СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА АСУ ТЕРРИТОРИАЛЬНО-РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

i-methods

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

том 13. № 1. 2021 http://intech-spb.com/i-methods/

Системотехнические решения и программные средства обеспечения единого информационного пространства АСУ территориально-распределенной организационно-

В работе предлагаются системотехнические решения по обеспечению единого информационного пространства АСУ рассматриваемого типа, в рамках которого осуществляется решение основных классов задач поддержки деятельности должностных лиц: определение регламента деятельности, планирование деятельности, исполнение, сбор и анализ данных обстановки. В связи с особенностями территориально-распределенных организационно-технических систем, как объекта управления, ключевым фактором, влияющим на решение задач должностных лиц, является эффективность взаимодействия объектов и субъектов доступа. Рассматривается два основных вида взаимодействия: локальное и распределенное, для описания которых предлагаются модели организации программного обеспечения «процесс-ресурс» и «процесс-процесс» соответственно В соответствии с моделью «процесс-ресурс» предлагается классификация объектов единого информационного пространства как информационных ресурсов и информационных процессов: распределенные базы данных, рабочие бизнес-процессы, электронные документы и цифровые карты. Структура соответствующего программного обеспечения определяется исходя из параметров модели, которые можно определить по результатам решения оптимизационной задачи. В качестве примера предлагается оптимизационный критерий эффективности выполнения процессов на выбранной структуре ресурсов. Определение необходимых ресурсов подсистемы взаимодействия, обеспечивающих требуемые значения параметров взаимодействия, традиционно осуществляется индивидуально для конкретной АСУ Предлагается подход к описанию ключевых зависимостей между параметрами взаимодействия и необходимыми ресурсами подсистемы взаимодействия на основе теории систем массового обслуживания. На примере трех основных переменных: величины буфера сообщений, пропускной способности канала связи, интенсивности потока сообщений, демонстрируется возможность определения параметров подсистемы взаимодействия как решения оптимизационной задачи. Предложенная классификация моделей взаимодействия компонентов программного обеспечения позволяет подобрать подходящие стандартизованные программные технологии и платформы: как существующие, так и перспективные. Проведен анализ видов взаимодействия типа «процесс-процесс», требуемых в АСУ территориально-распределенных организационно-технических систем, на основании которого предложена подходящая программная технология. В основе предлагаемой технологии лежит стандартизованная схема взаимодействия «Издатель-Подписчик», допускающая возможность реализации различных дисциплин взаимодействия: точка-точка, точка-многоточка, с подтверждением и без подтверждения, с возможностью приоритизации потоков данных.

технической системы

Григорий Сергеевич Титов

начальник отдела ПАО «Интелтех», г. Санкт-Петербург, Россия, g.titov@inteltech.ru

Игорь Васильевич Раков

к.т.н., заместитель директора НТЦ ПАО «Интелтех», г. Санкт-Петербург, Россия, i.rakov@inteltech.ru

АННОТАЦИЯ.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: автоматизированная система управления; территориально-распределенная система; организационно-техническая система; единое информационное пространство; информационный ресурс.

Введение

Требование обеспечения единого информационного пространства (ЕИП) предъявляется к большинству вновь разрабатываемых современных АСУ организационно-техническими процессами, в том числе к АСУ территориально-распределенной организационно-технической системой (АСУ ТР ОТС).

Отсутствие готовых типовых решений по построению ЕИП требует комплексного подхода к выбору программной инфраструктуры, в т.ч. с учетом системных свойств объекта управления и возможностей современных технологий построения АСУ В работе предлагаются системотехнические решения по построению единого информационного пространства АСУ ТР ОТС с учетом существующих современных программных технологий.

1. Анализ информационного пространства АСУ ТР ОТС

Объект управления АСУ ТР ОТС представляет собой

- иерархическую;

- территориально-распределенную;

- многофункциональную организационно-техническую систему, ключевыми элементами которой являются должностные лица, взаимодействующие друг с другом. Порядок действий должностных лиц определяется регламентом системы, совокупностью внешних факторов и направлен на достижение целей системы. Типовая иерархическая организационная структура представлена на рис. 1.

Рис. 1. Типовая иерархическая организационная структура территориально-распределенной

организационно-технической системы

Внешние факторы в зоне ответственности должностных лиц, в которой осуществляется их деятельность, определяются физико-географическими свойствами местности, а также совокупностью возникающих ситуаций.

Зоны ответственности для иерархической организационной структуры (рис. 1) подчиняются принципу взаимной вложенности (рис. 2). Данные о состоянии внешних факторов поступают в систему с помощью, в том числе, телеметрических средств контроля обстановки.

