CC BY
58
т
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ФОРМИРОВАНИЮ СТРУКТУРЫ ПОДСИСТЕМ МОНИТОРИНГА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОКОММУНИКАЦИЯМИ
На новом этапе развития информационных и телекоммуникационных технологий в процессе функционирования современных инфокоммуникационных систем специального назначения, возникает ряд не решенных проблем, среди которых важное место занимает проблема своевременного получения достоверной исчерпывающей информации, которая необходима для организации процессов управления. В значительной степени на решение данной проблемы оказывает влияние то, как организована подсистема мониторинга и какова ее структура. Поэтому вопросы формирования структуры подсистемы мониторинга являются исключительно важными. Известны некоторые работы в которых рассматривается организация процессов мониторинга инфокоммуникационных систем и телекоммуникационных сетей, однако вопросы формирования структур подсистем мониторинга практически не рассматривались. Работа посвящена исследованию проблем построения подсистем оперативного мониторинга инфокоммуникационных сетей и систем специального назначения. Показано, что при организации процессов управления инфокоммуникационной системой необходимо, в рамках автоматизированной системы управления, создавать достаточно эффективные оперативные подсистемы, обеспечивающие получение необходимых для управления достоверных данных в реальном масштабе времени о состоянии системы, состоянии всех ее компонент и элементов, а также протекающих в ней и во всех ее элементах процессов. При этом на первый план выходит информационная сущность подсистем мониторинга, так как фактически каждая подсистема мониторинга, по сути является системой, которая создается для реализации тех или иных операций над информацией. Среди данных операций выделяются операции получения, сбора, передачи, обработки, хранения, поиска, представления и использования информации. По мере развития теории, технологий и техники подсистем мониторинга, они стали создаваться как комплексные системы, в которых реализуется достаточно большое число информационных процессов и участвуют должностные лица и оперативный состав органов управления. При этом процессы организации сбора информации о состоянии как самой инфокоммуника-ционной системы, так и различных ее компонент и элементов, реализуется в рамках подсистемы мониторинга, элементы которой размещаются на соответствующих узлах и центрах системы. Показано, что от того как построена подсистема мониторинга, как сформирована ее структура зависит качество процессов мониторинга и, в конечном виде, качество самого управления инфокоммуникационной системой.
Буренин Андрей Николаевич,
д.т.н., доцент, ВКА им. А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия
Легков Константин Евгеньевич,
к.т.н., доцент, ВКА им. А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Ключевые слова: инфокоммуникационная система, подсистема мониторинга, системный подход, формирование структуры, автоматизированная система управления.
Для цитирования:
Буренин А.Н., Легков К.Е. Системный подход к формированию структуры подсистем мониторинга автоматизированных систем управления инфокоммуникациями // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2016. - Том 10. - №8. - С. 46-50.
For citation:
Burenin A.N., Legkov K.E A systematic approach to structure formation subsystems monitoring of automated control systems for the info-communication. T-Comm. 2016. Vol. 10. No.8, рр. 46-50. (in Russian)
7T>
У
В процессе функционирования современных инфокоммуникационных систем специального назначения (ИКС СП), возникает ряд нерешенных проблем, среди которых важное место занимает проблема своевременного получения достоверной исчерпывающей информации, которая необходима для организации процессов управления. В значительной степени на решение данной проблемы оказывает влияние то, как организована подсистема мониторинга и какова ее структура. Поэтому вопросы формирования структуры подсистемы мониторинга являются исключительно важными.
В настоящее время известны работы по организации процессов мониторинга ИКС СН и телекоммуникационных сетей [1-7], однако вопросы формирования структур подсистем мониторинга практически не рассматривались.
В целом, любая подсистема мониторинга характеризуется множеством входов и множеством выходов. На входы поступает информация о событиях и значении параметров, которые необходимы при управлении ИКС СП. Как правило, источником первичной информации являются данные, получаемые из баз данных управляющей информации (М1В), встроенных во все устройства ИКС СН.
В ряде случаев информация на вход подсистемы мониторинга поступает с некоторой периодичностью, а в других -случайно но времени. В последнем случае это позволяет при задании входов подсистемы мониторинга задать параметры некоторых случайных потоков данных.
Однако, кроме «полезной» информации на входы подсистемы мониторинга воздействуют различные помехи (случайные и преднамеренные), носящие характер аддитивных или мультипликативных воздействий, искажающие «полезную» информацию.
