Моделі та інструментальні засоби систем управління ІТ-інфраструктурою організацій

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет радіоелектроніки

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Моделі та інструментальні засоби систем управління ІТ-інфраструктурою організацій

05.13.06 - інформаційні технології

Сокол Владислав Євгенович

Харків-2014

АНОТАЦІЯ

Сокол В.Є. Моделі та інструментальні засоби систем управління ІТ-інфраструктурою організацій. - На правах рукопису.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. - Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків. - 2014.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі розробки моделей, методів та інформаційної технології для підвищення ефективності впровадження та функціонування систем управління ІТ-послугами (СУІТП).

Проаналізовано особливості сучасних СУІТП, та запропонована знання-орієнтована концепція для підвищення ефективності їх впровадження та функціонування. Розроблена алгоритмічна модель процесу експертного оцінювання альтернативних конфігурацій функціональних модулів СУІТП, яка дозволяє кількісно визначати ефективність їх впровадження. Удосконалено метод та технологічні процедури інтеграції СУІТП у корпоративну ІТ-інфраструктуру організаціях шляхом розробки семантичної моделі та сервіс-орієнтованих засобів інтеграції даних, що забезпечує більш високу якість процесу інтеграції. Набули подальшого розвитку процедури підтримки процесу пошуку рішень при розв'язання проблемних ситуацій в роботі користувачів СУІТП на основі застосування методів аналізу прецедентів у поєднанні із використанням адаптивних доменних онтологій, а також моделі та технології опрацювання інцидентів в СУІТП із використанням бази даних управління конфігураціями за рахунок адаптивного налаштування її підсхеми пошукових даних.

Проведено експериментальні дослідження працездатності розробленого підходу, сформульовано практичні рекомендації щодо підвищення ефективності впровадження та функціонування СУІТП в організаціях та на підприємствах.

Ключові слова: управління ІТ-послугами, онтологія, алгоритмічна модель, інтеграція даних, метод аналізу прецедентів, база даних управління конфігураціями.

АННОТАЦИЯ

Сокол В.Э. Модели и инструментальные средства систем управления ИТ-инфраструктурой организаций. - На правах рукописи.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - информационные технологии. - Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт» Министерства образования и науки Украины, Харьков, 2014.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-практической задачи разработки моделей, методов и информационной технологии для повышения эффективности внедрения и функционирования систем управления ИТ-услугами (СУИТП).

Проанализированы особенности современных СУИТП, и предложена знание-ориентированная концепция для повышения эффективности их внедрения и функционирования. Разработана алгоритмическая модель процесса экспертной оценки альтернативных конфигураций функциональных модулей СУИТП, которая позволяет количественно определять эффективность их внедрения. Усовершенствован метод и технологические процедуры интеграции СУИТП в корпоративную ИТ-инфраструктуру организаций путем разработки семантической модели и сервис-ориентированных средств интеграции данных, которые обеспечивают более высокое качество процесса интеграции. Получили дальнейшее развитие процедуры поддержки процесса поиска решений при решении проблемных ситуаций в работе пользователей СУИТП на основе применения методов анализа прецедентов в сочетании с использованием адаптивных доменных онтологий, а также модели и технологии обработки инцидентов в СУИТП с использованием базы данных управления конфигурациями за счет адаптивной настройки ее подсхемы поисковых данных.

Проведены экспериментальные исследования работоспособности разработанного подхода, сформулированы практические рекомендации по повышению производительности функционирования СУИТП в организациях и на предприятиях.

Ключевые слова: управление ІТ-сервисами, онтология, алгоритмическая модель, интеграция данных, метод анализа прецедентов, база данных управления конфигурациями.

ABSTRACT

Sokol V.Y. Models and Tools for IT-Services Management Systems. _ Manuscript.

Dissertation for the candidate's degree on the speciality 05.13.06 - information technologies. - National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» Ministry of education and science of Ukraine, Kharkiv, 2014.

The thesis is devoted to solve the actual problem to develop models, methods and applied information technology to increase an efficiency of IT-Service Management Systems (ITSM).

In the first chapter the analysis of the current state of the main problems in the area of corporate IT services business organizations is performed. It was considered modern approaches to build corporate IT architecture, analyzed reasons of occurring ITSM systems, the comparative analysis of some existent systems and also main models, methods and informational technologies that are used in these systems were done. After done analysis three conceptual tasks were formulated:

Task 1. Despite the multilevel architecture and considering big number of functional subsystems and modules there is a problem of selecting effective configuration some functions of ITSM to satisfy business needs of organization

Task 2. After selecting specific modules configuration next important point is integration of current module configuration into existent corporate IT infrastructure.

Task 3. To increase the level of ITSM data intellectual processing for solving the problem situations during work of end users.

In the second chapter devoted to the development of methodological principles for creating an integrated model-technological tool to improve implementation and subsequent use of perspective ITSM by solving Task 1- Task 3. For this reason was proposed scheme of ITSM typical functionality. Considering factors: overall high complexity (dimension) and lack formalization parameters describing configurations of ITSM modules; criteria for evaluating effectiveness is uneven and multi-factors, to solve this problem it was used the method of expert finding appropriate solutions to the selection of alternatives, particularly in the presence of fuzzy data. To solve the task2 it was proposed approach based on the specifications creation of for the ontology description and further joining of relevant information resources.

In the third chapter are presented the algorithmic model, information models, algorithms and technological procedures that are designed based on the proposed second chapter of complex knowledge-based methodological approach to improve ITSM' usage.

In the first section of this chapter, by analyzing data on IT-infrastructure problem situations and major incidents that occur in the work of its users on the example of NTU "KPI" corporate network, were found typical problems of performance and offered an acceptable solution using functional ITSM modules.

