Содержание к диссертации
Введение
1. Пункты коллективного доступа как средство решения проблем информатизации 8
1.1. Особенности процесса информатизации в России.. 8
1.1.1. Проблемы и принципы информатизации 8
1.1.2. Цели и задачи информатизации 15
1.2. Информационное пространство 17
1.2.1. Структура информационного пространства 17
1.2.1. Формирование и функционирование верхних уровней информационного пространства 22
1.2.2. Формирование и функционирование нижних уровней информационного пространства 26
1.3. Основные направления и методы информатизации 28
1.3.1. Направления информатизации 29
1.3.2. Методы и средства создания и доступа к информационному пространству 30
1.4. Пункты коллективного доступа и их применение в процессе информатизации 32
1.4.1. Назначение ПКД и особенности их применения для решения задач информатизации 32
1.4.2. Структура и состав ПКД 34
1.4.3. Характеристики качества работы ПКД 40
Выводы 41
2. Распределенная система пунктов коллективного доступа 43
2.1. Цели и задачи создания системы пунктов коллективного доступа 43
2.1.1. Расширение возможностей ПКД при объединении в систему 44
2.1.2. Особенности функционирования ПКД в составе распределенной системы 51
2.2. Методы и средства создания распределенной системы пунктов коллективного доступа 53
2.2. 1. Технологии формирования структуры сети ПКД 53
2.2.2. Технологии взаимодействия в системе ПКД 57
2.2.3. Технологии обеспечения безопасности системы 61
2.2.4. Управление доступом пользователей к информации 65
2.3. Задачи построения распределенной системы ПКД 68
2.3.1. Анализ структуры системы 70
2.3.2. Синтез структуры системы ПКД 79
Выводы 85
3. Математические модели для расчета характеристик качества работы ПКД 87
3.1.. Анализ и оптимизация работы ПКД 87
3.1.1. Анализ работы ПКД первого типа 88
3.1.2. Анализ работы ПКД второго и третьего типов 98
3.2. Анализ алгоритмов управления нагрузкой ПКД 103
Выводы 113
4. Применение разработанных методов и моделей 114
4.1. Современное состояние ПКД в регионах России 114
4.2. Формирование системы ПКД в регионе 117
Выводы 122
Выводы 123
Литература 125
- Формирование и функционирование верхних уровней информационного пространства
- Расширение возможностей ПКД при объединении в систему
- Управление доступом пользователей к информации
- Анализ работы ПКД второго и третьего типов
Введение к работе
Актуальность работы.
Приоритетное развитие информатизации общества является одним из основных направлений социально-экономического развития Российской Федерации.
Согласно Федеральной целевой программе «Электронная Россия» важным результатом развития и распространения информационных технологий должно стать создание правовых, организационных и технологических условий для реального обеспечения прав граждан на свободный поиск, получение, передачу, производство и распространение информации.
Интенсивное развитие корпоративных государственных,
региональных, отраслевых и частных информационных систем в процессе исполнения федеральных и межведомственных программ, позволяет создать необходимую информационную среду, которая является основой для информатизации и позволяет реализовать основные принципы построения информационного общества.
Важным решением, позволяющим сделать значительный шаг вперед по пути информатизации, является создание пунктов коллективного доступа (ПКД), позволившее предоставить большому числу граждан возможность пользоваться услугами Интернет.
Однако, развитие информационных технологий, совершенствование подготовки населения в области применения средств вычислительной техники и программного обеспечения, способствовали появлению новых запросов в сфере информационных услуг, что требует пересмотра базовой концепции применения ПКД и расширения перечня предоставляемых ПКД сервисов.
Возникла необходимость объединения локальных ПКД в единую систему, обеспечивающую необходимый контроль работы пользователей, безопасность, актуальность и качество предоставляемой информации, централизованное управление ресурсами системы, новые услуги по получению, обработке и хранению информации.
Система ПКД является сложной многомерной распределенной системой, включающей десятки тысяч объектов и обслуживающей миллионы пользователей, работающей в различных временных зонах. Протяженность каналов связи системы составляет десятки тысяч километров. При этом к системе предъявляются достаточно жесткие требования по безопасности, доступности и качеству обслуживания пользователей, экономической эффективности.
