CC BY
5
Методы поддержки принятия решений в деятельности органа исполнительной власти по обеспечению надежности ведомственной информационной среды
Е.Г. Царъкова
Федеральное казенное учреждение «Научно-исследовательский институт Федеральной службы исполнения наказаний», НИЦ-1, Москва
Аннотация: В работе рассматривается модель управления надежностью сети передачи данных, используемой органом исполнительной власти для организации доступа к государственным информационным ресурсам. Описан процесс построения компьютерной модели системы для оценки коэффициента готовности. Построенная компьютерная модель обеспечивает возможность оценки надежности рассматриваемой системы в широком диапазоне параметров и может быть использована при проектировании, эксплуатации и модернизации информационно-телекоммуникационной сети организации для повышения ее надежности.
Ключевые слова: информационно-телекоммуникационная сеть, провайдер, маршрутизация, надёжность, государственный информационный ресурс.
Эффективность управления государством при осуществлении деятельности органов власти во многом определяется качеством информационного обеспечения, возможностью активного и всестороннего использования государственных информационных ресурсов [1, 2]. Особое место в информационном обеспечении деятельности органов власти и формировании информационной среды ведомства занимают сети передачи данных, высокая надежность которых является необходимым условием доступности государственных информационных ресурсов и сервисов, размещенных, в том числе, в сети Интернет. Для повышения надежности сети в учреждениях и органах власти рациональным решением является использование инструментов маршрутизации [3, 4]. В связи с этим вопросы построения моделей схемы ведомственной сети передачи данных, позволяющих оценивать и оптимизировать ее надежность при проектировании и определять пути модернизации при эксплуатации, рассматриваемые в тесной связи с современными технологиями, являются
и
актуальными и практически значимыми. В работе рассматриваются модели маршрутизации сети с одним и двумя Интернет-провайдерами [5-7].
С учетом возможности возникновения отказа в обслуживании со стороны провайдера в первом случае система может рассматриваться как система массового обслуживания с восстанавливаемым элементом (провайдером) с параметрами Л (интенсивность отказов) и л (интенсивность восстановления). Провайдер переходит из пассивного состояния (когда он не задействован сетью организации) в активное (задействованное) в процессе активации с интенсивностью у. На рис. 1 представлена марковская модель работы системы со следующими состояниями: 0 - провайдер работоспособен и не задействован сетью организации, 1 - провайдер неработоспособен, 2 -провайдер находится в работоспособном и активном состоянии.
Рис. 1. - Граф состояний системы (случай использования одного провайдера)
Обозначим через р (г), р (I), р (г) значения вероятностей нахождения системы в момент времени г в состояниях 0,1,2, соответственно. Тогда процесс работы сети описывается системой дифференциальных уравнений Колмогорова для марковского процесса с непрерывным временем и дискретным набором состояний [8]:
^ = -(Л + у)Р(1) + лт), ^ = ЛР(1)-¡Р() + ЛР2(г), (1)
ш ш
^ = ур0(^-ЛР2(г\ р,(0+Р(0+р2(<)=1, * е[0,г], т
М Инженерный вестник Дона, №7 (2022) ivdon. ru/ru/magazine/archive/n7y2022/7814
P0(ü) = 1, P(0) = 0, Р2(0) = 0. Построим компьютерную модель надежности системы [9, 10]. Введем на отрезке [0,Г] равномерную сетку c шагом At = ^: {t = At ■ i,0 < i < q), где q -
количество точек разбиения отрезка, t - точки разбиения. Обозначим Pi = P (t), j = 0,2, i = 0, q. Аппроксимируем производные с использованием
i+1 D i
P' — P
формул Эйлера 1-го порядка точности: P3 (t') -J-, j = 0,2, i = 0, q—1, P0 = 1,
At
P° = 0, j = 1,2. На рис. 2 приведены графики зависимости вероятностей
состояний системы от времени при следующих значениях параметров: Л = 1/1440 (отказ в обслуживании в среднем случается один раз в два месяца), ß = 1 (на восстановление подключения в среднем требуется 1 час), у = 30 (в среднем активация занимает 2 минуты), T = 1. Результаты получены в результате вычислений с использованием программного средства, реализованного в IDE Lazarus.
