Моделі та методи аналізу автоматизованого інтегрованого обслуговування в корпоративних мережах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Моделі та методи аналізу автоматизованого інтегрованого обслуговування в корпоративних мережах

Малафєєв Євген Євгенович

Харків - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в відкритому акціонерному товаристві “АТ науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань” Національного космічного агентства України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Кучмієв Володимир Гавриїлович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, доцент кафедри менеджменту.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Лисенко Едуард Вікторович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, професор кафедри інформаційних управляючих систем;

кандидат технічних наук, доцент Безкоровайний Володимир Валентинович, Харківський національний університет радіоелектроніки, доцент кафедри системотехніки.

Провідна установа Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, кафедра системного аналізу і управління, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.В. Чумаченко

Анотація

Малафєєв Є.Є. Моделі та методи аналізу автоматизованого інтегрованого обслуговування в корпоративних мережах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. - Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”. - Харків, 2004.

Дисертація присвячена розробці моделей та методів аналізу автоматизованого інтегрованого обслуговування в корпоративних мережах.

Науковими результатами є: 1) дворівнева модель регіональної системи інформаційного обміну (РСІО), що дозволяє оцінити якість функціонування підсистеми передачі інформації в РСІО; 2) метод аналізу варіантів побудови РСІО на основі комплексної ієрархічної багаторівневої моделі, який враховує топологічний, інформаційний та технічний аспекти; 3) метод визначення імовірності доставки інформації за заданий час, який враховує різноманітність інформації та пріоритети на мережному рівні РСІО; 4) програмне забезпечення, яке реалізує розроблені моделі та методи.

Ключові слова: регіональна система інформаційного обміну, інформаційні послуги, геоінформаційні системи, інтегральне обслуговування.

Аннотация

Малафеев Е.Е. Модели и методы анализа автоматизированного интегрированного обслуживания в корпоративных сетях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”. - Харьков, 2004.

Диссертация посвящена разработке моделей и методов анализа автоматизированного интегрированного обслуживания в корпоративных сетях.

Проведенный анализ современного состояния информационного сервиса показал, что дальнейшее его совершенствование возможно путем интеграции информационного обмена. В условиях расширения номенклатуры услуг, учитывая новые требования к способам и средствам предоставления услуг, таким как мобильность потребителей, конфиденциальность, единоличность использования информации, быстрота и точность определения местоположения как пользователей, так и других объектов, возникает научно-прикладная задача объединения достижений в области цифровых сетей интегрального обслуживания (ЦСИО), GPS- и ГИС-технологий для расширения функциональных возможностей региональных систем информационного обмена (РСИО).

Разработана обобщенная структура системы информационного обслуживания, которую предлагается строить по иерархическому принципу, в основе иерархии располагается РСИО.

Разработаны методы для анализа функционирования РСИО. В качестве одного из наиболее важных для РСИО критериев были избраны задержка и ее вероятностное распределение при передаче единицы информации по маршруту в функционирующей сети с несколькими классами обрабатываемой информации. Представлена двухуровневая математическая модель РСИО в части передачи и распределения информации, которая позволяет определять математическое ожидание показателей качества функционирования.

Первый из разработанных методов - метод анализа вариантов топологической, информационной и технической структур РСИО на основе комплексной иерархической модели позволяет учесть топологический, информационный и технический аспекты. Предложенный метод состоит в декомпозиции сложной многоуровневой РСИО на несколько подсетей согласно организационной и технической иерархии. Такая декомпозиция упрощает задачу анализа и последующего исследования фрагментов сети, их взаимодействия, а также типовых маршрутов передачи единиц информации. В качестве таких подсетей на нижних уровнях иерархии выступают сотовые сети, телефонные сети, сети коммутации пакетов.

Второй разработанный метод определения задержки и вероятности доставки разнородной информации в РСИО позволяет получить аналитические зависимости распределения вероятности доставки за заданное время и распределения задержки многопакетного сообщения в многопролетной сети. При этом применены методы теории массового обслуживания. Использование этого математического аппарата для нового класса сетей было доказано и обосновано в результате анализа процессов передачи разных видов информации в пакетных сетях. Полученные зависимости позволяют дать ответы на вопросы, которые ранее могли быть получены только методами имитационного моделирования или реального эксперимента.