Обозначим всю совокупность входов подсистемы мониторинга через Ъ, который является вектором с размерностью равной числу входов с координатами г/, описывающих названия и параметры элементов потока поступающей информации. Поскольку входная информация зависит от времени, то целесообразно говорить о входной функции -,{/) для каждого 1-го входа. При этом совокупность всех гД/> для всех входов является своеобразной входной траекторией подсистемы мониторинга, задаваемой вектор-функцией Х{1), координаты которой в каждый момент времени I соответствуют значениям функций 1,{/) в этот момент.
Выходы подсистемы мониторинга можно задать аналогично входам. 1 !ри этом задать совокупность выходов подсистемы мониторинга можно, задав множество выходов, их топологию, форму существования выходной информации н параметры выходных потоков. При этом совокупность зависимостей выходных функций Ь{{) для всех выходов подсистемы мониторинга образуют ее выходную функцию или траекторию В(/), которую целесообразно назвать поведением подсистемы мониторинга.
Назовем законом функционирования подсистемы мониторинга (функцией подсистемы мониторинга) зависимость ее выходной траектории от ее входной траектории, т.е.
в(/)=Ф{г(/)}. (1)
Нередко для подсистем мониторинга необходимо описать не только Ъ(!) и В(г). но и процедуры функционирования Р, которые реализуют методы получения многомерной выходной функции В(/) из входной Ъ(1), так как одно и то
же правило соответствия между выходной В(/) и входной Х{!) функциями может быть реализовано различными способами.
При создании подсистем мониторинга ИКС возможны следующие варианты:
- заданы цель создания подсистемы мониторинга, закон се функционирования, входы и выходы, а требуется выбрать процедуры ее функционирования и методы их реализации;
- заданы цель создания подсистемы мониторинга и ее выходы, а требуется выбрат ь ее входы, закон и процедуры функционирования, а также методы их реализации;
- заданы цель создания подсистемы мониторинга и некоторые ограничения на средства ее реализации, а требуется выбрать выходы и входы подсистемы мониторинга, закон и процедуры ее функционирования, а также методы их реализации.
Очевидно, что первый вариант является наиболее полно заданным, по, очевидно, для реальных сложных ИКС СН не выполним. Обычно используется третий вариант с потенциальным включением элементов второго.
Важной характеристикой сложных подсистем мониторинга является их структура, под которой будем понимать совокупность и взаимодействие ее отдельных компонентов, каждый из которых характеризуется множеством входов, выходов, законом и процедурами функционирования. Но поскольку разбиение подсистемы мониторинга па компоненты не единственно, то одна и та же подсистема может иметь различную структуру.
Структуру подсистемы мониторинга целесообразно задать совокупностью X, В,Ф и Р. Она может служить способом описания подсистемы мониторинга.
Для подсистемы мониторинга типовыми правилами, Принятыми для каждой входной функции гД/), являются следующие:
Ь,Щ = г0)+&г1 У/=1„л, (2)
где ¿ц - допустимая для ы о входа подсистемы мониторинга погрешность.
Учитывая специфику процессов мониторинга ИКС СН могут быть реализованы следу тощие варианты структуры подсистемы мониторинга: с независимыми преобразованиями входных функций г{1)\ с последовательным опросом источников данных мониторинга; с общей линией и адресным разделением источников (рис. 1).
Вместе с тем, трудности описания и выбора структуры подсистемы мониторинга состоят в том, что для осуществления всех необходимых сервисов в ней используется много дополнительной (служебной) информации; сигналы синхронизации, службы времени, управления режимами
Обычно при описании структуры в процессе ее формирования используется укрупненная модель входов и выходов отдельных компонентов, что позволяет описывать с помощью одной и той же структуры различные типы подсистем мониторинга. Поэтому структура, как метод описания подсистемы мониторинга зависит того, с каких основных позиций осуществляется данное описание. В силу этого описание может оказат ься различным для одной и той же подсистемы мониторинга. Так подсистем мониторинга может иметь иерархическую структуру с точки зрения сбора, передачи и обработки исходной информации о состоянии ИКС СН и
Т-Сотт Уо1.10. #8-2016
т
централизованную структуру с точки зрения получения оценок (процедур оценивания) состояния.
