Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Задачи разработки и структура перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени 18
1.1. Актуальные задачи разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени 18
1.2. Структура управления территориальной СУ 19
1.3. Функциональные подсистемы территориальной СУ 21
1.4. Сложившаяся структура современной проблемно-ориентированной территориальной СУ 24
1.5. Предлагаемая структура перспективной проблемно-ориентированной территориальной СУ реального времени 29
1.6. Структура структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации перспективной СУ 33
1.7. Структура программно-аппаратных комплексов объектов управления перспективной СУ 36
1.8. Экономическая и практическая значимости реализации в перспективных СУ предлагаемых структур 38
Выводы по первой главе 41
Глава 2. Системные решения актуальных задач разработки структурно выделенных подсистем содержательной обработки информации, мультисервисных подсистем обмена информацией реального времени и подсистем контроля и управления перспективных СУ. 42 "
2.1. Конструктивный эвристический алгоритм структурно-параметрического синтеза единых вычислительных комплексов структурно вьщеленных подсистем содержательной обработки информации перспективных СУ 42
2.2. Конструктивный эвристический алгоритм структурно-параметрического синтеза мультисервисных подсистем обмена информацией реального времени перспективных СУ 55
2.2.1. Введение в проблему и постановка задачи 55
2.2.2. Конструктивный эвристический подход к решению подзадач проблемы структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией перспективной СУ 60
2.3. Совокупность взаимоувязанных алгоритмов структурно-параметрического синтеза
открытых интеллектуальных подсистем контроля и управления перспективных СУ 80
2.3.1. Алгоритм синтеза подсистем контроля и управления перспективных СУ, основанный на обеспечении открытости подсистем 82
2.3.2. Алгоритм синтеза подсистем контроля и управления перспективных СУ, основанный на обеспечении интеллектуальности подсистем 87
2.3.3. Алгоритм синтеза подсистем контроля и управления перспективных СУ, основанный на обеспечении оценки в реальном времени необходимых показателей качества функционирования СУ 93
2.4. Экономическая значимость применения при разработке перспективных СУ предлагаемых в главе алгоритмов структурно-параметрического синтеза 100
2.5. Общий алгоритм функционирования подсистем контроля и управления перспективных СУ 101
Выводы по второй главе 109
Глава 3. Блочные корректирующие коды с дополнительной уточняющей информацией 111
3.1. Блочные корректирующие коды с дополнительным раздельным контролем наличия искажений в информационных и контрольных последовательностях кодовых слов 111
3.2. О необходимости формирования и использования при исправлении ошибок блочными корректирующими кодами дополнительной уточняющей информации 117
3.3. Некоторые новые схемы построения, кодирования и декодирования блочных корректирующих кодов с дополнительной уточняющей информацией 123
Выводы по третьей главе 133
Заключение 134
Литература
- Актуальные задачи разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени
- Предлагаемая структура перспективной проблемно-ориентированной территориальной СУ реального времени
- Конструктивный эвристический алгоритм структурно-параметрического синтеза единых вычислительных комплексов структурно вьщеленных подсистем содержательной обработки информации перспективных СУ
- Блочные корректирующие коды с дополнительным раздельным контролем наличия искажений в информационных и контрольных последовательностях кодовых слов
Введение к работе
В диссертации разрабатываются, обосновываются и описываются методы решения научных актуальных задач разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных систем управления (СУ) реального времени (кратко-перспективных СУ), под которыми условимся понимать высокоэффективные системы управления, обладающие такими специфическими особенностями:
обладают четкой проблемной ориентацией, имеющей существенное значение для экономики или обороноспособности страны;
создаются для работы в будущем не менее (7-^10) лет;
имеют в своем составе не менее (30-ИО) объектов управления;
компоненты СУ в общем случае разнесены один от другого и размещаются на территории не менее одного региона России;
обмен между объектами управления СУ всеми необходимыми видами информации осуществляются, как правило, с использованием одних и тех же каналов связи, имеющих соответствующие производительности;
времена передачи между любой парой объектов управления СУ оперативной информации объемом до 500 байт не превышают (0,3-Ю,5) сек;
времена формирования в базах данных СУ оперативных справок, необходимых функционерам объектов управления СУ для принятия решений, не превышают (0,2-Ю,3) сек;
строятся с использованием последних научно-технических достижений в области необходимых информационных и телекоммуникационных технологий и реализующих их аппаратных и программных средств и комплексов;
обладают по сравнению с современными территориальными СУ аналогичного назначения существенно более высокой функциональностью и интеллектуальностью;
обеспечивают более высокие показатели качества функционирования, чем современные территориальные СУ аналогичного назначения.
Для математически строгого (формализованного) описания СУ подобного класса можно воспользоваться методами классической теории множеств [21, 33, 57 и др.]. При этом перспективная СУ может быть представлена как являющая организованным множеством система 5 в следующем виде:
S = {A,QA,R,Z,N), (В.1)
где: А - множество элементов (компонентов) системы;
QA - множество свойств (атрибутов) элементов системы, необходимое для точного описания элементов системы;
R - множество связей (отношений) между элементами системы;
Z- множество целей (целевых функций) системы;
N- множество наблюдателей (лиц или функционеров, принимающих решения) в системе. Однако полностью раскрыть и конкретизировать соотношение (В.1) оказывается возможным только после завершения создания перспективной СУ, что существенно затрудняет использование формализованных описаний рассматриваемой СУ на начальном и на всех промежуточных этапах построения этой СУ. Для устранения указанного недостатка в работе для формализованного описания перспективной СУ предлагается использовать методы теории нечетких (размытых) множеств [79], функции принадлежности к которым определяет совет главных конструкторов, создающих данную перспективную СУ. Обозначая нечеткое множество знаком ~ над буквой, соответствующей этому множеству, перепишем соотношение (В.1) в таком виде:
S = $,QA,R,Z,N}, (В.2)
где: S,A,QA,R,Z,N - нечеткие множества, множествами - носителями для которых соответственно являются множества S,A,QA,R,Z,N и каждое нечеткое множество представляется в виде:
С = {{х,/МЬеХ], (В.З)
где: С - нечеткое множество, множеством - носителем для которого является множество X; х - элементы множества - носителя X; /Лх) " функция принадлежности элементов х множества - носителя X нечеткому
множеству С.
Представление перспективной СУ в виде (В.2) позволяет математически строго сформулировать задачу создания указанной СУ как обеспечение последовательного перехода от замысла и описания системы на начальном этапе в виде (В.2) посредством реализации в ней предлагаемых в работе решений к ее представлению на заключительном этапе в виде (В.1) при полном соответствии построенной СУ S требованиям технического задания (ТЗ) на разработку и создание этой перспективной СУ. Кроме того, формальное представление перспективной СУ с использованием математического аппарата нечетких множеств позволяет осуществлять практически постоянный контроль за ходом построения рассматриваемой СУ и за обеспечением необходимых сроков ее создания, что для таких СУ является весьма важным.
В состав рассматриваемых в работе перспективных СУ входят такие функциональные подсистемы [25,43,44 и др.]:
подсистема содержательной обработки информации;
подсистема ввода-вывода и отображения информации;
подсистема обмена информацией;
подсистема контроля и управления.