В связи с этим актуальными являются проведенные в диссертации исследования, позволяющие обоснованно выбирать основные технологические и технические решения, решать задачи, возникающие при создании системы ПКД.
Целью работы является создание методов и средств решения задач создания системы ПКД, позволяющих оценивать качество работы системы и отдельных ПКД, оптимизировать управление системой по заданным параметрам.
На защиту выносятся:
результаты анализа задач, решаемых ПКД в современных условиях, новые требования к сервисам, оказываемым ПКД, классификация ПКД;
результаты анализа методов построения и особенностей работы единого информационного пространства, как иерархической системы, уровни пространства и методы доступа к информации через «точки доступа»;
результаты анализа методов построения распределенной иерархической системы ПКД большой размерности и методов управления системой;
комплекс математических моделей для анализа и оптимизации работы системы ПКД по заданным критериям качества;
математические модели для анализа работы отдельных ПКД различных типов.
Научная новизна полученных результатов заключается в разработке методов анализа качества работы сложной распределенной информационной системы, создании комплекса математических моделей для анализа и оптимизации управления системой и ее объектов по заданным критериям качества, соответствующих современным информационным технологиям, требованиям к безопасности и экономической эффективности.
Практическая ценность результатов диссертации состоит в создании методов, моделей и алгоритмов для анализа и проектирования системы ПКД и ее телекоммуникационной сети, практическая реализация которых приводит к минимизации затрат на создание и обслуживание системы; разработке показателей качества управления системой, а также, в создании методов для расчета численных значений этих показателей, позволяющих обоснованно выбирать параметры ПКД различных типов для конкретных условий работы.
Достоверность и обоснованность основных результатов и выводов диссертации основаны на обобщении известного опыта анализа распределенных информационных систем и вычислительных сетей, позволившего разработать математические модели и алгоритмы,
учитывающие специфику работы и реальные возможности ПКД и каналов связи в рамках современных технологий передачи и обработки данных; на соответствии полученных результатов известным данным, опубликованным в отечественной и зарубежной печати и, наконец, на результатах практического применения разработанных алгоритмов и моделей.
Методы исследований.
При решении поставленных в диссертации задач применялись методы теории систем, теории очередей, теории вероятностей, теории множеств, математического программирования.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертации докладывались на Международной конференции «Информационные и телекоммуникационные технологии в интеллектуальных системах» (Испания, Майорка, 2005 г.), XLI Всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии (РУДН, 2005 г.), Республиканской научно-практической конференции «Современные информационные компьютерные технологии» (Беларусь, Гродно, 2006 г.), научно-технических семинарах МИЭМ (2003 -2005 гг.), совещаниях Минсвязи РФ.
Публикации.
Результаты диссертационной работы отражены в 8 опубликованных печатных работах.
Структура и объем диссертации.
Формирование и функционирование верхних уровней информационного пространства
Ниже рассмотрим специфику формирования и работы верхних уровней информационного пространства и организации доступа к информации на этих уровнях.
Верхними уровнями будем называть первые три уровня из приведенной выше классификации.
На федеральном и региональном уровнях информатизация (формирование информационных подпространств и обеспечение доступа к информации) обеспечивается, как правило, за счет создания специализированных информационных систем и баз данных, доступ к которым строго регламентирован, сбор данных и их актуализация производятся, как правило, в системах более низкого уровня. Пользователями информации в системах этих уровней являются сотрудники федеральных и региональных учреждений, а также, в соответствии с законодательством, прочие физические лица и организации, которым требуется информация данных уровней. Однако для каждой категории пользователей устанавливается свой регламент доступа. Системы федерального и регионального уровней взаимодействуют с системами других уровней.