Рис. 2. Зоны ответственности подразделений

В соответствии с ГОСТ 24.103-84 применительно к АСУ ТР ОТС задачей автоматизированной системы управления является обеспечение эффективной деятельности должностных лиц с помощью методов автоматизированной поддержки принятия решений в условиях изменяющихся внешних факторов (обстановки).

Информационное пространство представляет собой виртуальную среду, окружающую пользователя в процессе решения им задач (рис. 3), направленных на обеспечение классов задач должностных лиц:

- описание регламента деятельности;

- планирование деятельности;

- исполнение;

- сбора данных (обстановка);

- анализ данных.

Такая среда реализуется в составе АСУ посредством взаимодействующих между собой информационно-вычислительных про-

Рис. 3. Структура единого информационного пространства ТР ОТС

цессов. В случае, когда информационная среда характеризуется высокой степенью упорядоченности и унификации как самих процессов, так и видов взаимодействия между ними, говорят о единой информационной среде.

Принципиальной особенностью АСУ ТР ОТС, как и многих других территориально-распределенных форм организационно-технических систем, является распределенная организация информационного пространства, где каждое подразделение использует свою вычислительную подсеть.

Для построения единого информационного пространства требуется обеспечить взаимодействие информационно-вычислительных процессов как внутри локальной подсети, так и между подсетями разных подразделений.

В случае, когда взаимодействие осуществляется в пределах одной локальной подсети, часто используемая модель доступа предполагает два типа участника — поставщик данных и потребитель данных, например, клиент-серверная модель. В более общем виде — это модель поставщика и потребителя информационного ресурса. При этом обычно поставщик ресурса обеспечивает возможность разделяемого доступа к нему нескольких потребителей с использованием некоторого протокола. В дальнейшем будем называть такую модель «процесс-ресурс», подчеркивая в названии, что она предусматривает настраиваемый разделяемый доступ к общим данным подразделения по единому протоколу доступа вместо обмена данными. Традиционно такими протоколами доступа являются NetBIOS, SQL.

Виды локального взаимодействия, не укладывающиеся в модель разделяемого доступа, могут быть легко к нему приведены с помощью современных программных технологий, например, RestFull API.

При локальном взаимодействии можно практически пренебречь факторами сетевого взаимодействия: потери данных, длительное время передачи данных.

При взаимодействии процессов из различных подсетей факторы сетевого взаимодействия играют решающее значение. Кроме того в этом случае необходимо учитывать свойства взаимодействующих абонентов: интенсивность сообщений, периоды активности, чувствительность к потерям данных. В дальнейшем будем назвать модель, описывающую данный вид взаимодействия — «процесс-процесс».

Таким образом, предлагается в основе последующих системотехнических решений по построению единого информационного пространства использовать две основные модели взаимодействия:

- модель «процесс-ресурс»;

- модель «процесс-процесс».

1.1. Модель «процесс-ресурс»

Модель «процесс-ресурс» предполагает, что взаимодействие между информационно-вычислительными процессами осуществляется в одной и той же локальной сети.

При этом, прикладные процессы АСУ выполняют свои функции, используя доступ к информационным ресурсам. Системные процессы АСУ обеспечивают протокол доступа и функцию представления данных в них в едином формате.

Соответствие классов задач ЕИП и реализующих их элементов АСУ ТР ОТС представлено в табл. 1.

Таблица 1

Классы задач ЕИП и реализующие их элементы АСУ

Элементы АСУ

Класс задач Процессы Ресурсы

Общие Специфичные Общие Специфичные

Регламент деятельности репликация, контроль версионности, ввод документов актуализация НСИ, синхронизация между подразделениями, ведение НСИ электронные базы данных данные НСИ: словари, справочники, классификаторы, номенклатура цифровых карт, электронные образы документов, бланков

Планирование деятельности репликация, ввод документов, цифровых карт доведение планов, подготовка, согласование, утверждение планов, подготовка выписок и предложений в планы цифровые карты, электронные базы данных электронные образы планов, выписок, предложений, электронные образы документов

Сбор данных репликация, фильтрация данных агрегирование данных, визуализация обстановки, в т.ч. на цифровой карте, статистическая отчетность цифровые карты, электронные базы данных журналы событий, правила агрегирования

Анализ данных статист., интеллект. методы анализа данных специфичные расчетные задачи электронные базы данных, цифровая карта событие обстановки, группа событий обстановки (эпизод)

Исполнение репликация, машина исполнения бизнес- процессов (ВРМ) выдача управляющей команды, контроль исполнения, исполнение заданий (activity) бизнес-процесса электронные базы данных, цифровая карта, описание бизнес-процесса электронные образы документов, картографические документы, журналы действий, реестр управляющих команд, входные/выходные данные заданий бизнес-процесса

Пример построения ЕИП в части унификации доступа к разнородным информационным ресурсам описан в [1]. Рассматривается задача организации ЕИП на множестве разнородных информационных систем с использованием промежуточного слоя.