Рис. 2. - Графики р (г), р (г), р (г)
Для расчета показателя надежности (стационарного коэффициента готовности системы) используем соотношение: КГх = Р2 (да). В
рассматриваемом случае получаем кГоо = 0,99972.
Рассмотрим далее модель управления системой маршрутизации с двумя провайдерами. Определим множество ее состояний: 0 - состояние
работоспособности обоих провайдеров, пассивных относительно сети организации, 1 - состояние работоспособности второго провайдера при неработоспособном первом, 2 - состояние работоспособности первого провайдера при неработоспособном втором, 3 - состояние работоспособности второго провайдера при неработоспособном первом провайдере, используемом сетью в качестве основного, 4 - состояние работоспособности первого провайдера, используемом сетью в качестве основного, при неработоспособном втором провайдере, 5 - состояние работоспособности обоих провайдеров, с использованием сетью второго провайдера в качестве основного, 6 - состояние работоспособности обоих провайдеров с использованием первого в качестве основного, 7 - состояние неработоспособности обоих провайдеров, 8 - состояние работоспособности обоих провайдеров, активных относительно сети организации. Размеченный граф состояний системы приведен на рис. 3.
Рис. 3. - Граф состояний системы (случай использования двух провайдеров)
Обозначим через р (г), у = 0,8, вероятности нахождения системы в момент времени t в состояниях у, соответственно. Динамическая модель системы маршрутизации описывается системой уравнений Колмогорова
и
(системой дифференциальных уравнений для марковского процесса с непрерывным временем и дискретными состояниями) [8]:
^^ = -(\ + Л +у + у2) Р(-) + мА (-)+м р2(-), --
^рр- = Л р0 (t) -(а+Л + У2 ) р (t)+Л Р (t)+Л р (t)+м р7 (t),
-Р(-) --
= Л2 ро (-) -(а+Л+У1) Р (t)+Л р5 (-)+Л р (-)+мР (t),
-Р (t) -р (Х)
з() =У2 р(-) -А + Л) Р(-) + ЛР(-), -р^ = У1 Р(-)-(а + Л) Р(-) + Л P6(t),
--
л
-р (Х )
— -Р6(-)
= У2 ро (-) + арз (-)-(Л + Л +У1 +У1) Р5 (-),
--р (-) --
= У1 Ро (-) + М2 Р4 (-)-(Л+Л + У2 ) Р (-) + У1Р5 (-),
= Л2 Р() + ЛРг(-) + Л2 Рз(-) + ЛР4 (-) - (А + А ) Р(-),
-Р(-) --
= уР(Х)+У2Р6(-) - (Л+Л2)Р8(—),
^р(-) = 1, I е[0,Г], Ро(0) = 1, р(0) = 0,у = 1,8.
У=о
(2)
Зададим следующие значения параметров: Л = 1/1540, Л = 1/1750, м = 1, А = 2, У1= 30, у2= 30. Графики траекторий, полученные численно с использованием схемы Эйлера 1-го порядка точности, используемой для дискретной аппроксимации соотношений (2), приведены на рис. 4.
1
•1..........................■/....................................
\......................./........................................ . /
...1............./...............................................
. у . 1................
\ - .
/ д......'х" '
I/.....
Рис. 4. - Графики Р (-), Р (-), р (-), Р (-)
Значение стационарного коэффициента готовности КГо0 определяется как сумма вероятностей событий, когда оба провайдера находятся в работоспособном и активном состоянии: КГоо = р(да) + р(да) + р(да) + р(да) + р(да) . При выбранных значениях параметров приближенное значение стационарного коэффициента готовности равно КГх = 0,99993.