No/icrtCTCMia yoHltfi piii:;]
ь2
и й
Поде шл ема монн горни ( а
Структура с независимым преобразованием
Структура с последовательным опросам
Поде истсм a мониторнн ra
Ком мутационный комплекс
f
¿1
21 17
Структура С НДрССИММ püMLMCHlICM НСГОЧЯШСОВ информации
Рис. 1. Варианты структур подсистемы мониторинга ИКС СН
С выбором и формированием структуры подсистемы мониторинга обычно сталкиваются на различных этапах ее создания.
lia начальном этапе подсистема мониторинга представляется в виде ряда взаимодействующих подсистем. Разбиение необходимо для упрощения процессов создания подсистемы мониторинга. Ясно, что от правильности этого начального разбиения подсистемы мониторинга зависит успех в ее создании и показатели качества в дальнейшем.
На начальном этапе разбиение часто осуществляется на основе интуиции, без детального и сравнительного анализа, и в отсутствии формализации описания [8]. Цель этого рассмотрения - обосновать необходимость разработки на начальном этапе нескольких возможных вариантов структуры и их сравнение, но каким либо критериям. При этом основное внимание должно уделяться четкому определению цели подсистемы мониторинга и выбору критериев оценки.
Естественно, что на начальном этапе не удается даже с (формулировать задачу оптимизации структуры подсистемы мониторинга, а предлагаются лишь варианты структуры. Возникают трудности и с формулировкой обобщенных критериев эффективности подсистемы мониторинга. Поэтому на первом этапе целесообразно просто провести сравнение предложенных вариантов, В качестве оценки можно рассматривать стоимость создания подсистемы мониторинга, прямой и косвенный эффекты, время оценивания и другие показатели.
Так как структура подсистемы мониторинга существенно зависит от процедур функционирования и задания вида служебной информации, то разработка ее структуры производится параллельно с разработкой процедур функционирования.
Структура подсистемы мониторинга также зависит от топологии размещения входов и выходов, а также от вариантов построения сетей и средств связи, обеспечивающих обмен всей необходимой информации в рамках подсистемы мониторинга.
Па втором этапе возможно решить вопросы оптимизации структуры подсистемы мониторинга. Тут следует иметь ввиду, что отличительной чертой подсистем мониторинга является то, что результатом реализации закона ее функционирования (1) является выработка информации В(/1,
используемой для выработки управления ИКС СН.
Рассмотрим структурные отношения в подсистеме мониторинга. Функция {]) определяет закон функционирования в том смысле, что каждому значению параметров множества Z однозначно соответствует значение параметров множества В.
Сам процесс отыскания такого соотношения (т.е. процесс переработки входной информации в выходную) может быть организован по-разному. Так преобразование (1) может быть заменено двумя эквивалентными преобразованиями [8, 9]:
(3)
(4)
в;=ф;{2(}; Z, с Z; wZ, = Z; tm\.....
в = Ф,{в;}; в1 = {b¡,..„b:,}-
При этом преобразование (3) осуществляется в два этапа. Вначале над подмножествами входных параметров Щс.2
осуществляется преобразование ф1 с получением промежуточного результата В), а затем вторичная информация в| подвергается второму преобразованию с получением выходной информации В .
Ясно, чтобы исходное преобразование (1) было эквивалентно преобразованию (3) требуется выполнить соотношение
ф=Ф,\Ф\.....ф:,Ь
(4)
Преобразования н Ф1, как правило, осуществляются в
подсистеме мониторинга разными компонентами, поэтому соотношение (4) фактически отражает собой структуру функциональной декомпозиции подсистемы мониторинга на функциональные компоненты, реализующей принятый способ реализации общего закона ее функционирования. При этом если операторы декомпозиции общей функции преобразования Ф подсистемы мониторинга выполняются отдельными функциональными компонентами, то множество частных подоператоров определяет и структуру подсистемы мониторинга ИКС СН. Поэтому структура подсистемы мониторинга ИКС СН может быть представлена как способ формализованного представления реализации общего закона ее функционирования.
В качестве иллюстрации рассмотрим ряд типовых структур подсистем мониторинга: децентрализованная структура, централизованная рассредоточенная структура, централизованная структура.
В децентрализованной структуре подсистемы мониторинга = = Сама подсистема мониторинга фактически распадается на N независимых компонент с локальными законами функционирования к =*$(%) (рис. 2).
