CC BY
52
ОРГАНИЗАЦИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОДСИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ УСЛУГ
Буренин Андрей Николаевич,
д.т.н., доцент, главный специалист АО "Научно-исследовательский институт «Рубин», г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Легков Константин Евгеньевич,
к.т.н., начальник кафедры автоматизтрованных систем управления Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Левко Игорь Владимирович,
к.т.н., доцент Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
АННОТАЦИЯ
Государственной политикой в областях обороны, безопасности государства и поддержании в нем правопорядка существенная роль отводится различным сложным организационно-техническим системам специального назначения, которые требуют постоянного управления, учитывающего складывающиеся быстро меняющиеся условия эксплуатации. Как правило, управление такими системами реализуется посредством создаваемых автоматизированных систем управления, а для обеспечения непрерывности и поддержания требуемого уровня качества процессов управления системой, в составе автоматизированной системы управления предусматривается информационная подсистема, обеспечивающая должностным лицам органов управления и комплексам средств автоматизации предоставление требуемой номенклатуры информационных услуг, гарантирующих принятие обоснованных правильных решений по организации управления системой. Вместе с тем, функционирование самой информационной подсистемы, как сложной системы, в том числе в чрезвычайных условиях, предусматривает управление ею, для чего создается выделенная система управления, на которую возлагается решение ряда задач управления, среди которых наиболее важной является задача обеспечения эффективного функционирования, в т.ч. на основе создания и реализации методов управления процессами предоставления информационных услуг. При этом постоянно возрастающая сложность информационных подсистем и процессов их функционирования, чрезвычайно усложняет и организацию процессов управления самой подсистемой. Среди всех задач управления информационной подсистемой, задача управления ее функционированием является наиболее сложной, так как связана с необходимостью учета многих факторов, характеристик и параметров сложных процессов, протекающих в подсистеме. Поэтому при разработке методов управления функционированием информационной подсистемы целесообразно рассматривать эту задачу управления как комплексную, предусматривающую применение комплекса методов, каждый из которых используется в контуре управления систему управления при определенных условиях эксплуатации и обеспечивает либо наибольшую эффективность ее функционирования, либо эффективность не ниже требуемой.
Ключевые слова: информационная подсистема; эффективность функционирования; задачи управления; автоматизированная система управления; методы управления процессами предоставления услуг.
Для цитирования: Буренин А. Н., Легков К. Е., Левко И. В. Организация эффективного функционирования информационных подсистем автоматизированных систем управления сложными организационно-техническими объектами на основе методов управления процессами предоставления информационных услуг // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2017. Т. 9. № 3. С. 45-54.
H&ES RESEARCH, 3-2017
45
Введение
Под управлением информационной подсистемой (ИПС) автоматизированной системы управления (АСУ) сложными организационно-техническими объектами (ОТО) будем понимать процессы организации такого целенаправленного воздействия на нее и ее компоненты, в результате которых ИПС (или требуемый ее компонент) переходит в требуемое (целевое) состояние [1-2, 4-5, 7-8, 10].
При этом постоянно возрастающая сложность информационных подсистем АСУ большинства ОТО и процессов их функционирования, чрезвычайно усложняет и организацию процессов управления ИПС.
Несмотря на то, что в качестве модели каждого из двух уровней архитектуры ИПС АСУ ОТО может быть рассмотрена мультисетевая модель обслуживания, значительное число способов организации управления сетями и услугами, которые известны в настоящее время [1-2], не могут быть применены при управлении ИПС в силу ее сложности, многозадачности, многоуровневости и мультисер-висности (включая информационные сервисы). Поэтому необходимо предложить общий подход к формированию методов управления функционированием ИПС АСУ ОТО для разных классов ОТО, на основе которого получить требуемые методы управления.
Постановка задачи
При всех вариантах организации процессов управления функционированием, каждый из которых в той или иной степени определяет эффективность функционирования ИПС АСУ ОТО, только процессы управления, организованные на основе методов первой группы (рис. 1) непосредственно влияют на сами процедуры предоставления ИПС услуг.
При решении задач управления функционированием ИПС АСУ ОТО должны быть выполнены цели управления Врр = {(11п, ..., что, в конечном итоге, должно гарантировать функционирование ИПС в целом и отдельных ее компонентов с требуемой эффективностью. При этом управление будем считать эффективным, если оно обеспечивает требуемую эффективность функционирования ИПС АСУ ОТО в различных условиях, в т.ч. в условиях воздействия на нее и систему управления различных естественных и преднамеренных возмущений и помех (включая кибератаки [3, 6, 9]).