С учетом видов информации и особенностей информационного обмена в РСИО, формализации пространственной информации и ввода-вывода данных в ГИС была проведена структуризация профильных БД РСИО как по алфавитной, так и по специализированной системам, общее применение вариантов структуризации профильных СУБД ускоряет и упрощает поиск необходимой информации. Создание структуры профильной БД РСИО проводилось с применением современного CASE-средства (ERWin). Разработана БД пространственных объектов РСИО, спецификой описания которых является параллельное использование пространственной и атрибутивной (описательной) информации. Для атрибутивного компонента БД пространственных объектов РСИО использовались методы классификации.

Реализация разработанных моделей и методов осуществлялась при создании программного обеспечения: подсистем, реализующих разработанные методы анализа функционирования РСИО, системы поддержки профильной БД РСИО, поддержки ГИС с векторной картой и растровым изображением.

Разработаны подходы к созданию программно-аппаратных средств контрольно-корректирующих станций (ККС) наземного дифференциального дополнения системы космического навигационного обеспечения с использованием аппарата настраиваемых алгоритмических преобразователей (НАП) и диагностических моделей, которые базируются на графовом представлении. Разработана обобщенная структура ККС. Для повышения эффективности обработки информации в ККС предлагается унификация алгоритмических, программных и аппаратных средств на основе создания НАП. Предложен способ описания диагностических моделей и показано его применение для построения диагностических тестов. Для автоматизации процесса анализа и разработки диагностических процедур разработан программный комплекс, решающий следующие задачи: построение контрольных и диагностических тестов, близких к оптимальным; построение минимальных диагностических тестов.

Ключевые слова: региональная система информационного обмена, информационные услуги, геоинформационные системы, интегральное обслуживание.

Abstract

Malаfeyev Y.Y. Models and methods of computer-aided integrated service analysis in corporate networks. - Manuscript.

Thesis on competition of scientific degree of Candidate of Technical Sciences by specialty 05.13.06 - automated control systems and progressive information technologies. - National Aerospace University “KhAI”, Kharkov, 2004.

The dissertation is devoted to development of computer-aided integrated service analysis methods and models in corporate networks.

The scientific results are 1) two-level information exchange region system (IERS) model, that allows to estimate quality of information transmission subsystem functioning in IERS; 2) the method of IERS construction variant analysis on the basis of complex hierarchical multilevel model, which takes into account topological, information and technical aspects 3) the method of information delivery probability determination for the given time, which takes into account a variety of information and priorities at IERS networks level; 4) the software, which implements the developed models and methods.

Keywords: information exchange regional system, information services, geoinformation systems, integrated service.

1. Загальна характеристика роботи

інформаційний автоматизований мережа

Актуальність теми роботи. Перехід від аналогової до цифрової форми передавання інформації дозволив забезпечити взаємодії систем, які відрізняються по функціональних призначеннях, перейти до так званого інтегрованого інформаційного обслуговування, для чого на базі єдиного уніфікованого обладнання та каналів зв'язку створюються спеціальні мережі - цифрові мережі інтегрального обслуговування (ЦМІО) або ISDN (Integrated Services Digital Networks). Такий підхід до інформаційного обслуговування є перспективним, тому що додає цифровим системам нові властивості в порівнянні з аналоговими (зберігаючи при цьому можливість взаємодії з ними, надаючи можливість поступового переходу на нову техніку); такі мережі функціонально поєднують роботу з різними видами інформації без зв'язку з цільовим призначенням. Поділ магістральної й абонентської мереж, можливість їх незалежного вивчення відкривають перспективи створення регіональних мереж інтегрального обслуговування та їх удосконалення на основі новітніх технологій, піднімаючи їх функції на якісно новий рівень.

В сучасних умовах потрібна реалізація персоналізації інформаційного обміну з забезпеченням гарантії одноособового використання, конфіденційності інформації, захисту від втрати та руйнування. Усе це можливо завдяки розвинутої системи стільникового мобільного зв'язку в стандарті європейського масштабу GSM, яка й надалі стрімко розвивається.

