CC BY
18Принципы применения архитектуры распределенных вычислений для работы облачных, туманных и граничных слоев сети в сфере транспортной телематики
Шагов Никита Сергеевич
аспирант, ФГБОУ ВО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», Shagov.NS@rea.ru Мамедова Наталья Александровна
к.э.н., доц., ведущий научный сотрудник базовой кафедры цифровой экономики ФГБОУ ВО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», Mamedova.NA@rea.ru
Уринцов Аркадий Ильич
д.э.н., проф., заведующий базовой кафедрой цифровой экономики ФГБОУ ВО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», Urintsov.AI@rea.ru
Рассматривается задача построения иерархии принципов применения архитектуры распределенных вычислений в сфере транспортной телематики. Эффективность ее решения определяется соответствием требованиям системности и комплементарности. Предлагается использовать облачно-туманно-гранично-пользовательскую модель архитектуры для автоматического выполнения логистических операций на базе типового транспортно-логистического центра. Проведена проверка предлагаемой иерархии принципов через механику логистических операций, выполняемых в облачном, туманном и граничном слоях сети. Проверка направлена на выработку подхода к верификации требований для проектируемой информационной архитектуры транспортно-логистического центра. Полученные результаты могут быть применены при решении задач оптимизации сетевой инфраструктуры телематических систем.
Ключевые слова: транспортная логистика, транспортная телематика, распределенные вычисления, информационная архитектура, парадигма облачных, туманных и граничных вычислений.
Работа выполнена при финансовой поддержке ФГБОУ ВО «РЭУ им. Г.В. Плеханова».
Введение
Логистические исследования и разработки в вопросах построения архитектуры распределенных вычислений базируются на комплексе предметных областей, таких как техническая и экономическая кибернетика, исследование операций и математика. Даже если не говорить о научном потенциале данных предметных областей в целом, то в прикладном аспекте, ставя задачу на проектирование архитектуры распределенных вычислений, методологическая основа будет представлена такими дисциплинами, как управление проектами, теория оптимизации, методы имитационного моделирования и сетевого планирования, теория автоматического управления [1]. Каждая из них характеризуется принципами, определяющими в обобщенном виде ту закономерность, которая наиболее четко очерчивает границы дисциплины в предметной области и выполняет функцию организации и синтеза существенных связей между объектами этой дисциплины внутри предметной области. Соотнося комплексы принципов дисциплин между собой, следует отметить их сопоставимость и ком-плементарность. Это дает нам основания использовать при выработке принципов применения архитектуры распределенных вычислений комплексы принципов тех дисциплин, что составляют методологическую базу логистических исследований и разработок.
Принципы применения архитектуры распределенных вычислений в сфере транспортной телематики должны соответствовать границам области использования возможностей информатики и телекоммуникационных технологий для сопровождения интеллектуальных транспортных систем и решения технологических задач на транспорте. Указанная область использования возможностей представляет собой предметную область сферы телематики. Архитектура распределенных вычислений, в свою очередь, определяет структуру и организацию управления сетевых компонентов интеллектуальных транспортных систем. С учетом растущего объема данных о движении информационного потока в логистике, растущих потребностей в хранении и обработке таких данных, использование только облачных технологий уже не является достаточным [2]. Современные технологические решения сочетают в себе инструментарий облачных, туманных и граничных слоев сети [3]. Расширяется и интенсифицируется практика построения информационных архитектур в работе транспортно-логи-стических центров [4], рассматриваемых в данном исследовании как комплекс средств обеспечения облачных и распределенных вычислений, средств виртуализации и систем хранения данных. Вместе с тем, такие практики становятся сугубо прикладными решениями - результатом управления отдельными проектами, выполнения конкретного технического задания. Это не снижает значимость подобных практик, однако, формирует запрос к обобщению технологической компоненты прикладных решений в совокупности принципов построения архитектуры распределенных вычислений для облачного, туманного и граничного слоев сети.