The second section is obtained procedure of ITSM data resources integration and corporate IT infrastructure, using 2 groups of functions: SemanticSimilarity(), DictionarySemanticSimilarity(), DataTypeSimilarity() - this functions are used to implement appropriate algorithms for semantic similarity analysis and data models to be integrated and functions Initialization(), SplittingNamesIntoSubstrings(), Average(), SortByScore(), FindBest() - to perform service operations.

In the third section developed a combined procedure of finding solutions to the proposed mechanism for incidents intelligent processing based on synthesis capabilities of CBR-method and CMDB-technology.

Finally, the fourth chapter of work presents a general scheme of the applied information technology, which joins developed in the third section models, methods and algorithms, and is represented as a block diagram notation in IDEF0.

The fourth chapter contains the description of software tools that implement the basic functional blocks of the developed information technology, and presents the results of the analysis carried out computational experiments have been conducted to study the effectiveness of the proposed approach.

The obtained results show that the most effective alternative of ITSM modules introduction in IT NTU "KPI" infrastructure is a subsystem Service Desk, Incident Management module and problem management module. To verify the accuracy of these estimates was made comparative analysis of existing data of international research firm IDC (www.idc.com) on the most effective examples (best praxis) of ITSM application usage.

For the quality estimation of the integration process of relevant data schemes used indicators such as accuracy (precision) and completeness of information retrieval (recall), which are determined in the process of comparing information attribute data tables that need to be integrated. To determine the overall effectiveness of the procedures used balanced harmonious integration of the convolution of these parameters, determined using the Van-Rizberhena degree (or - degree). Features of the proposed methodology is that at the same time to determine - degree is used another quantitative metrics: completeness of dictionary term coverage of integrated models.

The implementation of proposed complex usage of search algorithms in CMDB database and CBR method has improved the efficiency of incident management process. This was confirmed by studying the 2 alternative search keywords algorithms in the CMDB, which then used in modified CBR-method of finding solutions to incidents that arise in the corporate users of IT services. Summary results of the study the effectiveness of this process is determined by using the proximity measure depending on the number of keywords and their relevant coefficients.

Key words: IT-services management, ontology, algorithmic model, data integration, case-based reasoning, configuration management database.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Концепція управління якістю надання інформаційно-технологічних (ІТ) послуг (IT Service Management _ ITSM) виникла за останні 10-15 років в результаті принципової зміни ролі ІТ - відділень в більшості організацій у різних галузях. Їх бізнес _ процеси настільки тісно пов'язані з програмним забезпеченням (ПЗ), технічними ресурсами і діяльністю персоналу відділів автоматизації, що ефективність останніх стає одним з вирішальних факторів успіху діяльності будь-якої компанії в цілому. Все це призвело до появи нового класу автоматизованих систем управління, а саме: систем управління ІТ-послугами (СУІТП), застосування яких має на меті вирішення проблем, пов'язаних із необхідністю підвищення ефективності управління корпоративною ІТ-інфраструктурою. Сучасні розробки у галузі створення нових стандартів та технологій для побудови СУІТП проводяться такими великими корпораціями як Hewlett-Packard, Microsoft та IBM, а наукові проблеми моделювання та управління в складних розподілених інформаційних системах досліджуються в роботах таких відомих вітчизняних та закордонних вчених як О.В. Палагін, І.В. Сергієнко, Ю.П. Зайченко, С.Ф. Теленик, М.-К. Валенте (M.-C. Valiente), Дж. Блек (J. Black), Д. Сміт (D. Smith), Р. Штайнберг (R. Steinberg) та інших фахівців.

Необхідно відзначити, що внаслідок таких особливостей побудови та функціонування сучасних СУІТП як висока ступінь складності архітектури та багатофункціональність модулів існуючих систем, низький рівень формалізації опису основних процесів функціонування цих систем, наявність в СУІТП власних баз даних із специфічною структурою, велика питома вага рутинних операцій у загальному обсязі наявних системних функцій СУІТП та практична відсутність кількісних метрик для оцінювання якості процесів впровадження та функціонування таких систем, все ще лишаються не повністю вирішеними, зокрема, такі проблеми як: великі витрати на впровадження та налагодження СУІТП у цільовій організації, значна надлишковість та дублювання інформації в корпоративних базах даних та базах даних СУІТП, низькій рівень автоматизації процесів прийняття рішень при розв'язанні проблемних ситуацій в роботі користувачів. Таким чином постановка задачі дослідження цієї роботи є досить актуальною та практично значущою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі автоматизованих систем управління НТУ «Харківський політехнічний інститут» відповідно до завдань держбюджетної НДР МОН України: «Розробка інтелектуальних інформаційних технологій для підвищення ефективності та якості процесів створення складних програмних систем» (ДР № 0113U000453), де здобувач брав участь як виконавець окремих розділів.

Мета та задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності застосування систем управління інформаційно-технологічними послугами (СУІТП) шляхом розробки та застосування інформаційних моделей і інструментальних засобів для комплексної оцінки ефективності впровадження таких систем, а також для їх подальшої інтеграції в корпоративну ІТ-інфраструктуру та підвищення рівня інтелектуальної обробки даних.

Для досягнення мети дослідження поставлені задачі:

провести аналіз інформаційної архітектури та функціональних можливостей сучасних СУІТП, виділити та дослідити властивості їх підсистем та окремих модулів;

запропонувати методологічний підхід для підвищення ефективності процесів впровадження та функціонування СУІТП;

розробити алгоритмічну модель процесу оцінки ефективності впровадження альтернативних конфігурацій модулів СУІТП у відповідній бізнес-організації;

дослідити проблеми інтеграції СУІТП у корпоративну ІТ-інфраструктуру та запропонувати інформаційні моделі та інструментальні засоби для інтеграції відповідних інформаційних ресурсів;

розробити інформаційні моделі та технологічні рішення для підвищення ефективності опрацювання інцидентів в СУІТП;

реалізувати основні програмні компоненті прикладної інформаційної технології для практичного застосування запропонованих моделей та інструментальних засобів;

провести експериментальні дослідження розробленого підходу та на основі аналізу отриманих результатів розробити практичні рекомендації щодо підвищення ефективності впровадження та функціонування СУІТП в організаціях і на підприємствах.