Недостатком решений в [1], применительно к АСУ ТР ОТС, является их централизованный характер, недостаточно внимания уделяется проработке технологии обмена и доведения данных. При этом особенность построения АСУ ТР ОТС заключается именно в необходимости организации взаимодействия между организационными объектами, расположенными на значительном удалении друг от друга, обменивающимися данными по линиям связи с различными качественными характеристиками.

Решения в части обеспечения стандартизованного описания и исполнения процессов поддержки деятельности предполагают разделение по типам процессов и выполнение задачи в пределах типа. Например, унификация процессов выполнения потоков работ на основе модели ВРМ№.

Существенным недостатком, связанным с применением унифицированной модели выполнения потоков работ ВРМ^ является слабая проработка технологии исполнения элементарных блоков потока работ. Модель BPMN оперирует абстрактными понятиями «Событие», «Действие», «Поток», за которыми должны стоять программные модули, исполняющие данные блоки в реальных процессах деятельности должностных лиц. Важным критерием эффективности подсистемы исполнения рабочих процессов является возможность создания такого множества исполнительных модулей, в рамках которого возможно полное и точное описание рабочих процессов организационно-технической системы.

При проектировании программных средств АСУ необходимо обеспечить сбалансированность системы процесс-ресурс, которая может быть описана с помощью следующей оптимизационной постановки задачи.

Исходные данные.

- Множество объектов ТР ОТС и соответствующее им информационное описание в виде информационных объектов 10 = {10.=1: };

- Множество допустимых операций 0р10 = {0р.=1 } над информационными объектами, поддерживаемая в используемой в АСУ СУБД. Для реляционной СУБД 0р10 содержит операции построения реляционных отношений на основе информационных объектов. В этом случае множество 0р10 определяет способы преобразования информационных объектов в реляционные кортежи с учетом требуемых в АСУ степеней нормализации: 1-я, 2-я, 3-я нормальные формы. В результате применения последовательности операций Seq(i)=0p.1 0р й,.. .0р1ДГ к подмножеству информационных объектов Ю(0 = {ЮЛ} формируется информационный ресурс АСУ Ш. Для реляционных СУБД информационным ресурсом является реляционное отношение.

- Множество процессов ТР ОТС и соответствующие им алгоритмы обработки данных информационных объектов — А^Рг = {А^Рг.(Юл, ЮЙ,...ЮХ)}.=1: т. Каждый алгоритм описывает правила вычислений с использованием необходимых для него информационных объектов в виде последовательности унифицированных операций А^Рг.=^0р..}.=1: Для реляционной СУБД такими операциями являются: «Выбор», «Соединение», «Проекция»;

- Система весовых стоимостных коэффициентов, определяющая эффективность доступа процессов к ресурсам W = {{1Я, R0p/}} .=1: ш 1: Для реляционных СУБД коэффициенты зависят от типа операции (Выбор, Соединение, Проекция), «кардинальности» реляционного отношения, наличия индексов у атрибутов отношений.

Таким образом, модель «процесс-ресурс» ТР ОТС описывается формальной системой:

S = {10, 0р10, AlgPг, W}

'Аалст В. Управление потоками работ: пер с англ. М.: ФизматЛит, 2007

Требуется:

Разработать такую структуру информационных ресурсов и правила их обработки процессами, чтобы максимизировать эффективность выполнения процессов ТР ОТС.

Данная задача может быть сформулирована в следующей формальной постановке:

требуется определить преобразование Seq = {Seq1, Seq2,.. .SeqЛ} над множеством информационных объектов ОТР ТС 10 = {Юр Ю2,...ЮМ}, доставляющее минимум функции стоимости исполнения системы процессов АСУ над множеством 10. Функция стоимости определяется исходя из особенностей ОТР ТС, например, это может быть взвешенная сумма по всем процессам, максимальное значение по всем процессам, максимальное значение по приоритетным процессам.

1.2. Модель «процесс-процесс»

Особенности взаимодействия информационно-вычислительных процессов с использованием аппаратно-программных средств сетевого взаимодействия отражены в модели «проце сс-процесс».

В модели необходимо выделить два вида взаимодействия:

- с подтверждением;

- без подтверждения.

Для каждого вида взаимодействия на этапе проектирования АСУ необходимо определить границы значений параметров модели. Перечень параметров и примеры диапазонов значений параметров взаимодействия с подтверждением для АСУ ТР ОТС среднего масштаба представлен в табл. 2, взаимодействие без подтверждения — в табл. 3,4.

