. Legkov, Military Space Academy named A. F. Mozhaisky, St. Petersburg, Russia, constl@mail.ru
Abstract
With the provision of defense, security and law and order in any country in the world, complex organizational and technical systems for special purposes are being deployed for the relevant ministries and departments. In order to ensure their effective functioning in various operating conditions (including emergency), management systems are created, which, as a rule, are automated. Typically, these automated control systems create information subsystems that provide the required values ??of the quality indicators of the management processes of organizational and technical systems by providing management and application processes officials with software packages with automation facilities with a certain range of required information services. Like any multifunctional complex system of special purpose, the information subsystem should function with given values ??of efficiency indicators and be stable, i.e. to provide the given efficiency of functioning in conditions, both real reliability of its means, and in case of application of all complex of information and destructive influences on it. To ensure the fulfillment of the goals set before the information subsystem, it must be manageable, especially under emergency conditions.
The paper discusses the issues of ensuring the effective and stable functioning of information subsystems that are part of automated management systems for complex organizational and technical objects (systems), when in the course of their operation there arises the need to adjust the structure. To ensure the functioning of information subsystems with a given efficiency and stability in conditions of real reliability of their facilities and a wide range of impacts, they must be manageable. To manage such subsystems, management systems based on deployable software and hardware complexes are specially created. Dedicated and distributed management systems of subsystems, perform a number of management tasks corresponding to the NMS management model. Among all the tasks of management, the problem of controlling the structures of subsystems is singled out. Approaches and procedures for managing the structure of information subsystems are proposed, which make it possible to improve the efficiency of their operation.
Keywords: information subsystem; automated control system; level networks; information impacts; information service. References
1. Burenin A.N., Legkov K.E. (2015). Infocommunication systems and networks for special purposes. Bases of construction and management. M.: publishing house Media publisher. 348 p. (In Russian)
2. Burenin A.N., Kurnosov, V.I. (2011). Theoretical foundations of management of modern telecommunication networks. Under the editorship of Dr. sci. Sciences, Professor V. Kurnosov, I. Moscow: Science. 464 p. (In Russian)
3. Wentzel E.S. (1974). Probability Theory. Moscow: Nauka. 542 p. (In Russian)
4. Trainer D. (1976). Probability, statistics and operations research. Moscow: Statistics. 387 p. (In Russian)
5. Burenin A.N., Legkov K.E. (2013). Features of architecture, operation, monitoring and management of field components of modern information and communication networks. H&ES Research. Vol. 5. No. 3. Pp. 12-17. (In Russian)
6. Burenin A.N., Legkov K.E. (2013). Mathematical description of flows governing information in the management process of modern information and communication network special purpose. H&ES Research. Vol. 5. No. 5. Pp. 8-12. (In Russian)
7. Lanna A.A., Ulakhovich D.A. (1984). Multiobjective optimization. L.: MAC. 87 p. (In Russian)
8. Burenin A.N., Legkov K.E., Umarov, B.A., Borisov A.Y. (2016). To the question of modeling the functioning of a modern infocommunication networks. H&ES Research. Vol. 8. No. 1. Pp. 52-58. (In Russian)
9. Ralph G. (1977). Analysis solutions. Introduction to the problem of choice under uncertain-STI. Moscow: Nauka. 408 p (In Russian)
10. Burenin A.N., Legkov K.E. (2015). Methodological approaches to formalize management infocommunication system and the networks of special purpose. H&ES Research. Vol. 7. No. 4. Pp. 64-67.
11. Burenin A.N., Legkov K.E. (2015). Peculiarities of organization of management processes for communications-telecommunication networks of special purpose. H&ES Research. Vol. 7. No. 2. Pp. 34-41. (In Russian)
12. Bower J.L. (1965). The role of conflict in economic decision-making groups, some empirical result. The Quarterly Journal of Economics. 79. No. 2. Pp. 424-444.
13. Burenin A.N., Legkov K.E. (2015). Methodical approaches to formalization of management info-communication systems and networks. H&ES Research. Vol. 7. No. 5. Pp. 64-67. (In Russian)
Information about authors:
Аndrey N. Burenin, Ph. D., JSC "Research Institute" Rubin ", St. Petersburg, Russia
Konstantin E. Legkov, Ph. D., Military Space Academy named A. F. Mozhaisky, St. Petersburg, Russia