Для перспективной СУ в целом указанные подсистемы важны своей функциональностью, высокими показателями качества функционирования и слаженной совместной рабой в составе СУ. Для формализованного представления перспективной СУ ее деление на приведенные подсистемы приводит к таким структурным изменениям в нечетких
множествах, определяющих множество S в выражении (В.2):
А = {а„А2,А3,А4}, (В.4)
где: А, - множество элементов (компонентов) подсистемы содержательной обработки информации;
А2 - множество элементов (компонентов) подсистемы ввода-вывода и отображения информации;
А3 - множество элементов (компонентов) подсистемы обмена информацией;
А4 - множество элементов (компонентов) подсистемы контроля и управления.
где: QAI - множество свойств (атрибутов) элементов подсистемы содержательной обработки информации;
QA2 - множество свойств (атрибутов) элементов подсистемы ввода-вывода и отображения информации;
QA3 - множество свойств (атрибутов) элементов подсистемы обмена информацией;
QA4 - множество свойств (атрибутов) элементов подсистемы контроля и управления.
л = {д,ДДДД}, (в.б)
где: R, - множество связей (отношений) между элементами подсистемы содержательной обработки информации;
R2 - множество связей (отношений) между элементами подсистемы ввода-вывода и отображения информации;
R3 - множество связей (отношений) между элементами подсистемы обмена информацией;
R4 - множество связей (отношений) между элементами подсистемы контроля и управления;
Rs - множество связей (отношений) между элементами различных подсистем.
2 = $,,г2,23,г4,г3}, (в.7)
где: Zj - множество целей (целевых функций) подсистемы содержательной обработки информации;
Z3 - множество целей (целевых функций) подсистемы ввода-вывода и отображения информации;
Z3 - множество целей (целевых функций) подсистемы обмена информацией;
Z4 - множество целей (целевых функций) подсистемы контроля и управления;
Zs - множество целей (целевых функций) перспективной СУ в целом, не вошедших в целевые функции функциональных подсистем этой СУ.
N = \n„N2,N3,N4}, (В.8)
где: N, - множество наблюдателей (лиц или функционеров, принимающих решения) в подсистеме содержательной обработки информации;
N2 - множество наблюдателей (лиц или функционеров, принимающих решения) в подсистеме ввода-вывода и отображения информации;
N3 - множество наблюдателей (лиц или функционеров, принимающих решения) в подсистеме обмена информацией;
N4 - множество наблюдателей (лиц или функционеров, принимающих решения) в
подсистеме контроля и управления.
Подсистема содержательной обработки информации осуществляет смысловую обработку всей поступающей в нее из других подсистем СУ исходной информации, хранение циркулирующей в подсистеме информации в соответствующих базах данных и базах знаний и представление через подсистему ввода-вьюода и отображения информации обработанной и необходимой справочной информации функционерам СУ. Информация подсистемы содержательной обработки информации позволяет функционерам СУ оперативно принимать объективные решения по формированию управляющих воздействий в СУ и в итоге решать целевую функцию СУ.
Подсистема ввода-вывода и отображения информации является подсистемой, обеспечивающей необходимые условия для работы в составе СУ функционеров СУ, являющихся по сути живым интеллектом СУ. Эффективность функционирования этой подсистемы во многом предопределяет оперативность и верность формирования, принятия и ввода в СУ управляющих решений функционерами СУ.
Подсистема обмена информацией обеспечивает передачу между объектами управления перспективной СУ всей циркулирующей в системе управления информации. Эта подсистема, связывая в единое целое все другие подсистемы рассматриваемой СУ, является системообразующим ядром любой такой СУ. Показатели качества функционирования территориальной СУ реального времени в целом во многом определяются соответствующими характеристиками качества работы подсистемы обмена информацией этой СУ. В
перспективных территориальных СУ реального времени подсистемы обмена информацией должны стоиться как мультисервисные подсистемы обмена информацией реального времени коллективного пользования. В общем случае каждая такая подсистема обмена информацией должна включать в свой состав магистральную сеть, региональные сети, сеть доступа и собственную подсистему контроля и управления. Сложность построения указанной подсистемы обмена информацией значительного превосходит сложность построения любой другой подсистемы перспективной СУ [14,43,44].
Подсистема контроля и управления перспективной СУ реализуется на основе встроенных в аппаратные, программные и программно-аппаратные средства и комплексы СУ агентов и программно-аппаратных комплексов пунктов управления подсистемы, устанавливаемых на определенных объектах управления СУ. Функционально подсистема контроля и управления обеспечивает контроль за функционированием рассматриваемой СУ с детализацией до любого входящего в систему управления средства и комплекса, управление конфигурациями и режимами работы каждого из средств и комплексов СУ и СУ в целом (в подсистеме обмена информацией указанные функции выполняются аналогично ее собственной подсистемой контроля и управления, которая входит в состав подсистемы контроля и управления СУ на правах подсистемы) и имеет иерархическую структуру. Подсистема контроля и управления СУ содержит в своем составе главный и подчиненные ему региональные пункты управления. Главный пункт управления обеспечивает контроль функционирования и управления работой СУ в целом. Региональные пункты управления контролируют функционирование соответствующих региональных фрагментов СУ и управляют работой этих фрагментов. На главный пункт управления региональные пункты передают только заранее определенные виды информации о структуре и функционировании региональных фрагментов СУ, а также информацию по запросам функционеров главного пункта управления. В подсистеме обмена информацией собственная подсистема контроля и управления строится на тех же принципах, что и подсистема контроля и управления СУ в целом. Обмен необходимой информацией между подсистемами контроля и управления СУ в целом и подсистемы обмена информацией реализуется на уровне главных пунктов управления названных подсистем. При этом главный пункт управления, работающий в составе подсистемы обмена информацией, является подчиненным по отношению к главному пункту управления подсистемы контроля и управления СУ в целом.
Функциональность перспективной СУ формируется на основе функциональностей ее
подсистем [44, 57]. В связи с этим функциональность каждой подсистемы должна быть не
меньшей, чем это требуется функциональностью перспективной СУ в целом. Для того, чтобы в
любой момент времени перспективная СУ в целом с высокой вероятностью обладала полной
функциональностью, все подсистемы СУ должны иметь необходимо высокие показатели
качества функционирования в составе СУ, что может быть достигнуто построением подсистем
имеющих соответствующие структуры, выбором для их реализации соответствующих аппаратных и программных средств и комплексов, способов резервирования аппаратных средств, видов локальных вычислительных сетей, разновидностей каналов связи и т.д. Сложная совместная работа подсистем в составе перспективных СУ должна обеспечиваться в основном за счет реализации в подсистемах главным образом открытых стеков протоколов необходимых информационных и телекоммуникационных технологий. Современные проблемно-ориентированные территориальные СУ реального времени имеют практически такой же состав подсистем, как и перспективные СУ, кратко охарактеризованные ранее. Показатели качества функционирования таких современных СУ - достаточно высокие, а их функциональные подсистемы работают совместно в составе СУ необходимо слаженно [14,43,44, 57 и др.].
