CC BY
20
УДК 519.6
О ПОДХОДЕ К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕДИНОЙ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ ТУЛЬСКОЙ
ОБЛАСТИ
А.Н. Привалов, С.В. Думчев, В. А. Внуков
Рассматривается применение метода информационных процессов как инструмента для оценки эффективности функционирования информационно-коммуникационной сети.
Ключевые слова: метод информационных процессов, вычислительная система регионального уровня, широкополосная сеть передачи данных.
Настоящий период информатизации общества характеризуется развитием инфраструктурной базы, среди которой ключевым элементом являются вычислительные системы регионального уровня (ВСРУ). В свою очередь эффективная работа такого рода систем опирается на разветвлённые широкополосные сети передачи данных. Так, например, министерством по информатизации, связи и вопросам открытого управления Тульской области в целях дальнейшего развития современной телекоммуникационной инфраструктуры Тульской области, необходимой для реализации приоритетных национальных проектов, федеральных целевых программ, решения актуальных социальных, экономических и иных общественно значимых задач Тульской области, реализуется проект создания Единой Информационно-Коммуникационной Сети (далее - ЕИКС) с возможностью выхода в интернет.
Начало строительству сети было положено в конце 2013 года, когда была организована 121 точка подключения к высокоскоростной сети передачи данных.
В 2014 году сеть проведена в 1077 учреждений, в 2015 году еще в 418 учреждений. Таким образом, общее количество учреждений подключенных к сети ЕИКС, на конец 2015 года, составляет 1616.
Одной из проблем, возникающих при проектировании, разработке и эксплуатации информационно-коммуникационных сетей (ИКС), является задача повышения эффективности функционирования. Для её решения предлагается подход, основанный на методе информационных процессов (ИП).
Функционирование любой ИКС, как коммуникационной базы вычислительной системы регионального уровня (ВСРУ) может быть представлено в виде совокупности пользовательских взаимодействий (операторов, должностных лиц) с системой. Формально эта реакция может представлять собой определённую последовательность этапов передачи и обработки информации.
Очевидно, что передача информации осуществляется по каналам ИКС, связывающим отдельные узлы ВСРУ, а также по каналам обмена данными ЭВМ, размещаемых в узлах системы. В свою очередь, обработка информации осуществляется серверами (рабочими станциями) в узлах ВСРУ.
Введем термин «информационный процесс», под которым будем понимать последовательность этапов передачи и обработки информации на средствах ВСРУ, инициируемую при реализации заявки пользователя на выполнение запрашиваемых от системы.
Количественные характеристики ИП могут быть получены на основе характеристик его составляющих фаз. Так как в ВСРУ, число обслуживаемых пользователей и ресурсов ограничено, можно перенумеровать все возможные информационные процессы. Множество таких информационных процессов Ы=={1} - конечно.
В то же время считаем, что каждый этап А- соединен только с одним ресурсом - критический ресурс, то есть таким, который имеет важное значение, если информационные процессы осуществляются совместно. Влияние некритических ресурсов, могут быть приняты во внимание косвенно, например, путем установки лимита на число одновременно текущих важнейших информационных ресурсов процессов.
Каждый этап А- определяется временем использования --го ресурса В-, характеризуемым функцией распределения В-^) и набором вероятностей обращения к другим ресурсам системы (выхода на последующие этапы) после завершения А-:
QlJ ={ % } , к=V.
При этом в общем случае значение QJJK может отличаться от нуля:
I % =!.
к е 3
На основе такого подхода любой информационный процесс связывается с определенным пользователем, его организующим, и может быть охарактеризован множеством наборов этапов, в котором определяются начальный А--н и конечный А--к этапы, причем конечных этапов может быть несколько. Следовательно, совокупность всех возможных информационных процессов характеризует не только ВСРУ, но и её пользователей.
Некоторые информационные процессы могут иметь разветвлённую структуру, что затрудняет исследование соответствующих совокупностей информационных процессов. Для получения адекватных характеристик представляется целесообразным рассматривать 3-х уровневую модель информационных процессов:
собственно уровень ИКС ВСРУ;
уровень узла ВСРУ;
уровень устройства узла ВСРУ.