Об'єкт дослідження: процеси впровадження та функціонування систем управління інформаційно-технологічними послугами в організаціях.

Предмет дослідження: моделі та інструментальні засоби систем управління інформаційно-технологічними послугами, що забезпечують підвищення ефективності функціонування цих систем.

Методи досліджень. Наукові та практичні аспекти дисертації базуються на концепціях прикладного системного аналізу, на використанні математичного апарату загальної теорії множин, експертних методів пошуку рішень із застосуванням багатокритеріальних альтернатив, методах побудови доменних онтологій для структурування інформаційного базису функціонування СУІТП, на методах логічного виводу на основі аналізу прецедентів для опрацювання проблемних ситуацій, на методах об'єктно-орієнтованого аналізу та синтезу ПЗ з використанням уніфікованої мови системного моделювання UML (Unified Modeling Language) для формалізації процедур проектування інструментальних програмних засобів; на застосуванні методів статистичного аналізу експериментальних даних для кількісної оцінки ефективності запропонованого підходу.

Наукова новизна отриманих результатів:

вперше: розроблена алгоритмічна модель процесу експертного оцінювання ефективності впровадження функціональних модулів систем управління ІТ-послугами (СУІТП), яка відрізняється від існуючих підходів до вирішення цієї задачі комплексним застосуванням методу багатокритеріального ранжування альтернатив у поєднанні з інформаційним ресурсом, структурованим із використанням онтологічних специфікацій, а також сукупності обчислювальних показників (критеріїв) якості управління ІТ-послугами, що дозволяє кількісно визначати ефективність впровадження модулів СУІТП у відповідній бізнес-організації;

набули подальшого розвитку: метод та інструментальні засоби інтеграції інформаційних ресурсів СУІТП у корпоративну ІТ-інфраструктуру організацій, які на відміну від існуючих, шляхом застосування семантичного підходу до інтеграції моделей даних та розробки сервіс-орієнтованої інформаційної технології для його реалізації забезпечують більш високу якість (повноту та точність) процесу інтеграції корпоративних ресурсів даних;

удосконалено: інформаційні моделі та технології опрацювання даних в СУІТП, які на відміну від існуючих, за рахунок використання бази даних управління конфігураціями із розширеною підсхемою її метаданих, дають можливість зменшити обчислювальні ресурси, що є необхідними для пошуку відповідної інформації;

удосконалено: інформаційну технологію підтримки процесу пошуку рішень при розв'язання проблемних ситуацій, що виникають в роботі користувачів СУІТП, які на відміну від існуючих, за рахунок комплексного застосування модифікованого методу логічного виводу на основі аналізу прецедентів у поєднанні із удосконаленою технологією бази даних управління конфігураціями забезпечують можливість отримання кількісних оцінок ефективності процесу обробки запитів користувачів ІТ-послуг.

Практичне значення отриманих результатів визначається тим, що розроблені в дисертаційній роботі моделі та інструментальні засоби можуть бути використані як для підвищення ефективності функціонування вже існуючих так і для проектування перспективних СУІТП. Запропонована комплексна методика оцінки ефективності впровадження альтернативних модульних конфігурацій цих систем успішно використана для вирішення цих задач на прикладі впровадження реальної СУІТП: програмного продукту OTRS (система з відкритим кодом) в процес надання ІТ-послуг користувачам корпоративної мережі НТУ «ХПІ» і підтвердила свою працездатність.

Результати дисертаційної роботи впроваджені в ІТ-компанії ТОВ «Академія Смарт» (акт від 15.04.2014) м. Харків, а також під час виконання держбюджетної НДР в НТУ «ХПІ» (акт від 12.06.2014). Матеріали дисертаційного дослідження впроваджені в навчальному процесі кафедри АСУ НТУ «ХПІ» у дисциплінах «Проектування та експлуатація баз даних», «Аналіз вимог до програмного забезпечення», «Методи та засоби автоматизації процесів життєвого циклу ПЗ» та «Компонентні програмні архітектури» (довідка від 14.05.2014).

Особистий внесок здобувача. Усі нові наукові результати, викладені в дисертації, отримані здобувачем самостійно. У роботах, які написано у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає у такому: виконано аналіз особливостей розробки та застосування сучасних СУІТП та побудована типова схема їх функціональності [1]; удосконалено моделі та алгоритми пошуку інформації при розв'язанні інцидентів із застосуванням баз даних управління конфігураціями [2]; розроблена комплексна методика отримання експертної оцінки ефективності впровадження альтернативних конфігурацій модулів СУІТП [3]; розроблені та протестовані інструментальні засоби для програмної реалізації методики оцінки ефективності [4]; запропоновані алгоритмічна модель процесу оцінки ефективності та загальна схема інформаційної технології підвищення ефективності функціонування СУІТП [5]; розроблена технологічна процедура для підвищення ефективності опрацювання інцидентів в СУІТП [6]; запропоновано знання-орієнтований підхід до підвищення ефективності впровадження та функціонування СУІТП [7]; розроблені інформаційні моделі для підвищення ефективності опрацювання інцидентів в СУІТП із використанням модифікованого методу аналізу прецедентів та онтологій [8]; удосконалено моделі та процедури інтеграції інформаційних ресурсів СУІТП та корпоративної ІТ-інфраструктури [9]; розроблені та досліджені програмні компоненти прикладної інформаційної технології для практичного застосування запропонованих моделей та процедур [10].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати досліджень пройшли апробацію та одержали позитивну оцінку на: XІ-й Міжнародній науково-технічній конференції «Системний аналіз и інформаційні технології» (Київ, 2011); ХX та XXI Міжнародні науково-практичні конференції «Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я:», (Харків _ 2012,2013); ICTERI-2013: 9th International Conference on ICT in Education, Research and Industrial Applications (Херсон, Україна, 2013), а також на наукових семінарах кафедри АСУ НТУ «ХПІ» (2011-2014).