Основные виды взаимодействия между компонентами АСУ (с подтве

Таблица 2 рждением)

Вид взаимодействия Размер сообщения Требования к задержке/ длительности обмена Периодичность

Синхронизация словарей и справочников 10-100 Мб < 30-60 мин 1 раз/месяц

Доведение выписок и предложений в планы 0,5-10 Мб < 10-15 мин 1 раз/сутки

Доведение данных о событиях обстановки 0,1-0,5 Мб < 1-2 мин 1 раз/час

Обмен документами и сообщениями обычные 1-100 Мб < 2-3 мин 1 раз/30 мин

срочные 1-100 Мб < 0,5-1 мин 1 раз/6 часов

Таблица 3

Основные виды взаимодействия между компонентами АСУ (без подтверждения)

Вид взаимодействия Размер сообщения Допустимый % потерь Средняя интенсивность сообщений

Доведение потока данных обстановки 150-500 байт < 1% 1 сообщ/10 сек

Доведение потока данных о состоянии средств телеметрии 50-100 байт < 5% 5 сообщ/1 сек

Таблица 4

Среднее количество источников телеметрии по зонам ответственности

Зона ответственности Среднее количество источников

Районный уровень 5-10

Региональный уровень 50-100

Федеральный уровень 150-400

Рассмотрим подсистему взаимодействия как систему массового обслуживания, в которой каждое передаваемое сообщение является заявкой (требованием) на обслуживание с определенным качеством услуги: гарантированная доставка или доставка с заданным уровнем потерь. Для СМО любого вида справедлив закон Литтла:

N = ХТ,

где N — среднее количество требований в СМО, X — интенсивность поступления требований, T — среднее время пребывания требования в системе.

Значение T определяется, в т.ч., пропускной способностью подсистемы связи и может изменяться в процессе эксплуатации. Интенсивность поступления требований X определяется характеристиками источников сообщений (колонка «периодичность» в табл. 2, «Средняя интенсивность сообщений» — в табл. 3). Среднее количество требований в системе N определяет необходимые характеристики подсистемы взаимодействия — размер буфера для хранения требований, ожидающих обработки. Размер буфера является ресурсом АСУ, выбор которого определяется соответствующей оптимизационной задачей. Слишком большое значение буфера приведет к неэффективному использованию ресурсов. Недостаточное значение — к росту потерь данных и снижению качества услуги взаимодействия.

Для задачи негарантированного доведения размер буфера должен определяться исходя из следующего вероятностного критерия:

P( ^требований ^буфера) 1

где V г „ — объем требований,

требований

^уфера — объем буфера СМО, LR — допустимый процент потерь (Loss Ratio). Объем требований вычисляется по приближенной формуле:

V . „ = N*L

требований

где N — количество требований, L — размер сообщения.

Для задачи гарантированного доведения также используется вероятностный критерий, но для ситуации потери сообщения предусматривается особая обработка на стороне источника данных.

При заданных характеристиках обмена (табл. 3-5) параметры буфера подсистемы взаимодействия могут быть определены с помощью имитационного моделирования2.

Технологии взаимодействия разнородных процессов в настоящее время выделены в отдельный класс программных средств под названием Message Queue Software3, но выбор конкретной реализации определяется условиями применения.

2. Решения по построению единого информационного пространства

Для построения единого информационного пространства в АСУ ТР ОТС предлагается реализовать перечисленные в аналитическом обзоре виды взаимодействия:

- «Процесс-ресурс»;

- «Процесс-процесс».

2.1. Системотехнические решения по реализации взаимодействия

на основе модели «процесс-ресурс»

Традиционная схема доступа к разнородным информационным ресурсам (ИР) представлена на рис. 4.

Субъект доступа

_алгоритм доступа к ИР

_сведения о структуре данных ИР

Валидатор _ доступа

|_ правила

доступа к ИР

Объект доступа

—Данные ИР

Структура данных ИР

Рис. 4. Традиционная схема доступа к разнородным ИР

В основе традиционной схемы лежит непосредственный доступ субъекта доступа к объекту на уровне прикладного программного обеспечения. При этом на уровне системы защиты информации осуществляется контроль доступа в соответствии с правилами безопасности. Каждый субъект доступа обладает информацией об объекте, его структуре, расположении, алгоритме доступа. Каждый объект доступа является уникальным и имеет постоянное расположение в системе.

Недостатком традиционной схемы является ее слабая масштабируемость: при добавлении новых информационных ресурсов требуется вносить изменения также в субъекты доступа, добавлять новые правила разграничения доступа.

