CC BY
19
УДК 658.012.011.56
А.В. Сироткин
УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕДУРАМИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
В современных корпоративных системах управления для повышения эффективности используются средства автоматизации, ориентированные на повышение быстродействия системы за счётускорения процессов информационного обмена. В иерархической структуре автоматизированных систем управления (АСУ) различных степеней интегрированности можно условно выделить три уровня, обеспечивающих взаимодействие составляющих подсистем: передача данных ^ информационное взаимодействие ^ управляющее взаимодействие. Концептуальное обоснование данной трёхуровневой иерархии приведено в работах [1-2]. Иерархическая интерпретация процессов в АСУ устанавливает влияние обеспечивающих подуровней на эффективность системы управления. С этой точки зрения при разработке и эксплуатации подобных систем целесообразно учитывать и прогнозировать параметры информационного обмена для обеспечения максимальной эффективности процессов управления как объектов предметной области автоматизации.
В настоящее время существует реальная проблема снижения эффективности АСУ, возникающая за счёт возникновения задержек обслуживания в централизованной инфраструктуре информационной подсистемы с выделенным источником данных. Большинство исследований, ведущихся в этой области, относится к теории систем массового обслуживания (СМО) [3-4], точнее - приоритетных СМО, однако, не предусматривают воздействия на процессы обмена со стороны эксплуатирующей подсистемы с целью регулирования очередей и задержек обслуживания. Такое положение обусловлено отсутствием анализа управляющих приоритетов, которые не входят в предметную область исследования уровня передачи данных, а относятся к более высокому уровню - эксплуатации системы.
Разработки приоритетных систем передачи данных в настоящее время основываются на критериях, которые относятся к характеристикам
передающих систем [5-8], но не связаны напрямую с такими показателями как эффективность информационного обслуживания и, тем более, эффективность управления.
Отсутствие формализованной восходящей взаимосвязи между уровнями обеспечения управления в АСУ и обратной связи, регулирующей процессы информационного обмена, можно определить как методологическую проблему, препятствующую разработке технических решений, направленных на снижение стохастического влияния обеспечивающих подсистем передачи данных на эффективность управления. Решение данной проблемы может быть осуществлено за счёт разработки параметров и зависимостей, регулирующих процессы информационного обслуживания в приоритетных СМО, и имеющих функциональную взаимосвязь с характеристиками системы управления. Задачей данного исследования является разработка и обоснование связанного с целевым состоянием системы управления временного параметра, который может быть использован для регулирования информационного обслуживания в приоритетной автоматизированной информационной системе, имеющей централизованную архитектуру формирования данных.
Для анализа влияния обеспечивающих подуровней на состояние системы управления, последняя может быть представлена как совокупность взаимосвязанных процессов. Производя декомпозицию системы управления как процесса, интегрирующего процедуры взаимодействия субъектов управления различной сложности, можно установить, что успешное осуществление управления основано на условии достижения системой её промежуточных целевых состояний за счёт реализации всех управляющих процедур. Это условие, в свою очередь, влечёт за собой требование успешного завершения информационных процессов, обеспечивающих процессы управления, или иначе - требование обязательного информационного обеспечения процессов управления,
реализуемого на конечном множестве альтернативных информационных процессов. Альтернативность в данном случае предполагает наличие возможности использования различных информационных процедур для информационного обеспечения одной процедуры управления. Несоблюдение требования информационной обеспеченности влечёт за собой недостаточность ресурсообеспе-чения процессов управления, и, как следствие, снижение эффективности всей автоматизируемой системы.
Зависимость информационных процессов от технических решений их обеспечения формирует иерархическую зависимость процедур управления от параметров информационного обеспечения. Междисциплинарный разрыв, существующий в этой области, исключает возможность разработки чётко формализованных механизмов управления техническими средствами информационного обеспечения с использованием соответствующих критериев эффективности систем управления. Одним из вопросов, которому не уделяется должное внимание, является допущение сколь угодно долгого времени протекания информационного процесса без введения ограничения на его продолжительность, вследствие чего отсутствуют решения, направленные на изменение параметров взаимодействия или изменение тактики и топологии информационных процедур. Например, в вопросах теории больших систем управления [9] исследуются механизмы неманипулируемого обмена данными в активных системах без анализа времени их протекания и, соответственно, анализа влияния длительности процедур обмена на согласованность взаимодействия подсистем при реализации рабочих планов.