ВСРУ, как и любые сложные вычислительные системы, предназначены для выполнения некоторого круга информационных задач (ИЗ) и имеют вполне определенные цели и задачи. В этом свете качество информационных технологий проектирования ИКС, на коммуникационной базе которых строится данная ВСРУ, должно оцениваться с помощью показателей эффективности, т.е. характеристик, определяющих степень соответствия ВСРУ к реализации предназначенного функционала.
Полагаем, что показатель эффективности должен учитывать все основные особенности и свойства системы и условия её функционирования, а, следовательно - должен зависеть, в общем случае, от параметров входящих потоков заявок на выполнение информационных задач, характеристик выполняемых ИЗ, структуры и технических параметров ВСРУ, а также параметров, характеризующих воздействия внешней среды, например, потоки событий по сбоям электроэнергии, потоки выхода из строя аппаратных и программных средств системы. Тогда показатель эффективности ВСРУ определяется процессом функционирования системы, т.е. является функционалом от процесса функционирования.
Для сложных систем, к каким относится ВСРУ, практически невозможно выделить единственный показатель эффективности, позволяющий охарактеризовать все интересующие пользователей аспекты функционирования системы [6]. Поэтому рассматривают некоторую совокупность показателей эффективности, каждый из которых характеризует степень достижения системой некоторой частной цели. При этом частные цели и соответствующие показатели эффективности должны быть согласованы в системном плане, т.е. достижение частной цели должно способствовать выполнению основной задачи системы. Можно показать, что любой частный показатель, являющийся характеристикой некоторых аспектов функционирования ВСРУ, может быть рассчитан по результатам анализа совокупности взаимодействующих ИП, отображающих процесс функционирования системы.
Предлагается следующая совокупность показателей эффективности, используемых для оценки функционирования ВСРУ.
Поскольку в деятельности коллектива должностных лиц, являющихся абонентами ВСРУ, могут быть выделены достаточно четко разграниченные периоды, связанные со спецификой выполняемых ими функциональных обязанностей и составляющие в совокупности цикл управления, можно говорить об оперативности управления в системе. Например, такими периодами могут являться, сбор, обработка и накапливание информации, характеризующей состояние управляемых объектов системы; проведение некоторой совокупности расчетов на базе накопленной информации; формирование на основе полученной в результате расчетов информации соответствующих сообщений и выдача их отдельным абонентам системы.
В описанной ситуации в качестве основного, или главного, показателя эффективности, достаточно точно выражающего целевое назначение системы, может выступать, например, тц - среднее время цикла выполнения управленческой задачи, либо Рз - вероятность того, что время цикла выполнения управленческой задачи не превысит заданную величину тз. В качестве вспомогательных показателей могут использоваться средние времена (либо вероятности завершения за заданный интервал): сбора и обработки информации тсб(Рсб); выполнения совокупности расчетов тр(Рр); доведения информации до потребителей тд(Рд).
Для более полной и наглядной оценки того эффекта, который дает собственно применение ВСРУ, возможно использование в качестве показателей эффективности относительных величин, например:
кц : _ТЦ. "Тц . ксб _ Тсб . тсб '
кр _ТР Т Р . кд
Здесь штрихом помечены величины, вычисленные для некоторой эталонной системы.
Значительный интерес представляет вычисление показателей, характеризующих более частные аспекты функционирования ВСРУ, таких, как среднее время реализации заданного ИП, средняя загрузка ресурсов системы за заданный период и т.п. Анализ таких показателей позволяет принять ряд важных решений по организации обработки информации высшей категории срочности по устранению «узких» мест в системе и др.
Динамические свойства системы оцениваются с помощью коэффициента полноты обслуживания, представляющего собой отношение числа заявок, обслуженных за интервал т, начинающийся в момент I, к числу заявок, поступивших в систему за этот интервал:
£=^(т0/ ЩТ).
С помощью показателя к характеризуются возможности системы в периоды «пиковых» нагрузок. Он может быть также использован для характеристики переходных режимов.
Такие свойства могут быть охарактеризованы отношением показателя эффективности Г, вычисленного с учетом воздействия соответствующего фактора (например, выхода из строя элементов системы из-за внешних воздействий), к показателю эффективности Г0 при идеальных условиях функционирования систем:
кг= Г/Г0.
В этом случае величину кГ называют коэффициентом снижения эффективности (в данной ситуации - вследствие внешних воздействий). В некоторых случаях для получения оценки удобнее использовать абсолютное значение разности соответствующих показателей
которая указывает, насколько изменяется эффективность системы под влиянием данного фактора.