З точки зору удосконалення інтегрованого інформаційного сервісу в корпоративних мережах (КМ) та розширення номенклатури послуг перспективними є географічні інформаційні системи, GPS-технології, завдяки яким, у першу чергу, з високою точністю здійснюється позиціювання просторових об'єктів. Поєднання специфічних інструментальних і технічних засобів космічного й наземного базування в рамках регіональної системи інформаційного обміну (РСІО) дозволяє вирішувати найважливіші задачі у різних галузях людської діяльності.

Виходячи з цього, актуальною науково-прикладною задачею є розробка моделі регіональної системи інформаційного обміну та методів аналізу її функціонування, які застосовуються на ранніх етапах проектування РСІО.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в рамках “Програми функціонування і розвитку національної системи сейсмічних спостережень та підвищення безпеки проживання населення у сейсмонебезпечних регіонах”, “Загальнодержавної (Національної) космічної програми України на 1998-2002 роки”, “Загальнодержавної (Національної) космічної програми України на 2003-2007 роки” в рамках дослідно-конструкторських робіт, що проводилися у відкритому акціонерному товаристві “АТ науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань” з держбюджетних тем “Створення автоматизованої системи збору та обробки геофізичної інформації” (шифр “Геомережа”, № ДР 0101U004968), “Технічне переоснащення та розвиток спостережної мережі та створення мережі інформаційно-обчислювальних центрів Служби спеціального контролю НКАУ. Створення 1 черги інформаційно-обчислювального центру ГЦСК” (шифр “Сейсмологія”, № ДР 0101U005153), “Система навігаційного забезпечення та єдиного часу” (шифр “Навігація” № ДР 0101U004970), “Система космічного навігаційно-часового забезпечення України” (шифр “Навігація”, № ДР0103U004114); на кафедрі менеджменту Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, відповідно до планів Міністерства освіти і науки України, з держбюджетної теми “Моделі та методи алгоритмізації функціональних задач управління та переробки інформації в бортових приладових комплексах” (№ ДР 0102U005986). Автор є виконавцем перелічених робіт.

Мета й задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності аналізу автоматизованого інтегрованого обслуговування в корпоративних мережах.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

провести аналіз функціональних резервів цифрових мереж інтегрального обслуговування та визначити перспективи використання та розвитку інформаційного сервісу на основі технічних і технологічних можливостей GSM, ГІС-технологій;

розробити модель РСІО, що дозволяє оцінити якість функціонування РСІО;

розробити метод аналізу РСІО на ранніх етапах проектування на основі комплексної ієрархічної моделі, що враховує топологічний, інформаційний та технічний аспекти;

розробити метод визначення імовірності доставки різнорідної інформації за заданий час у багатопрогоновій КМ;

дослідити інформаційні процеси в РСІО, розробити спеціалізовані БД просторових об'єктів РСІО;

розробити підходи до створення програмно-апаратних засобів контрольно-корегуючої станції (ККС) наземного диференційного доповнення системи космічного навігаційного забезпечення (СКНЗ).

Об'єктом дослідження є процеси автоматизованого інтегрованого обслуговування в корпоративних мережах.

Предметом дослідження є моделі, методи та прикладні інформаційні технології аналізу функціонування РСІО та засоби контролю ККС СКНЗ.

Методи досліджень. Для декомпозиції РСІО на рівні та побудови ієрархічної моделі використані методи системного аналізу. При розробці моделі інформаційної взаємодії рівнів ієрархії РСІО та ймовірносно-часових характеристик підмереж рівнів використана теорія графів, теорія імовірності та теорія масового обслуговування. Крім того, теорія імовірності використана при дослідженні затримки й імовірності доставки різнорідної інформації за заданий час на мережевому рівні РСІО. Використано теорію множин і теорію БД при структуризації профільних СУБД РСІО. Для моделювання РСІО використовувалися засоби CASE-систем. При розробці засобів контролю ККС СКНЗ використані теорія графів та теорія алгоритмів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1) вперше розроблено математичну модель РСІО, яка представляє ці системи на двох рівнях - мережному та канальному, та дозволяє оцінити якість функціонування підсистеми передачі інформації в РСІО;