Таким образом, целью данного исследования является выработка принципов применения архитектуры распределенных
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м «
«о ем о ем
<о
0 ш Ш
1
< Ш
о т
вычислений в сфере транспортной телематики. Эти принципы должны отражать закономерность организации и синтеза существенных связей между облачным, туманным и граничным слоями сети, как объектами проектирования распределенной инфраструктуры для транспортно-логистического центра. В качестве подхода к достижению поставленной цели предлагается использовать синергию комплекса принципов дисциплин, что составляют методологическую базу логистических исследований и разработок, и обобщенных практик проектирования распределенной инфраструктуры для транспортной логистики. Выработанные принципы применения архитектуры распределенных вычислений в сфере транспортной телематики смогут найти применение при решении задач оптимизации сетевой инфраструктуры транспортно-логистических центров на стыке применения облачных, туманных и граничных технологий.
Постановка и методы решения исследовательской задачи
Логистическую систему формируют организованные определенным образом и связанные между собой элементы, которые будучи объединенными в систему позволяют достигать интегративного эффекта. На его достижение и максимизацию в конечном итоге нацелены все технологии управления, информатизации и цифровизации логистических процессов. К элементам логистической системы относят функциональные подсистемы (производство, распределение, снабжение) и обеспечивающие подсистемы (организационная, экономическая, информационная) [5]. Эта классификация является условной и может быть подвергнута декомпозиции, группировке, ранжированию и прочим действиям системного анализа в зависимости от цели исследования.
Исследование области архитектуры распределенных вычислений в сфере транспортной телематики задействует не все элементы логистической системы, а сфокусировано на подсистеме распределения и информационной подсистеме. В прикладном аспекте продуктом реализации этих подсистем является информационное обеспечение логистических процессов. А для демонстрации полученных результатов, выявленных закономерностей примером выбран типовой транспортно-логистический центр (ТЛЦ) [6]. Базовой характеристикой информационной архитектуры типового ТЛЦ заявлено то, что архитектура является распределенной и объединяет в единую конструкцию облачный, туманный и граничный слои сети.
Поскольку решения по комплектации и конфигурации устройств распределенной сети весьма вариативны, была поставлена задача сформировать универсальный пул базовых принципов для применения архитектуры распределенных вычислений, которая обеспечит интегративный эффект облачного, туманного и граничного слоев сети для ТЛЦ, который предлагается рассматривать в качестве отдельной логистической системы. Данная прикладная задача относится к области телематики, изучающей работу и возможности оптимизации программно-аппаратных комплексов для сетевого управления информационными и материальными объектами [7].
Сегодня телематика широко применяется, в том числе, в транспортной отрасли. В логистике транспортная телематика развивается за счет разработки и внедрения аппаратных, программных и в целом технологических решений в процессы автоматизации управления цепями поставок. Это ключевое проявление информационной подсистемы (элемента логистической системы), начало которому было положено за счет автоматизации отдельных логистических операций и продолжающее развиваться уже на основе интеллектуальных транспортных систем с ИИ-компонентом. Базовыми типами реализации
такого рода систем считаются системы навигации, позиционирования, хранения и обмена информацией.
Логистические исследования и прикладные разработки программного, платформенного обеспечения логистических процессов осуществляются на базе общих и специфических (отраслевых) принципов. Производя операции анализа, синтеза логистических систем, существующих или находящихся на этапе проектирования, исследователь неизменно обращается к принципам, очерчивающим предметную область. И, какой бы совокупностью принципов, в дальнейшем исследователь не оперировал, их исходной характеристикой является органичность взаимной связи. Сложность логистических систем (с позиции теории управления сложными системами) формирует понимание об утопичности сквозного характера принципов построения и функционирования таких систем, однако, связь на основе комплементарности между принципами вполне достижима.
Одним из современных подходов к разработке информационной архитектуры интеллектуальных транспортных систем является применение принципов распределенной архитектуры [8, 9], в рамках которых наиболее полное раскрытие получают именно телематические решения, генерируемые на стыке информатики и телекоммуникационных технологий. Декларируемая исследовательская идея состоит в том, что на основе иерархии универсальных принципов можно если не алгоритмизировать, то хотя бы параметризировать процесс сборки устройств для всех слоев сети в рабочую схему. При этом универсальность принципов достигается посредством их связи с принципами функционирования смежных и более общих систем, в качестве которых рассмотрены принципы анализа и синтеза логистических систем, принципы автоматических систем управления и принцип работы телематических систем.