Публікації. За результатами дисертаційного дослідження опубліковано 10 наукових праць, у тому числі 5 статей у наукових фахових виданнях України з технічних наук, з них 3 публікації у виданнях, що входять до наукометричних баз ”Index Copernicus”, "BASE", "Ultrich's Periodicals Directory", 1 стаття - у науковому періодичному іноземному видані (наукаметрична база «Scopus»), і 4 _ у тезах та матеріалах міжнародних конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи становить 179 сторінок, у тому числі: основний текст дисертації 136 сторінок, містить 52 рисунка та 16 таблиць, перелік інформаційних джерел із 125 найменувань на 12 сторінках та 5 додатків на 31 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

інформаційний технологічний послуга інфраструктура

У вступі наведена загальна характеристика роботи: обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання дослідження, визначені об'єкт, предмет і методи дослідження, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, приведені дані про публікації, особистий внесок здобувача в роботи, виконані в співавторстві та дані про апробацію результатів дисертації.

У першому розділі проведений аналіз сучасного стану основних проблем в області управління корпоративними ІТ-послугами в бізнес-організаціях. Для постановки задач дисертаційного дослідження розглянуті сучасні підходи до побудови корпоративної інформаційної архітектури, проаналізовані причини появи та концепція побудови нового класу автоматизованих систем управління: системи управління ІТ-послугами (СУІТП), приведені результати порівняльного огляду найбільш поширених СУІТП, а також проаналізовані основні моделі, методи та інформаційні технології, що застосовуються для їх програмної реалізації. Проведений аналіз підходів, моделей і методів розробки та застосування сучасних СУІТП дозволяє зробити загальний висновок, що існуючі системи не дозволяють у повному обсязі автоматизувати основні процеси надання корпоративних ІТ-послуг їх користувачам в організаціях та на підприємствах, і зокрема, для досягнення цієї мети існує необхідність вирішення таких комплексних задач: (i) зважаючи на багаторівневість їх архітектури та враховуючи значну кількість їх функціональних підсистем та модулів досить складною є проблема вибору ефективної конфігурації певних функцій СУІТП із максимально можливим урахуванням потреб відповідної бізнес-організації; (ii) після вибору певної конфігурації модулів СУІТП наступною важливою задачею є її інтеграція в існуючу корпоративну ІТ-інфраструктуру, що має на меті усунути можливі семантичні та структурні конфлікти обробки даних в процесі подальшого використання цих систем; (iii) беручи до уваги те, що найбільш важливими функціями СУІТП є оперативна підтримка корпоративних користувачів ІТ-послуг у разі виникнення проблемних ситуацій (інцидентів) в їх роботі, і при цьому ці функції здебільш реалізовані у вигляді автоматизації найбільш простих рутинних операцій накопичення та обробки відповідних даних, постає задача підвищення рівня інтелектуальної підтримки роботи персоналу СУІТП.

Встановлено, що існуючі підходи до розробки та впровадження сучасних СУІТП недостатньо ефективно вирішують вищезгадані проблеми із урахуванням сучасним вимог до якості, оперативності та рівня інтелектуальної підтримки процесів надання корпоративних ІТ-послуг у бізнес-організаціях. Ці висновки визначають актуальність і важливість розв'язання задач підвищення ефективності впровадження та подальшого функціонування СУІТП, та дозволяють сформулювати постановку задачі дисертаційного дослідження.

Другий розділ роботи присвячено розробці методологічних засад для створення інтегрованого модельно-технологічного інструментарію для підвищення ефективності впровадження та подальшого застосування перспективних СУІТП шляхом вирішення задач (i)-(iii). Для цього, на основі результатів аналізу проведеного у першому розділі особливості побудови та застосування деяких існуючих СУІТП, запропонована схема їх типової функціональності (рис.1), де кожна з 5 основних підсистем (вони показані у вигляді пакетів в нотації UML) складається із декількох функціональних модулів (вони позначені на рис. 1 як окремі класи). Найбільш важливими серед цих функціональних модулів є такі: = ”Управління інцидентами (Incident management)” _ це організаційні процедури та інструментальні засоби усунення інцидентів в роботі користувачів ІТ-сервісів в організації, при цьому під інцидентами розуміються будь-які події, що вимагають відповідної реакції персоналу ІТ-підрозділів, тобто: помилки в програмному забезпеченні, апаратні збої, проблеми з каналами зв'язку, запити користувачів на консультації і т.п.; = ”Управління проблемами (Problem management)” - процедури та засоби виявлення та усунення проблемних ситуацій, на підставі яких виникають окремі інциденти; = ”Управління конфігураціями (Configuration management)” _ процедури та засоби створення та підтримки в актуальному стані інфологічної моделі ІТ-інфраструктури організації; = ”Управління змінами (Change management)” _ процедури та засоби відстеження та координування змін, що відбуваються в ІТ-інфраструктурі організації; = ”Управління рівнем сервісу (Service level management)” _ процедури та засоби визначення необхідного складу та рівня якості надання відповідних ІТ-сервісів користувачам і відстеження процесів їх виконання.

В роботі вказано на те, що наразі існують три основні схеми впровадження модулів M1-M5: класична схема S1=(M1,M3,M4,M2,M5), контрактна схема S2=(M5,M3,M1,M4,M2) та інфраструктурна схема S3=(M3,M4,M2,M1,M5), і зазначено, що попри наявність рекомендацій про доцільність застосування саме цих трьох типових схем S1-S3, у відповідних інформаційних джерелах недостатньо даних щодо кількісних порівняльних оцінок ефективності цих підходів.