Оценка времени поступления информации достаточно полно отражена в теоретических исследованиях [10]. В теории информации сформулирована такая оценка качества информации, характеризующая её соответствие и ценность для текущего времени, как актуальность. Представление управления как процесса заранее предполагает временную зависимость процедур управления, а, следовательно, и информационных обеспечивающих процессов от текущего времени. Эта зависимость ограничивает время каждого из информационных процессов регламентом выполнения следующей управляющей процедуры, а значит и снижением ценности информации, необходимой для обеспечения предыдущей. В силу этого впол-
не уместно ввести и математически обосновать параметр актуальности информационного процесса, который будет характеризовать требуемое время его выполнения и может быть использован для управления информационным обслуживанием, допустим, в приоритетных СМО.
Отсутствие формализации данного аспекта вовсе не исключает использование критерия актуальности в работе реальных производственных систем и систем управления. Более того, поиск альтернативных путей информационного обеспечения существует как элемент повседневной практики управления, например [11], но не присутствует в решениях автоматизации передачи данных, реализуемых в малых и средних информационных системах.
Рассмотрим процесс управления как систему управляющих воздействий, основанных на процессах информационного обслуживания каждого из субъектов общим источником данных. Все информационные процессы можно представить как множество Р процедур взаимодействия подключённых субъектов. Каждую процедуру ре Р можно описать вектором:
р = Я, 0), (1)
где Я - приоритет информационного объекта процедуры; 0 - приоритет субъекта управления [12]; Р:П - всё множество процедур взаимодействия, определённое на полном процессе П эволюции системы, выполняемое для достижения целевого состояния системы. Приоритет процедуры, устанавливающий порядок её выполнения, рассчитывается с помощью обобщённого показателя
*=¥(я, 0),
где ¥ - некоторый функционал, устанавливающий связь между приоритетами субъекта и объекта.
Задачей настоящего исследования будет обоснование необходимости введения дополнительного параметра для описания процедуры, который будет характеризовать время, в течение которого процедура будет изменять свою актуальность, описанную в критериях системы управления, и использовать этот параметр для оптимизации информационного взаимодействия.
Система в течение процесса полного информационного взаимодействия эволюционирует, начиная с состояния 50, соответствующего начальному времени X = Т0, принимая в течение этого процесса т промежуточных состояний с
дискретностью ¿е [Тр Т2,..., Тт] где Т - время, фиксирующее переход системы в /е [1,т] состояние, и заканчивая целевым состоянием 5 = 5 ,
7 т 7
определённом для момента ? = Т где Тт характеризует время достижения системой конечного целевого состояния. В реальных условиях функционирования системы дефицит ресурсов не позволяет обеспечить запланированный процесс информационного взаимодействия. В качестве одного из ограничений может выступать задержка информационного обслуживания ?д, формируемая за счёт множественного обращения нескольких субъектов к одному источнику данных при невозможности последнего обеспечить выполнение всех запросов в требуемое время. Задержка обслуживания, в свою очередь, продляет планируемое время Т^ достижение системой промежуточного состояния 5. до момента времени Т = Т® + ¿¡^ что создает отклонение от идеальной траектории развития. Возврат к ней возможен при опережающем достижении последующих состояний 5к , к е (/, т] с условием компенсации ранее возникших задержек. Иллюстрация вариативности процесса развития системы приведена на рисунке.
В позициях 0-5 изображены состояния системы, соответствующие идеальной траектории развития, с отклонениями, допустимыми в пределах
заданной девиации. Позиции реального состояния, наступающего при выборе альтернативного пути развития 4', 5'. На рисунке показан случай, когда система, не дождавшись в течение времени Т4 завершения обеспечивающей процедуры (позиции 3, 4), предпочла процедуру позиции 3, 4' и в результате достигла целевого состояния 55, но за время Т5', большее ожидаемого времени Т Целесообразность альтернативного выбора в данном случае диктовалась резким возрастанием неопределённости успешного завершения процедуры (позиции 3, 4) и, соответственно, времени Т4, а далее - и времени достижения целевого состояния Т5, по сравнению с гарантированной обеспеченностью процессов (позиции 3, 4', 5').