Современная история информатизации в России свидетельствует о ее отраслевом характере, поэтому наиболее продвинут процесс информатизации на отраслевом уровне. Вполне естественно, что ею занимаются многие организации и ведомства, где, во-первых, без информатизации невозможно выполнение функциональных задач на необходимом уровне, а во-вторых, имеется необходимая база для проведения работ по информатизации (подготовленный персонал, соответствующие телекоммуникационные и компьютерные ресурсы, финансовые средства и т.д.). Как правило, информационные системы создаются силами предприятий (отраслей, корпораций). Этим системам свойственны достаточно высокая автономность, как в смысле доступа посторонних пользователей, так и в смысле использования методов сбора, обработки и хранения информации. Несмотря на применение принципов «открытости», подобные системы строго регламентируют подключение внешних пользователей, обмен данными с другими системами. Основными задачами информатизации для верхних уровней являются [25,45,48,59]: - создание информационного подпространства в соответствии с заданными (разработанными) правилами и стандартами, - обеспечение решения необходимых задач, - обеспечение санкционированного доступа к информации для определенного круга пользователей, взаимодействие с внешними информационными системами (внешними информационными подпространствами) и с подпространствами других уровней информационного пространства. Информатизация на верхних уровнях имеет свою специфику, связанную со следующими факторами: Наличие собственной телекоммуникационной системы, способной обеспечить обслуживание требуемого количества пользователей с заданным качеством (это свойственно отраслевым и корпоративным информационным системам); Использование как общедоступных, так и специализированных каналов связи (это особенность федеральных и региональных систем); Согласованные внутри уровней и между уровнями требования к защите информации; Согласованные внутри уровней и между уровнями объемы хранимой информации, формы передачи, представления и запросов; Территориальное размещение центров хранения информации и потенциальных пользователей; Возможности взаимодействия с внешними телекоммуникационными и информационными системами Финансовые возможности (этот фактор влияет на характеристики аппаратных средств и систем связи, количество одновременно обслуживаемых пользователей); Подготовленность персонала (пользователей); Наличие организационно-технологической документации, регламентирующей работу персонала и пользователей. Анализ перечисленных особенностей позволяет определить основные проблемы, связанные с информатизацией для верхних уровней, которые можно разбить на две группы: 1. взаимодействие между подсистемами: взаимодействие между подсистемами внутри одного уровня; взаимодействие между подсистемами различных уровней. 2. обслуживание пользователей подсистемами различных уровней: подключение пользователей к подсистемам различных уровней; обеспечение санкционированного доступа пользователей к информации на различных уровнях; предоставление пользователям заданного набора сервисов на различных уровнях; контроль и аудит работы пользователей; поиск информации пользователями на различных уровнях.
Расширение возможностей ПКД при объединении в систему
К настоящему времени в России в соответствии с ФЦП «Электронная Россия» созданы пункты коллективного доступа (ПКД), которые обеспечивают гражданам и организациям возможность пользоваться услугами сети Интернет. ПКД распределены по регионам России и позволяют работать в среде Интернет достаточно большому количеству пользователей. Таким образом, сделан один из важных первых шагов по информатизации России [53].
Однако, простое наращивание количества ПКД не может обеспечить качественного скачка в процессе информатизации, поскольку автономная работа ПКД не позволяет эффективно решать многие новые задачи, которые возникают у пользователей после знакомства с возможностями компьютеров, телекоммуникационных систем и современных информационных технологий по получению и обработке информации [31, 34,36,51,60,61,77,78].