Приведенная информация о современных СУ порождает такой естественной вопрос: что приводит к необходимости создания перспективных СУ при наличии в общем-то хорошо работающих современных СУ аналогично назначения и какова цель построения перспективных СУ-? Ответ на этот вопрос дают проведенные автором диссертации исследования, которые показывают, что процессы перехода от одних поколений СУ к более совершенным другим поколениям являются объективными процессами, которые происходят эволюционно и всегда являются следствием новых жестких требований заказчика к перспективным СУ, старения функционирующих СУ и появления новых более совершенных поколений аппаратных и программных средств и комплексов (в частности, появления новых поколений ЭВМ и вычислительных комплексов), новых информационных и телекоммуникационных технологий, новых типов локальных вычислительных сетей, новых разновидностей каналов связи и т.д., но основе которых СУ собственно и строятся. Полученные результаты подтверждаются всей историей (правда, еще достаточно короткой) развития СУ [16, 43,44, 57]. К настоящему времени накопилось большое число предпосылок, которые являются основополагающими для создания очередного поколения СУ, названного в работе перспективными СУ. К числу указанных предпосылок прежде всего следует отнести следующее:
наличие высокопроизводительных многопроцессорных и многоядерных серверов, способных работать с необходимыми объемами оперативной и долговременной памяти и допускающих объединение в кластеры, которые могут использоваться как аппаратная основа построения для перспективных СУ любых необходимых высоконадежных вычислительных комплексов, а также баз данных и баз знаний [9,29 и др.];
наличие программных комплексов, способных обеспечить эффективное функционирование различных кластеров серверов в составе разного рода вычислительных комплексов, баз данных и баз знаний перспективных СУ [9,29, 57 и др.];
наличие технологий и реализующих их программно-аппаратных средств и комплексов,
позволяющих строить высокопроизводительные локальные вычислительные сети со
скоростями передачи информации в сетях до 1 Гбит/сек, что целесообразно использовать при создании программно-аппаратных комплексов объектов управления и других программно-аппаратных компонентов перспективных СУ [37,45,63 и др.];
наличие технологий, реализующих их программно-аппаратных средств и комплексов и физических линий связи, позволяющих организовьшать в подсистемах обмена информацией перспективных СУ каналы связи со скоростями передачи информации до 10 Гбит/сек [14,45,63 и др.];
наличие информационных и телекоммуникационных технологий и реализующих их программно-аппаратных средств и комплексов, обеспечивающих построение мультисервисных подсистем обмена информацией реального времени для перспективных СУ [14,37,63];
наличие необходимых решений по созданию интеллектуальных автоматизированных систем управления, позволяющих создавать системы поддержки принятий решений для перспективных СУ [12,54, 55 и др.].
Анализ приведенных предпосылок показывает, что время перехода к построению перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени практически уже наступает. При этом целью создания указанных СУ безусловно должно стать построение СУ с удовлетворением в них всех требований заказчика на основе использования необходимых существующих передовых научно-технических достижений, обеспечивающих в итоге существенное повышение функциональности, интеллектуальности и эффективности функционирования перспективных СУ с обеспечением уменьшения для них стоимостей создания и совокупных стоимостей владения по сравнению с современными СУ аналогичного назначения.
Построение перспективных СУ потребует решения достаточно большого числа важных научных задач, к числу основных из которых следует отнести такие задачи:
существенное повышение оперативности и верности принятия решений в СУ;
существенное повышение интеллектуальности в работе подсистем СУ и СУ в целом;
доведение времен всех выполняемых в СУ в автоматическом режиме функций (передача информации между объектами управления, формирование необходимых функционерам справок и т.д.) до времен, обеспечивающих работу СУ в реальном времени;
структурно-параметрический синтез подсистем СУ и СУ в целом;
увеличение числа видов обрабатываемой в СУ информации для повышения верности принятия решений функционерами СУ;
повышение верности передачи, переработки, хранения, ввода и отображения информации в СУ;
создание высокоэффективных структур программно-аппаратных комплексов объектов
управления и других компонентов СУ, включая программно-аппаратные комплексы
подсистемы обмена информацией;
создание высокоэффективных структур функциональных подсистем СУ и высокоэффективной структуры СУ в целом;
концепция построения подсистем СУ и СУ в целом на основе открытых информационных и телекоммуникационных технологий и соответствующих им стеков перспективных протоколов;
выбор аппаратных и программных средств и комплексов, обеспечивающих построение подсистем СУ и СУ в целом и реализующих необходимые стеки перспективных открытых протоколов.
Построение методов решения и собственно решения научных задач разработки перспективных СУ безусловно актуальны, так как их отсутствие практически не позволяет создавать высокоэффективные перспективные СУ.
Таким образом, актуальными являются разработанные в диссертационной работе новая структура перспективной СУ, вытекающие из этой структуры новые структуры построения подсистемы содержательной обработки информации и программно-аппаратных комплексов объектов управления перспективной СУ, конструктивный алгоритм построения единого вычислительного комплекса структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации, конструктивный эвристический алгоритм структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени перспективной СУ, взаимоувязанные способы построения подсистемы контроля и управления, методика экспертного оценивания эффективности алгоритмов построения функциональных подсистем перспективных СУ и блочные корректирующие коды с дополнительной уточняющей информацией, включая алгоритмы кодирования и декодирования этих кодов, обеспечивающие повышение верности исправления ошибок в перспективных СУ. Следовательно, актуальна и диссертационная работа в целом.
На основе комплексного системного подхода в работе также решается научная задача повышения уровней эффективности и интеллектуальности перспективных СУ. Уровень эффективности перспективных СУ поднимается главным образом за счет использования в их составе более совершенных структур подсистем и программно-аппаратных комплексов объектов управления СУ, обеспечением работы СУ в реальном времени и применением в СУ последних научно-технических достижений в части информационных и телекоммуникационных технологий и реализующих их аппаратных и программных средств и комплексов. Уровень интеллектуальности перспективных СУ повышается в основном путем построения в их подсистемах соответствующих систем поддержки принятия решений функционерами СУ, создаваемых с использованием последних достижений в области искусственного интеллекта.
Цель работы - построение системных решений научных актуальных задач разработки
перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени, что
имеет существенное значение для экономики и повышения обороноспособности страны.
Указанная цель работы раскрывается и конкретизируется такими задачами исследований:
1.Разработка новой высокоэффективной структуры перспективных СУ, соответствующей последним достижениям в необходимых информационных и телекоммуникационных технологиях и в реализующих их аппаратных и программных средствах и комплексах. 2.Синтез в рамках новой структуры перспективных СУ новых структур построения структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации и программно-аппаратных комплексов объектов управления рассматриваемых СУ.
З.Создание конструктивного алгоритма структурно-параметрического синтеза единого вычислительного комплекса структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации перспективных СУ.
4.Построение конструктивного эвристического алгоритма структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени перспективных СУ.
5.Формирование совокупности взаимосвязанных алгоритмов структурно-параметрического синтеза, позволяющих строить в рамках перспективных СУ открытые и одновременно интеллектуальные подсистемы контроля и управления, способные оценивать в реальном времени необходимые показатели качества функционирования СУ.
б.Создание модели экспертного оценивания эффективности алгоритмов построения функциональных подсистем перспективных СУ.