В качестве показателя эффективности ИПС АСУ ОТО целесообразно взять некоторый функционал Ф(/, \ %/Р8г, и/р), зависящий от объема запрашиваемых информационных услуг (ИУ), размеров и связности структуры ИПС АСУ ОТО, производительности серверов ИПС, пропускной способности виртуальных каналов, от алгоритмов функционирования ИПС и обслуживания требований, от надежности компонентов ИПС (составляют V — вектор фиксированных, невозмущенных параметров и характеристик ИПС АСУ ОТО), от значений нагрузки требований на получение ИУ, от характеристик и интенсивности возмущений, характеризующих целенаправленные и случайные разрушающие воздействия на компоненты ИПС, от воздействий средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ), от воздействий естественных помех, от отказов технических средств ИПС и осуществляемых кибератак на программно-аппаратные средства ИПС (составляют — вектор возмущающих параметров), от стратегий управления ИПС (составляют и/р — вектор управления, определяющий управляющие воздействия на компоненты ИПС, вырабатываемые СУ ИПС).
Методы управления функционированием ИПС АСУ
1 Методы управления процессами предоставления информационных услуг
Применяются когда имеется полная достоверная оперативная информация о требуемых компонентах ИПС и о протекающих в них процессах
2 Методы управления параметрами, характеризующими процессы функционирования ИПС АСУ
Применяются когда имеется неполная
(частично недостоверная) оперативная информация о требуемых компонентах ИПС и о протекающих в них процессах или когда информация отсутствует (частичная или полная
неопределенность) Чрезвычайные условия функционирования
Рис. 1. Декомпозиция методов управления функционированием ИПС АСУ ОТО
46 www.h-es.ru
Основной целью функционирования ИПС АСУ ОТО является предоставление ДЛ ОУ ОТО и КСА АСУ ОТО необходимых ИУ с требуемыми значениями показателей качества. Тогда если необходимый уровень эффективности функционирования ИПС обеспечивается в течение заданного времени Т3 с вероятностью не меньшей требуемой РТ> несмотря на весь спектр воздействий на нее, то функционирование ИПС АСУ ОТО признается устойчивым, а управление ею — эффективным.
При прочих равных условиях выбор определенного управления ир = ир (I) обеспечивает вполне конкретное значение эффективности функционирования ИПС АСУ ОТО, т. е. вполне определенное значение показателя Ф[г, Ур, Ъ1р5г, ир (г)]. Решение задачи управления функционированием ИПС АСУ ОТО приводит либо к некоторой экстремальной задаче (1, а), либо к задаче, описываемой квантилью (1, Ь):
Ф[г, Vp, ZIPSr, Up (г)] ^ max
Up' (t )e Uj
Р{Ф[г, Vp,
IPSr ' U P (t)] >ф Gr J , —
a)
Uf' (t)e Uj
Up (t) < Ru
При этом весь вариабельный комплекс предоставляемых ИПС гарантированных ИУ обеспечит показатель эффективности ОТО:
фг (Т,) (Т.)> - ■ ■> Ф, (ТХ-, ^ (ТД (2)
Исходя из (2) можно сформулировать следующую многокритериальную задачу по такой организации управления предоставлением ИУ (формирования комплекса предоставляемых ИУ), которая обеспечит ДЛ ОУ и КСА АСУ ОТО экстремум (или квантиль) показателю(я) эффективности функционирования системы:
ех1г Ф, [га, У1Р, Ъж, ир (I)] =
ир? (I)
= ех1г /2 [Ф,2(1Ш, Ур, Ъ^, ир (I)]; а)
ир (I) (3)
Р{[Л [Ф*[tm, Vp, ZpSr, Up (t)] ]> Фг&} >
> P„
Ufpc (t)
(1)
V tme Tm ,i = 1,..., Nz
Решение экстремальной задачи — некоторое управление И°р'(г), являющееся оптимальным управлением функционированием ИПС АСУ ОТО. Решение задачи, заданной в виде квантили (выражение Ь) из (1)—некоторое управление, обеспечивающее эффективность функционирования ИПС не ниже требуемого с заданной вероятностью. В этих решениях использована модель ИПС АСУ ОТО и учтен ресурс, выделяемый на управление Яир .
Исходя из целевого предназначения ИПС АСУ ОТО, организация адаптивного управления ее функционированием в сложных условиях обстановки, предполагает возможность гибкого оперативного распределения предо ставляе-мых в реальном масштабе времени ИУ, обеспечивающего требуемую эффективность функционирования самой ОТО.
При этом обеспечение гибкости, масштабируемости и возможности маневрирования номенклатурой ИУ, необходимость в которых возникает в процессе оперативного управления ОТО, невозможно без рациональной организации процедур управления комплексом предлагаемых услуг (задача управления ресурсами информационных служб ИПС АСУ ОТО).
