Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Системный анализ организационной и информационной структур системы управления таможенными органами 10
1.1. Анализ функций и организационной структуры системы таможенных органов 10
1.2. Анализ организационной и информационной структур системы автоматизации таможенных органов 14
1.3. Анализ основных факторов внешней и внутренней среды системы управления таможенными органами 24
1.4. Анализ и разработка классификации информационных процессов системы управления таможенными органами 28
Выводы по главе 1 35
Глава 2. Системный анализ процесса распределенного преобразования информации в системе управления таможенными органами 36
2.1. Разработка структуры требований к организации информационных процессов в системах управления таможенными органами. 36
2.2 . Разработки системы оценок основных свойствлйнформационных процессов системы управления таможенными органами 39
2.3. Структуризация процесса организации и анализ состояния решения задач распределенного преобразования информации в системе управления таможенными органами 45
2.4. Определение целей эффективной организации и комплекса задач алгоритмизации процесса распределенного преобразования информации 52
Выводы по главе 2 60
Глава 3. Алгоритмизация процесса синтеза структур системы распределенного преобразования информации в системе управления таможенными органами... 61
3.1. Основные задачи алгоритмизации процесса распределенного преобразования информации 61
3.2 . Разработка модели многослойной структуры системы распределенного преобразования информации 63
3.3. Разработка постановки задачи и метода комплексного синтеза информационной и операционной структур системы распределенного преобразования информации 71
3.4. Решение задачи учета динамики изменения нагрузки в системе в нестационарной среде 80
3.5. Синтез информационной и операционной структур системы распределенного преобразования информации 83
3.6. Разработка метода согласования структур системы распределенного преобразования 88
3.7. Разработка методики декомпозиции структуры системы автоматизации на виртуальные сети 96
Выводы по главе 3 100
Глава 4. Алгоритмизация процесса оценки качества решения задачи синтеза структуры системы распределенного преобразования информации 101
4.1. Оценка сложности решения задачи синтеза 101
4.2. Анализ подходов к решению задачи оценки эффективности функционирования систем распределенного преобразования информации 106
4.3. Структура и составляющие процесса оценки эффективности системы распределенного преобразования информации 112
Выводы по главе 4 124
Заключение и основные результаты диссертации 125
Список литературы 126
- Анализ организационной и информационной структур системы автоматизации таможенных органов
- . Разработки системы оценок основных свойствлйнформационных процессов системы управления таможенными органами
- . Разработка модели многослойной структуры системы распределенного преобразования информации
- Синтез информационной и операционной структур системы распределенного преобразования информации
Введение к работе
Общая характеристика работы
Актуальность темы диссертационной работы
Широкое внедрение информационных таможенных технологий на основе сетевых серверных структур открыло качественно новые возможности повышения эффективности процессов управления органами Государственного таможенного комитета РФ (ГТК).
В настоящее время в рамках Единой Автоматизированной информационной системы (ЕАИС) ГТК разработаны и создаются десятки программных комплексов и подсистем, формирующих информационные ресурсы, содержащие необходимую информацию о внешнеэкономической деятельности Государства.
Информационно-вычислительная сеть ЕАИС объединяет около 15 тысяч серверов и рабочих станций и обеспечивает эксплуатацию более 30 информационных таможенных технологий. Накопленный массив данных насчитывает порядка двух миллионов документов и более 90 гигабайт данных, темпы прироста объема БД порядка 600 тысяч записей в квартал. При этом информация необходимая для эффективного функционирования и управления ГТК распределена по территориальным управлениям, таможням и по функциональным управлениям центрального аппарата. Следовательно, повышение качества и эффективности процессов управления необходимо рассматривать в неразрывном единстве с увеличением размерности и сложности объектов управления.
Возрастание сложности объектов неминуемо сочетается с усложнением систем управления. Доказательством объективности этого процесса является теорема У. Эшби [1]: "Объединенная система элементов обладает более богатым выбором способов поведения, чем система, представляющая собой совокупность изолированных частей". Увеличение размерности системы приводит к ее качественно новым свойствам. При этом из принципа необходимой и достаточной сложности вытекает следующее важное соотношение: сложность системы управления должна быть не меньше сложности управляемой системы [1,2].
ГТК относится к классу сложных распределенных организационно-технических систем, который характеризуется наличием большого числа взаимосвязанных подсистем (элементов) со сложными структурными и функциональными отношениями; отсутствием самостоятельного характера функционирования отдельных подсистем, определяемого их местом в системе,
4 целом; многоуровневостью и многокритериальностью оценки состояния в виду многообразия целей отдельных подсистем и слабой формализуемостью как глобальной цели, так и системы управления.