7.Синтез для перспективных СУ блочных корректирующих кодов, способных исправлять возникающие в указанных СУ ошибки с необходимо высокой верностью. 8.Создание для синтезированных блочных корректирующих кодов соответствующих алгоритмов кодирования и декодирования, обеспечивающих исправление необходимых разновидностей ошибок, возникающих в перспективных СУ, с требующейся для СУ верностью.
Объект и предмет исследований. Объектом исследований являются перспективные проблемно-ориентированные территориальная СУ реального времени, базирующиеся на отечественные вычислительные комплексы (ВК) типа «Эльбрус» и на перспективные кластеры серверов. Предметом исследований являются научные актуальные задачи разработки перспективных СУ, связанные со структурами СУ в целом, ее отдельных подсистем и некоторых программно-аппаратных комплексов, с конструктивными алгоритмами структурно-параметрического синтеза единого вычислительного комплекса структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации, мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени и подсистемы контроля и управления, с блочными корректирующими кодами с дополнительной уточняющей информацией, обеспечивающими исправление ошибок в перспективных СУ с необходимо высокой верностью, и с алгоритмами
кодирования и декодирования таких кодов.
Методы исследований. В работе используются методы системного анализа, принятия решений, экспертных оценок, искусственного интеллекта, теории систем, теории множеств, теории вероятностей, теории телетрафика, теории передачи информации и теории корректирующих кодов.
Основные научные выводы и результаты, полученные лично соискателем и выносимые на
защиту. На зашиту выносятся:
Структуры перспективной проблемно-ориентированной территориальной СУ реального времени, структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации и программно-аппаратных комплексов объектов управления указанной СУ.
Конструктивные алгоритмы структурно-параметрического синтеза единого вычислительного комплекса структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации, мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени и подсистемы контроля и управления перспективной СУ.
Модели формализованного описания и оценивания эффективности алгоритмов построения функциональных подсистем разрабатываемой перспективной СУ.
Блочные корректирующие коды с дополнительной уточняющей информацией, обеспечивающие исправление необходимых разновидностей ошибок, возникающих в перспективных СУ, с требующейся для СУ верностью, и алгоритмы кодирования и декодирования этих кодов.
Достоверность полученных научных положений, результатов и выводов подтверждается адекватным и корректным использованием в методологии научных исследований кибернетического и информационного подходов, полнотой и корректностью исходных предпосылок, логической строгостью доказанных утверждений, апробацией, обсуждением и одобрением на научно-практических семинарах ОАО «НИИ супер ЭВМ» на научно-технической конференции МИРЭА, приоритетными публикациями в научных изданиях по рекомендованному ВАК Перечню и в монографии и практическим применением.
Научная новизна. Полученные научные положения, результаты и выводы определяют
теоретическую и методологическую основы системных решений актуальных задач разработки
перспективных СУ. К актуальным проблемам в работе отнесены структура перспективной СУ,
структуры построения структурно выделенной подсистемы содержательной обработки
информации и программно-аппаратных комплексов объектов управления перспективной СУ,
разработка единого вычислительного комплекса указанной подсистемы содержательной
обработки информации перспективной СУ, структурно-параметрический синтез
мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени перспективной СУ,
разработка подсистемы контроля и управления перспективной СУ, создание для перспективной
СУ блочных корректирующих кодов, способных исправлять возникающие в СУ разновидности
ошибок с необходимой верностью, и построение конструктивных алгоритмов кодирования и декодирования созданных для перспективных СУ блочных корректирующих кодов.
Создание перспективных СУ предлагается осуществлять на основе обоснованной в работе структуры СУ со структурно выделенной подсистемой содержательной обработки информации. Такая структура перспективных СУ радикально отличается от сложившейся структуры аналогичных современных территориальных СУ и обладает по сравнению со сложившейся структурой рядом определяющих для перспективных СУ преимуществ (структура СУ в целом упрощается, существенно уменьшаются стоимости создания и совокупные стоимости владения СУ, значительно повышаются показатели надежности и устойчивости функционирования перспективных СУ и т.д.). К этому необходимо добавить, что разработка перспективных СУ с применением предлагаемой структуры базируется на использовании последних научно-технических достижений в области информационных и телекоммуникационных технологий и реализующих их аппаратных и программных средств и комплексов, что для перспективных СУ очень важно. Предлагаемая структура перспективных СУ в целом приводит к изменению по сравнению со сложившееся структурой аналогичных современных территориальных СУ еще двух структур-структуры подсистемы содержательной обработки информации и структуры программно-аппаратных комплексов объектов управления перспективных СУ. Изменения обеих указанных структур связаны с их существенным упрощением. Территориально распределенная подсистема содержательной обработки информации, включающая в себя в сложившейся структуре аналогичных современных территориальных СУ всю совокупность соответствующих вычислительных комплексов, являющихся фрагментами программно-аппаратных комплексов объектов управления указанных СУ, превращается по сути в единый вычислительный комплекс общего (коллективного) пользования в перспективных СУ. Программно-аппаратные комплексы объектов управления перспективных СУ в связи с этим будут содержать фрагменты не трех, а только двух подсистем-подсистемы ввода-вывода и отображения информации и подсистемы обмена информацией. Предлагаемые в работе для реализации в перспективных СУ такие упрощенные структуры подсистемы содержательной обработки информации и программно-аппаратных комплексов объектов управления позволяют получить значительный экономический эффект в процессе создания и эксплуатации указных подсистемы и комплексов, существенно повысить показатели качества их функционирования, а также поднять до необходимого уровня их функциональность.
Функциональность подсистем содержательной обработки информации перспективных
СУ в работе предлагается реализовывать в соответствующих единых вычислительных
комплексах коллективного пользования. Учитывая важность решения проблем создания таких
вычислительных комплексов для перспективных СУ, в работе представляется конструктивный
алгоритм структурно-параметрического синтеза единого вычислительного комплекса
структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации для указанных СУ. Основными отличительными особенностями этого алгоритма являются нацеленность на построение вычислительных комплексов коллективного пользования, способных обслуживать генерируемые в соответствующих перспективных СУ потоки событий (заявок) в реальном времени, конструктивный характер алгоритма и возможность оценки обеспечиваемых создаваемым вычислительным комплексом показателей качества обслуживания генерируемых в СУ потоков событий (заявок). Совокупность приведенных особенностей данного алгоритма позволяет практически полностью исключить из результатов построения единых вычислительных комплексов коллективного пользования возможные погрешности. Такой выход представленного в работе алгоритма для создаваемых перспективных СУ является весьма ценным. Построение системообразующих для перспективных СУ мультисервисных подсистем обмена информацией реального времени в работе предлагается осуществлять с использованием представленного в ней конструктивного эвристического алгоритма структурно-параметрического синтеза указанных подсистем, основанного на последовательном решении с необходимыми итерациями всех задач, обеспечивающих в итоге переход к физической реализации создаваемой подсистемы обмена информацией на охватываемой перспективной СУ территории с максимальным учетом сложившихся на территории реальных условий для ее создания. Построенная в соответствии с предложенным алгоритмом мультисервисная подсистема обмена информацией реального времени будет обладать близкими к минимально возможному числом узлов коммутации и длинами каналов привязки объектов управления к узлам коммутации, а также параметрами, удовлетворяющими требованиям технического задания на разработку и создание мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени соответствующей перспективной СУ.