Ясно, что для выполнения конкретной 7-й задачи управления ОТО, выполняемой в определенном интервале времени Т^ив различных условиях эксплуатации, каждому ДЛ ОУ и КСА АСУ ОТО требуется вариабельный комплекс предо став ляемых ИПС гарантированных ИУ, обеспечивающий соответствующий показатель эффективности функционирования ОТО. Каждая информационная служба ИПС, предоставляющая соответствующую г'-ю ИУ при реализации выбранной стратегии управления, вносит свой вклад Ф,/Тт) «в копилку» показателя эффективности ОТО, определяемый в плоскости предоставляемых ИУ
В принципе, первая задача может быть решена методами многокритериальной оптимизации по Парето (решением задачи оптимизации является множество Парето) или оптимизацией по интегральному критерию, приведением к единому показателю как взвешенной сумме частных показателей (свертка) [11, 12-15]:
Фz (To) =ZXrФrz (To)■
(4)
Вторая задача, связанная с выбором управления, обеспечивающего выражение (3-Ь), становится актуальной, когда оптимизационная постановка трудно разрешима. При этом выбирается управление ОТО, гарантирующее значение показателя эффективности функционирования не хуже заданного с вероятностью не ниже допустимого значения.
Разработка методов управления процессами
предоставления информационных услуг
Для конкретизации решения данной задачи будем считать, что каждая служба ИПС АСУ ОТО, привлекаемая к проведению некоторой функциональной операции ОТО, должна обеспечить соответствующим ДЛ ОУ и КСА АСУ ОТО определенный уровень ИУ, который требует проведения конечного множества технических операций, соответствующих организации этих служб (инсталляция данных о подключенных пользователях, аутентификация пользователей как при подключении к службе, так и при обращении к ней, проверка санкционированиести запросов на обслуживание, обеспечение протоколов доступа, постановка в очередь на обслуживание, упорядочивание очереди ожидающих требований, обеспечение безопасности обслуживания, антивирусная защита данных пользователей и защита информационных ресурсов служб, процедуры поиска данных, процедуры обслуживания требований на получение ИУ и т.д.). В условиях функционирования
r=1
ОТО в сложной обстановке их параметры, в общем случае, являются случайными величинами, а случайное время предоставления соответствующей ИУ может быть получено на основе анализа основных схем информационного взаимодействия компонентов служб и будет равно сумме случайного числа N случайных значений времен проведения технических операций по предоставлению ИУ:
TS (0 = 2 texop (i> Л
Ts (1) = Uxop (1, j),..., T1S (i) =
j=1
процессами предоставления информационных услуг, приводит либо к экстремальной задаче (10, а), либо к задаче, описываемой квантилью (10, Ь):
mm
UPkc (tUj
> T
— Gr'
Func ('> Uj
a)
(10)
(5)
U {
^ n
где 1<ех]) — случайное время проведениями технической операции по получению и предоставлению г-й ИУ
Вместе с тем, учесть случайное число технических операций по предоставлению соответствующей ИУ на практике достаточно сложно, поэтому, т.к. для большинства используемых информационных служб ИПС АСУ ОТО дисперсии случайного числа технических операций и длительности их проведения, как правило, невелики, целесообразно использовать величины их средних значений ты = М[N ] и ихор (.,¡) = М[г,ехор(.,])] ,т.е.:
^ 1Р¥тс () — ЯП,Г
Или подставляя значения для выбранного показателя, получим:
2 2 a, j)]-
i=i j=i
2 2 M[tle
i=1 j=1
p(i,j)]
mm
U{£„c (l)e Uj
<
a)
(11)
UfPiunc (l)e Uj
U {
^ a
c (t) < Ru
(6)
Для организации управления процессами предоставления ИУ можно воспользоваться понятием высоты Я* каждого Ь-го узла предоставления услуг ИПС АСУ ОТО относительно другого у-го узла предоставления услуг, которую для данной задачи целесообразно определять следующим образом:
= £ (.,/),..., Тш{к) = £ 1^0?{к,¡).
¡=1 ¡=1
Приведем подход, предусматривающий выбор показателя эффективности как величины, отражающей своевременность предоставления ДЛ ОУ и КСА АСУ ОТО той или иной ИУ. В качестве показателя своевременности предоставления ДЛ ОУ и КСА АСУ ОТО ИУ может быть взято среднее время ее предоставления Тв(1), ■ ■ Т1&(г\ Т^к).
Таким образом, оптимальные номенклатура и количество к, привлекаемых к выполнению функциональной операции ОТО информационных услуг определяются в процессе управления ресурсами ИПС АСУ ОТО, а обеспечение требуемой эффективности (или достижение экстремального ее значения) ИПС в рамках выбранного комплекса ИУ, осуществляется в процессе управления функционированием ИПС, а именно, в условиях отсутствия существенных деструктивных изменений в ИПС, в процессе управления предоставлением информационных услуг. При этом выбор конкретного вектора управления функционированием ИПС в части управления процессами предоставления информационных услуг и(г) обеспечивает вполне конкретное значение эффективности функционирования ИПС АСУ ОТО, т.е. вполне определенное значение показателя
Ф[г,Ур ,Ъ Шг, и р (г)] = Та _к,
определяющего среднее время предоставления комплекса ИУ. При этом по-прежнему решение задачи управления функционированием ИПС АСУ ОТО в части управления
- 0П
Ry = lb -
Q
dZj
(12)
где П'а - общий показатель эффективности функционировании соответствующей г'-й информационной службы ИПС АСУ ОТО;
2! - нагрузка на получение сервисов г'-й информационной службы ИПС АСУ ОТО;
г.ь - среднее время предоставления услуг (обслуживания) г'-й информационной службой Ь-го узла предоставления услуг ИПС АСУ ОТО.
