Содержание к диссертации
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
РАЗДЕЛ 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
-
Обоснование термина КИВИ 11
-
История развития 12
-
Аналитический обзор средств мониторинга ЛВС 18
-
Формирование схемы системного анализа 22
-
Проблемы функционирования КИВИ предприятий НТК 23
-
Задачи исследования 25
-
Выбор методов анализа данных 26
Краткие выводы 28
РАЗДЕЛ 2. МОДЕЛЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ АДМИНИСТРАТОРА КИВИ 30
-
Исследование деятельности администраторов 32
-
Взаимодействие пользователей, администратора и КИВИ 38
-
Функциональная модель деятельности администратора 40
Краткие выводы 45
РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА АЛГОРИТМОВ МОНИТОРИНГА
ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 46
-
Концепция мониторинга КИВИ 46
-
Формирование границ мониторинга КИВИ 49
-
Предварительная обработка данных наблюдения 55
-
Формирование исходного множества состояний КИВИ 58
-
Вычисление информативных параметров 60
-
Формирование правил распознавания нормального состояния 62
-
Распознавание текущего состояния 63
3.7.1. Алгоритм формирования нейронной сети для распознавания состояний 64
3.8. Прогнозирование состояния КИВИ 68
3.8.1. Формирование архитектуры НС для прогнозирования состояний 69
Краткие выводы 70
РАЗДЕЛ 4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА КИВИ 71
-
Описание базового ПО 71
-
Разработка ПО 71
-
Требования к ПО 75
-
Функциональные диаграммы работы ПО 75
-
Интерфейсные модули 75
-
Вычислительные программные модули 87
-
Структура программного комплекса 93
-
Структура базы данных 95
Краткие выводы 95
РАЗДЕЛ 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ...96
-
Цель и база проведения экспериментальных исследований 96
-
Предварительная обработка данных 99
-
Отбор информативных параметров на основе их корреляционной характеристики 99
-
Формирование исходного множества состояний 102
-
Анализ состояний 107
-
Уточнение набора информативных параметров 109
-
Подбор архитектур НС для распознавания и прогнозирования состояний 111
-
Подбор архитектуры НС для распознавания текущего состояния 111
-
Подбор архитектуры НС для прогнозирования состояний 116
Краткие выводы 119
ВЫВОДЫ 120
Список использованных источников 122
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Используемая в работе терминология в области
информационных систем 131
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Функциональные схемы деятельности
администратора 134
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Сценарии для диаграмм ВИ 147
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Функциональная схема ПО 156
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Алгоритмы функционирования ПО 163
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Физическая модель БД 170
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Перечень таблиц и атрибутов 171
ПРИЛОЖЕНИЕ К. Наименования и описания МІВ параметров 175
ПРИЛОЖЕНИЕ Л. Акт ввода в эксплуатацию 182
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
А - администратор
АСО - активное сетевое оборудование
БД - база данных
ВИ - варианты использования
ДА - деятельность администратора
ИБМ - информационная база мониторинга
ИП - информативные параметры
ИТ - информационные технологии
КИВИ - Корпоративная информационная вычислительная инфраструктура
ЛВС - локальная вычислительная сеть
НТК - нефте-газовый комплекс
НС - нейронная сеть
ОС - операционная система
П - пользователь
ПАО - программно-аппаратное обеспечение
ПО - программное обеспечение
1111 - программные продукты
СКС - структурированная кабельная система
СОС - серверная операционная система
СПА - случайный поиск с адаптацией
СУБД - система управления базами данных
ТОД - текущая обработка данных
DFD - Data Flow Diagramm
IDEFO - Integration Definition for Function Modeling
МІВ - management information base (информационная управляющая база)
RFC - Request for Comment. Документы с описание стандартов, технологий и
др., одобренные IETF
SOM - Self-Organizing Map (самоорганизующаяся карта)
SNMP - Simple Network Management Protocol (Простой протокол управления
сетью)
TMN - Telecommunication Management Network (стандарт управления
телекоммуникационной сетью)
UML - Unified Modeling Language (унифицированный язык моделирования)
Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования
Нефтегазовый комплекс в настоящее время интенсивно создает и развивает системы управления распределенными технологическими процессами на нефте- и газопромыслах. Для этих систем управления телекоммуникационной базой, обеспечивающей интенсивные потоки информации об объектах и на объекты, являются сети компьютерных телекоммуникаций. Управление функционированием этих сетей, с целью исключения простоев из-за всевозможных коллизий трафика и тренда параметров аппаратуры, возможно только упреждением сбоев. Поэтому задача автоматизации мониторинга такого объекта управления стала актуальной.