Функциональность подсистем контроля и управления перспективных СУ должна быть существенно выше функциональности подсистем контроля и управления аналогичных современных территориальных СУ. К тому же подсистемы контроля и управления перспективных СУ должны работать практически в реальном масштабе времени. В связи с этим подсистемы контроля и управления перспективных СУ в работе предлагается разрабатывать как открытые и интеллектуальные подсистемы, реализующие наряду с функциями контроля и управления функции систем поддержки принятия решений, а также функции оценки необходимых показателей качества функционирования перспективных СУ как в реальном временим, так и после осуществления в них предлагаемых соответствующими системами поддержки принятия решений управляющих воздействий. Указанная функциональность подсистем контроля и управления перспективных СУ обеспечивается программно-аппаратными комплексами пунктов управления этих подсистем.
Для перспективных СУ реального времени очень важной является проблема
обеспечения необходимой гарантированной верности циркулирующей в них информации, в том
числе после исправления в информации возникающих в СУ различных разновидностей ошибок. Для решения указной проблемы в работе прелагаются блочные корректирующие коды с дополнительной уточняющей информацией, которые могут использоваться в любых применяемых в перспективных СУ информационных и телекоммуникационных технологиях. Обладая уникальными корректирующими свойствами, предлагаемые коды позволяют обеспечивать необходимый гарантированный уровень верности информации в перспективных СУ как в режиме обнаружения, так и в режиме исправления возникающих в СУ ошибок.
Наряду со схемами построения блочных корректирующих кодов с дополнительной уточняющей информацией, имеющих разную избыточность и различные корректирующие свойства, в работе предлагаются алгоритмы кодирования и декодирования таких кодов. Указанные алгоритмы позволяют использовать блочные корректирующие коды с дополнительной уточняющей информацией в режиме только обнаружения ошибок, в режиме исправления на длине информационной последовательности определенных частей возможных совокупностей ошибок и в режиме исправления всех возможных совокупностей ошибок, обеспечивая необходимый гарантированный уровень верности циркулирующей в перспективной СУ информации.
Практическая ценность работы. Полученные научные положения и результаты доведены до конструктивных видов, что позволяет использовать их непосредственно для решения соответствующих конкретных задач разработки реальных перспективных СУ. Применение в перспективных СУ научных положений, результатов и выводов работы позволит существенно снизить стоимости разработки, создания и совокупные стоимости владения СУ (прежде всего за счет уменьшения соответствующих стоимостей подсистем содержательной обработки информации и программно-аппаратных комплексов объектов управления СУ) и одновременно значительно увеличить показатели качества функционирования создаваемых перспективных СУ. Основные научные положения, результаты и выводы диссертационной работы получены лично автором и внедрены в ряд НИОКР, проводимых ОАО «НИИ супер ЭВМ», в курс лекций «Теория передачи информации», читаемый на базовой кадре МИРЭА № 253 «КТС» и в ОКР по проведению информатизации Белгородской области.
Апробация работы. Научные положения, результаты и выводы докладывались, обсуждались и получили одобрение на 54 научно-технической конференции МИРЭА (Москва, Россия, 2005г.) и на научно-практических семинарах ОАО «НИИ супер ЭВМ».
Все полученные в работе основные научные положения, результаты и выводы приоритетно опубликованы в научных изданиях по рекомендованному ВАК Перечню и в монографии.
В первой главе выделяется совокупность научных актуальных задач разработки
перспективных СУ, анализируется сложившаяся структура современных территориальных СУ
и предлагаются для реализации структура перспективных СУ в целом, структуры основных
функциональных подсистем рассматриваемых СУ и структура программно-аппаратных комплексов объектов управления этих СУ.
Во второй главе описываются разработанные автором работы конструктивные алгоритмы структурно-параметрического синтеза единых вычислительных комплексов структурно выделенных подсистем содержательной обработки информации, мультисервисных подсистем обмена информацией реального времени и подсистем контроля и управления перспективных СУ. С использованием предложенной в работе методики экспертного оценивания эффективности алгоритмов построения функциональных подсистем перспективных СУ проводится оценка эффективности указанных алгоритмов и приводятся выражения для формализованного описания перспективных СУ после разработки в соответствии с алгоритмами структурно-параметрического синтеза соответствующих функциональных подсистем этих СУ.
В третьей главе описываются схемы построения и алгоритмы кодирования и декодирования прелагаемых для использования в перспективных СУ блочных корректирующих кодов с дополнительной уточняющей информацией. Дается формализованное описание разрабатываемой перспективной СУ после применения в ней указанных кодов.
В заключении приводятся полученные в работе научные положения, результаты и вьшоды, в части разработки перспективных СУ, имеющие существенное значение для экономики и обеспечения обороноспособности страны.
В приложении 1 приводится методика экспертного оценивания эффективности алгоритмов структурно-параметрического синтеза функциональных подсистем перспективных СУ.
В приложении 2 определен интегральный (обобщенный) коэффициент оценки эффективности алгоритмов построения функциональных подсистем перспективных СУ и произведен выбор совокупности частных показателей эффективности, необходимой для вычисления интегрального коэффициента оценки эффективности указанных алгоритмов.
В приложении 3 определены циклические блочные корректирующие коды с дополнительной уточняющей информацией, описан способ задания таких кодов и уточнены алгоритмы их кодирования и декодирования.
В приложении 4 содержится описание практической реализации результатов работы на примере информатизации Белгородской области.
Список использованной литературы включает 83 наименования.
Актуальные задачи разработки перспективных проблемно-ориентированных территориальных СУ реального времени
К числу актуальных задач разработки перспективных проблемно-ориентированных СУ отнесем те проблемы, решение которых позволит в максимальной степени повысить показатели качества функционирования, функциональность и интеллектуальность перспективных СУ по сравнению с современными СУ аналогичных назначений при выполнении таких ограничений: решения актуальных задач должны базироваться на сложившихся для создания перспективных СУ реальных предпосылках; стоимости разработки и создания перспективных СУ и совокупные стоимости владения этими СУ не должны превышать указанных стоимостей соответствующих современных СУ.
Проанализировав на основе изложенного основные задачи разработки перспективных СУ, можно заключить, что актуальными среди них являются следующие задачи: задача разработки высокоэффективной структуры построения перспективных СУ; задача разработки высокоэффективных структур построения функциональных подсистем и программно-аппаратных комплексов объектов управления перспективных СУ; задача разработки конструктивного алгоритма структурно-параметрического синтеза единого вычислительного комплекса структурно выделенных подсистем содержательной обработки информации перспективных СУ; задача разработки конструктивного алгоритма структурно-параметрического синтеза мультисервисных подсистем обмена информацией реального времени перспективных СУ; задача разработки совокупности взаимоувязанных алгоритмов структурно-параметрического синтеза открытых и интеллектуальных подсистем контроля и управления, способных оценивать показатели качества функционирования перспективных СУ; задача синтеза для перспективных СУ блочных корректирующих кодов, способных исправлять возникающие в СУ ошибки с необходимо высокой верностью; задача создания для синтезированных для перспективных СУ блочных корректирующих кодов необходимых алгоритмов их кодирования и декодирования.