Для дальнейшего развития процесса информатизации общества и получения ощутимых экономических и социальных результатов целесообразно созданные и вновь создаваемые ПКД интегрировать в распределенную систему ПКД. Создание системы позволит решить ряд организационно-технологических задач по управлению работой ПКД, расширить круг сервисов (услуг), предоставляемых пользователям до современного уровня. Ниже будут исследованы проблемы построения системы ПКД. Объединение ПКД в систему предусматривает создание системы связи между ними и установление информационного взаимодействия, обеспечивающего обмен данными, возможность подключения пользователей одного ПКД к другому для получения необходимых услуг, концентрацию ресурсов нескольких ПКД для решения определенных задач пользователей. Целью объединения ПКД является создание распределенной информационно-вычислительной системы, которая интегрирует возможности отдельных пунктов и при развитии может рассматриваться пользователем как единый предоставляемый ему ресурс. Объединение ПКД в систему позволит решить ряд важных организационно-технологических задач, расширить возможности ПКД по предоставлению пользователям услуг. Организационно-технологические задачи, решаемые при создании системы ПКД, определяются новыми возможностями, которые предоставляются системой [26, 27, 30, 45, 47, 54, 122, 123]. Среди организационно-технологических задач, решение которых возможно в именно в системе ПКД, выделим наиболее важные: 1. Создание внутрисистемного профиля стандартов, который обеспечит: возможность создания и применения единого пользовательского интерфейса для всех ПКД в составе системы; возможность применения единых внутрисистемных механизмов и форм представления, передачи и хранения данных; возможность применения внутрисистемной адресации ПКД и структурообразующей аппаратуры, обеспечивающей работу автономно от общедоступной среды Интернет; возможность использования специализированных стандартных точек входа в государственные информационные системы без использования среды Интернет; возможность применения единых внутрисистемных механизмов обеспечения безопасности системы (управление доступом, контроль и аудит, криптозащита и т.д.). Централизованное администрирование системы в целом и отдельных ПКД, обеспечивающее: управление тарифной политикой и биллинг; контроль за работой отдельных ПКД (число обслуженных пользователей, время работы пользователей); контроль за работой , учет и регистрация пользователей; контроль использования ресурсов системы и отдельных ПКД; организацию распределенного хранения и обработки информации; управление ресурсами системы (распределение ресурсов различных ПКД между пользователями, перераспределение ресурсов в соответствии с их активностью в зависимости от местного времени (часовых поясов), например); создание рабочих групп пользователей и виртуальных сетей рабочих групп; управление рекламой и общесистемной информацией для пользователей; управление доступом во внешние информационные системы; управление доступом к удаленным ПКД; концентрацию ресурсов для решения сложных задач. Здесь решение задач централизованного админитрирования обеспечивает возможности по настройке параметров ПКД, установлению необходимых соединений, распределению мест хранения и обработки информации, проведение аудита работы пользователей и аппаратно-программных средств. Появляется возможность предоставлять каждому пользователю необходимые ресурсы, расположенные на различных ПКД, т.е. создавать для пользователей виртуальные ПКД [60, 61, 64, 66, 78, 83]. Работа виртуальных ПКД должна быть прозрачной для пользователей. Обеспечение безопасности информации достигается за счет возможности централизованного управления доступом пользователей к ресурсам системы и в информационное пространство, возможности резервирования данных в рамках всей системы, возможности согласованного контроля работы пользователей [17, 34, 77]. Улучшение эксплуатационных характеристик обеспечивается возможностями по перераспределению ресурсов между пользователями т.к. пользователь может получить требуемые услуги на ПКД первого типа, сокращением времени обслуживания запросов пользователей и времени ожидания пользователей для работы на ПКД. Ниже будут построены математические модели для численного расчета значений характеристик при работе ПКД в составе системы.
Управление доступом пользователей к информации
Задачей средств контроля является своевременное обнаружение и регистрация ситуаций, которые могут быть расценены как угроза системе. Средства контроля являются необходимым элементом политики безопасности.
Средства управления предназначены для оперативной реакции со стороны администратора на различные ситуации, а также для настройки основных параметров системы. Средства управления также являются необходимым элементом политики безопасности.
Неотъемлемой частью политики безопасности является служба контроля и регистрации событий. Ее главной задачей является своевременное обнаружение событий, которые могут интерпретироваться как угроза. Эта задача включает: или же тех событий, которые могут быть расценены как угроза. 2. Выдачу соответствующего сообщения оператору или же запротоколировать параметры события в системном журнале. К средствам и мерам контроля относятся: системные журналы, мониторинг и диагностика.
На сегодняшний день разработано достаточно много средств сетевого контроля и управления, позволяющих осуществлять администрирование сети. Среди присутствующих в настоящее время на рынке можно отнести, например, HP Open View.