Считая заданным величину П^ и известными значениями 2/ для всех информационных служб ИПС АСУ ОТО, и учитывая специфику ее организации, процедуры формирования плана управления функционированием ИПС АСУ ОТО в части управления процессами предоставления информационных услуг можно существенно упростить, используя концепцию решения оптимизационных задач, основанную на представлении объекта оптимизации неким рельефом, и реализовать их, путем построения на каждой выделенной уровневой сети обслуживания или сервисной уровневой сети (предоставляющей ИУ г-й информационной службы) подсистемы некоторого рельефа качества, в котором значение высот компонентов ИПС задается величинами г.ь . Сами процедуры формирования плана управления функционированием ИПС в части управления процессами предоставления информационных услуг строятся в соответствии с методом (рис. 2), который назовем методом управления процессами предоставления услуг на основе рельефов качества (МУПРК).
m
N
m
m
N
Метод МУПРК предусматривает представление каждой уровневой сети обслуживания ИПС АСУ ОТО (г'-й информационной службы ИПС) в виде графа, на каждой ветви которого стрелками указываются направления сервисного обслуживания (направления предо став ляемых ИУ). На сети выделяется один узел предоставления услуг (Уе), по отношению к которому формируется рельеф качества (назовем его 2-рельеф соответствующей службы). Стрелкам, входящим в Ув из узлов предоставления услуг, соседних с Ув приписываем число всем стрелкам, исходящим из узла предоставления услуг, от которого отходит хотя бы одна стрелка, отмеченная числом q приписывается число д2 и т. д. до тех пор, пока не отметятся все стрелки графа уровневой сети ИУ данного типа. После этого можно утверждать, что сформирован 2-рельеф (рис. 2).
ваться максимальная эффективность функционирования ИПС при условии, что решение принимается по достоверной информации на момент его принятия.
Рельеф качества каждой сервисной уровневой сети ИПС АСУ ОТО представляется в системе управления в виде матриц рельефов. При этом для каждого г-го узла предоставления услуг формируется своя матрица рельефов вида:
У ••• У
■М J N
(13)
В матрице (13) элемент г к соответствует ¿-высоте ветви Рг, исходящей из УУг. Матрицы рельефов являются основой для определения матриц выбора, определяющих очередность выбора пути получения ИУ из требуемых узлов услуг:
П
Q
Vec "1
3
вЕМ 4
ßEE 2
(14)
Рис. 2. Формирование 2-рельефа качества иа графе сервисной уровневой сети ИПС АСУ ССН
Величины q. на стрелках назовем ^-высотами качества. При этом стрелкам, исходящим из УК^ величины (2-высота) 2-рельефа качества не приписываются.
Указанным способом формируют рельеф для каждого узла предоставления услуг уровневой сервисной сети ИПС АСУ ОТО. При этом ветвь уровневой сервисной сети ИПС АСУ ОТО имеет ^-высоту если соответствующая ей функция в 2-рельефе принимает значение Таким образом, каждая ветвь уровневой сервисной сети ИПС АСУ ОТО характеризуется (N-1) высотами, где N -число узлов предоставления услуг в каждой уровневой сервисной сети ИПС.
Естественно, что поскольку в качестве ^-высоты ^ нами выбрана величина, равная среднему времени предоставления соответствующей ИУ t ь , то управление процессами предоставления информационных услуг будет состоять в поиске наилучшего пути по рельефу к данному узлу предоставления услуг из любого другого узла, причем процедура состоит в отыскании в каждом промежуточном узле предоставления ИУ ветви с исходящей стрелкой, которой приписано (рис. 2) минимальное число q, что будет соответствовать минимальному значению среднего времени предоставления ИПС АСУ ОТО соответствующей ИУ Очевидно, что с учетом (11-а), предложенный МУПРК позволит так организовать управление процессами предоставления информационных услуг, что будет обеспечи-
В случае произошедших изменений состояния ИПС АСУ ОТО, приводящих к изменениям в сервисной уровневой сети, сформированный 2-рельеф качества становится неверным и требуется его корректировка. Предложенный МУПРК предусматривает корректировку, идентичную процедурам формирования начального 2-рельефа качества. Другими словами, разработанный МУПРК включает три основные операции: операцию формирования 2-рельефа, операцию поиска и формирования плана получения ИУ, обеспечивающих максимум эффективности функционирования и операцию корректировки 2-рельефов качества в случае изменений в сервисных уровневых сетях подсистемы.
Операция формирования начального 2-рельефа качества осуществляется всегда в начальный момент пуска системы управления ИПС АСУ ОТО.
Операция формирования плана управления процессами предоставления ИУ, основанного на получении матриц (14) первоначально осуществляется после окончания формирования 2-рельефов качества для всех сервисных уровневых сетей ИПС АСУ ОТО, а затем после окончания процедур корректировки 2-рельефа.