Среди приведенных актуальных задач разработки перспективных СУ безусловно очень важными представляются задачи создания высокоэффективных структур перспективных СУ в целом, их функциональных подсистем и программно-аппаратных комплексов объектов управления СУ. Объясняется это тем, что в решениях указанных актуальных задач прямо или косвенно содержатся необходимые основания для существенного повышения показателей качества функционирования, функциональности и интеллектуальности перспективных СУ. Такие решения нацелены также на обязательное выполнение приведенных ранее ограничений, что для перспективных СУ весьма ценно.
Достаточно важными среди актуальных задач разработки перспективных СУ являются и задачи создания конструктивных алгоритмов структурно-параметрического единого вычислительного комплекса структурно выделенных подсистем содержательной обработки информации, мультисервисных подсистем обмена информацией и подсистем контроля и управления перспективных СУ. Решение этих задач позволит создавать в составе перспективных СУ высокоэффективные структурно выделенные подсистемы содержательной обработки информации, мультисервисные подсистемы обмена информацией реального времени и подсистемы контроля = и управления, что при выполнении ограничений приведет к возрастанию соответствующих показателей качества функционирования, функциональности и интеллектуальности перспективных СУ.
Для построения перспективных СУ не менее важными задачами, чем рассмотренные ранее задачи, являются актуальные задачи синтеза блочных корректирующих кодов, способных исправлять возникающие в СУ ошибки с необходимо высокой верностью, и создания для этих кодов необходимых алгоритмов их кодирования и декодирования. Решение этих задач позволит поднять до необходимых уровней верность циркулирующей в перспективных СУ информации и, следовательно, увеличить функциональность, интеллектуальность и соответствующие показатели качества функционирования перспективных СУ. Отметим, что решение этих двух актуальных задач представляет интерес не только для создания перспективных СУ, но и для ряда других направлений науки и техники, где требуется обеспечивать гарантированную верность исправления возникающих в информационных и телекоммуникационных технологиях ошибок.
Приведенная общая характеристика системных решений выделенных актуальных задач свидетельствует об исключительно высокой их значимости для разработки перспективных СУ. В связи с этим в дальнейшем в работе основные усилия направлены на решение именно актуальных задач.
Процессы управления в территориальной СУ можно характеризовать ее функциональностью и обеспечением этой функциональности информационным обменом [23, 43, 44 и др.]. Функциональность системы управления отражает иерархию выработки управляющих воздействий на разных рангах объектов управления и определяется присущей данной СУ структурой управления. Структура управления устанавливает взаимоподчиненность объектов управления и отображает конфигурацию и направленность связей управления между объектами управления СУ. Обеспечение функциональности информационным обменом отражает процессы обмена между объектами управления осведомляющей и управляющей информацией, необходимой для реализации процесса функционирования территориальной СУ. Направленность циркулирующих при этом между объектами управления информационных потоков определяется в основном структурой управления СУ.
Структуру управления территориальной СУ наглядно можно представлять схемой связей управления, в которой под связями управления понимаются отношения между объектами СУ, характеризующиеся обменом между ними управляющей и (или) осведомляющей информацией [43, 44]. Схема связей управления, как правило, изображается в виде графа, вершины которого соответствуют объектам управления СУ, а ребра - связям управления между соответствующими объектами. Ребра графа будут направленными, если они соответствуют связям управления, по которым передается управляющая информация (направленность - к адресату управляющей информации), и ненаправленными, если по соответствующим им связям управления передается только осведомляющая информация.
Структуры управления территориальных СУ можно классифицировать по конфигурациям графов схем связей управления этих СУ следующим образом [44]: если граф является деревом с корнем в управляющем объекте управления высшего ранга, структура управления является простой радиальной структурой; структура управления является сложной (разветвленной) радиальной структурой, если любой объект управления произвольного ранга непосредственно управляется не более чем одним объектом любого вышестоящего ранга и если в графе схемы связей управления нет связей управления между различными объектами управления одного ранга; структура управления является простой радиально-кольцевой структурой, если любой объект управления (К+1)-го ранга непосредственно управляется не более чем одним объектом К-го ранга и если в графе схемы связей управления есть связи управления между объектами управления одного ранга; структура управления является разветвленной радиально-кольцевой структурой, если любой объект (К+1)-го ранга непосредственно управляется не более чем одним объектом управления любого вышестоящего ранга и если имеются связи управления между объектами управления одного ранга;
Предлагаемая структура перспективной проблемно-ориентированной территориальной СУ реального времени
Главной отличительной особенностью предлагаемой структуры перспективной проблемно-ориентированной территориальной СУ реального времени является структурное выделение в ней подсистемы содержательной обработки информации и построение этой подсистемы как подсистемы общего (коллективного) пользования (рис. 1.2.).
Изложенное означает следующее:
вычислительные комплексы (стеки серверов), составлявшие основу подсистемы содержательной обработки информации в сложившейся структуре современной территориальной СУ и входившие как фрагменты в состав программно-аппаратных комплексов объектов управления СУ, из состава указанных программно-аппаратных комплексов исключаются;
на основе определенной группы вычислительных комплексов (кластера серверов) создается новый эффективный единый вычислительный комплекс, способный обеспечивать своевременную содержательную обработку циркулирующей в системе управления информации в интересах всех объектов управления перспективной СУ и оперативно обслуживать запросы всех функционеров СУ;
место размещения единого вычислительного комплекса подсистемы содержательной обработки информации принципиального значения не имеет (при поиске такого места важно учитывать то, что его размещение должно позволять подключать единый вычислительный комплекс к подсистеме обмена информацией перспективной СУ каналами связи необходимой производительности);
поскольку единый вычислительный комплекс подсистемы содержательной обработки информации обслуживает функционеров всех объектов управления перспективной СУ, он по сути своей работы становится вычислительным комплексом коллективного (общего) пользования;
всю совокупность серверов, на основе которых строится единьш вычислительный комплекс подсистемы содержательной обработки информации, совсем не обязательно размещать в одном месте - эта совокупность может быть размещена (с объединением через подсистему обмена информацией) фрагментами в двух и в большем числе мест; при таком размещении единый вычислительный комплекс становится территориально распределенным вычислительным комплексом;
для достижения необходимой высокой производительности и минимизации стоимости единый вычислительный комплекс, безусловно, должен строиться как функционально распределенная вычислительная система;
изменения в необходимых случаях в распределение задач, решаемых отдельными серверами, входящими в единый вычислительный комплекс, осуществляются автоматизированно через функционеров подсистемы контроля и управления данной перспективной СУ;
для получения приблизительно одинаковых времен передачи обработанной и справочной информации от единого вычислительного комплекса до функционеров всех объектов управления перспективной СУ единый вычислительной комплекс необходимо
подключать через высокопроизводительные маршрутизаторы (коммутаторы) и каналы связи
необходимой производительной непосредственно к узлам коммутации магистральной сети подсистемы обмена информацией данной СУ;
для оперативного обеспечения необходимой справочной информацией функционеров всех объектов управления перспективной СУ в ее новом едином вычислительном комплексе создается и ведется единая для СУ база данных; содержащейся в этой базе данных информации должно быть достаточно для формирования и вьщачи по запросу любого функционера любой предусмотренной в рассматриваемой СУ справки;
система поддержки принятия решений функционерами перспективной СУ должна строиться на основе единого вычислительного комплекса ее подсистемы содержательной обработки информации; для обеспечения эффективного функционирования этой системы в едином вычислительной комплексе наряду с базами данных создаются и ведутся необходимые базы знаний;
для обеспечения контроля за функционированием и управления работой единого вычислительного комплекса используются необходимые агенты, встроенные в программно-аппаратные, программные и аппаратные комплексы и средства этого вычислительного комплекса;
программно-аппаратные комплексы всех объектов управления в предлагаемой структуре перспективной СУ существенно упрощаются, так как включают в свой состав только фрагменты терминальной подсистемы и сети доступа подсистемы обмена информацией с необходимыми встроенными агентами;
предлагаемая структура перспективной СУ приведет к соответствующему изменению направлений передачи циркулирующих между функционерами объектов управления СУ потоков информации и к появлению в подсистеме обмена информацией новых потоков информации (например, потоков обработанной и справочной информации); поэтому подсистема обмена информацией перспективной СУ с предлагаемой структурой должна быть рассчитана на эффективное обслуживание именно направленно измененных и появившихся вновь потоков информации в СУ.