Для повышения масштабируемости традиционной схемы предлагается выполнить системные исследования используемых и планируемых к использованию в соответствии с назначением АСУ объектов доступа, по результатам которых определить перечень классов объектов доступа. Для каждого класса определить характеризующие его параметры, структуру данных, способ хранения (сериализации) и доступа.

2Томашевский В., Жданова E. Имитационное моделирование в среде GPSS. М.: Бестселлер, 2003. 416 с.

3Richards M. Java Message Service. 2nd Edition. O'Reilly, 2009. 328 p.

С целью организации процесса доступа с учетом классов объектов, в схему доступа предлагается добавить новый элемент (рис. 5) — классификатор объектов, который обеспечивает представление классов объектов доступа на некотором формальном языке. Например, если объекты доступа представляют собой XML-документы, то в качестве формального языка целесообразно использовать XSD — язык описания схем XML-документов.

Рис. 5. Схема унифицированного доступа к разнородным ИР

Согласно схеме унифицированного доступа субъект доступа не обладает априорными сведениями о структуре объекта доступа, перед осуществлением доступа к объекту субъект должен динамически сформировать соответствующую структуру данных, основываясь на данных классификатора.

Алгоритм доступа к конкретному ИР предполагает выполнение предварительного запроса к каталогу ресурсов с использованием формализованного языка запросов. В результате, из каталога извлекается информация о структуре данных ресурса, на основе которой субъект доступа интерпретирует данные ИР. Структура данных ресурса определяется автоматически в соответствии с унифицированным классификатором объектов доступа.

Преимуществом схемы унифицированного доступа является возможность добавления в систему новых видов информационных ресурсов без доработки программного кода субъекта доступа.

К недостаткам можно отнести более сложный алгоритм доступа, предполагающий использование классификатора и средств его ведения, что приводит к необходимости дополнительных мер по обеспечению надежности.

Из перечня типов информационных ресурсов следует выделить три общезначимых типа, используемых практически во всех крупномасштабных информационных системах:

- словари терминов и понятий;

- пользовательские базы данных;

- шаблоны типовых электронных документов.

Словари терминов и понятий как информационные ресурсы представляют собой таблицы с колонками вида «Код», «Наименование», «Краткое наименование», в которых перечислены основные термины, понятия, единицы измерения, используемые в предметной и смежных областях. Как правило, источником данных для словарей являются регулярно публикуемые отраслевыми учреждениями бюллетени, как в бумажном, так и в электронном виде. Для данного вида ИР должны быть обязательно реализованы процедуры актуализации данных, отслеживания версионности данных и структуры, добавления новых словарей.

Технология пользовательских баз данных реализована, в частности, в СУБД MS Access компании Microsoft. Технология позволяет создавать в интерактивном режиме реляционные базы данных требуемой структуры, а также соответствующие им средства ввода данных, поиска данных, вывода на печать, силами эксплуатирующих подразделений без привлечения разработчиков.

Для использования технологии пользовательских баз данных в составе ЕИП требуется два типа специализированных программных средств:

- генератор баз данных;

- конструктор экранных форм.

Генератор баз данных предназначен для автоматического формирования баз данных в формате используемой СУБД, например, PostgreSql, на основе мета-описания, создаваемого пользователем в интерактивном режиме с применением визуального представления структуры базы данных.

Конструктор экранных форм предназначен для автоматизированного формирования, отображения, валидации вводимых данных в экранных формах на основе мета-описания, создаваемого пользователем в интерактивном режиме с использованием визуального представления структуры и элементов управления экранной формы.

Технология шаблонов типовых электронных документов реализована многими производителями. Примером является программный пакет Crystal Reports компании Microsoft. В основе технологии лежит генератор отчетов, обеспечивающий автоматическое заполнение бланков отчетов данными пользователя.

Как было отмечено ранее, ключевым требованием к программной инфраструктуре ЕИП должна быть согласованность ее отдельных элементов. Применительно к перечисленным типовым информационным ресурсам должны обеспечиваться следующие взаимосвязи:

1) конструктор экранных форм — справочные данные;

2) генератор отчетов — справочные данные — конструктор экранных форм.

Конструктор экранных форм должен предоставлять возможность включения в состав

графического интерфейса пользователя справочных данных в применяемом формате словарей.

Генератор отчетов должен обеспечивать возможность использования в качестве входных данных справочников системы, а также данных, вводимых оператором вручную. При этом экранные формы ввода данных должны строится в соответствии с форматом мета-данных, поддерживаемых применяемым в системе генератором экранных форм.

Применительно к задаче унификации исполнения элементарных блоков в BPMN-процессах наличие генераторов отчетов и конструкторов форм означает возможность подготовки в процессе эксплуатации новых форм документов, видов экранных форм

как предметно-ориентированных блоков рабочих процессов, выходными данными которых являются электронные документы, отчеты, таблицы с данными.