Рассмотренные особенности являются характерными чертами широкого класса организационно-технических, организационно-технологических систем (ОПС). Разнообразие типов сложных систем породило создание различных подходов к их определению, методам алгоритмизации, методам формализации анализа и синтеза, автоматизации синтеза систем управления. [3, 4, 5]
Попытки систематизации методов формализации анализа систем, включая разработку вопросов: выявление и формулировка общих и частных целей развития системы; анализ организационной структуры, включая функции контроля за эффективностью и качеством функционирования системы управления; анализ эффективности различных вариантов декомпозиции системы с целью использования типовых решений; анализ системы обработки данных и методов принятия решений нашли свое отражение в многочисленных работах [6-12]. Практический опыт решения задач разработки автоматизированных систем управления предприятиями и объединениями был обобщен и регламентирован Общеотраслевыми методическими материалами (СОРММ) [13]. Однако, не смотря на методическую ценность, большинство полученных результатов не обладают адекватной эффективностью по отношению к современному уровню размерности и сложности распределенных организационно-технических систем их целям и задачам, а также достигнутому уровню развития средств телекоммуникаций и ВТ. По данным, характеризующим средства разработки крупных систем управления, в 80 годы они составляли 5-7 лет, что уже тогда соответствовало срокам морального старения существующей технической базы и основных научных решений [18].
Аналогичные оценки для системы принятия решений, затрагивающей все уровни управления современной сложной ОПС составляют 5-Ю лет [19]. При этом сроки морального старения технической инфраструктуры и основных научных решений резко сократились.
Ретроспективный анализ этих оценок приводит к выводу о характерной особенности развития современных автоматизированных систем управления в условиях гетерогенной инфраструктуры, что является препятствием на пути создания единой управляемой, масштабируемой информационной среды, в том числе и ГТК.
Таким образом, указанные черты, особенности, факторы и оценки свидетельствуют об объективных трудностях в разработке универсальных подходов к решению задач анализа и синтезе современных сложных систем.
В этих условиях правомерным является подход основанный на синтезе структуры системы. Так в [3] под синтезом структуры системы понимается: синтез структуры управляемой системы, т.е. определение оптимального состава и взаимосвязей элементов системы; эта задача является неоднозначной и трудноформализуемой в алгоритмическом плане, для ее решения в реальных ситуациях используются экспертные подходы; синтез структуры управляющей системы: выбор числа уровней и подсистем, т.е. построение иерархии системы, установление принципов организации управления с учетом координации целей подсистем различных уровней с глобальной целью системы; распределение функций между уровнями и элементами на уровнях. синтез структуры систем передачи и обработки информации и информационно-управляющего комплекса, т.е. определение связей между объектами и передаваемых массивов информации, а также размещение центров (узлов) обработки информации.
В зависимости от исходных данных синтез структуры сложной системы включает три класса задач: синтез структуры системы при заданных алгоритмах функционирования; - синтез функции, алгоритмов функционирования системы при известной структуре; синтез структуры и алгоритмов функционирования, распределение ее функции по узлам системы и выбора их состава. В настоящей работе рассматриваются вопросы, относящиеся к первому и частично третьему классу задач синтеза структуры распределенных систем передачи и обработки информации, т.е. определения связей между объектами и передаваемых массивов управляющей информации, а также размещение узлов обработки информации.
Относительно классов задач следует заметить, что второй класс является наиболее разработанным в теоретическом отношении, тогда как первый и третий в настоящий момент исследованы крайне недостаточно, а для третьего класса не разработано общих принципов и методов решения [1, 4, 5].
Накопившиеся объективные трудности решения задач анализа и синтеза современных сложных распределенных организационно-технических систем привели к сильному отставанию от потребностей практики их исследования и разработки, что привело к сильному влиянию субъективных факторов, снижению их эффективности.
В связи с этим тема диссертационной работы, посвященная решению актуальной научной задачи исследования и алгоритмизации процесса организации распределенного преобразования информации в системе управления таможенными органами, является актуальной.
Цель диссертационной работы
Как уже отмечалось выше, отсутствие универсальных подходов к решению задач анализа и синтеза сложных систем на основе сетевых структур определяет правомочность структурного подхода к синтезу структуры системы при заданных алгоритмах функционирования.
Известные подходы к решению этой задачи основаны на широком использовании методов алгоритмизации [3, 4, 10, 52, 53, 54]. Перечень основных этапов алгоритмизации разработки автоматизированных систем управления разработан в [52]. Детализация этапов алгоритмизации с использованием классификаций задач и методов их решения рассмотрены в [3, 4, 53, 54]. В [4] дан анализ методов алгоритмизации задач синтеза структуры автоматизированной системы управления.
Однако, в силу многообразия объектов алгоритмизации, конкретное содержание этапов и задач, методов их решения зависят от особенностей, уровней размерности и сложности, целей исследуемых объектов. При этом проблемы синтеза систем распределенного преобразования информации, реализации их функционирования в соответствии с предъявляемыми требованиями управляемости, масштабируемости, однородности, практически не исследованы, в том числе и в общеметодологическом плане.
Таким образом целью диссертационной работы является решение научной задачи разработки на основе системного анализа единого научно-методологического комплекса принципов, моделей, алгоритмов, методов алгоритмизации процесса построения системы распределенного преобразования в СУТО.
7 Задачи исследования
Для достижения цели работы в диссертации были исследованы и решены следующие основные задачи:
Системный анализ основных этапов алгоритмизации процесса синтеза структуры системы распределенного преобразования в СУТО.