Сравнительный анализ рассмотренных структур современной территориальной СУ и перспективной СУ показывает, что предлагаемая в работе структура перспективной СУ обладает рядом важных преимуществ. Основанными среди них являются следующие:
резкое сокращение числа вычислительных комплексов (кластера серверов) (не менее, чем в несколько раз), на основе которых строится подсистема содержательной обработки информации перспективной СУ (оценка числа вычислительных комплексов, необходимых для построения единого вычислительного комплекса, будет дана в одном из следующих разделов этой главы); существенное уменьшение стоимости разработки и создания перспективной СУ ввиду резкого сокращения числа вычислительных комплексов (стека серверов), входящих в состав
подсистемы содержательной обработки информации, и изъятия вычислительных комплексов этой подсистемы из состава программно-аппаратных комплексов объектов управления СУ;
значительное уменьшение совокупной стоимости владения перспективной СУ (главным образом из-за уменьшения совокупных стоимостей владения программно-аппаратными комплексами всех объектов управления перспективной СУ);
возможность разработки и ведения в едином вычислительном комплексе подсистемы содержательной обработки информации перспективной СУ единой базы данных и единой базы знаний;
принципиальная возможность разработки и сопровождения единого программного комплекса подсистемы содержательной обработки информации, функционирующего в едином вычислительном комплексе в интересах всех рангов объектов управления перспективной СУ;
обеспечение нужного уровня загрузки единого вычислительного комплекса подсистемы содержательной обработки информации задачами перспективной СУ;
наличие необходимых предпосылок построения единого вычислительного комплекса с необходимо высокими производительностью, надежностью, устойчивостью и живучестью в процессе работы в составе подсистемы содержательной обработки информации перспективной СУ.
Наряду с перечисленными важными преимуществами предлагаемая структура предъявляет к подсистемам перспективной СУ ряд дополнительных требований. Главными среди них представляются такие требования к подсистеме обмена информации и к подсистеме контроля и управления:
место (или места) размещения единого вычислительного комплекса должны обеспечивать его подключение к магистральной сети подсистемы обмена информацией перспективной СУ высокопроизводительными каналами связи;
все объекты управления территориальной СУ должны подключаться к узлам коммутации подсистемы обмена информацией каналами связи необходимо высокой производительности;
единый вычислительный комплекс подсистемы содержательной обработки информации должен подключаться к магистральной сети подсистемы обмена информацией перспективной СУ не менее чем двумя-тремя направлениями связи;
подсистема контроля и управления перспективной СУ должна обеспечивать в случае необходимости оперативное перераспределение решаемых единым вычислительным комплексом подсистемы содержательной обработки информации задач между входящими в его состав серверами кластера (кластеров) серверов.
Конструктивный эвристический алгоритм структурно-параметрического синтеза единых вычислительных комплексов структурно вьщеленных подсистем содержательной обработки информации перспективных СУ
Решение функциональных задач структурно выделенных подсистем содержательной обработки информации перспективных СУ целесообразно осуществлять, как показано в главе 1, в единых вычислительных комплексах этих подсистем [66,70]. Отсюда следует, что решение актуальной задачи разработки структурно выделенных подсистем содержательной обработки информации перспективных СУ необходимо заменить решением проблемы построения единых вычислительных комплексов указанных подсистем. Учитывая это, в данном разделе предлагается разработанный автором работы конструктивный эвристический алгоритм структурно-параметрического синтеза единых вычислительных комплексов структурно выделенных подсистем содержательной обработки информации перспективных СУ, основанный на определенных исходных данных, требованиях к показателям качества функционирования единых вычислительных комплексов и соответствующих математических моделях, необходимых для вычислений параметров и показателей качества функционирования создаваемых единых вычислительных комплексов [14,38,70].
Основное целевое предназначение единого вычислительного комплекса структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации - решение задач функционеров всех объектов управления перспективной СУ, обеспечивающее их эффективную работу как при решении главной целевой функции СУ, так и при решении отдельных частных задач. Анализируя рассматриваемый единый вычислительный комплекс с позиций его предназначения, можно выделить функции, которые обязательно должны реализовываться в этом вычислительном комплексе автоматически или с участием его функционеров (т.е. автоматизированно). К числу указанных функций прежде всего следует отнести такие функции: взаимодействие с мультисервисной подсистемой обмена информацией реального времени перспективной СУ; прием от функционеров и (или) автоматов и распознание информации, подлежащей содержательной обработке; контроль верности принятой информации; содержательная обработка прошедшей контроль верности принятой информации; занесение обработанной информации в единую базу данных (или информации) и единую базу знаний перспективной СУ;
У рассылки обработанной информации функционерам необходимых объектов управления перспективной СУ; ведение единой базы информации и единой базы знаний СУ; прием от функционеров объектов управления и распознавание запросов (заявок) на формирование и выдачу необходимых функционерам справок на основе имеющейся в единой базе информации перспективной СУ информации; разграничение доступа функционеров объектов управления к информации, хранящейся в единой базе информации перспективной СУ; формирование для функционеров объектов управления на основе доступной для них информации запрашиваемых ими справок из утвержденного для данной СУ перечня разрешенных справок; контроль верности выбираемой из единых баз информации и знаний перспективной СУ информации и использование верной информации для формирования справок функционерам объектов управления СУ; рассылка необходимым функционерам объектов управления перспективной СУ сформированных для них справок; занесение выданных функционерам объектов управления справок в единую базу информации (единую базу знаний) перспективной СУ; обеспечение безопасности циркулирующей в едином вычислительном комплексе информации; контроль работоспособности программных и аппаратных средств и управление режимами функционирования единого вычислительного комплекса; взаимодействие с подсистемой контроля и управления перспективной СУ.
В необходимых случаях к числу реализуемых в едином вычислительном комплексе функций можно отнести так же весьма важную для перспективных СУ функцию обеспечения функционирования системы поддержки принятия решений функционерами объектов управления этих СУ.