В системе Open View сеть определяется как совокупность объектов, управляемых менеджерами объектов. Имеется стандартная TCP/UDP/IP-поддержка функций протокола SNMP, реализованы протоколы OSI СМОТ и CMIP. Приложения, использующие протокол SNMP могут получать доступ к услугам Open View через разработанный фирмой HP интерфейс прикладных программ (АРІ). За поддержку политики безопасности в OpenView отвечает компонента Supervisor, которая может инициировать, сбрасывать, открывать и закрывать доступ к устройствам сети, а также контролировать его. Система OpenView обладает мощными средствами автоматического обнаружения IP и SNMP узлов и графического представления топологии. Есть возможность создания представлений подмножеств сети. Имеются развитые средства для быстрого обнаружения сетевых ошибок и фильтрации сигналов об ошибках и критических ситуациях. Объектно-ориентированный подход дает возможность создавать SNMP-приложения не прибегая к программированию.
Большое число ПКД, входящих в систему, требует связи для обмена данными между собой и с другими системами. Для такой связи могут использоваться общедоступные каналы и системы (ТФ каналы, Internet, и т.д.). При этом администратор безопасности системы должен решать ряд новых проблем: защита ПКД от несанкционированного доступа, разграничение прав доступа внешних пользователей, обращающихся к своим серверам, а также и своих пользователей, запрашивающих сервисы сети. Для решения этих, а также множества других проблем используют межсетевые экраны. Межсетевой экран позволяет разделить сеть на две или более частей и реализовать набор правил, определяющих условия прохождения пакетов из одной части в другую. Межсетевой экран пропускает через себя весь трафик и для каждого проходящего пакета принимает решение пропускать его или отбросить.
Некоторые межсетевые экранов позволяют организовывать виртуальные сети (VPN), объединяющие несколько ПКД и внешних локальных сетей, в одну виртуальную сеть. Для подключения межсетевых экранов используются различные схемы [77]. Основной задачей системы ПКД является обеспечение пользователям доступа к информации, находящейся в информационных системах, связанных с ПКД, При этом сама систем ПКД практически не содержит информации, требуемой пользователям. В связи с этим управление доступом подразумевает решение двух основных задач: управление доступом к ресурсам системы ПКД; управление доступом к информационным системам других организаций (к информационным подпространствам). Решение первой задачи возможно, во-первых, с применением традиционных методов идентификации и аутентификации пользователей, однако они требуют предварительной регистрации пользователей, что при большом числе пользователей и нерегулярности их работы на ПКД трудно выполнимо практически. Однако при достаточно длительной работе ПКД возможно создание локальной базы данных пользователей, что и будет соответствовать их регистрации. Во-вторых, возможно отменить процедуру аутентификации для определенной группы сервисов, например для простого выхода в Интернет (упрощенная регистрация). В-третьих, возможно, также для определенной группы сервисов, вовсе отменить регистрацию. Таким образом, управление доступом к ресурсам ПКД должно включать разнообразные процедуры регистрации, соответствующие предоставляемым сервисам. Например, если пользователю предоставлена возможность для создания и ведения своей базу данных на сервере ПКД, то должна проводиться полная регистрация. При этом регистрационные данные должны идентифицировать пользователя однозначно. Решение второй задачи более сложно, поскольку различные информационные системы применяют различные механизмы и средства защиты, формы представления данных, наконец, используют различные базы данных, со всеми вытекающими последствиями. Привести все системы к однообразным механизмам и методам практически невозможно. В связи с этим предлагается механизм доступа к различным информационным подпространствам, использующий точки доступа в эти подпространства. Каждая такая точка доступа формируется в соответствующем подпространстве (информационной системе) и известна (зарегистрирована) в системе ПКД, компьютеры ПКД регистрируются в точках доступа. Для этой точки доступа разрабатываются правила и механизмы защиты, передачи и представления данных, которые соответствуют пользовательскому интерфейсу системы ПКД. Например, в качестве точки доступа может быть использована локальная база данных подпространства, где сосредоточены все данные, которые могут быть доступны пользователям. Такая база строится в соответствии с требованиями системы ПКД. Использование точек доступа позволяет: использовать согласованные интерфейсы и формы представления данных между системой ПКД и внешними информационными подсистемами без значительных изменений во внешних системах; осуществлять контроль доступа в информационные системы. Схема применения точек доступа показана на рисунке 2.2. 2.3. Задачи построения распределенной системы ПКД В главе I были выделены три типа ПКД в соответствии с предоставляемыми сервисами. Также была определена структура ПКД и отмечено, что параметры ПД зависят от нагрузки, которая распределяется между ПКД неравномерно и зависит от многих факторов, таких, например, как: Количество проживающих в области расположения ПКД граждан, которым требуется вход в информационное пространство; Количество и набор требуемых пользователям ПКД сервисов (услуг); Количество организаций, пользующихся услугами ПКД; Доступность ПКД для граждан и организаций; Возможности ПКД по подключению к информационным ресурсам различных организаций.