Разработка методики анализа и синтеза структур систем распределенного преобразования информации на основе сетевых структур СУТО.
Разработка методики оценки качества синтеза искомой структуры системы распределенного преобразования информации.
Научные результаты
К основным научным результатам, полученным лично автором, включенным в диссертацию и представляемым к защите, относятся:
Методологические принципы алгоритмизации процесса организации распределенного преобразования информации в классе сложных организационно-технических систем на основе сетевых структур.
Разработка классификации информационных процессов и системы оценок основных свойств информационных процессов в СУТО.
Разработка на основе композиционного подхода модели многослойной структуры системы распределенного преобразования информации.
Разработка методов комплексного синтеза и согласования информационной и операционной структур системы распределенного преобразования информации.
Разработка методики оценки качества решения задачи синтеза структуры системы распределенного преобразования информации в СУТО.
Практическая ценность
Итогом диссертационной работы является разработанный на основе методологии системного анализа единый научно-методологический комплекс
8 принципов, методов, моделей и алгоритмов построения систем распределенного преобразования информации в СУТО.
В связи с этим практическая ценность результатов работы заключается в открывающейся возможности широкого внедрения новых информационных таможенных технологий, основанных на принципах РПИ. К числу которых относятся: DSS - системы (decision support systems) поддержки и принятия решений, в стратегическом и оперативных звеньях руководства. Внедрение новых информационных технологий позволит организовать, во-первых, управление системами автоматизации при анализе текущей ситуации и ее обработке, во-вторых, в определенной мере решить проблемы несовместимости (неоднородности) программно-аппаратных комплексов, в-третьих, обеспечить эволюционность их развития, повысить степень адаптации СУТО к воздействию внешних и внутренних дестабилизирующих факторов, в целом повысить эффективность работы должностных лиц (ДЛ) и, следовательно, качество управления таможенными органами.
Методы исследования
В работе использованы методы системного анализа, методология системного подхода, методы алгоритмизации процесса анализа и синтеза сложных систем, методы исследования операций, методы математического программирования, методы теории вероятностей и математической статистики.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на пяти отраслевых Всероссийских научных конференциях в период с 1995 по 2002 г. (Санкт-Петербурге), а также на научно-практических конференциях: "Автоматизация таможенных органов - 8 лет деятельности ГНИВЦ ГТК РФ", (Москва - 1998 г.), "X лет автоматизации деятельности таможенной службы России" (Москва-2000 г.).
Реализация результатов и предложения об использовании.
Результаты диссертационной работы внедрены и нашли свое практическое применение в деятельности ГТК РФ. Область применения полученных результатов -крупные корпоративные организационно-технические системы, обладающие развитой инфраструктурой транспортного уровня (собственные, арендованные, государственные сети), к числу которых можно отнести МПС, органы управления Налогового комитета, ЦНИИ "Центр" и т.д.
Публикации
Научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в научных работах.
Структура диссертации
Логическая структура диссертации определена последовательностью этапов алгоритмизации процесса разработки автоматизированных систем управления и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.
Первая глава "Системный анализ организационной и информационной структур СУТО" посвящена алгоритмизации процесса определения целей построения, развития и совершенствования СУТО, определения степени достаточной полноты и точности информационного представления объекта алгоритмизации на основе методологии системного анализа.
Вторая глава "Системный анализ процесса распределенного преобразования информации в СУТО" посвящена решению задачи алгоритмизации процесса отображения информационных свойств СУТО, на основе разработанной системы оценок основных свойств информационных процессов, на структуру процесса организации РПИ для определения целей его эффективной организации.
Третья глава "Алгоритмизация процесса синтеза структур системы распределенного преобразования информации в СУТО" посвящена решению задачи алгоритмизации процесса синтеза исследуемых структур на основе разработанной модели многослойной СРПИ, метода синтеза и согласования информационной и операционной структур.
Четвертая глава "Алгоритмизация процесса оценки качества решения задачи синтеза структуры системы РПИ" посвящена разработке методики оценки эффективности системы распределенного преобразования в СУТО.
Диссертация подготовлена на кафедре АИПУ МГИЭМ на основе работ, выполненных автором с 1995 и по настоящее время.