Таким образом, предложенные в работе модели позволяют оценивать коэффициент готовности схемы маршрутизации с одним и двумя провайдерами в широком диапазоне параметров. Разработанное программное средство служит средством автоматизации деятельности сотрудников органов исполнительной власти по обеспечению надежности сети передачи данных.
1. Сумин В.И., Чураков Д.Ю., Царькова Е.Г. Разработка моделей и алгоритмов информационных структур и процессов объектов особой важности // Промышленные АСУ и контроллеры, 2019, № 4. С. 30-39.
2. Омельченко В.В. Информационное обеспечение системы государственного управления национальными ресурсами: риск-ориентированный подход // Правовая информатика, 2019, № 1. С. 4-17.
3. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003. 512 с.
4. Каяшев А.И., Рахман П.А., Шарипов М.И. Анализ показателей надежности локальных компьютерных сетей // Вестник УГАТУ, 2013, №5 (58). С. 140-149.
5. Акользин Д.Н. Обзор методов повышения производительности программного обеспечения диспетчерского центра // Инженерный вестник
Литература
Дона,
2021,
№5.
ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_86_Akolzin.pdf_2394.pdf.
6. Tsarkova E., Belyaev A., Lagutin Y., Matveev Y. Technical Diagnostics of Equipment Using Data Mining Technologies // Safety in Aviation and Space Technologies: Select Proceedings of the 9th World Congress «Aviation in the XXI Century». Cham: Springer, 2022. pp. 345-356. URL: link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-85057-9_30.
7. Игнатьева О.В. Архитектурные приемы при разработке программного обеспечения, зависимого от интерфейса пользователя // Инженерный вестник Дона, 2022, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2022/7478.
8. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Советское радио, 1972.
55 с.
9. Dushkin A.V., Kasatkina T.I., Novoseltsev V.I., Ivanov S.V. An improved method for predicting the evolution of the characteristic parameters of an information system // Journal of Physics: Conference Series, 2018. P. 012031. URL: iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/973/1/012031/pdf.
10. Dubrovin A.S., Ogorodnikova O.V., Tsarkova E.G. Analysis and visualization in graph database management systems // Journal of Physics: Conference Series: Current Problems. Voronezh, 2021. P. 012059.
References
1. Sumin V.I., CHurakov D.YU., Car'kova E.G. Promyshlennye ASU i kontrollery, 2019, № 4. pp. 30-39.
2. Omel'chenko V.V. Pravovaya informatika, 2019, № 1. pp. 4-17.
3. Vishnevskij V.M. Teoreticheskie osnovy proektirovaniya komp'yuternyh setej [Theoretical foundations of computer network design]. M.: Tekhnosfera, 2003. 512 p.
4. Kayashev A. I., Rahman P. A., SHaripov M. I. Vestnik UGATU, 2013, №5 (58). pp. 140-149.
5. Akol'zin D.N. Inzhenernyj vestnik Dona, 2021, №5. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_86_Akolzin.pdf_2394.pdf.
6. Tsarkova E., Belyaev A., Lagutin Y., Matveev Y. Safety in Aviation and Space Technologies: Select Proceedings of the 9th World Congress «Aviation in the XXI Century». Cham: Springer, 2022. URL: link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-85057-9_30.
7. Ignat'eva O.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2022, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2022/7478.
8. Ventcel' E.S. Issledovanie operacij [Operations research]. M.: Sovetskoe radio, 1972. 55 p.
9. Dushkin A.V., Kasatkina T.I., Novoseltsev V.I., Ivanov S.V. Journal of Physics: Conference Series. 2018, P. 012031. URL: iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/973/1/012031/pdf.
10. Dubrovin A.S., Ogorodnikova O.V. Tsarkova E.G. Journal of Physics: Conference Series: Current Problems. Voronezh, 2021. P. 012059.