2) удосконалені:

метод аналізу варіантів побудови РСІО на основі комплексної ієрархічної багаторівневої моделі, який враховує топологічний, інформаційний та технічний аспекти для визначення імовірнісно-часових характеристик (ІЧХ) в номінальному режимі функціонування;

метод визначення імовірності доставки інформації за заданий час, який дозволяє врахувати різноманітність інформації на мережному рівні РСІО, а також пріоритети обслуговування в КМ;

метод аналізу діагностичних моделей, що дозволяє створювати ефективне діагностичне забезпечення ККС СКНЗ;

3) одержали подальший розвиток:

метод системного аналізу в частині формалізації, структуризації і деталізації РСІО, а також інформаційних процесів, що відбуваються в них;

методи розробки програмних комплексів, застосування яких дозволяє скоротити час аналізу ефективності РСІО.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені в дисертаційній роботі моделі й методи є науково-методичною основою для створення комп'ютерного інструментарію для дослідження відповідності запропонованих варіантів РСІО. Використання розроблених методів, підходів та програмних засобів дозволяє прискорити процес проектування РСІО, скоротити термін створення варіанту проектованої мережі, підвищити обґрунтованість та вірогідність запропонованих рішень. Для автоматизації процесу аналізу РСІО розроблено програмний комплекс, дві програми якого пройшли перевірку і реєстрацію в Державному департаменті інтелектуальної власності.

Науково-технічний ефект полягає в підвищенні ступеня автоматизації процесів аналізу та створення РСІО.

Економічний ефект пов'язаний з підвищенням ефективності роботи проектувальника РСІО за рахунок скорочення термінів структурного проектування.

Соціальний ефект полягає в зниженні трудомісткості й поліпшенні взаємодії комп'ютерних засобів, які використовуються кінцевим користувачем, що дозволяють за рахунок зручного інтерфейсу полегшити роботу проектувальників на початкових стадіях проектування.

Реалізація. Результати дисертаційної роботи впроваджені у відкритому акціонерному товаристві “АТ науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань”, м. Харків; ВАТ “Авіаконтроль”, м. Харків; ВАТ “Теплові мережі”, м. Харків; у навчальному процесі кафедри інформаційних управляючих систем Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, Державному департаменті інтелектуальної власності України.

Особистий внесок автора. Всі основні наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи отримані особисто автором. У публікаціях, написаних у співавторстві, автору дисертації належить: розробка узагальненої структурної схеми контрольно-коригувальної станції регіонального пункту системи космічного навігаційного забезпечення [1]; розробка підходів до створення діагностичного забезпечення ККС [2]; розробка метода настройки алгоритмічного перетворювача, як одного з перспективних методів побудови уніфікованих алгоритмічних, програмних і апаратних засобів ККС [3]; аналіз підходів щодо створення Державної мережі моніторингу глобальних навігаційних супутникових систем [4]; використання методів класифікації при розробці атрибутивної бази даних просторових інформаційних систем [5]; дослідження інформаційних аспектів створення спеціалізованої системи геофізичних спостережень [6]; розгорнута структура РСІО [7]; аналіз особливостей створення в Україні наземного сегмента системи космічного навігаційного забезпечення [9]; огляд проблем та аналіз перспектив регіонального інформаційного сервісу на базі геоінформаційних технологій [10], процедури побудови діагностичних тестів [11]; процедури побудови мінімальних діагностичних тестів [12]; аналіз шляхів створення системи космічного навігаційно-часового забезпечення України [13].

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження доповідалися й обговорювалися: на наукових семінарах та засіданнях науково-технічної ради відкритого акціонерного товариства “АТ науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань”, на наукових семінарах кафедри інформаційних управляючих систем, на першому Міжнародному радіоелектронному форумі “Прикладна радіоелектроніка. Стан і перспективи розвитку. МРФ-2002” (Харків, 2002); на 2-й науково-практичній конференції “Застосування GPS в Україні” (Харків, 2002).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 13 робіт: 4 статті в наукових журналах, 6 статей у збірках наукових праць, 2 свідоцтва Державної реєстрації прав автора на твір, 1 матеріали тез конференції.