Анализ организационной и информационной структур системы автоматизации таможенных органов
Политика автоматизации процессов управления системой таможенных органов определяется Главным Научно-Информационным Вычислительным Центром (ГНИВЦ ГТК РФ). Организационная структура, обеспечивающая функционирование систем автоматизации таможенных органов состоит из четырех уровней (Рис. 2.), в которую . входят: В состав структуры ГНИВЦ, обеспечивающего функционирование ЕАИС ГТК РФ, входят 12 региональных отделов и 155 отделов (или групп) АСУ таможен. Необходимо отметить различие между организационной структурой таможенных органов Российской Федерации и структурой организации, обеспечивающей функционирование САТО ГТК России. Так, в случае таможни прямого подчинения ГТК России в обеспечивающей структуре соответствующий отдел АСУ находится в непосредственной взаимосвязи (как информационной, так и в идеологической) с соответствующим региональным отделом ГНИВЦ ГТК России. Документооборот в системе таможенных органов характеризуется большим количеством разнотипов документов. Основной объем документооборота приходится на грузовые таможенные декларации (ГТД). Объем и динамика обрабатываемых в таможнях ГТД характеризуется следующими показателями (Табл. 3). [20,21] Кроме упомянутых ГТД в ЕАИС обрабатывается и ряд других документов, так начиная с 1995г. осуществляется ведение баз данных по документам контроля доставки, декларациям таможенной стоимости, нормативно-справочной информации. Для оценки объемов только этих информационных массивов, ниже приведены показатели по наиболее крупному подразделению: С.-Петербургскому отделу ГНИВЦ: [22] Таким образом, документооборот в системе таможенных органов характеризуется: - значительным объемом - десятки Гбайт; - значительным разнообразием - порядка сотни документов; сложным технологическим процессом содержательной обработки документов на всех уровнях иерархии системы. Основной задачей Единой автоматизированной информационной системы таможенной службы РФ, в соответствии с таможенным кодексом и другими законодательными актами Российской Федерации, является повышение эффективности формирования и осуществления единой таможенной политики государства и деятельности таможенных органов при выполнении своих основных и вспомогательных функций на основе внедрения компьютерных технологий и использования современных средств вычислительной техники, средств передачи данных и математических методов.
По существу с момента создания и становления таможенных органов новой России (1990-95 гг.) процесс автоматизации управления развивался по объективным законам: поначалу он протекал в направлении позадачного подхода - создания автономных функциональных АРМов должностных лиц, автоматизации отдельных технологических процессов. Так возник комплекс средств автоматизации таможенной деятельности, который не был объединен в строгую организационно-техническую систему, но функционально удовлетворял потребности должностных лиц. Этот комплекс получил название Единой Автоматизированной Информационной Системы ГТК России первой очереди. Затем, по мере накопления опыта, становления и стабилизации законодательной, технологической, математической, программной и технической базы таможенных органов (1995 г) возникли предпосылки к проектированию ЕАИС ГТК РФ с позиций системного подхода, на базе новейших достижений информационных технологий. [23]
В результате централизованных закупок средств вычислительной техники удалось в той или иной степени оснастить ими все функциональные подразделения Центрального аппарата ГТК России, региональных управлений и таможен (Табл. 4). Однако, следует учитывать тот факт, что достаточно большой парк персональных компьютеров, поставляемых в систему до 1994г. (АТ-286, первые модели 386) в настоящее время технически устарели. Состояние оснащенности системы средствами вычислительной техники приведено в Таблице 5.
С учетом постоянно возрастающих объемов обрабатываемой информации, расширения круга решаемых таможенными органами задач, необходимости использования новых инструментальных программных средств и СУБД в таможенной системе ощущается острый дефицит средств вычислительной техники с характеристиками: - многопроцессорных файл-серверов с CPU Pentium 133/200, RAM 64-128 MB, HDD 4-8 GB, CD-ROM, МО счит/зап; - рабочих станций с CPU Pentium 100, RAM 16 MB, HDD 640/800 MB, SVGA Color 14", CD-ROM; - рабочих станций с CPU Pentium, RAM 32 MB, HDD 1.2 GB, SVGA Color 17", CD-ROM, Multi-Media. Локальные сети таможен были спроектированы в начале 1993 г. и представляют собой один или несколько сегментов на тонком коаксиальном кабеле. Увеличение количества рабочих станций до 30 на один сегмент ведет к резкому снижению производительности вследствие перегрузки графика. В большинстве подобных ситуаций узким местом является пропускная способность сети Ethernet (10 мбит/с). Технология обработки таможенной информации требует постоянного увеличения количества персональных компьютеров (ПК), включенных в локальную вычислительную сеть.
Такая тенденция роста компьютерного парка, включаемого в локальные вычислительные сети (ЛВС), а также увеличение и усложнение задач возлагаемых на таможенные органы уже сегодня начинает приводить к указанному выше падению производительности ЛВС из-за перегруженности трафика. Дальнейшее наращивание мощности серверов и количества ПК в сети ведет только к дополнительным затратам без заметного улучшения производительности ЛВС и, как результат, к увеличению времени обработки таможенной информации.
Таким образом, имеет место несоответствие между требуемой производительностью ЛВС таможен и ограниченными техническими возможностями при традиционных решениях по их построению. Данную проблему целесообразно решать на основе новейших технологий с использованием высокоскоростных ЛВС. Эти технологии базируются на совершенствовании архитектуры сети путем использования новых средств комплексирования: концентраторов, локальных мостов, скоростных сетевых переключателей.
Система телекоммуникаций ЕАИС ГТК РФ обеспечивает потребности САТО в обмене информацией как таможенных органов, так и организаций, взаимодействующих с ними в процессе таможенного оформления и контроля. В настоящее время система телекоммуникаций удовлетворяет требованиям существующей технологии сбора и передачи таможенной информации, а именно: пакетной передаче электронных данных.