Операция корректировки 2-рельефа качества осуществляется либо в момент обнаружения существенных с точки зрения управления ИПС изменений в сервисной уровневой сети (назовем метод пособытийным вариантом МУПРК), либо периодически с той или иной частотой повторения, определяемой заданным уровнем оперативности управления функционированием ИПС (назовем метод периодически обновляемым вариантом МУПРК). Понятно, что временные характеристики операции корректировки 2-рельефа влияет на показатели эффективности
функционирования ИПС АСУ ОТО, т.к. оказывают влияние на показатели своевременности получения ИУ.
С точки зрения реализации СУ ИПС АСУ ОТО, второй вариант более предпочтителен, т.к. предполагает посылки в модули управления только синхронизирующих команд на начало процедур корректировки, которые осуществляются уже автоматически в соответствии с заложенной схемой. При этом сама периодичность процедур корректировки может быть задана ДЛ ОУ в достаточно широких пределах (от 30-60 сек до нескольких десятков минут) в зависимости от складывающейся обстановки и выбранных элементов контроля в управляемой ИПС.
МУПРК предусматривает коррекцию 2-рельефа качества сервисной уровневой сети ИПС АСУ ОТО путем обмена между всеми компонентами СУ ИПС минимальными векторами качества . Минимальный вектор , который элемент управления, связанный с У посылает всем соседним узлам (причем каждому Р-му узлу свой вектор), вычисляется по матрице рельефов Яг. При этом в каждом столбце матрицы Яг, соответствующей Р-му У выбирается минимальный элемент. Из этих минимальных элементов формируется строка. Затем ко всем элементам строки добавляется значение высоты данного У за исключением того элемента, который соответствует У которому будет послана эта модифицированная строка (минимальный вектор), т.е.:
ЦТИ = [т1пГЬ1 +Лцгр...ттг^;...тт^ + Лц\1 (15)
Если какая-то виртуальная ветвь сервисной уровневой сети ИПС вышла из строя (подверглась атаке), то минимальный вектор не будет передан. Этот факт фиксируется обоими соседними Уг в матрицах рельефов и идентифицируется как отказ связывающей информационной магистрали. При этом выход из строя самого У нет необходимости идентифицировать отдельно. Если он вышел из строя, то это идентифицируется как выход из строя всех связанных с ним информационных ветвей.
В период между коррекциями рельефов качества в определенной сервисной уровневой сети (или в группе сетей) может существовать неправильный рельеф. Поэтому эффективность функционирования ИПС может существенно снижаться. Выбирая необходимую частоту обновления рельефа качества можно добиться требуемого уровня оперативности плана управления процессами предоставления информационных услуг.
Проведем анализ вероятностно-временных характеристик (ВВХ) предложенного МУПРК. В результате нескольких последовательных обменов минимальными векторами все узловые компоненты СУ ИПС будут оповещены о происшедших изменениях в сервисной уровневой сети и план распределения будет скорректирован. Пусть циклы обмена минимальными векторами качества осуществляются через равные промежутки времени Тф — периоды переформирования плана управления процессами предоставлением информационных услуг. Время, через которое все матрицы рельефов качества изменятся после происшедшего изменения
в сервисной уровневой сети ИПС АСУ ОТО, назовем временем оповещения Гоп, которое будет случайной величиной.
Максимальное значение Гоп получается тогда, когда изменение в сервисной уровневой сети ИПС произошло сразу же после окончания цикла обмена минимальными векторами качества:
тахГ =Т^ + г+г , (16)
оп ф в пер' 4 '
где Гв — время вычислительных операции в КСА СУ ИПС;
ГпФ — случайное время передачи информации об изменении всем Уг сервисной уровневой сети.
Случайное время передачи зависит от времени передачи минимального вектора качества на одном участке tí и времени установления виртуального соединения t и составит:
t = mt+t.
пер 1 y
(17)
Число последовательных посылок т минимальных векторов качества в каждом цикле обмена определяется связностью сервисной уровневой сети ИПС, а время tí — объемом минимального вектора V и скоростью передачи по виртуальному каналу сети управления ИПС V, т.е.:
V
'пер = m V + ty
V
(18)
Объем минимального вектора качества зависит от числа У2 сервисной уровневой сети N и максимального допустимого транзита ^ и может быть задан:
V = (N - 1) ]log2 nm [
(19)
Таким образом, максимальное значение времени оповещения можно оценить выражением:
тах гоп = Тф + гв + гф + ---к ■ (20)
V
Минимальное значение времени tm получается тогда, когда изменение ситуации в сервисной уровневой сети ИПС АСУ ОТО произошло непосредственно перед началом цикла обмена минимальными векторами качества, т. е.:
min t„
■L + L +
m (N -1) ]log2 цт [
(21)
Поскольку изменение ситуации в сервисной уровневой сети ИПС АСУ ОТО может произойти в любой момент времени между двумя циклами обмена минимальными векторами качества и эти процессы не коррелированны, то можно утверждать, что случайная величина ton равномерно распределена в интервале [min t , max t ] с плотностью распределения, равной f (ton) = внутри него nfttj = 0за его пределами. ' ф
Тогда вероятность того, что сформированный Q — рельеф качества будет адекватно отражать ситуацию в сервисной уровневой сети ИПС АСУ ОТО составит:
P
rQ-R
= 1 - exp <|-к„М!