Для вирішення задачі (i) з переліку (і)-(ііі), пропонується враховувати такі особливості як: загальна висока складність (розмірність) та недостатня формалізованість параметрів опису конфігурацій модулів СУІТП; критерії оцінки ефективності є нерівнозначними та багатофакторними; основним інформаційним джерелом для прийняття рішень є експертні дані; самі експертні дані можуть мати як кількісний так і якісний характер.

Враховуючи ці чинники, для вирішення поставленою задачі застосовано експертний метод пошуку відповідних рішень щодо вибору альтернативних варіантів, зокрема, в умовах наявності нечітких даних, який складається із наступних кроків:

Крок 1. Визначення множини альтернативних конфігурацій модулів СУІТП та множини глобальних критеріїв для оцінки ефективності цих альтернатив

Крок 2. Кожен глобальний критерій характеризується підмножиною відповідних локальних критеріїв і, крім того, визначається відповідна множина функцій належності для кожного з локальних критеріїв до відповідної альтернативи, а саме а також визначені вагові коефіцієнти відносної важливості цих локальних критеріїв при цьому виконується умова

Крок 3. Для кожної альтернативи визначаються їх функції приналежності глобальним критеріям на основі побудови згортки функцій належності локальних критеріїв за допомогою співвідношення

Крок 4. З урахуванням функції належності, отриманих для всіх альтернатив визначається згортка функції належності для узагальненого критерію: де коефіцієнти відносної важливості.

Крок 5. Варіант з максимальним значенням функції належності для узагальнених критерій обирається в якості цільового рішення

Вирази (1)-(9) формалізують експертну процедуру пошуку рішень щодо багатокритеріального вибору альтернативних конфігурацій модулів СУІТП.

Для вирішення задачі (іі), а саме: для інтеграції певної конфігурації модулів СУІТП в існуючу корпоративну ІТ-інфраструктуру в роботі запропоновано підхід на основі створення онтологічних специфікацій для опису та подальшого об'єднання відповідних інформаційних ресурсів (ІР), а саме: ІР, які пов'язані із функціональністю СУІТП (Ontology of ITSM:); ІР, що мають бути визначеними для корпоративної ІТ-інфраструктури (Ontology of Enterprise Architecture:), ІР, що є специфічними для конкретної цільовою організації (Ontology of Target Organization:). Тоді загальна онтологія для опису процесу інформаційної інтеграції, яку позначимо як, визначається у наступний спосіб

Для компонентів у виразі (10) використані вже існуючі онтології, які є доступними на відкритому інформаційному ресурсі OpenCyc (www.cyc.com), а саме: онтології (Software Process Engineering Meta-model) та (WorkFlow). Тоді онтологічна специфікація виглядає наступним чином

Онтологія із виразу (10) відповідно до стандарту має наступні складові у своєму визначенні, а саме де: - онтологія опису бізнес-термінів (Business Terms-BT), - онтологія визначення компонентів архітектури (Architectural Components _ AC), - онтологія опису відповідних зв'язків (Relationship _ RS) між архітектурними компонентами. І, нарешті, онтологія визначається з урахуванням особливостей тієї цільової організації, в ІТ-інфраструктуру якої інтегруються модулі відповідної СУІТП. В роботі ці процеси розглядаються для вирішення цієї проблеми на прикладі ІТ-інфраструктури університету, і на рис. 2 наведено фрагмент такої предметно-орієнтованої онтології.

І, нарешті, для вирішення задачі (ііі) в роботі запропоновано застосувати підхід із використанням інтелектуальних методів обробки інформації, зокрема, методу логічного виводу на основі аналізу прецедентів (Case-based Reasoning - CBR) у поєднанні із адаптивними онтологічними специфікаціями.

Така адаптивна структура визначається на основі вже наведеної у виразі (10) онтології цільової організації наступним чином де, додатково до основних компонентів буд-якої онтології, а саме: _ множини концептів, _ множини зв'язків між цими концептами, і _ множини аксіом (семантичних правил), які визначені між елементами множин та, ще додаються наступні компоненти: - це множина вагових коефіцієнтів для елементів множини, - множина вагових коефіцієнтів для елементів відношення відповідно.

Для підвищення ефективності застосування CBR-підходу для вирішення задачі управління інцидентами використано розширений опис прецеденту у вигляді наступного кортежу де _ унікальний ідентифікатор цього інциденту; _ заголовок опису інциденту; _ текстовий опис проблемної ситуації, що виникла в роботі користувача; _ специфікація вирішення цього інциденту. Потім шляхом семантичного аналізу текстового опису, в процесі якого застосовується адаптивна онтологія із виразу (13), формується вектор ключових слів, за допомогою якого виконується пошук в базі даних прецедентів тих можливих рішень із множини текстових специфікацій, які можуть бути використані для розв'язання первинної проблемної ситуації.

Крім застосування CBR-методології у поєднанні із механізмом адаптивної онтології предметної області застосування СУІТП, для підвищення інтелектуального рівня обробки інцидентів в роботі пропонується також використати вже існуючу у більшості сучасних СУІТП технологію баз даних управління конфігураціями (Configuration Management Database _). Формалізовано модель бази даних CMDB представляється у вигляді кортежу з трьох компонентів де - множина конфігураційних одиниць (Configuration Item), якими можуть бути будь-які програмні або апаратні ресурси ІТ-інфраструктури організації; - множина конфігурацій (Configuration), тобто певних сукупностей, які функціонують разом для забезпечення певної ІТ-послуги; - множина відповідних алгоритмів пошуку (Search Algorithm), які застосовуються для пошуку інформації в. Основною задачею, яка вирішується за допомогою, є пошук певних у разі виникнення інцидентів при наданні ІТ-послуг корпоративним користувачам. Для методологічного поєднання цих двох підходів: методів CBR та технології CMDB, з метою підвищення ефективності застосування СУІТП, в роботі запропонована 2-х етапна комбінована схема процесу управління розв'язанням інцидентів в роботі користувачів ІТ-послуг, яка представлена на рис.3 в нотації IDEF0.