Анализ оснащенности регионов системами телекоммуникаций в звене "региональный отдел ГНИВЦ - таможни региона" характеризует Северо-Западный регион, как наиболее удовлетворяющий требованиям ЕАИС. [24] Таможенная деятельность представляет собой систему взаимодействующих технологических процессов, которые можно подразделить на технологические процессы вертикального характера (межуровневые процессы) и технологические процессы горизонтального характера (процессы одного уровня).
К технологическим процессам вертикального характера относится, например, процесс сбора и формирования информации по статистике внешней торговли. К технологическим процессам горизонтального характера - процесс таможенного оформления груза на таможенном посту (который включает в себя как составные части процессы контроля за складом временного хранения (СВХ), оформления и контроля ГТД). В соответствии с изложенным, функциональные автоматизированные подсистемы подразделяются на подсистемы вертикального характера и подсистемы горизонтального характера.
Из существующих сегодня в ЕАИС к подсистемам вертикального характера относятся: автоматизированная подсистема сбора и формирования статистики внешней торговли (программную основа: АРМ-ТИ, АРМ "Достоверность", АРМ "Региональная статистика"), подсистема борьбы с контрабандой и нарушениями (программная основа: ИПС "Реестр" и АРМ "БКВ-Р"). К подсистемам горизонтального характера относится: АСОИ "Груз-таможня" (Шереметьевская таможня) и АСОИ "Груз-Авто" (Кингисеппская таможня).
. Разработки системы оценок основных свойствлйнформационных процессов системы управления таможенными органами
Решение данной задачи основывается на результатах разработки структуры требований к исследуемым информационным процессам. Информационный процесс в СУТО является выражением информационного аспекта управления, со стороны которого к нему и к реализующей его системе предъявляется ряд требований. С учетом этого, в [31] на основе анализа руководящих документов и других источников в качестве основных существенных свойств, к значениям показателей которых (т.к. только с помощью их определяется "степень" проявления того или иного свойства) и предъявляются требования, можно выделить: для ИП в системе автоматизации - оперативность, достоверность и скрытость; для системы автоматизации - оперативная готовность, устойчивость, мобильность, безопасность и производительность (для подсистемы передачи данных - пропускная способность). Под оперативностью ИП понимается способность системы автоматизации своевременно: доводить сигналы (команды, приказы) управления, обеспечивать должностных лиц (ДЛ) ОУ всей необходимой информацией, результатами моделирования и статистических расчетов, а также осуществлять актуализацию БД (РБД). Как правило, оперативность ИП оценивается (измеряется) вероятностью своевременного решения задач (комплекса задач) управления и его обеспечения. Под задачей в данном случае понимается функционально-технологическая единица преобразования информации (совокупность ОПИ), связанная с получением отдельной группы показателей (характеристик). Показателем оперативности ИП (Рі(ип)) является вероятность (Pjj) того, что время решения любой задачи управления где і и jaGj, соответственно, идентифицируют функционально-технологическую группу задач и задачи, входящие в них.
Достоверность ИП заключается в способности системы автоматизации обеспечить и реализовать адекватное преобразование информации (решение задач) с заданной степенью точности. Достоверность ИП обуславливается: достоверностью источников информации, ее полнотой и своевременностью актуализации, имито- и вирусостойкостью, "правильностью" и надежностью алгоритмов (математического и программного обеспечения), помехозащищенностью и качеством каналов передачи данных. Показателем достоверности ИП (Pj ) обычно выступает вероятность "правильного" решения задачи (комплекса задач) какой-либо функционально-технологической группы: Под скрытостью ИП понимается способность системы автоматизации сохранять в тайне в общем случае от "посторонних лиц" факта и места преобразования информации (реализации ОПИ) , а также" ее содержания и принадлежности органам управления как в функциональном, так и в иерархическом отношении. Скрытность ИП обеспечивается проведением ряда организационно-технических мероприятий (в т.ч. с применением методов программно-аппаратного разграничения доступа пользователей и криптографической защиты информации) по соблюдению установленных режимов обмена информацией ДЛ ОУ, порядка использования (доступа) ими средств автоматизации и связи, а также по предотвращению путей (каналов) "утечки" информации и несанкционированного доступа. В качестве обобщенного показателя скрытости ИП (Р; и ) может выступать вероятность (Рф) того, что время вскрытия посторонним лицом факта, места и содержания какой-либо совокупности ОПИ, а также ее принадлежности ОУ где 1 соответствует аспекту вскрытия (факта, места, содержания и принадлежности совокупности ОПИ). Учитывая, что не все аспекты вскрытия равнозначны в смысле нанесения ущерба системе, то возможно их "взвешенная" оценка или оценка по отдельности.