Т +1 +1 +1 +
m (N -1) ]log2 Пт
(22)
V
Выражение (22) определяет вероятность того, что план управления процессами предоставлением информационных услуг в ИПС будет соответствовать ситуации, сложившейся в сервисной уровневой сети ИПС АСУ ОТО к моменту окончания процесса переформирования. В соответствии с (22) целесообразно так выбрать Гф, Г и V, чтобы Р* > Р = 09 - 0 95
Рассмотрим процедуру формирования плана управления процессами предоставлением информационных услуг, когда в качестве значения единицы высоты взята величина оценки среднего времени предоставления и реализации ИУ При этом матрица рельефов качества будет иметь следующий вид:
У
У»
T =
ßz
1 J N
tz1,1 ••• tz1, N
,1 •■• tzn ,1
t'4ißj = {ttißj OX ^ j (2), ^ßj (3)v
V(4iß j П) ^ tdop .
, t4iß, (n)}
n„
= {П EZ } =
PEZ 1
KZ2
ßEz2 3 efzN
Естественно, что в реальных ИПС АСУ ОТО, при реализации вариантов построения системы управления ИПС, обычно ограничиваются тремя вариантами последовательностей выбора, т. е. в этом случае матрицы (25) будут иметь всего по три строки:
П P = {П EZ } =
ßEZ 1
ßEZ12 ßEZ2 3
(26)
(23)
Матрица Г, которая формируется в СУ ИПС для каждого узла предоставления услуг Уг должна полностью определять план управления процессами предоставления информационных услуг на заданный момент времени Г0<1 < Г0 + Гф. Так, для каждого возможного (виртуального) поступлении требования на обслуживание в адрес г-го узла предоставления услуг в матрице Г выбирается столбец, соответствующий этому узлу, и в нем ищется минимальный элемент, затем второй по значению, третий по значению и т.д. при условии выполнения требований по своевременности, т. е. выбираемый элемент матрицы Г не должен быть больше допустимой величины:
(24)
Строки матрицы Г, в которых расположены выбранные элементы, и определяют план управления процессами предоставления информационных услуг последовательностью выбора сервисных направлений в ИПС: минимальный элемент матрицы Г определяет сервисное направление первого выбора, т.е. наиболее приоритетное, определяющее оптимальное управление, соответствующее выражению (11-а), второй по значению элемент определяет сервисное направление второго выбора и т.д., определяющие эффективное управление, соответствующее выражению (11-Ь). Таким образом, предложенный МУПРК совмещает оптимальное и эффективное управления процессами предоставления информационных услуг в ИПС АСУ ОТО. На основе этих данных формируется план управления процессами предоставления информационных услуг, задаваемый множеством матриц выбора:
Таким образом, если ОТО функционирует в условиях отсутствия существенных деструктивных изменений, что позволяет достаточно оперативно получать и использовать информацию о состоянии ИПС АСУ ОТО для формирования рельефов качества, адекватных реальной ситуации, то предложенный в статье МУПРК обеспечивает оптимальное управление процессами предоставления информационных услуг ДЛ ОУ и КСА АСУ ОТО, при срыве которого осуществляется автоматический переход на эффективное управление, обеспечивающее гарантированные значения показателей эффективности функционирования ИПС (пути обслуживания второго и третьего выбора).
В условиях возросшей интенсивности воздействий, однако, не приводящих к существенным деструктивным изменениям в ИПС, что все-таки позволяет получать оперативную информацию о состоянии подсистемы, когда некоторые ИУ предоставляются ряду ДЛ ОУ ОТО и КСА АСУ ОТО с показателями качества ниже допустимого уровня, необходим переход либо к методам второй группы (рис. 1), либо применение модернизированного МУПРК-М, позволяющего также получать ИУ с более низкими показателями качества. При этом формируется план управления процессами предоставления информационных услуг, задаваемый множеством модернизированных матриц выбора, в которых добавлены элементы, показывающие направления получения требуемых ИУ с реально сложившимися показателями качества, уступающие требуемым значениям:
П М
:{П MZ }■■
eopt
Pez
W1
1
ßEZ 2
ßfZ23
ßEZ434 ßEZ44 5
(27)
(25)
Эти добавочные элементы матриц ПЕ2 позволяют осуществлять обслуживание ДЛ ОУ ОТО и КСА АСУ ОТО даже тогда, когда в силу достаточно высокой интенсивности предумышленных воздействий на ОТО, АСУ ОТО и ИПС АСУ ОТО ряд пользователей не имеют возможности получения ИУ с допустимым уровнем качества, т.е. для отдельных узлов предоставления услуг Ук матрицы выбора будут иметь следующий вид:
Рис. 3. Преимущества МУПРК-М
П л
ßEk43 4
Ek Ldq4 5 Ek 5
V7k = {¥„...,¥„ } ^Vt^ j (k) >tdop. (28)
Предложенный МУПРК-М обеспечивает заметное повышение значений показателя эффективности функционирования ИПС АСУ ОТО при возрастании интенсивности воздействий (рис. 3).