Выстроив иерархию принципов применения архитектуры распределенных вычислений для работы облачных, туманных и граничных слоев сети в сфере транспортной телематики, мы получим возможность проверить состоятельность этой иерархии через механику логистических операций, реализуемых на базе типового ТЛЦ. Доказанные таким образом комплементарные связи между уровнями иерархии принципов в прикладном аспекте могут получить развитие как инструмент проверки и верификации требований к проектируемой сетевой архитектуре транспортно-логистических комплексов.
Результаты построения иерархии принципов
ТЛЦ как замкнутая система базируется на принципах, которые являются производными от принципов, лежащих в основе теории автоматического управления (ТАУ) и общей теории систем (ОТС), представленных на рис. 1.
^бщиeJl£инциnыJTAУ+OTC^
Физичность
• Постулат целостности
• Постулат делимости
• Постулат автономности
Моделируемость Верификация моделей
• Постулат стохастичности • Постулат действий
• Постулат многообразия • Постулат дополнительности моделей • Постулат внешнего
• Постулат достаточности дополнения
• Постулат согласования . Постулат выбора уровнен
• 11остулат использования
проверенных методик
Рис. 1. Классификация общих системных принципов для построения ТЛЦ
Принцип физичности ТЛЦ как системы рассматривается на основе постулатов целостности, делимости и автономности:
1. Постулат целостности - ТЛЦ как система является целостным объектом и не тождественна никакой её части, поскольку каждая из её частей не может обеспечить выполнение всех функций системы.
2. Постулат делимости - архитектура ТЛЦ как системы в целях анализа и синтеза может быть декомпозирована на подсистемы - отделы (таможенно-логистический отдел, отдел по работе с клиентами, служба безопасности, технический и 1Т-отдел, а также складской комплекс, распределительный центр и погрузочные и разгрузочные терминалы), которые с точки зрения распределённых систем являются отдельными вычислительными кластерами. Каждую такую подсистему на данном уровне можно рассматривать как отдельную систему, что снижает уровень сложности системы при исследовании её свойств.
3. Постулат автономности - ТЛЦ как система существует в автономном функциональном пространстве, имея пространственно-временную метрику и собственные внутрисистемные законы сохранения, которые определяются содержанием и устройством системы и не зависят от внешней среды.
Принцип моделируемости ТЛЦ как системы рассматривается через постулаты стохастичности, многообразия моделей, достаточности, согласования уровней и использования проверенных методик:
1. Постулат стохастичности - существует область неопределённости, в которой свойства подсистем ТЛЦ могут быть описаны только вероятностным аппаратом.
2. Постулат многообразия моделей - различные характеристики ТЛЦ как системы не могут быть описаны только при помощи одной модели и определяются при помощи множества моделей с различным математическим и теоретическим аппаратом.
3. Постулат достаточности - последовательность уровней определения требуемых характеристик в процессе улучшения сложной системы выбирается по возрастанию затрат на улучшение системы, с проверкой достаточности принимаемых решений по заданным критериям эффективности.
4. Постулат согласования уровней - требования к системе, формируемые на любом уровне, являются ограничениями при выборе частных моделей для нижележащих уровней, которые поддаются коррекции при случае невозможности их выполнения.
5. Постулат использования проверенных методик - необходимо использовать экспериментально проверенные модели и методики, обеспечивающие необходимые характеристики системы с требуемой точностью в заданные сроки.
Принцип верифицируемое™ модели ТЛЦ как системы рассматривается через постулаты действий, дополнительности, внешнего дополнения и выбора:
1. Постулат действий - для изменения состояния ТЛЦ как системы требуется внешнее воздействие, превышающее установленное пороговое значение.
2. Постулат дополнительности - ТЛЦ как сложная система при различных входных и внешних воздействиях проявляет различные системные свойства, в том числе альтернативные, т.е. несовместные ни с одной из отдельных реакций.
3. Постулат внешнего дополнения - проверка истинности результатов, получаемых на каждом уровне моделирования, производится с использованием исходных данных, моделей и методов вышележащих уровней.
4. Постулат выбора - ТЛЦ как сложная система обладает способностью выбирать поведение (способ реакции) на внешние воздействия в зависимости от внутренних критериев целенаправленности. В связи с этим не представляется возможным однозначное предсказание этой реакции на основе только априорных данных.