У третьому розділі представлені алгоритмічна модель процесу експертного оцінювання альтернативних конфігурацій модулів СУІТП та методика її практичного застосування, інформаційні моделі, алгоритми та технологічні рішення, які розроблені на основі запропонованого комплексного знання-орієнтованого методологічного підходу для підвищення ефективності застосування СУІТП.

У першому підрозділі, на основі методу багатокритеріального ранжування та із урахуванням розроблених онтологічних специфікацій запропонована алгоритмічна модель процесу експертного оцінювання альтернативних конфігурацій модулів СУІТП при їх впровадженні в корпоративну ІТ-інфраструктуру. Ця модель ALM представлена в наступному вигляді де - інформаційний базис алгоритмічної моделі; - сукупність критеріїв оцінки ефективності та їх допустимі значення; - алгоритм багатокритеріального ранжування альтернатив.

Для визначення сукупності критеріїв з виразу (16) проведений аналіз статистики запитів користувачів ІТ-послуг корпоративної мережі НТУ ”ХПІ”, як типового прикладу розвиненої IT-інфраструктури сучасного вищого навчального закладу. В результаті цього виявлені типові проблеми функціонування окремих корпоративних підрозділів і різних типів користувачів ІТ-послуг та запропоновані можливі варіанти їх вирішення із використанням функціональних модулів CУIТП (табл. 1).

Таблиця 1 _ Основні типи інцидентів та причини їх виникнення (фрагмент)

№	Тип інциденту	Причина (проблемна ситуація)
1	Відсутність Інтернету у підрозділі чи на локальному ПК	- обрив мережевого кабелю; - вихід з ладу комутаційного обладнання; - проблеми з ПЗ на локальному ПК.
2	Висока завантаженість процесору ПК при малій кількості активних програм користувача	- наявність комп'ютерних вірусів, - висока ступінь засміченості локального ПК (наявність тимчасових файлів та / або ПЗ, яке не використовується). - висока ступінь дефрагментації жорстких дисків
3	Неможливість відправки електронної пошти	- некоректні налаштування локальних серверів (проксі-серверів), - проблема із центральним e-mail сервером.
	......................	..........................................

На підставі цих даних визначені можливі альтернативні варіанти впровадження конфігурацій модулів CУIТП, які формально визначені виразом (1) і вербальний опис яких наведено в табл. 2.

Таблиця 2 _ Альтернативи для дослідження ефективності (фрагмент)

Позначення	Опис альтернативних конфігурацій модулів СУІТП
	Підсистема Service Desk (SD) та модуль управління інцидентами (Incident Management - IM)
	Підсистема SD, модуль IM та модуль управління конфігураціями (Configuration Managment - CF)
	Підсистема SD, модуль IM та модуль правління змінами (Change Managment - СM)
	Підсистема SD, модуль IM та модуль управління проблемами (Problem Managment - PM)

На основі подальшого аналізу корпоративної ІТ-інфраструктури НТУ ”ХПІ” для глобальних і локальних критеріїв оцінки запропонованих альтернативних конфігурацій модулів СУІТП, які формалізовано подані формулами (2) - (3), визначені конкретні показники їх виміру та встановлені кількісні значення відповідних параметрів, із використання рекомендацій стандарту ITIL ISO/IEC 20000, які наведені в табл. 3. Загальна схема алгоритму із виразу (16), який використовує структурований інформаційний базис та сукупність критеріїв у вигляді UML - діаграми діяльності представлена на рис. 4.

У другому підрозділі розроблено метод семантичної інтеграції ресурсів даних СУІТП та інформаційних ресурсів корпоративної ІТ-інфраструктури, який передбачає виконання таких етапів.

Таблиця 3 _ Критерії для дослідження ефективності альтернатив (фрагмент)

Глобальні та локальні критерії	Показники виміру критеріїв та їх цільові значення	Небезпечне значення	Ефективне значення	Можливе значення
	Ефективне управління інцидентами
	Середній час (хв.) вирішення інциденту > min	>30	20	0-9999
	Відсоток інцидентів, вирішених про активно > max	0%	15%	0-100%
............	................	....	....	...
	Ефективне управління проблемами
	Загальне число інцидентів(од.) > min	200	100	0-999
	Відношення кількості вирішених проблем до їх загальної кількості (%) > max	<10%	25%	0-100%
	% інцидентів, які не вдалося пов'язати з проблемою > min	40%	25%	0-100%
.....	.......................................

Рисунок 1 - Алгоритмічна модель процесу експертної оцінки альтернатив

Етап 1. Конфігурування початкових значень необхідних параметрів та змінних для відповідного обчислювального алгоритму.

Етап 2. Розбиття імен всіх синтаксичних елементів схем даних на атомарні одиниці (лексеми).

Етап 3. Синтаксичне порівняння отриманих елементів.

Етап 4. Семантичне порівняння значень назв елементів схем із використанням додаткового словника.

Етап 5. Порівняння близькості елементів схем щодо їх типів даних.

Етап 6. Структурне порівняння схем даних, які мають бути інтегровані.

Етап 7. Обчислення середньо - арифметичної оцінки результатів виконання Етапів 3 - 6 із урахуванням відповідних вагових коефіцієнтів.

Етап 8. Ранжування отриманих оцінок та відбір тих елементів схем, які мають бути об'єднані в інтегрованій схемі даних.

Етап 9. Визначення елементів початкових схем, які не можуть бути інтегровані за результатами зіставлення на Етапі 8, і мають бути перенесені у цільову схему.

Етап 10. Формування повної цільової схеми даних.

У якості інструментальних засобів для підтримки методу, який представлено Етапами 1 - 10, розроблені дві групи функцій: перша група - функції для реалізації відповідних алгоритмів семантичного аналізу та визначення схожості схем даних, що мають бути інтегровані SemanticSimilarity(), DictionarySemanticSimilarity(), DataTypeSimilarity(); і друга група - для виконання сервісних операцій, це функції Initialization(), SplittingNamesIntoSubstrings(), Average(), SortByScore(), FindBest (). На програмному рівні ці функції реалізовано за допомогою сервіс-орієнтованої інформаційної технології, що забезпечує можливість їх гнучкого використання як персоналом СУІТП так і адміністраторами корпоративних ІТ ресурсів.