Анализ работы ПКД второго и третьего типов
Все графики строились с учетом требований о наличии стационарного режима в работе системы, т.е. минимально возможное количество серверов выбиралось так, чтобы не было перегрузки системы.
Из результатов расчетов следует, что при малой интенсивности потока запросов на серверы ПКД второго типа (ряд 1) создавать эти ПКД экономически не выгодно (прибыль отрицательна). Это значит, что возможно, более экономически оправданным решением будет создание ПКД второго типа (и третьего) для нескольких регионов.
Кроме того, из графиков можно определить количественный диапазон для серверов ПКД. Например, при интенсивности потока запросов 0.05 эффективно иметь количество серверов на ПКД второго типа от 35 до 42. Таким образом, показано, как, используя полученные в диссертации результаты, можно определить количество и состав ПКД для заданного региона при известных параметрах, определяющих работу пользователей и экономические показатели. Выводы 1. Проведен анализ развития ПКД в регионах, выделены причины большого разброса в количестве ПКД по регионам и показаны возможности увеличения количества ПКД и их пользователей. 2. Показаны возможности применения разработанных моделей для формирования системы ПКД в конкретном регионе. 1. Проведен анализ современного состояния процесса информатизации в государстве и определены основные задачи и направления развития, которые позволят интенсифицировать процесс, обеспечить доступ к информации большему количеству граждан и организаций, расширить количество и поднять качество услуг. 2. Показано, что ведущую роль в процессе информатизации играет создание информационного пространства. Определены цели и задачи создания информационного пространства на сегодняшний день. Исследованы и предложены решения по структуре информационного пространства, его защите и организации доступа к информационным ресурсам. 3. Исследована роль пунктов коллективного доступа в процессе решения задач информатизации и направления их развития. Проведена классификация ПКД, основанная на решаемых функциональных задачах по обслуживанию пользователей. Показано, что совершенствование работы ПКД требует объединения их в единую распределенную систему, что позволит значительно расширить количество предлагаемых ПКД услуг, повысит эффективность управления ПКД, позволит решить проблему перераспределения ресурсов и привлечет новый контингент пользователей, которым требуется применение современных информационных технологий. Исследованы задачи и направления построения системы ПКД, обеспечивающие требования к информационной безопасности и организации работы пользователей. 4. Разработаны методы для решения задач анализа и синтеза сетевой структуры системы ПКД. В качестве критерия качества решения задачи синтеза выбрана прибыль, получаемая при эксплуатации системы. Разработаны модели для расчета прибыли как всей системы, так и отдельных ГЖД. Разработана методика синтеза структуры, предусматривающая решение последовательное решение задач размещения территориального ГЖД, определения состава ПКД различных типов, формирования связей между ПКД с учетом возможностей телекоммуникационной среды. 5. Разработан комплекс математических моделей для расчета характеристик ГОСД различных типов, оптимизации тарифной политики при обслуживании пользователей, определения количественного состава ПКДи параметров серверного оорудования. Показаны возможности применения моделей при решении задачи синтеза структуры системы ПКД. 6. Показаны возможности применения разработанных методов и средств при решении задач создания региональных систем ПКД. Полученные в диссертации результаты могут стать основой для создания эффективной общегосударственной информационной системы, обеспечивающей необходимый сервис пользователям при требуемых уровнях информационной безопасности и достоверности информации, альтернативной системе Интернет.