Таким образом, из проведенного анализа следует, что количественная оценка различных свойств ВСРУ, в конечном счете, сводится к расчету показателей эффективности, являющихся функционалами от процесса функционирования системы, по результатам анализа совокупности ИП, протекающих в исследуемой системе. Иными словами, для того чтобы оценить какое-либо свойство ВСРУ при заданных ее конфигурации и условий функционирования (т.е. при известных параметрах потоков и заявок на выполнение ИЗ, заданной структуре системы, определенных параметрах ее элементов, известных внешних воздействиях), необходимо рассмотреть протекающие в системе ИП, рассчитать их характеристики с учетом взаимного влияния ИП друг на друга и вычислить необходимые показатели (коэффициенты снижения эффектности и т.п.). Характеристики ИП могут быть определены двумя основными способами: посредством натурных испытаний системы; с помощью моделирования.
Поскольку проведение натурных испытаний связано с весьма значительными затратами и не всегда реализуемо ввиду отсутствия для выполнения таких испытаний работающей системы, наибольший интерес представляет моделирование ИП.
Таким образом, показатель эффективности ВСРУ в общем случае может быть представлен в виде некоторой зависимости типа:
^ = Р(ИМ& V),
где N - множество параметров входящего в систему потока заявок на выполнение информационно-вычислительных работ (число и интенсивности составляющих поток заявок разных классов, типы и параметры законов распределения интервалов времени между моментами поступления различных заявок и т.п.); М- множество параметров, характеризующих отдельные информационные задачи, связанные с реализацией заявок соответствующих классов и определяющих потребные затраты ресурсов системы при выполнении этих ИЗ; £ - множество системных параметров, определяющих состав и структуру ВСРУ, характеристики отдельных средств системы, алгоритмы управления ИП в системе и другие системные параметры; V - множество параметров, характеризующих воздействия внешней среды посредством задания потоков выхода из строя компонентов системы под воздействием внешних факторов.
В свою очередь, функционирование ВСРУ связано с реализацией совокупности взаимодействующих процессов передачи и обработки информации, т.е. определяется совокупностью взаимодействующих информационных процессов. При этом элементы множеств N и М позволяют определять для каждого заданного набора £ параметры отдельных информационных процессов, рассматриваемых изолированно, а элементы £ и V мо-
177
гут быть использованы для характеристики взаимодействия ИП при их совместной реализации в реальной системе. Отсюда следует, что оценка эффективности информационной технологии ТС может быть сведена к оценке качества организации выполнения ИП в системе в целом.
Для сложных систем, к каким относятся ВСРУ, невозможно выделить единственный показатель эффективности, позволяющий охарактеризовать все интересующие пользователей аспекты функционирования системы. Любой частный показатель, являющийся характеристикой некоторых аспектов функционирования ВСРУ, может быть рассчитан по результатам анализа совокупности взаимодействующих ИП, отображающих процесс функционирования системы.
Рассмотрим в качестве иллюстрации совокупность показателей эффективности, используемую для оценки функционирования ВСРУ: оперативность управления с применением ВСРУ; качество отработки управленческих решений; устойчивость управления технической системой; защита от несанкционированного доступа.
В качестве показателей оперативности управления в ВСРУ можно предложить оценки средних значений времени цикла управления tц, сбора и анализа данных систем индикации доведения информации определенного вида г от источника p до потребителя q - trpq и т.п., а также соответствующие вероятности:
Р(ТЦ < ) ; P(tcs < ТСС5) ; Р(Тр < ) . Пусть и есть время реализации ¿-го ИП, тогда
тц =тц ^), тсб =тсб й, t2,..., ti), ),
т.е. эти величины могут быть вычислены на основе характеристик отдельных ИП при их совместной реализации, а также характеристик совокупностей ИП. Аналогичное справедливо и в отношении вероятностных показателей оперативности управления [5].
Показатели, характеризующие качество управления на основе реализации ИЗ и определяемые терминами «степень автоматизации рутинных функций управления Q», «уровень автоматизированной поддержки творческих функций управления Р», могут быть получены на основе анализа состава ИП, реализуемых в системе, т.е.
Q = Q(Mi); Р = Р(М-).