У третьому підрозділі, для реалізації запропонованого інтелектуального підходу до опрацювання інцидентів на основі синтезу можливостей CBR-методу та CMDB-технології, типова модель даних CMDB, яка подана за виразом (15), розширена за рахунок введення підсхеми пошукових даних, що дозволяє використовувати ключові слова в алгоритмах пошуку конфігураційних елементів ІТ-інфраструктури.

Загальна схема цієї інформаційної технології наведена на рис. 2.



Рисунок 2 - Діаграма дій інформаційної технології опрацювання інцидентів із поєднанням методу CBR та CMDB

Четвертий підрозділ представляє загальну схему прикладної інформаційної технології, що об'єднує розроблені у третьому розділі роботи моделі, методі та алгоритми, і яка у вигляді структурної діаграми в нотації IDEF0 представлена на рис.

Четвертий розділ дисертації містить опис розроблених інструментальних програмних засобів, які імплементують основні функціональні блоки розробленої інформаційної технології, а також представляє результати аналізу проведених обчислювальних експериментів, які проведені з метою дослідження ефективності запропонованого підходу.

В результаті реалізації першого з її функціональних блоків: це блок на рис.7, для всіх альтернатив, що представлені в табл. 3, виставляються експертні оцінки по кожному з критеріїв, які визначені виразами (1) - (3). В результаті виконання алгоритму багатокритеріального ранжування за формулами (4) - (9), отримано наступні чисельні значення для оцінок ефективності окремих альтернатив:

Результати показують, що найбільш ефективним варіантом впровадження модулів СУІТП в ІТ-інфраструктуру НТУ "ХПІ" є підсистема Service Desk, модуль управління інцидентами та модуль управління проблемами. Для підтвердження достовірності отриманих оцінок (18) проведений порівняльний аналіз із вже існуючими даними міжнародної дослідницької компанії IDC (www.idc.com) щодо найбільш ефективних прикладів (best praxis) застосування СУІТП, результати якого наведено на рис. 7.

Результатом реалізації функціонального блока із схеми на рис. 6 є інтегрована схема даних, яка забезпечує ефективне функціонування визначеної конфігурації модулів СУІТП в корпоративній ІТ-інфраструктурі. Для оцінки якості процесу інтеграції відповідних схем даних використані такі показники як точність (precision - p) та повнота інформаційного пошуку (recall - r), що визначаються в процесі порівняння інформаційних атрибутів інтегрованих таблиць даних.

Особливістю запропонованої методики є також те, що одночасно до визначення _ міри застосована ще одна кількісна метрика - повнота покриття словника термінів інтегрованих моделей

Реалізація функціонального блоку дозволила підвищити ефективність процесу управління інцидентами на основі комплексного використання алгоритмів пошуку в базі даних CMDB та методу CBR. На рис. 3, (а) представлені результати дослідження 2-х альтернативних алгоритмів пошуку ключових слів у CMDB, які потім використовуються в модифікованому CBR-методі пошуку рішень для інцидентів, що виникають в роботі користувачів корпоративних ІТ-послуг.

Узагальнені результати дослідження ефективності цього процесу, яка визначається мірою близькості (17) у залежності від кількості ключових слів та коефіцієнтів їх релевантності, показані як поверхність у трьохвимірному просторі на рис. 3, (б).



Рисунок 3 - Результати тестування алгоритмів: а) _ результати порівняння алгоритмів пошуку в CMDB, б) - значення міри близькості для CBR-методу

У додатках до дисертаційної роботи наведені документи про використання отриманих результатів, детальні дані проведених статистичних експериментів, а також опис моделі даних CMDB та коментовані фрагменти вихідних текстів найбільш важливих програмних компонентів на мові Java.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв'язана науково-практична задача розробки комплексу моделей, інструментальних засобів та прикладної інформаційної технології для підвищення ефективності впровадження та функціонування систем управління ІТ-послугами (СУІТП) в організаціях і на підприємствах. Внаслідок проведених досліджень отримано такі наукові та практичні результати:

1. Проаналізовано особливості побудови інформаційної архітектури та функціональних можливостей сучасних СУІТП, розглянуто властивості їх основних підсистем та окремих модулів і розроблена типова схема функціональності таких систем. На основі подальшого аналізу цієї схеми визначені певні недоліки існуючих СУІТП і запропонована знання-орієнтована концепція для підвищення ефективності і впровадження та функціонування таких систем.

2. Розроблена алгоритмічна модель процесу багатокритеріального експертного оцінювання альтернативних конфігурацій функціональних модулів СУІТП, яка відрізняється від існуючих підходів застосуванням інтегрованого інформаційного ресурсу, структурованого із використанням онтологічних специфікацій та сукупності обчислювальних критеріїв. Це дозволило, із застосуванням додатково розробленої методики, кількісно визначати ефективність впровадження СУІТП у відповідній бізнес-організації, при цьому достовірність результатів, отриманих із застосуванням цієї методики, перевірена шляхом їх порівняння із статистичними даними відомої міжнародної дослідницької корпорації IDC (www.idc.com).

3. Набув подальшого розвитку метод та інструментальні засоби інтеграції СУІТП у корпоративну ІТ-інфраструктуру шляхом застосуванням семантичного підходу до порівняння моделей даних та розробки сервіс-орієнтованої технології інтеграції даних, що забезпечує більш високу семантичну якість процесу інтеграції корпоративних ресурсів даних. Обчислювальні експерименти показали, що при цьому, в цілому, такі показники як повнота та точність пошуку даних складають 89 % та 72 % відповідно.