Диапазон требований, предъявляемых к значениям показателей существенных свойств ИП в системах автоматизации таможенных органов, представлен в Табл. 1.6. факторы, обуславливающие степень выполнения того или иного мероприятия по обеспечению целостности БД (РБД) системы автоматизации. Информационная и операционная устойчивость системы автоматизации - это ее способность обеспечить реализацию ИП в соответствии с требованиями в условиях воздействия всей гаммы дестабилизирующих факторов, в т.ч. воздействия "посторонних лиц" с использованием специальных программных средств (компьютерных вирусов). Показателем информационной и операционной устойчивости системы автоматизации (Р ) является вероятность ее выживания где t - время функционирования системы автоматизации в условиях воздействия F дестабилизирующих факторов. Структурная мобильность системы автоматизации проявляется в ее способности обеспечить эффективную реализацию ИП в условиях воздействия дестабилизирующих факторов путем оптимальной (рациональной) ее реконфигурации частных (информационной, операционной, организационной и технической) структур. Под мобильностью программного и информационного обеспечения понимается его способность адаптации к различным ЭВМ (ПЭВМ) и общему (общесистемному) ПО системы (систем) автоматизации в условиях неоднородной вычислительной среды. Их показателями, соответственно, являются степень разнообразия своевременного реструктурирования системы автоматизации (PsM ca)) по каждо:ц частнои структуре (saS) или их группе, и уровень мобильности (обычно качественная характеристика) программного и информационного обеспечения (рм ипо ):
. Разработка модели многослойной структуры системы распределенного преобразования информации
Известно, что сложная организационно-техническая система характеризуется большим числом своих структурно-функциональных описаний [61]. В связи с этим систему РПИ (S) можно представить в виде: S= {Si,i = l...I},{Rij=fj(Si),j = l...I}& j i} , (3.1) где {Sj} - множество выделенных в системе РПИ частных структур, I - мощность множества {S;}, {Rij} -множество операторов, описывающих взаимосвязи і-ой и j-ой частных структур. В соответствии с процессно-системным представлением системы РПИ ее функционирование можно описать в общем случае исходя из целей, реализуемых процессов и имеющихся ресурсов (материальный базис системы) (рис. 10.).
При описании того или иного аспекта функционирования системы РПИ, можно выделить ряд функций, присущей ей именно при выбранной модели ее представления. Реализация этих функций обеспечивается определенной подсистемой, логически выделенной из исследуемой системы или реально в ней существующей. Естественно, что любая такая подсистема обладает логической или физической структурой и определенной зависимостью (связью) с другими. Поэтому, структуру современных систем автоматизации, в т.ч. таможенного назначения, основанных на сетевой архитектуре, целесообразно рассматривать как композиционную, состоящую из некоторого множества структур, основными из которых являются: целевая, функциональная, информационная, операционная (алгоритмическая), техническая и организационная. Естественно, что в зависимости от целей исследования, возможно и другое выделение частных структур, например, могут выделяться топологическая структура, структура электропитания, и др.
Из системного анализа известно [47, 58], что под структурой любой системы понимается некоторая совокупность ее элементов (неделимых при принятом способе рассмотрения) и связей между ними. Используя это определение как базовое, дадим следующие определения основных структур системы РПИ. Предназначение системы (цели функционирования) а ІІроцсчч- іірі Оор:ііиіл;іііііііинформации it «тік или ,і Вход w ь, Выход
Система ( ресурсы) Рис. 10. Процессно-системное представление системы преобразования информации. Под целевой структурой системы РПИ понимается детализированная совокупность требовании к значениям показателей существенных свойств процесса преобразования информации в пространстве и времени и их взаимосвязь относительно качества исследуемого процесса (дерева свойств этого процесса). При дальнейшей детализации требований при переходе от процессного к системному аспекту эта структура дополняется совокупностью иерархически взаимосвязанных требований и к самой системе.
Под функциональной структурой системы РПИ понимается некоторое множество совокупностей задач, решаемых системой для достижения частных и глобальных целей ее функционирования (т.е. некоторое множество реализуемых системой функций) и их взаимосвязей как между задачами при реализации одной функции, так и между задачами при реализации различных функций данной системой.
Под информационной структурой системы РПИ понимается совокупность ориентированных в пространстве локальных баз данных (файлов) и их взаимосвязи как между собой (взаимосвязи обеспечения целостности информационной базы), так и между источниками и потребителями информации. Источники и потребители информации здесь рассматриваются как пользователи в широком смысле: должностные лица, технические устройства и информационные процессы, протекающие в данной и других взаимосвязанных с ней системах. Под операционной (алгоритмической) структурой системы РПИ понимается ориентированная в пространстве и во времени последовательность совокупностей операций (задач) по преобразованию информации и их взаимосвязь между пользователями (пользователями инициирующими и пользователями потребляющими результаты преобразования информации) и объектами преобразования этой информации (файлами) [62].
Под технической структурой системы РПИ понимается ориентированная в пространстве некоторая совокупность средств связи и автоматизации (средств преобразования информации), объединенных каналами передачи информации.
Под организационной структурой системы РПИ понимается совокупность ДЛ функциональной части системы (т.е. тех ДЛ, которые являются источниками и потребителями информации, а также тех, кто непосредственно участвует в процессе преобразования информации, (в т.ч. ЛПР), ориентированных на определенные средства преобразования информации и их взаимосвязи как между собой, так и между объектами ее преобразования (файлами).