В общем случае процесс альтернативного выбора может быть формализован следующим образом. Состояние системы 5. в каждый момент времени ^ описывается вектором, включающим п параметров:
/ = О/ щ,..., и
где Т - полное время протекания процесса П; О - функция, характеризующая численное значение качественного показателя состояния системы.
Оценить численно состояние 5 можно с помощью обобщенного показателя:
Иллюстрация альтернативности развития системы
Ц=КЧй g2(S)'...' gM j=; T° ^ j ^ T (!)
где rn - число возможных состояний системы на идеальной траектории S° - S
Соответственно этому, переход системы из одного состояния в другое можно описать вектором 5 = S -S ,, или иначе как j j j-i'
j = Gij G(j - G2(t-l),..., - j
■ T- (2)
j = 1,^.
Учитывая, что изменение показателя G(t), i = 1,n обусловлено изменением времени достижения нового состояния системы t = t t а весь диапазон t G [°,T] является непрерывно-монотонным, можно вектор (2) формализовать следующим образом:
j = (Gi(j G2(T?),..., Tj = j - t.-T, J = т^ ,
где T^-1 - время, необходимое системе для изменения состояния с j на j.
Для определения численного значения изменения состояния системы можно использовать обобщённый показатель (1) в следующем виде:
Q0-1) = Fj ); J = ^
что будет также характеризовать эффективность выполнения соответствующей процедурыp , в результате которой произошла эволюция. Отсюда можно выразить Tj которое будет определять время достижения -го состояния как
Tj = Arg Q0-1); j = T^.
Исходя из того условия, что функционирование системы в процессе управления происходит без смены конечной цели, достижение системой промежуточных j-x состояний является обязательным. При этом возможны различные пути достижения этих состояний и различное время, которое, в конечном итоге будет влиять на время достижения целевого состояния системы.
Рассматривая время как один из ресурсов системы, если не задано иных условий, можно формализовать условие достижения системой максимально возможного состояния как
а = max F(s. ), TjG [°,œ|, Tj —> min.
J max \ j ' ^ ' ^
Таким образом, рассматривая информационные процессы как процессы обеспечения управления, можно охарактеризовать Tj как время актуализации p. G P процедуры информационного взаимодействия, т. е. как время, в течение которого система будет ожидать завершения p. процеду-
ры без поиска альтернативных путей достижения S-го состояния.
В реальных условиях функционирования система не всегда имеет возможность получить желаемые ресурсы для достижения целевого состояния. Например, в автоматизированных офисных системах этот фактор в значительной степени зависит от состояния инфраструктуры, обеспечивающей процессы информационного взаимодействия субъектов. В этих условиях реальное время завершения p j информационной процедуры может в значительной степени превышать идеальное T^. В таких случаях возможно использование альтернативных процедур и связей для достижения требуемого состояния, а также возможно иное управление ходом информационного обслуживания (например, с помощью изменения приоритетов процедур) для достижения состояния Sj. В этом случае оценка времени, необходимого для принятия решения об отказе от использования регламентированных и использования альтернативных процедур и связей, может быть произведена при сравнении значений некоторых функционалов, описывающих зависимость состояния целевой функции от времени и параметров взаимодействия.
В СМО альтернативное действие системы в одном из случаев может заключаться в изменении приоритетов информационного обслуживания запросов источником данных. В общем случае для каждой j-й процедуры взаимодействия Pj проектировщиком заранее устанавливается фиксированный приоритет выполнения d, соответствующий оптимальному порядку информационного обслуживания [12].
В процессе динамического управления влияние T может использоваться для изменения приоритета процедуры, например, как
T(J)
1 act
где d* - альтернативный приоритет процедуры, TCj - заданное время актуальности j-й процедуры. Далее параметр d* может быть использован в качестве аргумента функции оптимизации обслуживания по критерию задержки, например, для поиска индексов такой процедуры, задержка для которой будет оказывать минимальное влияние на значение целевой функции системы. Функция оптимизации в данном случае может иметь вид: г \
i - Arg min
z M)
где с - интегральный параметр, описывающий задержку выполнения р./ процедуры, г - индекс процедуры, выбираемой в ходе оптимизации.