Установив общесистемные принципы функционирования ТЛЦ как системы, опишем принципы построения архитектуры ТЛЦ на основе эффективной вычислительной и сетевой архитектуры, рассмотренные на рис. 2.
Архитектурные принципы (Всети + ВСист.)
Вычислительная архитектура
• Иерархичность
• Резервируемость
• Гетерогенность
Сетевая архитектура
• Дублируемость соединений
• Расширяемость
• Экономичность
Рис. 2. Классификация архитектурных принципов для построения ТЛЦ
Вычислительная архитектура (набор узлов) ТЛЦ как системы базируется на ряде принципов:
1. Гетерогенность - система состоит из разнородных вычислительных узлов, обладающих различными по величине параметрами, характеризующими их предназначение и долю в общей производительности кластера и всей архитектуры в целом.
2. Иерархичность - более крупные узлы системы, обладающие гораздо большими вычислительной мощностью и объёмами оперативной памяти и накопителей данных, располагаются выше по иерархии в архитектуре ТЛЦ и её модели.
3. Резервируемость - критически важные данные должны быть минимум дважды продублированы в разноимённых слоях архитектуры и синхронизироваться для возможности их восстановления. При разработке архитектуры ТЛЦ предусматривается три копии данных: регулярно обновляемая локальная копия на сервере, располагаемом в граничном слое (edge layer) архитектуры; общая копия, часто синхронизируемая с образом локальной копии, располагаемая на более крупном сервере в туманном слое (fog layer); глобальная копия, синхронизируемая по двум указанным выше, - локальной и общей, -копиям, располагаемая на крупном облачном сервере (cloud layer) совместно с копиями данных остальных кластеров, образуя тем самым глобальную копию данных.
В свою очередь, сетевая архитектура (топология) строится на следующих принципах:
1. Дублируемость соединений - наличие между критически важными узлами нескольких путей, что повышает надежность сети ввиду возможности резервирования и распределение нагрузки.
2. Расширяемость - наличие технической возможности и простота присоединения новых узлов для расширения вычислительной сети в случае необходимости.
3. Экономичность - выбор экономически обоснованных топологий, для которых характерно оптимальное соотношение затрат и функционала. К примеру, в подобных системах обеспечивается минимальная суммарная длина линий связи и неизбыточное (т.е. необходимое и достаточное) возможное количество сетевых устройств для построения полной топологии сети.
В дополнение к принципам вычислительных систем и сетевым принципам приведём принципы логистических систем [1] на рис. 3.
О
ГО >
■С
го m
о
2 О
К)
со
со сч о сч
(О
о ш СО
<
со о
Логистические принципы (ТЛогистС)
• Принцип модульности
• Принцип расширяемости
• Принцип локализации стыков
• Принцип гибкости
• Принцип удобства использования
• Принцип работы -
телематических систем
1. Сбор данных
2. Передача в систему обработки
3. Преобразование и обработка данных
4. Проявление реакции системы
Рис. 3. Классификация логистических принципов для построения ТЛЦ
Указанным принципам должна отвечать проектируемая информационная архитектура ТЛЦ на базе ЭВМ, устройств автоматики и 1оТ:
1. Принцип модульности - при построении современных логистических систем должны использоваться связки из функциональных узлов радиоэлектронной вычислительной аппаратуры (аппаратных модулей) и программных элементов общего ПО, несущих определенный функционал (программных модулей).
2. Принцип расширяемости - при проектировании логистических систем необходимо предусмотреть возможность постоянного увеличения числа объектов автоматизации, расширения состава реализуемых системой функций и количества решаемых задач.
3. Принцип локализации стыков - в логистической системе должно быть обеспечено обнаружение и плавное преодоление мест соприкосновения материального и информационного потоков предприятия, поскольку в этом случае они при этом переходят через границы ответственности отдельных подразделений предприятия или через границы предприятия.
4. Принцип гибкости - логистическая система должна обладать адаптивностью, т.е. уметь подстраиваться под специфические требования конкретного её применения.
5. Принцип удобства использования - конечный пользователь (клиент) не должен испытывать функциональных трудностей при решении логистических задач посредством использования возможностей логистического центра.