Структура і обсяг роботи. Дисертація містить: вступ, п'ять розділів, висновки й додатки. Повний обсяг дисертації складає 201 сторінка, у тому числі: 29 рисунків на 16 окремих сторінках, 5 таблиць на 7 окремих сторінках, бібліографія з 121 найменування на 11 сторінках, 7 додатків на 23 сторінках.

2. Основний зміст роботи

Вступ дисертаційної роботи містить: актуальність теми й наукових задач; зв'язок роботи з науковими програмами; мету й задачі дослідження; об'єкт, предмет і методи дослідження; наукову новизну й практичне значення отриманих результатів; особистий внесок здобувача; інформацію про реалізацію, апробації та публікації результатів.

У першому розділі проведено аналіз сучасного стану інформаційного сервісу й можливості його вдосконалення на основі новітніх комунікаційних технологій.

Під ЦМІО розуміють сукупність архітектурно-технологічних та апаратно-програмних засобів, що дозволяють на основі єдиного цифрового подання інформації здійснювати різноманітні види інформаційного обслуговування абонентів з урахуванням вимог до якості доставки інформації.

Для реалізації одноособового використання та забезпечення персоналізації інформаційного сервісу в сучасних умовах використовується стільниковий зв'язок. Проведено порівняння стандартів мобільного зв'язку, показано, що найбільш перспективною для спеціалізованої системи масового інформаційного обміну є GSM-технологія. Вдосконалити інформаційний обмін та розширити спектр інформаційних послуг дозволяють технології позиціювання просторових об'єктів, а також геоінформаційні системи. Досліджено роль та місце ГІС в інформаційному сервісі, проведено порівняльний аналіз існуючих програмних пакетів ГІС стосовно призначення та задач, які вирішуються. Розглянуто принцип позиціювання просторових об'єктів.

В результаті проведеного аналізу сформульована задача розширення функціональних можливостей РСІО щодо забезпечення інтегрального інформаційного обміну на якісно новому рівні за рахунок об'єднання ЦМІО, GPS-, ГІС-технологій, GSM-зв'язку.

Другий розділ присвячений розробці моделі та методів аналізу функціонування РСІО.

Розроблена узагальнена структура системи інформаційного обслуговування будь-якого масштабу (рис. 1), яка будується за ієрархічним принципом, в основі якого знаходиться РСІО. Усі елементи такої структури, які територіально належать регіону, знаходяться в зоні покриття стаціонарного та персоналізованого мобільного зв'язку.

Проведено структурування верст населення з метою прогнозування кількості користувачів РСІО та оцінки завантаження локальних територіальних серверів (ЛТС). Показано, що доцільним є розосередження регіонального сервера по ЛТС, які, в свою чергу, для розвантаження каналів зв'язку розташовуються безпосередньо на центральних станціях мобільної телефонної мережі (BTS).

Розгорнута структура РСІО приведена на рис. 2. Місце РСІО в інформаційному полі регіону показано на рис. 3.

Рис. 1. Узагальнена структура системи інформаційного обслуговування

Розроблено дворівневу математичну модель РСІО в частині передачі та розповсюдження інформації (рис. 4). Ця модель дозволяє знайти узагальнений функціональний оператор (УФО), який задає закон функціонування та безпосередньо впливає на рівень досяжних показників якості роботи.



Рис. 2. Розгорнута структура РСІО

Рівні опису системи: мережний рівень і канальний рівень. Мережний рівень є верхнім рівнем опису функції передачі й розподілу інформації та звичайно задається наступними характеристиками:

1) X₁ - сукупність вхідних потоків повідомлень, що надходять у мережу;

2) Z₁ - потік відмовлень окремих елементів структури мережі (вузлів і ліній зв'язку);

3) U₁ - вектор управління мережею (управління потоками і ресурсами мережі), що включає параметри й алгоритми мережного протоколу;

4) Q₂ = (Q₂₁ Q₂₂, ..., Q_2m) - вектор вхідних параметрів і характеристик якості функціонування на другому елементному рівні опису мережі (характеристики надійності та пропускної спроможності різних елементів структури мережі, характеристики якості обслуговування і вірогідності передачі даних по окремих каналах (лініях) зв'язку та ін.).