Следовательно, и эти показатели могут быть рассчитаны на основе характеристик совокупностей ИП, протекающих в ВСРУ.
178
Другая группа показателей, связанных с характеристиками устойчивости и защиты от несанкционированного доступа и определяющих показатели надежности и безопасности системы, могут быть рассчитаны на основе оценки снижения качества и оперативности решения ИЗ при выходе из строя отдельных элементов системы.
Следовательно, в конечном счете, показатели эффективности информационных технологий ВСРУ определяются характеристиками ИП и их совокупностей, а последние зависят от множества принятых решений по построению и организации функционирования ВСРУ. Метод информационных процессов позволяет проводить оценку указанных решений и поиск наиболее рациональных из них, т.е. может служить основой для построения соответствующих методов анализа и синтеза информационных технологий ВСРУ.
Список литературы
1. Привалов А.Н. Моделирование информационных процессов тренажерных систем: концепция, методология, модели [Текст] / А.Н. Привалов, Е.В. Ларкин. Саарбрюккен: Изд-во LAP LAMBERT, 2012. 230 с.
2. Балыбердин В. А., Оптимизация информационных процессов в распределённых системах обработки данных [Текст] / В.А. Балыбердин, А.М. Белевцев, О. А. Степанов. М.: Технология, 2002. 280 с.
3. Привалов А.Н. Моделирование информационных процессов в вычислительной подсистеме тренажёрных систем специального назначения [Текст] / А.Н. Привалов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 215 с.
Привалов Александр Николаевич, д-р техн. наук, проф., privalov.61@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Думчев Сергей Викторович, зам. директора, [email protected], Россия, Тула, Государственное автономное учреждение ««Центр информационных технологий»,
Внуков Владимир Анатольевич, консультант отдела проектного управления, Vladimir. Vnukov@,tularegion. ru, Россия, Тула, Государственное автономное учреждение «Центр информационных технологий»
ON THE APPROACHES TO EVALUATING THE EFFECTIVENESS OF A UNIFIED INFORMATION AND COMMUNICATION NETWORK TULA REGION
A.N. Privalov, S.V. Dumchev, V.V. Vnukov
The application of aggregative models for modeling of information processes in the information-educational environment of high school, designed on the basis of systems with distributed processing. Results of the experiment are given.
Key words: aggregative model, queuing network, information processes.
179
Privalov Aleksandr Nicolaevich, doctor of technical science, professor, privalov. 61 a mail. ru, Russia, Tula, Tula State Pedagogical University,
Dumchev Sergey Viktorovich, deputy director on technical issues, Ser-gey.Dumchev@tularegion. ru, Russia, Tula, Information Technology Center,
Vnukov Vladimir Anatolyevich, consultant of project department, Vladimir. Vnukova tularegion.ru, Russia, Tula, Information Technology Center
УДК 519.6
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
В ТРАНСПОРТНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ
А.Н. Привалов, А. Л. Екатериничев, В.Ю. Колокольцев
Приведена постановка задачи повышения эффективности функционирования транспортной информационной системы. Рассматриваются основные классы моделей, пригодных для формализации информационных процессов в распределённой вычислительной системе, построенной на клиент-серверной платформе.
Ключевые слова: клиент-серверная платформа, мобильное приложение, клиентская часть, серверная часть.
Одним из направлений информатизации общества является развитие информационных систем и технологий, направленных на удовлетворение потребностей человека, в том числе в транспортных услугах. В значительной степени это характерно для крупных городских агломераций, обеспечение транспортом в которых обладает признаками сложной системы. В этой связи уместно ставить вопрос о разработке информационной системы, нацеленной на повышение эффективности управления транспортными потоками и повышение удобства использования для пассажиров.
Указанные критерии в значительной степени не совпадают, иногда может возникать ситуация конфликта, однако указанное обстоятельство не только не умаляет, но и предполагает развитие моделей функционирования транспортных информационных систем.
В этой связи в стране был разработан, утвержден и введен в действие с 1 марта 2012 года ГОСТ Р ИСО 14813-1-2011. «Интеллектуальные транспортные системы. Схема построения архитектуры интеллектуальных транспортных систем». Стандарт идентифицирует 11 сервисных доменов, внутри каждого из которых определены многочисленные сервисные группы. Информационные сервисы для пассажиров общественного
180