В логике принципов логистических систем также рассматривается основной принцип работы телематических систем, используемых на транспорте и лежащих в основе системы мониторинга грузовых транспортных средств и оповещения клиентов о статусе заказа:
1. Комплекс телематического оборудования на основе датчиков и измерителей, установленный на объект сбора данных - транспортное средство либо стационарное оборудование, - в реальном времени собирает необходимый набор данных о функциональном состоянии объекта в виде массива показателей, привязанных к периоду времени.
2. Собранные данные с минимальной обработкой и усреднением показателей либо без такового передаются при помощи средств связи (мобильные и беспроводные сети, спутниковая связь) в систему сбора, обработки и хранения данных.
3. Поступившие в систему мониторинга данные от объектов преобразуются в формы, пригодные для анализа (таблицы, списки, графики), и происходит их обработка по различным алгоритмам.
4. На основании обработанных данных ТЛЦ как система проявляет реакцию в виде комплекса управленческих решений, связанных с решением нештатных ситуаций, оповещением клиентов, минимизацией материально-технических затрат.
Определившись с принципами построения архитектуры ТЛЦ, зададим критерии, на основе которых формируется архитектура и модель распределённой вычислительной системы, показав их на рис. 4.
Критерии построения распределенной вычислительной системы
Системные критерии Критерии надежности
• Критерий приемлемой пропускной • Критерий автономности способности соединений • Критерий надлежащего
• Критерий полноты и резервирования равномерности загрузки каналов
• Критерий приоретизацни данных и сигналов
Рис. 4. Классификация критериев для построения распределённой системы ТЛЦ
Представим критерии эффективного функционирования архитектуры, используя терминологию теории вычислительных сетей:
1. Критерий приемлемой пропускной способности соединений - для эффективного взаимодействия компонентов системы должна обеспечиваться приемлемая пропускная способность межблочных и внутренних соединений. Это предусматривает выполнение групп условий (1):
С
С
ге„
' гс„
(1.1) (1. II)
(1)
(1. I)
Условие касается обеспечения пропускной способности на уровне вычислительной мощности узла (вычислительного устройства отдела ТЛЦ). В противном случае, если поступающие данные не будут успевать обрабатываться, эффективность работы ТЛЦ как системы в целом будет снижаться, поскольку максимальная пропускная способность системы в таком случае определяется самым узким местом её архитектуры.
Условие (1'11) задаёт требования по согласованию межузловых соединений кластеров ТЛЦ. В случае, если выходная пропускная способность узла отправки и/или входная пропускная способность принимающего узла значительно (как правило, на порядок и выше) превышают пропускную способность канала связи между ними, то полноценно не реализуется передача данных по причине того, что узким местом в этом случае является межузловое соединение.
2. Критерий полноты и равномерности загрузки каналов -для эффективного функционирования линий связи между вычислительными узлами в случае прохождения по ним гетерогенных потоков данных должны обеспечиваться полная и равномерная загрузка канала передачи. При этом пропускные способности для потоков данных будут распределены по каналу передачи следующим образом:
3!*
У( аЪ,Ъа),г
(2.1)
V
аЪ,г
Е V
м
Тс^ • V
аЪ,Ъа),,,' = 1,М (211)
аЪ,г
' тп ' аЪ,г
Е VaЪ,1 + Е V/
М N
с • V
''тп Ъа, ]
, ' _ 1М,
_ ^тп • V. . , I = 1, N
(2.111)
Ъа, .
Е VaЪ,1 +Е ^а,.
М N
Е +Е Са,. _ <Стп (21У)
М N
(2)
Выражение (2.1) определяет выделенную пропускную способность для передачи данных единичной задачи в канале в
тс _ тс ,
аЪл тп'
тс _
аЪл
случае односторонней передачи данных. Выражение (2.11) определяет выделенную пропускную способность для задач каждой группы данных при односторонней передаче данных, а выражение (2.111) - при их двухсторонней передаче. Выражение (2. IV) показывает, что сумма выделенных пропускных способностей под существующие задачи в канале связи будет равна пропускной способности канала, что характеризует полноценность его использования.