Ранее было показано, что структура системы РПИ является гетерогенной, что обуславливает необходимость композиционного подхода для формирования с учетом иерархии рассмотренных (частных структур) Sj ее многослойного описания: целевого, процессного и системного. Для доказательства необходимости построения композиционной структуры системы СРПИ, образованной рассмотренными слоями, целесообразно учесть ряд важных факторов, обуславливающих многослойное описание модели структуры наличием различной динамичности составляющих {s;}, т.е. времена относительно устойчивого существования структур (Тс) для одного слоя будут величинами довольно близкими по значению, а для других слоев могут весьма существенно отличаться [48]. Таким образом, будет справедливо следующее неравенство: [Tc(s,)«Tc(s2)] [Tc(s5)c(s6)]»...[Tc(s3) Tc(s4)]. (3.2) Во-вторых, потенциальными возможностями по реконфигурации. Причем, не только по времени реконфигурации (Тр), но и по принципиальной возможности (В) осуществления того или иного ее варианта (т.е. имеются резкие отличия в количестве "разрешенных" и "запрещенных" вариантов образования новых структур). Иными словами, можно записать следующее: [TP(s4) Tp(s3)]«[TP(s6)»TP(s5)] [TP(s2)«TP(Sl)], (3.3) [B(S]) « B(s,)] [B(s6) B(s5)] [B(s4) B(s3)]. (3.4) В-третьих, уровнями иерархии органов управления (U), принимающих решения на реконфигурацию рассматриваемых структур, т.е. [U(s,) U(s2)] [U(s6)« U(s5)] [U(s2) U(s,)]. (3.5) Кроме того, различия существуют и в преобладающем типе системы управления (СУ) РПИ, реализующей процессы управления реконфигурацией (целевой слой - СУ организационного типа, процессный слой - СУ технологического типа, системный слой - СУ организационно-технологического типа), а следовательно, и в степени автоматизации (С) этих процессов: C(s,,s2) C(s5,s6)]« C(s3,s4). (3.6) Пусть для обоснования синтезированной модели многослойной структуры системы РПИ (рис. П.), а также обоснования правила выделения целевого, процессного и системного слоев, структура системы РПИ, описывается набором составляющих ее частных структур S = {s;}. Каждая Sj характеризуется случайным параметром (в данном случае это среднее время ее устойчивого существования — t ), которому в соответствие поставлен вектор попарных корреляций S; и Sj (коэффициент корреляции двух случайных величин tSl и tsj), определяемый в соответствии со следующими выражениями [3.26]:
Синтез информационной и операционной структур системы распределенного преобразования информации
В настоящее время полходы, сложившиеся к оценке живучести сложных организационно-технических систем, имеют один общий недостаток: исходная структура рассматривается только как единое целое, а не как сложное образование, состоящее из технической, организационной, информационной, операционной, функциональной и целевой структур. Особенно это проявляется при анализе и синтезе систем автоматизации, адекватное функционирование которых невозможно описать только на уровне технической или организационно-технической структуры. Более того, необходим не только анализ живучести информационной (S ) и операционной (S0) структур в строгом соответствии со структурами первого слоя, но и синтез этих структур в аспекте обеспечения заданной (требуемой) устойчивости функционирования системы РПИ.
Сформулируем математическую постановку задачи. Пусть техническая структура (S ) системы РПИ описывается графом G(i,r), где вершины і соответствуют узлам преобразования информации, а дуги г - каналам передачи данных, соединяющих эти узлы. Каждому элементу графа G(i,r) ставится в соответствие некоторое положительное число рк, которое характеризует вероятность выживания элемента G(i,r) за время tTp. Кроме того, каждый элемент графа G(i,r) характеризуется определенной "стоимостью" реализации операции преобразования информации (хранения, обработки, передачи и т.д.) Ckv, где: к - номер элемента графа G(i,r), a v - тип операции преобразования информации. "Стоимость" операции преобразования информации также понимается в самом широком смысле (например, время реализации операции; суммарный поток "оцененной" информации, возникающий в системе G при реализации данной операции; расход ресурсов, в том числе денежных и т.д.).
Требуется определить такую схему распределения информации (X) в системе (G) и операций по ее обработке (Y), при которой минимизировалась бы суммарная стоимость (С) всех реализуемых в системе (G) операций, то есть оптимизировалась целевая функция F(x, у, с) - min, (3.41) и удовлетворялось бы ограничение на обеспечение требуемой живучести информационной и операционной структур (S): f[S,(x,y)] PBb(s\on, (3.42) Кроме того соблюдались бы некоторые другие, в том числе и специальные ограничения.
Как уже отмечалось, схемы X и Y определяют, соответственно, информационную и операционную структуры. Но в аспекте обеспечения требуемой живучести их синтез нельзя осуществлять по отдельности. Необходимо оперировать единой информационно-операционной структурой системы РПИ. Поэтому, в дальнейшем, для простоты изложения, будет использоваться только один термин о операционная структура (S ).