Используемые в процессе доступа к информационным ресурсам валидаторы доступа, также как и другие программные средства, должны удовлетворять требованиям согласованности и унификации. Необходимо избегать многократной аутентификации пользователя при доступе к различным ИР, что может быть обеспечено программными средствами, поддерживающими модель сквозной аутентификации SSO (Single Sign On). Технологически данный способ аутентификации может быть построен на основе протокола Kerberos4.

2.2. Системотехнические решения по реализации взаимодействия

на основе модели «процесс-процесс»

Для решения задачи необходимо, в первую очередь, выделить перечень взаимодействующих процессов.

Основными типами процессов поддержки деятельности ТР ОТС, как и других территориально-распределенных систем поддержки деятельности, являются:

- электронный документооборот;

- сбор и обработка данных обстановки;

- централизованное планирование деятельности;

- анализ и моделирование.

На основании перечисленных типов процессов можно выделить следующие взаимоувязанные программные комплексы (ПК):

- электронного документооборота (ПК «ЭД») [6,7];

- сбора и обработки данных обстановки (ПК «Обстановка»);

- аналитической обработки данных (ПК «Аналитика») [2,4,8-10];

- централизованного планирования (ПК «Планирование»);

- единой системы классификации и кодирования (ФТП «ЕСККИ»); а также программные комплексы технологического назначения:

- унифицированного обмена данными (ПК «Взаимодействие») [3];

- контроля и управления функционированием (ПК «КУФ») [5].

Взаимосвязи между подсистемами представлены на рис. 6.

Рис. 6. Взаимосвязь функционально-технологических подсистем

"Garman J. Kerberos: The Definitive Guide. O'Reilly, 2003.

На схеме взаимосвязи видно, что все ПК, за исключением подсистемы взаимодействия, используют подсистему единой классификации и кодирования для описания используемых значений и условных знаков.

Все ПК, за исключением подсистемы аналитической обработки данных («Аналитика»), используют единую подсистему унифицированного обмена данными.

ПК «Обстановка» и ПК «КУФ» используют расширения единой подсистемы аналитической обработки данных для решения аналитических задач.

ПК централизованного планирования («Планирование») использует средства подготовки электронных образов документов, входящие в состав ПК электронного документооборота («ЭД»).

Для унификации взаимодействия разнородных процессов поддержки деятельности ДЛ в АСУ ТР ОТС необходима систематизация видов взаимодействия, типов взаимодействующих агентов, параметров взаимодействия.

Основными системными видами взаимодействия в АСУ ТР ОТС являются:

- доведение информации источником данных до одного или нескольких приемников в синхронном режиме с подтверждением;

- доведение информации источником данных до одного или нескольких приемников без подтверждения;

- уведомление одного или нескольких агентов о наступлении интересующего их события;

- репликация данных (базы данных, файлы, каталоги) между подразделениями;

Для каждого из перечисленных видов взаимодействия важное значение имеет взаимное расположение агентов: в общем вычислительном сегменте или в различных сегментах. В связи с тем, что топология сети связи может изменяться в процессе эксплуатации должны поддерживаться как статическая, так и динамическая маршрутизация.

Предлагается платформу взаимодействия строить на основе модели «Издатель-Подписчик». Данная модель предполагает разделение участников взаимодействия на два типа: «Издатели» и «Подписчики». «Издатели» осуществляют публикацию имеющейся у них информации, которая становится доступной остальным участникам взаимодействия на основе процедуры подписки («Подписчики»). Процедуры публикации и подписки унифицированы и осуществляются с использованием менеджера взаимодействия. При этом:

- подписчики и издатели функционируют независимо друг от друга, процедура подключения/отключения подписчиков к шине не влияет на работу издателя, топология подключения может гибко меняться как при начальной настройке, так и в процессе эксплуатации.

- возможна организация различных видов взаимодействия на основе данной модели: точка-точка, точка-многоточка.

Для обмена данными между подсетями в составе платформы взаимодействия предусмотрен компонент маршрутизации.

С точки зрения взаимодействующих агентов платформа взаимодействия представляет собой шину — все агенты равноправны, любой агент может в нее записывать и считывать данные в произвольный момент времени. Шина различает участников взаимодействия по т.н. топикам (topic). Запись в шину осуществляется после создания топика, которому присваивается уникальный идентификатор. Получение данных из шины осуществляется по идентификатору топика.

Такие виды взаимодействия, как репликация, гарантированная доставка с подтверждением, приоритизация трафика реализуются в виде соответствующего типового агента.

В силу универсального характера полученного решения, созданная программная платформа унифицированного взаимодействия может быть применена и в других АСУ организационно-техническими процессами.