В этом случае время передачи данных без учёта задержек, связанных с коммутацией для соответствующих групп задач, описанных выражениями (2), составит:
3V
V( ab,ba ),i
(3.I)
ные транспортные процессы как внутри предприятия (внутренняя телематика), задействуя мощности складских и погру-зочно-разгрузочных автоматизированных средств, так и снаружи (внешняя телематика), задействуя мощности автомобильного, железнодорожного либо морского транспорта.
Общие принципы (ТАУ + ОТС)
tc
/ Архитектурные Логистические \
3VVKab,ba),., i = 1M (3.//) / принципы принципы \
/ (Вести + ВСист.) (ТЛогистС) \
tc
.f. _ mn
' „и ,•
Е Vi
ba, j
tcmn
* _ mn
ba,j ~ „
ba,j
3v,
ba, j Е Е Va<
M
ba, j
i = 1, M, , i = IN
(3.III)
ba, j
(3)
Принцип работы телематических систем
3. Критерий приоритизации данных и сигналов - критически важные данные и сигналы передаются в приоритетном порядке, и, если это необходимо, во время передачи снижают выделенные пропускные способности других, менее важных, задач.
Обеспечивая комплексный подход к построению иерархии принципов архитектуры распределенных вычислений в сфере транспортной телематики приведём критерии, касающиеся обеспечения надёжности и эффективного резервирования на основе теории надёжности вычислительных цепей. Итак, распределённая вычислительная система должна отвечать следующим критериям:
1. Критерий автономности - каждый отдел должен обладать достаточными техническими ресурсами, чтобы в отсутствие соединения с облачным и туманным слоями архитектуры быть способным накапливать входные данные и обрабатывать их самостоятельно, на месте. Причинами обрыва соединения кластера с вышележащими слоями архитектуры могут быть неисправность или выход из строя коммутационного оборудования либо физический обрыв кабелей связи.
2. Критерий надлежащего резервирования - его реализацией является, как правило, двукратное дублирование данных для возможности восстановления из «парной» резервной копии в случае выхода из строя линий связи между граничным и туманным слоями системы либо одного из серверов в туманном, либо граничном слое системы. Согласно теории надёжности, чаще всего выходит из строя оборудование, имеющее непрерывный цикл использования и испытывающее высокие нагрузки. Таким оборудованием является коммутационное сетевое оборудование, а также накопители данных в серверных решениях.
При объединении вышерассмотренных принципов и критериев для построения ТЛЦ получается вложенная иерархическая структура, показанная на рис. 5. Первый (самый верхний) уровень занимают общесистемные принципы, на втором уровне размещаются частные принципы - вычислительные, сетевые и логистические. Роль фильтра и связующего звена между вторым и третьим (критериальным) уровнем играют принципы телематики, на которых в логистике строятся основ-
Критерии эффективного функционирования (TBC + ОТН)
Рис. 5. Иерархия совокупности принципов и критериев для построения ТЛЦ
Интерпретация результатов
Далее необходимо показать, каким образом иерархия совокупности принципов и критериев, представленных на рис. 5, может быть реализована применительно к архитектуре ТЛЦ в терминах облачно-туманно-гранично-пользовательской модели (CFEU) (рис. 6). Приведём ряд примеров, показывающих комплементарность связей между уровнями иерархии принципов и критериев, на которых ТЛЦ базируется как система.
iJQ ALI I <W> I" И
№ LHIIäO
Vll.l Mal
tue
KM KU Kit
I tatp.11 Гф
Рис. 6. Фрагмент архитектуры ТЛЦ в терминах СРЕи-модепи
Рассматривая два нижних слоя архитектуры (граничный и пользовательский), можно заметить, что иерархическая совокупность устройств обоих слоёв отдельно от двух вышележащих слоёв (облачного и туманного) является отдельным вычислительным кластером, способным обособленно выполнять цикл операций, связанных с накоплением и обработкой данных. Это обеспечивается за счёт реализации критерия авто-
О
ГО
>
.с
го m
о
ю
2 О
К)
со
ab,i
M
v
ab
fO
сч о cs
иэ
о ш m
X
<
m о х
X
номности. Подобным закрытым циклом операций могут служить, к примеру, внутренние телематические операции складского комплекса ТЛЦ с участием автоматизированного погрузочного оборудования (автоматизированные погрузчики AL.11 и другие), поддерживающие минимальные требования обработки усреднённых показателей для собранных данных. Набор операций цикла и алгоритм передачи и обработки данных, полученных с датчиков автоматизированного складского оборудования, полностью укладывается в логику принципа работы телематических систем. Для обработки полученных данных достаточно вычислительных мощностей выбранного кластера, что согласуется с критерием автономности.