Децентрализованная структура подсистемы мониторинга представляет собой набор независимь(х структур компонентов:
(5)
В централизованной рассредоточенной структуре подсистемы мониторинга используется информация о состоянии всего или некоторой выделенной части множества
T-Comm ^м 10. #8-20 16
7Т>
У
Т-Сотт Уо!. 10. #8-2016
Y
MANAGEMENT
A SYSTEMATIC APPROACH TO STRUCTURE FORMATION SUBSYSTEMS MONITORING OF AUTOMATED CONTROL SYSTEMS FOR
THE INFOCOMMUNICATION
Andrey N. Burenin, Ph.D., associate professor, professor of the Department automated systems of control,
Military Space Academy, Saint-Petersburg, Russia
Konstantin E. Legkov, Ph.D., deputy head of the Department automated systems of control, Military Space Academy,
Saint-Petersburg, Russia, [email protected]
Abstract
At the new stage of development of information and communication technologies in the operation of modern infocommu-nication systems of a special purpose, there are a number of unsolved problems, among which an important place occupies the problem of timely receipt of reliable comprehensive information which is necessary for the organization of management processes. To a large extent on the solution to this problem is influenced by how organized subsystem of monitoring and what is its structure. Therefore, the issues of formation of the structure of the monitoring subsystem are extremely important. Known for some of the work which deals with the organization of monitoring of infocommunication systems and telecommunications networks, however, the issues of formation of structures of the subsystems of monitoring are not considered. The paper studies the problem of building subsystems operational monitoring of infocommunication networks and systems for special purposes. It is shown that at the organization of management processes information and communication system necessary under the automated control system, to create a sufficiently effective operational subsystem, providing the control required for reliable data in real-time system status, the status of all its components and elements, as well as flowing in it and in all its elements processes. When it comes to the fore information the essence of the subsystems of monitoring, since virtually every subsystem of the monitoring is essentially a system that is created for the implementation of those or other operations on information. Among these operations are allocated to the operation, collection, transmission, processing, storage, retrieval, presentation and use of information. With the development of theory, technology and engineering subsystems monitor, they were created as an integrated system, in which a fairly large number of information processes and involved officials and operational management. The process of gathering information about the state of the infocommunication system, and various component and items, is implemented within the monitoring subsystem, which elements are placed on appropriate nodes and centres of the system. It is shown that the as built subsystem monitoring, how formed, its structure depends on the quality of the monitoring process and, in the end, the quality of management information and communication system.
Keywords: infocommunication system, subsystem monitoring, system approach, the formation of the structure, automated control system.
References
1. Burenin A.N., Legkov K.E. Infocommunication systems and networks of special purpose. Fundamentals of construction and management. Moscow, Media Publisher Publ., 2015. 348 p. (In Russian)
2. Baboshin V.A., Legkov K.E. On the monitoring of modern multiservice communication networks. Proceedings of the North-Caucasian branch of Moscow technical University of communications and Informatics. 2013. No. 1. Pp. 44-46. (In Russian)
3. Burenin A.N., Legkov K.E. Model of monitoring processes in ensuring operational control of operation of infocommunication networks H&ES Research. 2011. Vol. 3. No. 2. Pp. 19-23. (In Russian)
4. Burenin A.N., Legkov K.E., Negodin D.V. Monitoring of the control parameters of infocommunication networks. Proceedings of the North-Caucasian branch of Moscow technical University of communications and Informatics. 2015. No. 1. Pp. 71-74. (In Russian)
5. Burenin A.N., Legkov K.E., Nesterenko O.E. Modeling processes monitoring under the operational control of operation for infocommunication networks. Proceedings of Rostov state University of Railways. 2014. No. 3 (28). Pp. 9-15. (In Russian)
6. Legkov K.E. The experiments for the collection of traffic and modelling methods for the assessment of changes in the quality of information exchange in infocommunication system of a special purpose. T-Comm. 2014. Vol. 8. No. 5. Pp. 36-44. (In Russian)
7. Skuratov A.K. Statistical monitoring and analysis telecommunication networks. Abstract. dis. Dr. tekhn. Sciences : 05.13. Moscow, 2007. 41 p. (In Russian)
8. Good G., Makol R. Systems Engineering. Moscow: Soviet radio. 1962. 376 p.
9. Koekin A.I. Structural analysis of management information systems. Automated information system. Moscow: Izd. VZPI. 1970. Pp. 67-75. (In Russian)
7T>