Заключение

В работе проведен анализ требований по обеспечению единого информационного пространства в АСУ распределенной организационно-технической системой.

Установлено, что для выполнения требований необходимо реализовать следующие виды взаимодействия:

- «процесс-ресурс»;

- «процесс-процесс».

Для каждого вида взаимодействия проведен анализ обеспечивающих современных промышленных технологий, определены основные недостатки и предложены решения по их устранению..

Были выделены основные процессы деятельности должностных лиц, выполняемые в едином информационном пространстве, определены взаимосвязи между ними с учетом особенностей территориально-распределенных организационно-технических систем. На основе полученных данных сформирована структура и перечень необходимых программных комплексов, обеспечивающих поддержку деятельности должностных лиц, использующих АСУ. При этом учтены существующие современные программные технологии и отмечены соответствующие требованиям.

Предлагаемые системотехнические решения апробированы ПАО «Интелтех» в программной платформе поддержки деятельности должностных лиц и используются в настоящее время более чем на 120 объектах автоматизации.

Литература

1. Соколов И. А., Зацаринный А. А., Захаров В. Н., Илюшин Г. Я. Основные системотехнические решения по построению ЕИТКС ОВД // Системы и средства информатики. Специальный выпуск. 2009. С. 11-33.

2. Титов Г. С. Метод распределенных вычислений для решения класса геоинформационных задач, чувствительных к масштабу и размерности векторов исходных данных // Информация и космос. 2017. № 2. С. 136-143.

3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017618107. Шина унифицированного взаимодействия распределенных систем «Магистраль» / Иванов А. И. Заявл.: 29.05.2017; публ.: 24.07.2017.

4. Дорогов А. Ю. Сервер интеллектуально-аналитической обработки данных для прикладных В1-систем поддержки принятия решений // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Информационные системы и технологии в моделировании и управлении» (Ялта, 23-24 мая 2016 г.). Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2016. С. 3-8.

5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017617336. Распределенный контроль и управление функционированием «Персей» / Иванов А. И., Минаев К. И. Заявл.: 06.10.2017; публ.: 04.07.2017.

6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017663083. Подсистема защищенного электронного документооборота «Цера» / Васильев Н. В., Компанец А. Н., Сопин Д. С. Заявл.: 29.05.2017; публ.: 24.11.2017.

7. Васильев Н. В., Дорогов А. Ю., Яшин А. И., Довжиков С. Н. Onegine: унифицированная платформа описания, анализа и исполнения блочно-структурированных бизнес-процессов // Сборник докладов XXIII Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям ^СМ-2020) (Санкт-Петербург, 27-29 мая 2020 г.). СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2020. С. 216-219.

8. Буренин А. Н., Легков К.Е., Левко И. В. О Моделях информационных структур комплексов обеспечения единым временем системы управления сложным организационно-техническим объектом // Т-Сотт: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Т. 13. № 3. С. 44-51.

9. Смирнов Б. П., Зверев А. Б., Легков К. Е. Методика формирования единого комплекса описания данных в системе информационных технологий единого информационного пространства специального назначения // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2020. Т. 12. № 5. С. 74-82.

10. Легков К.Е., Оркин В. В. Основные направления развития единого информационного пространства воздушно-космических сил в современных условиях // Военная мысль. 2020. № 8. С. 47-53.

SYSTEM-WIDE TECHNOLOGICAL AND SOFTWARE SOLUTIONS FOR PROVIDING UNIFIED INFORMATION AREA WITHIN AUTOMATED CONTROL SYSTEMS FOR GEOGRAPHICALLY DISTRIBUTED ORGANIZATIONAL AND TECHNICAL SYSTEMS

GRIGORY S. TITOV

senior software developer, PJSC «Inteltech», St. Petersburg, Russia, g.titov@inteltech.ru,

IGOR V. RAKOV

PhD, vice director of department, PJSC «Inteltech», St. Petersburg, Russia, i.rakov@inteltech.ru

ABSTRACT

The paper proposes systemic solutions to ensure a unified information space of the ACS of the type under consideration, within which the main classes of tasks to support the activities of officials are solved: determining the regulations of activities, planning activities, executing, collecting and analyzing situation data. Due to