В то же время растет интеграция внедряемых на предприятиях информационных технологий в единую инфраструктуру с целью повышения эффективности производственных и бизнес-процессов в НТК. Вследствие такой интеграции происходит усложнение корпоративной информационно-вычислительной инфраструктуры (КИВИ) нефте- и газопромыслов, нефтегазодобывающих предприятий и их сервисных подразделений. КИВИ таких предприятий - это гетерогенная, распределенная в пространстве сложная система. Это усложняет процесс управления функционированием КИВИ. Сложно наблюдать объект управления: устанавливать, что происходит в этой совокупности программно-аппаратных средств, является ли их текущее состояние нормой для КИВИ. В результате управляющий системой персонал администраторов становится способным реагировать только на факты сбоев. Это приводит к потере производительности труда и психологическим перегрузкам сотрудников. Необходимо усовершенствование технологии и средств управления КИВИ и, в первую очередь, реализовать автоматический мониторинг ее состояния.
В мониторинге состояния КИВИ участвует множество системных администраторов {ЛІ): ЛВС, безопасности, почты и т.д. Для 1-го администратора At необходима своя модель КИВИ. Например, для А безопасности это может быть совокупность характеристик активности пользователей; для А ЛВС - совокупность параметров нагрузки, ошибок; для А приложения - совокупность показателей состояния приложения. В каждой модели имеются наиболее важные параметры, о которых можно узнать в специальной литературе и из рекомендаций производителей соответствующего программно-аппаратного обеспечения. Однако в совокупности их число может составлять десятки тысяч.
Вместе с тем, с развитием инфотелекоммуникационной инфраструктуры НТК потребность в ИТ-специалистах, обеспечивающих производственную деятельность на промыслах, в компаниях, проектных организациях НТК растет. Работы по администрированию КИВИ должны стать менее трудоемкими, с одной стороны, и более эффективными в смысле минимума простоев, с другой.
Таким образом, актуальна проблема разработки методов и создания программного инструментария поддержки деятельности администраторов по управлению функционированием КРГОИ с целью повышения эффективности работы нефтегазовой отрасли.
В работе эта задача решается посредством исследования состояния КИВИ, на примере, ОАО "Тюменнефтегеофизика", являющейся сервисной компанией НТК. Проводится разработка комплекса методов динамического поиска информативных параметров КИВИ, формализации модели деятельности администратора КИВИ и создания программного комплекса поддержки деятельности этого администратора.
Актуальность для НГК подтверждает маркетинговое исследование компании Market-Visio (Россия, г. Москва, 2004г.), по которым аудит текущего состояния информационных систем, функционирование которых обеспечивает КИВИ, является одной из наиболее актуальных задач НГК, (22%) по сравнению с другими исследуемыми показателями работы предприятий НГК [7]. Необходимость мониторинга подчеркивается и в отчете компании IBS, в котором исследовано текущее состояние инфраструктуры корпоративной информационной системы ООО «Сургутгазпром» [57].
В разработке системы мониторинга учтены результаты исследований, полученные российскими учеными. Среди них - Н.А. Олифер, В.Г. Олифер, В.А.Васенин, В.А. Васенин, Э.Я. Якубайтис, Джорж Мартин, Ю.И. Шокин, A.M. Федотов, И.А. Мизин и др. Все они создавали опыт использования передовых сетевых технологий в России и создали теоретическую базу совершенствования процессов управления компьютерными сетями.
В условиях интенсивного развития КИВИ, превращения ее в неотъемлемый компонент компании и ведущий фактор ее успешной деятельности актуальна проблема, повышения эффективности средств поддержки ее высокой эксплуатационной готовности. Поэтому необходимо решить задачи: выбор наименьшего набора актуальных для мониторинга параметров, характеризующих состояние объекта управления (КИВИ); выявление и классификация состояний объекта управления; разработка средств мониторинга объекта управления, в нашем случае -КИВИ.
Целью исследования является разработка системы автоматизированного мониторинга, повышающего оперативность выявления аномалий и степень эксплуатационной готовности КИВИ.
В диссертационной работе решены следующие задачи:
Системный анализ КИВИ на примере вычислительной сети ОАО "ТНГФ" с целью выявления факторов, ограничивающих ее функционирование, адекватное назначению организации, с учетом эффективности применения различных методов и программных средств в управлении и поддержке функционирования КИВИ.