5) Q₁ = (q, q₂, …, q_n) - вектор вихідних показників якості функціонування мережі (ІЧХ якості обслуговування вхідного трафіку Х₁, показники структурної надійності і живучості мережі, що результують характеристики вірності передачі даних у мережі).



Рис. 3. Місце РСІО в інформаційному полі регіону

Рис. 4. Дворівнева математична модель РСІО в частині передачі та розподілу інформації

Побудова математичної моделі ефективності функціонування на мережному рівні зводиться до визначення УФО Ш_1, що встановлює взаємозв'язок між вхідними характеристиками X₁, Z₁, U₁, Q₂ і вектором вихідних показників якості Q₁. Для цієї мети використовуємо математичний апарат і методи теорії надійності і масового обслуговування.

Канальний рівень задає математичний опис мережі на рівні окремих елементів її структури (вузлів і ліній зв'язку). При цьому функціонування окремої (першої) лінії (каналу передачі даних) характеризується:

1) X₂₁ - сукупністю вхідних потоків повідомлень, що надходять на дану лінію;

2) Z₂₁ - потоком відмовлень, збоїв і перешкод у каналі;

3) U₂₁ - вектором керування процесом функціонування каналу, що включає параметри й алгоритми керування лінійного протоколу;

4) Q₃₁ - вектором вихідних параметрів і характеристик якості функціонування мережі на фізичному рівні, що враховує електричні, механічні, функціональні і процедурні характеристики сполучення вузлів мережі з фізичним середовищем поширення сигналів, що в умовах дворівневої моделі є заданим;

5) Q₂₁ - вектором вихідних показників якості функціонування каналу передачі даних (ІЧХ якості обслуговування вхідного трафіку Х₂₁, показники надійності функціонування і вірності передачі даних по даному тракту (i-му елементу структури мережі)).

Для стохастичної системи математична модель процесу функціонування задається розподілом імовірностей випадкового вектора станів Н(t)

F (H(t), t), тобто імовірністю того, що .

Еволюція підсистеми передачі в часі є випадковою функцією Н(t), яка показує зміну станів системи в процесі її функціонування. Багатомірна область можливих значень випадкового вектора Н(t) утворює простір станів ?(Н). Для стохастичних систем з дискретною множиною станів ?_д (Н) ММПФ задається імовірністю перебування процесу в тому чи іншому стані, тобто Р(Н, t).

Математична модель якості функціонування задається умовним розподілом імовірностей величини q_i, тобто F (q_і | H(t)).

При цьому показник якості функціонування визначається як або .

Показник якості функціонування у виді математичного чекання використовується для систем багаторазової дії.

Далі у розділі для вирішення задачі аналізу відповідності загальних характеристик топологічної, інформаційної структур РСІО вимогам телекомунікаційного обслуговування запропоновано метод, що базується на декомпозиції мережі на декілька рівнів ієрархії та підмереж і на використанні узагальнених топологічних та імовірносно-часових характеристик підмереж різних рівнів. Такий підхід дозволяє досліджувати процеси передачі інформації для мережі в цілому та відносно окремої підмережі. Особливістю цього підходу є те, що декомпозиція РСІО здійснюється за адміністративно-організаційним принципом.

На верхньому рівні знаходяться магістральні вузли, на середніх - вузли доступу, на нижньому - кінцеве обладнання передачі даних абонентів РСІО. Подання складної РСІО зводиться до визначення набору підмоделей, що відображають фактори та аспекти реальної мережі, причому на нижньому рівні в мережі стільникового зв'язку - зіркоподібна топологія. Сукупність цих підмоделей, а також схема їхньої взаємодії, яку зображено на рис. 5, складають комплексну модель проектованої мережі:

топологічний аспект описується за допомогою узагальнених геометричних моделей мереж (див. рис. 3), що відображають такі топологічні параметри, як середня зв'язність та кількість вузлів комутації (ВК);

інформаційний аспект описуються за допомогою моделі взаємодії рівнів ієрархії;

технічний аспект описується характеристиками ЛЗ та обладнання ВК.