Комплементарная связь критерия автономности с общесистемными принципами проявляется, к примеру, в случае возникновения внештатной ситуации, которая влияет на поведение ТЛЦ как системы. В результате помимо набора исходных данных, которые передаются на обработку в кластер ТЛЦ, возникает вероятностный фактор, влияющий на окончательный выбор реакции на воздействие, отрабатываемый ТЛЦ как системой. Ситуация регулируется в рамках постулата стохастич-ности, а реакция системы определяется согласно постулату выбора, относящихся к общесистемным принципам моделиру-емости и верифицируемости модели соответственно.
Приведём еще пример. Соблюдение критерия надлежащего резервирования реализуется здесь за счёт наличия как локального сервера кластера (Srv_L.11), так и сервера отдела (общего сервера) в туманном слое архитектуры ^™.С.11). А благодаря дублированию данных с локального сервера на общий сервер, а также на глобальный, облачный сервер (Srv.Cloud), обеспечивается реализация принципа резервиру-емости в иерархии принципов вычислительной архитектуры.
Связь между вышеуказанным критерием и архитектурным принципом можно укрепить за счёт связи с общесистемным принципом целостности. Например, если рассматривать содержимое хранилищ серверов на разных уровнях иерархии ТЛЦ, то локальный сервер кластера содержит рабочие данные отдела, на общем сервере хранятся сводные данные по нескольким кластерам, связанные пересекающимися множествами полей данных, а на глобальном сервере - совокупность данных по всем отделам. Таким образом, любая из подсистем ТЛЦ (вычислительных кластеров) не может взять на себя функции всей ТЛЦ, демонстрируя характеристику целостности ТЛЦ как объекта исследования.
Заключение
Работа описывает процесс построения иерархии принципов и критериев построения сетевой архитектуры транс-портно-логистического центра. Эта иерархия является междисциплинарной и многослойной, поскольку базируется на принципах, являющихся основными для нескольких научных направлений (ТАУ, ОТС), а структура подчиняется внутренней логике и состоит из вложенных уровней.
На первом уровне располагаются общесистемные принципы, построенные на основе теории систем и автоматического управления и выражаемые частными постулатами. На втором уровне иерархии расположены частные, архитектурные и логистические, принципы, основанные на теории вычислительных систем и сетей, а также на принципах логистических систем. В их числе обозначен ключевой принцип, на котором основана сетевая архитектура транспортно-логистиче-ского центра - принцип построения систем транспортной телематики. Третий уровень иерархии задают критерии, обеспечивающие эффективное функционирование сетевой архитектуры ТЛЦ, реализованной в модели облачных, туманных и граничных слоев сети (модели CFEU).
Через механику производимых на базе ТЛЦ логистических операций рассмотрены примеры реализации иерархической цепочки «критерии - частные принципы - общие принципы», показана взаимосвязь между уровнями иерархии принципов и критериев через функционирование кластеров (отделов) транспортно-логистического центра и сделаны выводы о ком-плементарности установленной взаимосвязи.
Литература
1. Лубенцова В. С. Математическое моделирование прикладных задач логистики: учебное пособие. - Самара: Самарский гос. технический ун-т, 2012. - 199 с.
2. Бурый А. С. Облачные вычисления в цифровой трансформации информационных технологий // Правовая информатика. 2021. № 2. С. 4-14. DOI 10.21681/1994-1404-2021-2-0414.
3. Шведов А. В., Гадасин Д. В., Клыгина О. Г. Организация взаимодействия туманных вычислений и сегментной маршрутизации для предоставления сервисов IOT в smart grid // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2022. Т. 13, № 3. С. 40-49.
4. Маслов Е. С. Виртуализация логистических функций -инновационный уровень управления интеллектуальными транспортными системами // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2018. № 3. С. 7 2-76.