Для динамического управления приоритетами обслуживания может быть использован иной критерий, в достаточной степени характеризующий влияние процессов информационного обмена на управление. Например, может анализироваться объём данных, не переданный в ходе процедуры взаимодействия р, за отведённое фиксированное время ?. В этом случае управление приоритетом может быть выражено с учётом характера прямого влияния непереданного объёма данных на приоритет процедуры следующим образом: Т(])у
<Г= А 1 ё. 1 ти)У*
1 ас! у ]
где V/ и V* - объём данных, подлежащий передаче в ходе /-й процедуры взаимодействия, и переданный объём, соответственно. Возможно формирование более сложных зависимостей, учитывающих различное сочетание и влияние критериев выполнения процедуры и, в конечном итоге, управляющих порядком выполнения процедур путём динамического изменения установленных для них приоритетов.
В итоге в описание каждой процедуры pG P может быть введён показатель времени актуальности, в результате чего получится новый вектор p* = (R, Q, Tac), который будет в большей степени соответствовать реальному состоянию процессов информационного взаимодействия и предоставит более широкие возможности для оптимизации подпроцессов информационного обеспечения по сравнению с ранее формализованным вектором (1).
При заранее формализованном информационном обмене, подлежащем оптимизации, дополнительно к таким параметрам процедуры как ранги субъекта и объекта взаимодействия, битовая матрица процедур взаимодействия P, разработчик определяет матрицу Tac, содержащую соответствующие значения времени актуализации для каждой из процедур.
Параметры управления, выработанные с помощью данной методики, могут быть применены для формирования политик информационного обмена в корпоративных информационных системах, основанных, например, на программно-аппаратных комплексах Avaya Cajun Rules Policy Manager или аналогичных, использующих технологию QoS для регулирования потоков данных в системах массового обслуживания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сироткин А.В. Разработка критериев оптимизации корпоративной информационной системы. // Экономика и управление. 2009. №1/4 спец. вып. (40). С. 77.
2. Баран Е.Д., Белова Т.В., Гребенникова Р.В.
и др. Информационные технологии: особенности применения и приоритетные направления развития. Новосибирск: ЦРНС Изд-во "Сибпринт", 2008. 179 с.
3. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003. 512 с.
4. Цициашвили Г.Ш., Осипова М.А. Алгебраические методы моделирования стохастических сетей: Монография. Владивосток: Дальнаука, 2007. 132 с.
5. Павловская В.Ф. Исследование эффективности приоритетного обслуживания заявок в системе управления сетью связи: Дисс. канд. техн. наук. Новосибирск: СибГУТИ. 2005. 162 с.
6. Ефимушкин В.А., Ледовских Т.В. Анализ геометрической системы массового обслуживания с конечным накопителем изменяемой емкости // Вестник РУДН. Прикладная и компьютерная математика. 2005. Т. 4. № 1. С. 19-30.
7. Ледовских Т.В. Дискретная система массового обслуживания с групповым потоком фазового типа и пороговым управлением // Вестник РУДН. Прикладная математика и информатика. 2002. № 1. С. 107-118.
8. Ефимушкин В.А. Песков Н.В. Инжиниринг трафика и методы обеспечения QoS параметров в муль-тисервисных сетях связи на базе технологий ATM, IP, TDM // Новые технологии в инфокоммуникациях. Тр. Откр. науч.-техн. семинара 1-НТИКОМ. 20.10.2000. М.: Изд-во ПАИМС, 2000. С. 7-13.
9. Коргин Н.А. Неманипулируемые механизмы обмена в активных системах. М.: ИПУ РАН. 2003. 126 с.
10. Таненбаум Э., Ван Стен М. Распределенные системы. Принципы и парадигмы. СПб.: Питер. 2003. 877 с.
11. Нестеров В.П. Информационное обеспечение процесса принятия управленческих решений. // Сервер библиотеки менеджмента качества. URL: http:// quality.eup.ru/MATERIALY2/ioppur.htm (дата обращения 03.10.2009).
12. Сироткин А.В., Старикова О.А. Приоритетная модель оптимизации дискретного информационного взаимодействия по критерию задержки обслуживания // Экономика и управление. 2009. № 10. С. 105.