Для урахування характеристик топологічної структури підмережи використовуються узагальнені топологічні показники, що впливають на процеси передачі інформації:

середня кількість ланцюгів m у маршруті передачі інформації або у його частині в мережі, що розглядається;

середня кількість альтернативних маршрутів n при передачі інформації в мережі;

середня зв'язність вузла s.

Інформаційний аспект досліджується з використанням імовірнісно-часових характеристик процесу передачі інформації, які визначаються такими характеристиками:

інтенсивністю обслуговування ЛЗ з середнім м;

параметрами надійності обладнання (наприклад, k_г - коефіцієнт готовності);

інтенсивністю старіння інформації, що має експоненціальний розподіл із середнім х.

З урахуванням результатів, отриманих за допомогою цієї сукупності підмоделей, є можливим оцінити імовірність своєчасної доставки інформації та середній час доставки одиниці інформації щодо заданого маршруту. Припущення про номінальний режим функціонування мережі дозволяють скористуватися методами ТМО для оцінки ІЧХ. РСІО або її фрагменти подаються у вигляді мережі приладів масового обслуговування, топологічна структура якої відповідає запроектованій мережі.

Припускається, що закон розподілу часу справної роботи та відновлення обладнання каналу зв'язку має експоненціальний характер. На підставі цього використовуються аналітичні залежності для різноманітних телекомунікаційних технологій (комутацій). Нижче, наприклад, наведено залежності для комутації каналів з повторними викликами, для ЛЗ із завантаженням із середнім імовірність своєчасної доставки:

,

де - відносна інтенсивність старіння х по інтенсивності обслуговування ;

- відносна інтенсивність старіння х по інтенсивності комутації К;

- еквівалентна інтенсивність справної роботи для маршруту з m прольотів;

- відносна інтенсивність старіння х по інтенсивності повторних викликів ф.

При аналізі ІЧХ пропонується розглядати процеси як функцію від потоку вимог телекомунікаційного обслуговування, що дозволяє аналізувати характеристики мережі відносно обсягу трафіка, що надходить у мережу від абонентів.

Також проведено більш детальне дослідження процесів передачі інформації на мережному рівні РСІО з тим, щоб визначити розподіл імовірності часу затримки повідомлень користувачів у мережі.

Обмін інформацією між прикладними процесами здійснюється за допомогою повідомлень, що являють собою послідовність пакетів. Загальний час передачі повідомлення може бути обчислений, як сума затримок передачі всіх пакетів повідомлення через навантажену ділянку плюс сума затримок передачі одного пакета через всі інші ділянки маршруту. Процес передачі n пакетів через "навантажену ділянку" маршруту можна уявити, як передачу одного пакету через n послідовно з'єднаних ЛЗ. Скористувавшись припущенням про експоненціальний закон обслуговування пакетів, уявивши ЛЗ у вигляді моделі М/М/1 та припустивши, що обслуговування повідомлень молодших класів має більш високий відносній пріоритет, тобто обслуговування повідомлень старших класів не впливає на обслуговування молодших, було отримано аналітичні залежності для окремих класів багатопакетних повідомлень у багатоланцюговій мережі з різнорідним трафіком.

Третій розділ присвячений розробці принципів формалізації, упорядкування та збереження просторової, а також іншої - атрибутивної - інформації в структурованих профільних СУБД, а також моделювання РСІО засобами CASE-систем.

В результаті змістовного аналізу запитів, що надходять у ГІС, просторові об'єкти (Z_j, j = 1, 2, …, m) описуються сукупністю ознак , i = 1, 2, …, n.