Заключение
Таким образом, функционирование ИПС АСУ ОТО, как сложной системы, в том числе в чрезвычайных условиях, предусматривает управление ею, для чего создается выделенная система управления СУ ИП, на которую возлагается решение ряда задач управления, среди которых наиболее важной является задача обеспечения эффективного функционирования ИПС, в т.ч. на основе создания и реализации методов управления процессами предоставления информационных услуг. Предложенный метод управления процессами предоставлением услуг на основе рельефов качества обеспечивает заметное повышение значений показателя эффективности функционирования ИПС АСУ ОТО при возрастании интенсивности воздействий по сравнению с существующими методами.
Литература
1. Буренин А. Н., КурносовВ.И. Теоретические основы управления современными телекоммуникационными сетями / под ред. д-ра техн. наук, проф. В.И. Курносова. М.: Наука, 2011.464 с.
2. Буренин А. Н., Легкое К. Е. Современные инфокоммуни-кационные системы и сети специального назначения. Основы построения и управления. М.: ИД Медиа Паблишер. 348 с.
3. Паршенков Н.Я., Тихонова О.В. Комбинированный метод динамического управления потоками на коммутируемой
сети связи. В кн.: Сети связи и дискретные устройства управления. М.: Наука. 1976.
4. Баруча-Рид А. Т. Элементы теории марковских процессов и их приложения: пер. с англ. / под ред. А. Н. Ширяева. М.: Наука, 1969. 512 с.
5. Буренин А. Н., ЛегковК.Е. Управление эффективностью инфокоммуникационных систем специального назначения II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2014. Т. 6. № 3. С. 29-34.
6. Исъянов В.М., ЛазаревВ.Г., ПаршенковН.Я. Децентрализованный способ динамического распределения информации на автоматически коммутируемых сетях связи. В кн.: Автоматы и управление сетями связи. М.: Наука, 1971. С. 68-71.
7. Бутрименко A.B., ГинзбургС.Л. Об одном способе децентрализованного динамического распределения потоков информации. В. кн.: Информационные сети и коммутация. М.: Наука, 1968. С. 32-69.
8. Захаров Г. П. Методы исследования сетей передачи данных. М.: Радио и связь. 1982. 208 с.
9. Сатовский Б. Л. Управление качеством обслуживания в мультисервисных сетях общего пользования II Весник связи. 1999. № 4.
10. Новиков С.Н. Классификация методов маршрутизации в мультисервисных сетях связи II Вестник СибГУ-ТИ. 2013. № 1.
11. Ланне A.A., УлаховичД.А. Многокритериальная оптимизация. Л.: ВАС, 1984. 87 с.
12. Ральфа Г. Анализ решений. Введение в проблему выбора в условиях неопределенности. М.: Наука. 1977. 408 с.
13. Аванесов М.Ю., ПрисяжнюкС.П. Оперативное управление потоками данных в мультисервисных сетях связи. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т., 2007. 81 с.
14. Лазарев В. Г., СаввинН.Г. Сети связи, управление, коммутация. М.: Связь, 1973. 264 с.
15. Беллман Р., Гликсберг И., Гросс О. Некоторые вопросы математической теории процессов управления: пер. с англ. М.: ИИЛ, 1962. 336 с.
EFFECTIVE FUNCTIONING ORGANIZATION OF INFORMATION SUBSYSTEMS OF AUTOMATED CONTROL SYSTEMS FOR COMPLEX ORGANIZATIONAL-TECHNICAL OBJECTS BASED ON THE METHODS OF PROCESS MANAGEMENT OF INFORMATION SERVICES PROVISION PROCESSES CONTROL
Andrey N. Burenin,
St. Petersburg, Russia, [email protected]
Konstantin E. Legkov,
St-Petersburg, Russia, [email protected]
Igor V. Levko,
St. Petersburg, Russia, [email protected]
ABSTRACT
In state policy in the areas of defense, state security and maintaining law and order significant role is role for a variety of complex organizational-technical systems for special purposes that require constant management to deal with evolving fast changing operating conditions. Typically, management of such a system is implemented by generated automated control systems, and to ensure continuity and maintain the required level of the quality management system of the automated control system information subsystem is provided, providing the required item of information services to official controls and automation systems providing guarantee making justified correct decisions for the organization of system control. However, the functioning of the information subsystem as a complex system, including in emergencies, assume its management, for what dedicated control system is created, which is vested with the decision of management tasks, and among them the most important is the task of the effective functioning ensuring, through the establishment and implementation of methods of the processes management for the provision of information services. Herewith ever-increasing complexity of information subsystems and processes of their operation extremely complicate the organization of processes of the management of the subsystem itself. Among all the tasks of the information subsystem management, the task of its operation control is the most difficult, since it is connected with the necessity of taking into account many factors, the characteristics and parameters of complex processes occurring in the subsystem. Therefore, in developing methods of functioning management of the information subsystem it is advisable to consider the control problem as a complex, involving the application of complex methods, and each of them is used in the control loop of the control system under certain operating conditions and provides either the highest efficiency or efficiency not lower than required.