Изучение условий функционирования единого вычислительного комплекса в составе перспективной СУ и приведенных реализуемых в нем функций показывает, что единый вычислительный комплекс должен удовлетворять определенным требованиям со стороны СУ и должен работать по существу в интересах функционеров объектов управления как некоторая система массового обслуживания [14, 23, 38 и др.]. Отсюда следует, что создавать (строить) единый вычислительный комплекс необходимо как систему массового обслуживания функционеров объектов управления перспективной СУ, соответствующую как требованиям этих функционеров, так и необходимым требованиям данной СУ.
Для построения единого вычислительного комплекса структурно выделенной подсистемы содержательной обработки информации перспективной СУ необходимо знать, по крайне мере, следующее [14,23,38 и др.]: модель потока событий (заявок), для обслуживания которых как раз и должен быть создан единых вычислительный комплекс; требования по временам и вероятностям обслуживания событий в едином вычислительном комплексе (с разделением по видам событий); требования по объемам информации, которая должна храниться в единой базе информации и в единой базе знаний перспективной СУ (с разделением по видам информации); требования по использованию в едином вычислительном комплексе при ведении единой базы информации (единой базы знаний) оперативной и долговременной памяти; требования к показателям надежности функционирования единого вычислительного комплекса; требования к размещению единого вычислительного комплекса в составе создаваемой перспективной СУ; требования к обеспечению верности информации, хранящейся в единой базе информации и в единой базе знаний перспективной СУ (с разделением по видам информации).
Формирование в явном виде перечисленных требований должно осуществляться разработчиками единого вычислительного комплекса на основании соответствующих требований технического задания заказчика на разработку и создание рассматриваемой перспективной СУ. В общем случае эта процедура реализуется разработчиками создаваемого комплекса без особых трудностей. Модель потока событий, которые должны обслуживаться единым вычислительным комплексом, в указанном техническом задании, как правило, отсутствует. Вместе с тем в техническом задании обязательно содержится информация, позволяющая разработчикам единого вычислительного комплекса построить необходимую для его создания первую версию модели потока событий, порождаемых в перспективной СУ отдельными автоматами и функционерами и (или) автоматами соответствующих объектов управления. К такой информации, как правило, относится: количество объектов управления (с разделением по рангам в иерархии управления), на которых порождаются события, подлежащие обслуживанию в едином вычислительном комплексе;
Блочные корректирующие коды с дополнительным раздельным контролем наличия искажений в информационных и контрольных последовательностях кодовых слов
Проблема структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени перспективной СУ состоит в построении оптимальной структуры названной подсистемы, обеспечивающей выполнение определенных наперед заданных параметров (показателей). К числу указанных показателей могут относиться пропускные способности узлов коммутации подсистемы, производительности используемых в подсистеме каналов связи, показатели структурной надежности подсистемы и другие параметры. Цель рассматриваемой проблемы, как следует из изложенного, формулируется четко и просто. Однако точное ее достижение в практических приложениях, как правило, оказывается невозможным [14,43,44 и др.]. Объясняется это следующим:
1. Проблема структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени является одной из важнейших и наиболее сложных среди проблем создания такой подсистемы в целом. Поскольку общая теория синтеза сетей в настоящее время все еще отсутствует, не существует и вытекающих из нее универсальных рекомендаций, на основе которых можно было бы строго математически сформулировать и решить задачу структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени. Именно поэтому данная задача разбивается на несколько подзадач, которые решаются в основном с привлечением эвристических алгоритмов (методов) [44 и др.].
2. Подзадачи, решаемые в рамках задачи структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени, оказываются взаимозависимыми. В связи с этим даже точное решение каждой из подзадач не приводит к точному достижению цели задачи структурно-параметрического синтеза подсистемы обмена информацией [44].
Несмотря на объективно существующие трудности, задачу структурно-параметрического синтеза приходится решать в процессе разработки и создания каждой реальной подсистемы обмена информацией. Целью решения указанной проблемы в таких работах является разработка и принятие полных совокупностей возможно близких к оптимальным структурно-параметрических решений по построению соответствующих подсистем обмена информацией, максимально учитывающих объективно сложившиеся условия создания каждой из подсистем и обеспечивающих переход к их физической реализации на объектах заказчика (заказ и поставка оборудования на объекты заказчика, монтаж оборудования, пуско-наладочные работы и т.д.). На достижение именно этой цели и направлен предлагаемый в данном разделе конструктивный эвристический алгоритм структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени перспективной СУ.
Анализ задач структурно-параметрического синтеза различных подсистем обмена информацией показал, что наиболее сложной в решении оказывается именно задача структурно-параметрического синтеза мультисервисной подсистемы обмена информацией реального времени, предназначенной для обслуживания функционеров объектов управления перспективной СУ, имеющей структуру, предложенную в главе 1 [44, 51, 69 и др.]. В этом случае мультисервисная подсистема обмена информацией реального времени также, как и перспективная СУ, будет иметь территориальную структуру и в общем случае будет включать в свой состав магистральную сеть, региональные сети, сеть доступа и подсистему контроля и управления [44,51,69 и др.].
Магистральная сеть предназначается для передачи главным образом межрегиональных потоков информации и состоит из магистральных узлов коммутации и соединяющих их определенным образом высокоскоростных каналов связи.
Региональные сети обеспечивают в основном передачу соответствующих региональных информационных потоков и имеют в своем составе региональные узлы коммутации и соединяющие их в соответствии с определенной схемой связи каналы связи необходимых производительностей. Отдельные региональные узлы коммутации каждой региональной сети обязательно подключаются каналами связи нужной производительности к одному или нескольким магистральным узлам коммутации.
Сеть доступа предназначена для подключения к системе управления объектов управления СУ и включает в свой состав размещаемые на объектах управления высокопроизводительные маршрутизаторы (коммутаторы) и каналы связи требующейся производительности для привязки этих маршрутизаторов (коммутаторов) к соответствующим узлам коммутации региональных и магистральной сетей.
Подсистема контроля и управления реализуется на основе встроенных в аппаратные, программные и программно-аппаратные средства и комплексы подсистемы обмена информацией агентов и программно-аппаратных комплексов пунктов управления, устанавливаемых совместно с определенными магистральными и региональными коммутаторами системы. Программно-аппаратные комплексы пунктов управления подключаются к тем коммутаторам, совместно с которыми они размещаются. В подсистеме контроля и управления среди пунктов управления различают главный и территориальные пункты управления, которые размещаются соответственно совместно с одним из магистральных коммутаторов и с региональными коммутаторами. Главный пункт управления обеспечивает функционирование подсистемы обмена информацией в целом, а региональные пункты управления - функционирование тех региональных сетей, в которых пункты управления размещены. Один из региональных пунктов управления, как правило, является одновременно и запасным пунктом управления для главного пункта управления подсистемы. Главный и запасный пункты управления в большинстве случаев подключаются к двум узлам коммутации подсистемы обмена информацией. В подсистеме контроля и управления региональные пункты управления подчинены главному пункту управления. С них на главный пункт управления передается в основном обобщенная информация о функционировании соответствующих региональных сетей. По запросам функционеры главного (запасного) пункта управления могут получать с региональных пунктов управления любую интересующую их информацию.