В постановке задачи F(x, у, с) -» min акцент делался на оптимизацию потоков информации в сети, а вопросы, связанные с обеспечением требуемой живучести операционной структуры (S0) при выборе мест реализации операций, не анализировались и рассматривались только на уровне ограничений. В связи с этим необходимо более подробно рассмотреть процесс обеспечение требуемой живучести операционной структуры [68]. Опишем условие обеспечения требуемой живучести операционной структуры (S) более детально. А именно, сформируем аналитическое выражение функции f[S,(x,y)], которое по существу является вероятностью реализации любой операции по преобразованию информации в системе РПИ (Рр0СРпи) Вероятность реализации j-ой операции на і-ом узле преобразования информации (Ppij), если вся необходимая информация сосредоточена на данном узле преобразования информации, целиком определяется величиной Pj. В случае, если часть данных для реализации j-ой операции необходимо собрать с других узлов преобразования информации (а это более общий случай), то эту вероятность можно определить на основе следующего выражения: вероятность выживания СРПИ за время tj.p; у у и ху - соответственно элементы планов распределения операций и данных BG; Р у - вероятность получения информации из d-ro файла и передачи ее по 1-му пути в графе G на і-й узел преобразования информации (если длина 1-го пути равна нулю, то Р jd = 1). В связи с тем, что условие (3.42) должно соблюдаться при реализации любой операции, выражение (3.43) необходимо преобразовать к следующему виду: Ppoij = тіп{РіУіі П maxjP id xid}}, (3.44) (J) d=l W Но так как, эту операцию наиболее целесообразно выполнять на том узле преобразования информации, где значение Pp0j максимальное, то окончательно выражение для вычисления РРСРПИ можно записать в следующем виде: РРО(О)СРПИ = тах{тіп{РіУіі П maxJP id xid}}}, (3.45) (і) (j) Jd=l (л) Выражение (3.45) характеризует "оптимистическую" оценку Р Српи (верхнюю границу), так как по критерию (3.41) может оказаться неэффективной реализация какой-либо операции на узле преобразования информации, где выполняется условие максимума живучести операционной структуры. Поэтому следует определить и "пессимистическую" оценку (нижнюю границу) для величины г СРПИ РР0(П)СРПИ = тіп{тіп{РіУіі П maxjP id xid}}}, (3.46) (і) (j) Jd=l (X) Таким образом, значение вероятности реализации операции по преобразованию информации в СРПИ Р СРПИ должно находиться в следующих пределах: D D тт{1шп{Р;у; П тах{Р id xid}}} Рр0СРпи maxfminlPjyjj П тах{Р id xid}}}. (3.47) (і) (j) Jd=l (X) (і) (j) Jd=l (X) Выражение (3.47) целесообразно использовать в системе логического вывода системы интеллектуальной поддержки ДЛ ОУ, так как оно характеризует потенциальные возможности повышения информационной и операционной живучести системы. Так, например, когда РВЫЖ(8)доп РР0(П)СРПИ, (3.48) то дальнейшего совершенствования S0 не требуется. Если же рРо(п) рвыж. о рро(о) п 4Q4 г СРПИ ь г ( ;доп г СРПИЭ \э-чу) в этом случае возможно построение S заданной живучести. И, наконец, при РВЬІЖ(8)ДОП РРО(О)СРПИ, (3.50) требуемой живучести S только эффективным распределением информации и операций добиться не удастся. Поэтому в этом случае необходимо применять еще и другие меры повышения живучести.
Рассмотрим теперь алгоритм перераспределения (корректировки плана [х,у]) информации и операций по ее обработке в аспекте обеспечения требуемой живучести операционной структуры (S). Схема этого алгоритма представлена на рис. 16.
Первоначально определяется начальный план (х,у) распределения информации и операций по ее обработке (блок 2), оптимальный в смысле критерия F(x, у, с) -» min. Затем на основе модели функционирования системы РПИ в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов рассчитываются оценки живучести, составляющих операционную структуру (S) элементов (блок 3). После чего, проверяется условие, обеспечения требуемой живучести операционной структуры (3.42) Если условие (3.42) не соблюдается хотя бы для одной операции (блок 4), то проверяется возможность дальнейшего повышения живучести операционной структуры (блок 7). По существу это анализ бинарной переменной (f):
Если значение f = 0, то производится формирование последовательности N = {rih, h-1 ... Н} номеров операций для которых не выполняется условие живучести (блок 9) .После этого поочередно для каждого номера h=l ... Н определяется совокупность номеров узлов преобразования информации (В), где условие живучести при реализации данной операции h соблюдается (блок 11), при этом, естественно, должны выполняться все другие ограничения задачи оптимизации информационной и операционной структур системы РПИ.
![Анализ, моделирование и алгоритмизация процесса диагностики вертебрально-базилярной недостаточности на основе инструментальных методов исследования [Электронный ресурс]](/i/i/4465/168237.png "Анализ, моделирование и алгоритмизация процесса диагностики вертебрально-базилярной недостаточности на основе инструментальных методов исследования [Электронный ресурс] Кривцова Людмила Ивановна")