Системный анализ традиционной деятельности администратора по обеспечению функционирования КИВИ с целью ее рационализации.
Разработка методики мониторинга КИВИ. В частности, поиск информативного множества параметров для мониторинга КИВИ и разработка метода прогнозирования состояний КИВИ.
8 4. Экспериментальное исследование разработанных методов. На защиту выносятся следующие научные положения:
Разработанный и реализованный алгоритм отбора информативных параметров КИВИ, используемых в АСУ НТК, позволяет в 10-100 раз сократить количество необходимых для мониторинга параметров при заданной точности. Алгоритм использует совокупность методов непараметрического корреляционного анализа и самоорганизующихся карт Кохонена (SOM).
Созданные две нейронные сети позволяют распознавать и прогнозировать состояния КИВИ по сокращенной выборке информативных параметров с надежностью от 0,5 до практически 1, что подтверждено, в частности, двумя другими методами (интервальный и SOM) в случае распознавания состояний.
Реализованный оригинальный программный комплекс автоматизированного сбора и анализа данных позволяет систематизировать значительный объем данных о функционировании КИВИ в виде базы данных и знаний.
Предложенная классификация прецедентов деятельности по управлению функционированием КИВИ и экспертные оценки их приоритетности позволяют повысить эффективность этой деятельности на конкретном предприятии НТК по критериям: эксплуатационная готовность и адекватность функциональности КИВИ.
Научная новизна работы. В диссертации получены следующие новые результаты.
Разработан оригинальный комплексный алгоритм выбора информативных параметров, включающий последовательное использование методов: непараметрического корреляционного анализа и самоорганизующихся карт Кохонена (SOM).
Впервые реализован алгоритм идентификации и распознавания «картин» состояния КИВИ посредством нейронных сетей, включающий, в
9 частности, оригинальный механизм формирования образов, соответствующих нормальным состояниям КИВИ.
Создано и апробировано программное обеспечение (ПО), существенно повышающее эффективность поддержки деятельности администратора КИВИ на предприятиях НТК.
Разработана методика системного анализа и формализации деятельности по управлению КИВИ по предложенной схеме, создана информационная модель деятельности администратора КИВИ в виде совокупности прецедентов и функциональных диаграмм.
Практическая значимость работы. Разработанные в работе методы, алгоритмы и программы используются для мониторинга КИВИ ОАО «Тюменнефтегеофизика». Эта организация взята как объект исследования ввиду того, что на такое исследование в действующей инфокоммуникационной среде промыслов невозможно. Полученные результаты могут быть использованы для анализа, формализации и поддержки деятельности администраторов посредством автоматизированного, ускоренного мониторинга КИВИ во всех предприятиях и организациях и, в первую очередь, на распределенных промыслах нефти и газа. Предлагаемые методы и разработанные средства позволяют прогнозировать аварийные состояния КИВИ и принимать решения о внеочередных профработах и необходимой модернизации. Полученный экспериментальный материал в виде базы данных и знаний, формализованных в процессе мониторинга, полезен для исследователей и обслуживающего персонала ЛВС в составе КИВИ месторождений.
Диссертация состоит из введения, 5 разделов, изложенных на 122 страницах машинописного текста, содержащих 38 рисунков, 11 таблиц, списка литературы из 108 наименований и 9 приложений на 52 страницах.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.
Результаты работы апробированы, докладывались на семинарах Института интеллектуальных информационных систем ТюмГУ и семинарах
10 академической кафедры тех. кибернетики ТюмГНГУ. По результатам работы соискатель стал лауреатом всероссийского конкурса "Инженер года" по версии "инженерное искусство молодых" в номинации "Информатика, информационные сети, вычислительная техника".
Результаты диссертационной работы были представлены на конференциях:
Всероссийская научно-техническая конференция "Новые информационные технологии в университетском образовании" (Новосибирск, 2003);
ИХ международная научно-практическая конференция "Проблемы функционирования информационных сетей" (Бишкек, 2004),
Международная научная конференция «Модернизация образования в условиях глобализации», круглый стол "Компьютерная поддержка профессиональной деятельности" (Тюмень, 2005),
II Всероссийская научно-техническая конференция "Методы и средства обработки информации" (Москва, МГУ, 2005),
Всероссийская научно-техническая конференция "Нефть и газ Западной Сибири" (Тюмень, 2005),
Разработанная система мониторинга находится в опытной эксплуатации в ОАО "Тюменнефтегеофизика" (Акт - в приложении Л).