Keywords: information system; functioning efficiency; management tasks; automated control system; methods of the service provision processes control.
References
1. Burenin A. N., Kurnosov V. I. Teoreticheskie osnovy upravleniya sovremennymi telekommu-nika-chionnymi setyami [Theoretical bases of management of modern telecommunication net-works]. Moscow: Nauka. 2011. 464 p. (In Russian)
2. Burenin A. N., Legkov K. E. Sovremennye infokommunikatsionnye sistemy i seti spetsiaTnogo naznacheniya. Osnovy postroeniya i upravleniya: Monografiya [Modern infocommunication systems and special purpose networks. Basics of creation and control]. Moscow, Media Publisher, 2015. 348 p. (In Russian)
3. Parshenkov N. Ya. Tihonova O. V. Kombinirovaaniy metod dinamicheskogo upravleniya potokami na kommutiruemoy seti svyazi [Combined method of dynamic control of flows on a switched communication network]. Seti svyazi i diskretnie ustroystva upravleniya. M.: Nauka. 1976. Pp. 42-59. (In Russian)
4. Barucha Reid A. T. Elements of the Theory of Markov Processes and their Applications, McGrawHill, New York, Toronto, London, 1960. 157 p.
5. Burenin A.N., Legkov K. E. Effecivness control of infocommunication systems for special purposes.
T-comm. 2014. Vol. 6. No. 3. Pp. 29-34. (In Russian)
6. Isyanov V. M., Lazarev V. G., Parshenkov N. Ya. Detsentralizovannysposob dinamiheskogo raspre-deleniya informatsii na avtomatiheski kommutiruemykh setyakh svyazi. Avtomaty I upravlenie set-yami svyazi [Decentralized way of dynamic information distribution on automatically switched networks. Machine guns and management of communication networks.] Moscow: Nauka, 1971. Pp. 68-71. (In Russian)
7. Butrimenko A. V., Ginzburg S. L. Ob odnom sposobe detsentralnnogo dinamiheskogo raspre-deleniya potokov informatsii. Informatsionnye seti i kommutatsii [About one method of decentralized dynamic distribution of information flows. Information networks and switching] Moscow: Nauka. 1968. Pp. 32-69. (In Russian)
8. Zaharov G. P. The methods of observation of the data transmition networks. Moscow. Radio and communication. 1982. 208 p. (In Russian)
9. Satovsky B. L. Upravlenie kahestvom obsluzhivaniya v multiservisnych setyakh obshchego pol'zovaniya [Quality of service management in multiservice networks of general use] Vesnik svyazi [Messenger of communication].1999. No 4. (In Russian)
10. Novikov S. N. Classification of routing methods in multiservice communication networks. Vest-nik SibGUTI. 2013. No. 1. Pp. 57-67. (In Russian)
11. Lanne A.A., Ulakhovich D. A. Mnogokriterialnaya optimizatsiya [Multi-criteria optimization]. Leningrad: VAS, 1984. 87 p. (In Russian).
12. Ralfa G. Analiz resheniy. Vvedenie v problemu vybora v usloviyah neopredelennosti [Analysis of decisions. Introduction in a choice problem in the conditions of uncertainty]. Moscow: Nauka. 1977. 408 p. (In Russian)
13. Avanesov M.Y., Prisyazhnyuk S. P. Operativnoe upravlenie potokami dannih v multiservisnih set-yah svyazi [Data flow operational control in multiservice communication networks]. Saint-Petersburg. Baltic State Tech. University., 2007. 81 p. (In Russian).
14. Lazarev V. G., Savvin N. G. Seti svyazi, upravlenie, kommutaciya [Communication networks, control, switching]. Moscow: Svyaz\ 1973. 264 p. (In Russian)
15. Bellman I.R.E., Glicksberg I., Gross O.A. Some aspects of the mathematical theory of control processes. Santa Monika: Rand corporation, 1958, 310 p.
Information about authors:
Burenin A. N., PhD, Docent, chief specialist of JSC «Research Institute «Rubin»; Legkov K. E., PhD, Head of the Department of automated systems of control, Military Space Academy; Levko I. V., PhD, associate professor of the Department of automated systems of control, Military Space Academy.
For citation: Burenin A. N., Legkov K. E., Levko I. V. Effective functioning organization of information subsystems of automated control systems for complex organizational-technical objects based on the methods of process management of information services provision processes control. H&ES Research. 2017. Vol. 9. No. 3. Pp. 45-54. (In Russian)