5. Логунова И. В., Трощенко Д. В. Модель логистической системы предприятия в условиях цифровой экономики // Эко-номинфо. 2019. Т. 16, № 2-3. С. 81-86.
6. Анисимов Н. А., Шкарина Т. Ю. Логистический хаб (ТЛЦ), как основа развития региона // Инновации и инвестиции. 2021. № 3. С. 332-335.
7. Дорохин С. В., Азарова Н. А., Рудь В. А. Транспортная телематика как единое информационное пространство // Менеджер года: материалы международного научно-практического форума, Воронеж, 26 марта 2021 года. - Воронеж: Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, 2021. С. 33-38. DOI 10.34220/MY2021_33-38.
8. Курганов В. М., Дорофеев А. Н., Настасяк О. Б. Модель архитектуры транспортно-логистического предприятия // Мир транспорта. 2019. Т. 17, № 2(81). С. 176-189. DOI 10.30932/1992-3252-2019-17-2-176-189.
9. Игумнов А. О. Архитектура программного обеспечения распределенной системы мониторинга и управления транспортом // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2021. Т. 24, № 2. С. 64-68. DOI 10.21293/1818-0442-2021-24-2-64-68.
Principles of application of the architecture of distributed computing for the operation of cloud, fog and boundary layers of the network in the field of transport telematics Shagov N.S., Mamedova N.A., Urintsov A.I.
Plekhanov Russian University of Economics
JEL classification: C01, C02, C1, C4, C5, C6, C8_
The problem of constructing a hierarchy of principles for applying the architecture of distributed computing in the field of transport telematics is considered. The effectiveness of its solution is determined by compliance with the requirements of consistency and complementarity. It is proposed to use a cloud-fog-boundary-user architecture model to automatically perform logistics operations based on a typical transport and logistics center. The proposed hierarchy of principles was tested through the mechanics of logistics operations performed in the cloud, fog and boundary layers of the network. The verification is aimed at developing an approach to verifying the requirements for the designed information architecture of the transport and logistics center. The results obtained can be applied in solving problems of optimizing the network infrastructure of telematic systems. Keywords: transport logistics, transport telematics, distributed computing, information
architecture, cloud, fog and edge computing paradigm. References
1. Lubentsova V. S. Mathematical modeling of applied problems of logistics: textbook. - Samara: Samara State. technical university, 2012. - 199 p.
2. Bury A. S. Cloud computing in the digital transformation of information technologies
// Legal informatics. 2021. No. 2. P. 4-14. DOI 10.21681/1994-1404-2021-2-0414.
3. Shvedov A. V., Gadasin D. V., Klygina O. G. Organization of the interaction of fog
computing and segment routing for the provision of IOT services in the smart grid. 2022. V. 13, No. 3. S. 40-49.
4. Maslov E. S. Virtualization of logistic functions - an innovative level of management
of intelligent transport systems // Intellect. Innovation. Investments. 2018. No. 3. P. 7 2-76.
5. Logunova I. V., Troshchenko D. V. A model of the logistics system of an enterprise
in a digital economy // Ekonominfo. 2019. V. 16, No. 2-3. pp. 81-86.
6. Anisimov N. A., Shkarina T. Yu. Logistics hub (TLC) as a basis for the development
of the region // Innovations and investments. 2021. No. 3. S. 332-335.
7. Dorokhin S. V., Azarova N. A., Rud V. A. Transport telematics as a single
information space // Manager of the year: materials of the international scientific and practical forum, Voronezh, March 26, 2021. - Voronezh: Voronezh State Forest Engineering University named after V.I. G.F. Morozova, 2021, pp. 33-38. DOI 10.34220/MY2021_33-38.
8. Kurganov V. M., Dorofeev A. N., Nastasyak O. B. Model of architecture of a
transport and logistics enterprise. Mir transporta. 2019. V. 17, No. 2(81). pp. 176189. DOI 10.30932/1992-3252-2019-17-2-176-189.
9. Igumnov A. O. Software architecture of a distributed system for monitoring and
transport management // Reports of the Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics. 2021, vol. 24, no. 2, pp. 64-68. DOI 10.21293/1818-0442-2021-24-2-64-68.
X X
o 00 A c.
X
00 m
o
2 O
ho CO