the peculiarities of geographically distributed organizational and technical systems, as a control object, the key factor influencing the solution of the tasks of officials is the effectiveness of interaction between objects. and access subjects. Two main types of interaction are considered: local and distributed, for the description of which the software organization models "process-resource" and "process-process" are proposed, respectively. In accordance with the "process-resource" model, a classification of objects of a single information space as information resources and information processes is proposed: distributed databases, business work processes, electronic documents and digital maps. The structure of the corresponding software is determined based on the parameters of the model, which can be determined from the results of solving the optimization problem. As an example, an optimization criterion for the effectiveness of the execution of processes on the selected resource structure is proposed. The determination of the necessary resources of the interaction subsystem that provide the required values of the interaction parameters is traditionally carried out individually for a specific ACS. An approach is proposed to describe the key dependencies between the interaction parameters and the necessary resources of the interaction subsystem based on the theory of queuing systems. Using the example of three main variables: the size of the message buffer, the bandwidth of the communication channel, and the intensity of the message flow, the possibility of determining the parameters of the interaction subsystem as a solution to the optimization problem is demonstrated. The proposed classification of models of interaction of software components allows you to select suitable standardized software technologies and platforms: both existing and promising. The analysis of the types of interaction of the "process-process" type required in the automated control systems of geographically distributed organizational and technical systems, on the basis of which a suitable software technology is proposed. The proposed technology is based on a standardized Publisher-Subscriber interaction scheme, which allows the implementation of various interaction disciplines: point-to-point, point-to-multipoint, with and without confirmation, with the ability to prioritize data streams.

Keywords: automated control system; geographically distributed system; organizational and technical system; unified information area; information resource.

REFERENCES

1. Sokolov I. A., Zacarinniy A. A., Zakharov V. N., Ilyushin G. Y. Osnovnye sistemotechnicheskie reshenia po postroeniyu EITKS OVD [Basic engineering solutions for building EITKS ATS]. Sistemy I sredstva informatiki. Specialnyi vypusk [Systems and means of Informatics. Special issue]. 2009. Pp. 11-33. (In Rus)

2. Titov G. S. Metod raspredelennich vychisleniy dlya reshenia klassa geoinformacionnych zadach, chuvstvitelnych k mashtabu i razmernosty ischodnych. Informacia I Kosmos [Information and space]. 2017. No. 2. Pp. 136-143. (In Rus)

3. Certificate of state registration of a computer program No. 2017618107. Shina unificirovannogo vzaimodeystvia "Magistral' [Bus of unified interaction of distributed systems "Magistral"] / Ivanov A. I. Appl.: 29.05.2017; publ.: 24.07.2017. (In Rus)

4. Dorogov A. Y. Server intellektualno-analiticheskoy obrabotki dannych dlya prikladnych BI-sistem podderzhki prinyatia resheniy [Server intellectual-analytical processing for the application of BI-systems of decision support]. Materialy vserossijskoj nauchno-prakticheskoy konferencii "Informacionnye sistemy i technologii v modelirovanii i upravlenii" [Materials of all-Russian scientific-practical conference "Informational systems and technologies in modeling and control", Yalta, 23-24 may 2016]. Simferopol: ARIAL, 2016. Pp. 3-8. (In Rus)

5. Certificate of state registration of computer programs No. 2017617336. Raspredelennuy kontrol i upravlenie funkcionirovaniem «Persei» [Distributed control and management of the functioning of "Perseus"]Raspredelennuy kontrol i upravlenie funkcionirovaniem "Persei"/ Ivanov A. I., Minaev K. I. Appl.: 06.10.2017; publ.: 04.07.2017. (In Rus)

6. Certificate of state registration of the computer program No. 2017663083. Podsistema zashishennogo elektronnogo doku-

mentooborota "Cera" [Subsystem protected electronic document "CERA"] / Vasiliev N. V, Kompanec A. N., Sopin D. S. Appl.: 29.05.2017; publ.: 24.11.2017. (In Rus)

7. Vasiliev N. V., Dorogov A. Y., Yashin A. I., Dovzhikov S. N. Onegine: unificirovannaya platforma opisaniya, analiza i ispolnenia blochno-structurirovannych biznes-processov [Onegine: a unified platform description, analysis and execution of block-structured business process]. Sbornik dokladov XXIII Mezhdunarodnaya konferencia po myaghkim vychisleniam i izmereniam (SCM-2020). [Proc. of XXIII International conference on soft computing and measurements (SCM-2020), St. Petersburg, 27-29 may 2020]. St. Petersburg: SPbGETU "LETI" Publ., 2020. Pp. 216-219. (In Rus)

8. Burenin A. N., Legkov K. E., Levko I. V. On Models of information structures of the complexes provide a single system of management of complex organizational and technical object. T-Comm. 2019. Vol. 13. No. 3. Pp. 44-51.

9. Smirnov, B. P., Zverev A. B., Legkov K. E. Method of formation of a single complex data description in the system of information technologies of a single information space special purpose. H&ESResearch. 2020. Vol. 12. No. 5. Pp. 74-82.

10. Legkov K. E., Orkin V. V. Main directions of development of the unified information space of the aerospace forces in modern conditions. Military thought. 2020. No. 8. Pp. 47-53.