4. Удосконалено інформаційну технологію підтримки процесу пошуку рішень при розв'язання інцидентів в роботі користувачів СУІТП із застосуванням методів логічного виводу на основі аналізу прецедентів у поєднанні із використання адаптивних доменних онтологій, що дозволило знизити загальну кількість інцидентів, які виникають в роботі користувачів приблизно на 12,5%, а також підвищити процент інцидентів, що були розв'язанні на 8.75% у порівнянні із застосуванням стандартної СУІТП.

5. Удосконалено інформаційні моделі та технології опрацювання інцидентів в системах автоматизації корпоративних ІТ-послуг на основі використання бази даних управління конфігураціями за рахунок адаптивного налаштування її підсхеми пошукових даних, що забезпечило можливість зменшення необхідних обчислювальних ресурсів (запитів до бази даних).

6. Із використанням відкритих програмних засобів і технологій, таких як PHP, Java, Protйgй, OWL (Web Ontology Language) та XML, реалізовано основні програмні компоненті запропонованої прикладної інформаційної технології. Проведено експериментальні дослідження працездатності розробленого підходу та на основі аналізу отриманих чисельних результатів сформульовано практичні рекомендації щодо підвищення ефективності впровадження та функціонування СУІТП в організаціях та на підприємствах.

7. Одержані в роботі теоретичні та практичні результати використані при виконанні держбюджетних тем у НТУ «ХПІ», а також при виконанні проектів ІТ-компанії ТОВ «Академія Смарт», (м. Харків), що підтверджено відповідними актами.

8. Отримані теоретичні та методичні результати запроваджені в навчальному процесі кафедри автоматизованих систем управління НТУ «Харківський політехнічний інститут» при викладанні дисциплін «Проектування та експлуатація баз даних», «Аналіз вимог до програмного забезпечення», «Методи та засоби автоматизації процесів життєвого циклу ПЗ» та «Компонентні програмні архітектури».

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ткачук М.В. Деякі проблеми управління ІТ-інфраструктурою підприємст: сучасний стан та перспективи розвитку / М.В. Ткачук, В.Є. Сокол // Східно-Европейський журнал передових технологій, 2010. № 6/2 (48). - - С. 68-72 (входить до Index Copernicus).

2. Сокол В.Є. Моделі та алгоритми опрацювання інцидентів в системах автоматизації корпоративних ІТ-послуг на основі використання бази даних управління конфігураціями / В.Є. Сокол, М.В. Ткачук, М.О. Кузнєцов // Бионика интеллекта. - Харків. - 2014. - № 1(82). - С. 74-79.

3. Ткачук М.В. Розробка методики комплексної оцінки ефективності впровадження систем управління ІТ-інфраструктурою організацій / М.В. Ткачук, В.Є. Сокол В.Є., О.В. Черкашенко // Вісник Національного технічного університету "ХПІ" - Харків: НТУ ”ХПІ”. - 2012. - № 30 - с.94-104 (входить до BASE).

4. Сокол В.Є. Розробка та застосування інструментального засобу для дослідження ефективності впровадження систем управління ІТ-інфраструктурою університету (на прикладі НТУ «ХПІ») / В.Є. Сокол, М.В. Ткачук // Вісник НТУ "ХПІ" - Харків: НТУ ”ХПІ”. - 2013. - № 3 (977). - C.71-83 (входить до BASE).

5. Ткачук Н.В. Концепция и информационная технология повышения эффективности применения систем управления корпоративной ИТ-инфраструктурой / Н.В. Ткачук, В.Е. Сокол // Вісник НТУ "ХПІ" - Харків: НТУ «ХПІ». - 2014. - № 17 (1060). - С. 85-95 (входить до Ultrich' s Periodicals Directory).

6. Tkachuk, N. An Integrated Development Framework for Advanced IT-Service Management: Proof-of-Concept Project in Universities Domain / N. Tkachuk, V. Sokol, K. Glukh ovtsova // V. Ermolaev et al. (Eds.): ICTERI 2013: Revised Selected Papers, Series title: Communications in Computer and Information Science, Vol. 412.: Berlin: Springer-Verlag Heidelberg, 2013. - P. 50-69 (входить до Scopus).

7. Ткачук М.В. Концепція та засоби підвищення ефективності розробки і використання систем управління ІТ-інфраструктурою організацій / М.В. Ткачук, В.Є. Сокол // Материалы XІ-й международной научно-технической конференции «Системный анализ и информационные технологии», УНК «ИПСА» НТУУ «КПИ», Киев, 23-28 мая 2011 г. - C. 165-166.

8. Ткачук Н.В. Об использовании модифицированного метода анализа прецедентов в системах управления ИТ-ресурсами предприятий / Н.В. Ткачук, В.Е. Сокол, В.Е. Сокол// Тези доповідей ХX Міжнародної науково-практичної конференції «Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я», Ч.I (15-17 травня 2012р., Харків) / за ред. проф. Товажнянського Л.Л. - Харків, НТУ «ХПІ». - С.29.

9. Ткачук Н.В. Онтологический подход к интеграции систем управления ИТ-ресурсами в корпоративную архитектуру предприятий / Н.В. Ткачук, В.Е. Сокол, Е.В. Глуховцова // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я: Програма ХXI Міжнародної науково-практичної конференції, (29-31 травня 2013р., Харків) / за ред. проф. Товажнянського Л.Л. - Харків, НТУ «ХПІ». - С.24.

10. Tkachuk, N. An Intelligent Approach to Increase Efficiency of IT-Service Management Systems: University Case-Study. / N. Tkachuk, V. Sokol and K. Glukhovtsova. // Proceedings of the ICTERI 2013: 9th International Conference on ICT in Education, Research and Industrial Applications: Integration, Harmonization and Knowledge Transfer, Kherson, Ukraine, June 19-22, 2013, CEUR-WS.org/Vol-1000, ISSN 1613-0073, P.48-63.

Размещено на Allbest.ru