Причому, кожне значення належить деякій множині , тобто . Стосовно до таблиць БД це означає, що для -го запису в -им полі розміщується ознака . Множина містить можливих градацій ознак . Кожна градація характеризує один з можливих станів об'єкта по даній ознаці і являє собою інформацію, що міститься в -м полі для -го запису БД. Множина може мати різну природу, що характеризує можливість порівняння і перетворення різних . Відповідно до цього слід зазначити факт оцінки ознак по різних шкалах: номінальній, порядковій та інтервальній.

Запропонована класифікація деякого просторового об'єкта виконується за допомогою n інформативних ознак, кожна з яких , i = 1, 2, …, n має градацій. Розмірність простору ознак дорівнює .

Якщо запитувана інформація цілком визначається однією ознакою (наприклад, указати найменш завантажену дорогу району в заданому часовому інтервалі), то класифікація проводиться по цій базовій ознаці, і від розроблювача потрібно тільки обґрунтувати градації використовуваної шкали. Останнє визначає вірогідність вихідного повідомлення.

Коли результат запиту залежить від декількох ознак S (S<<n), то використовується алгоритм ієрархічної класифікації. В цьому випадку необхідна послідовна (по градаціях кожної ознаки) розбивка простору на класи. Причому, послідовність ознак повинна бути упорядкована по ступені інформативності щодо запитуваного повідомлення. Спочатку утворюються класи у відповідності із градаціями найбільш інформативної ознаки. Потім кожний з отриманих класів розбивається на підкласи градаціями наступної за рівнем інформативності ознаки і т.д. Після останнього етапу розбивки проводиться синтез класів, наприклад шляхом експертної оцінки виділених підкласів і об'єднання деяких з них в один клас. Найменування отриманих класів - це послідовність найменувань градацій ознак, розташованих відповідно до порядку класифікації. Наприклад, у клас [x₁^2-4, x₃², x₄^>3] входять об'єкти, що мають 2, 3 і 4 градації ознаки 1, градацію 2 по ознаці 3 і градації, що перевищують 3, по ознаці 4. Ознака 2 для запиту, що надійшов, виявився не інформативною. Після визначення найменування класів, не важко вказати до якого з них належить об'єкт, розміщений у БД. Якщо один об'єкт попадає в кілька класів, то остаточне рішення приймається користувачем за допомогою, наприклад, візуалізації усіх варіантів, що мають місце.

З урахуванням видів інформації та особливостей інформаційного обміну в РСІО, формалізації просторової інформації та вводу-виводу даних ГІС була проведена структуризація профільних СУБД РСІО (приклад приведено на рис. 6.); спільне застосування варіантів структуризації профільних СУБД значно прискорює та спрощує пошук необхідної інформації. Створення структури профільної БД РСІО проводилось із застосуванням сучасного CASE-засобу (PLATINUM ERwin).

Розроблена атрибутивна БД просторових об'єктів РСІО, специфікою опису яких є паралельне використання просторової та атрибутивної (описової) інформації. Для атрибутивного компоненту БД просторових об'єктів РСІО використані методи класифікації, які дозволяють із заданої сукупності виділити об'єкти відповідної якості.

Крім того, було проведено моделювання РСІО відповідно до методології IDEF0 за допомогою сучасного CASE-засобу (Computer Associates BPwin 4.0).

Четвертий розділ присвячений розробці програмного забезпечення (ПЗ) підсистем, що реалізують розроблені моделі та методи. ПЗ являє собою інтерактивну підсистему аналізу вибраних аспектів РСІО на основі розроблених методів. У системі передбачено організацію інтерактивного введення даних про об'єкт дослідження.

Наведено приклади застосування методу визначення імовірності доставки різноманітної інформації з пріоритетами за заданий час - було отримано розподіл затримки повідомлень в мережі рис. 7. Крім того, для методу оцінки варіантів РСІО на основі комплексної ієрархічної багаторівневої моделі з застосуванням розробленої програмної підсистеми аналізу варіантів топологічної, інформаційної та технічної структур РСІО було отримано розподіл затримки для повідомлень у ЛЗ існуючої мережі.



Рис. 6. Алфавітна система структуризації СУБД

Приклад розподілу затримок для повідомлень всередині регіональної підмережі існуючої мережі приведено на рис. 8. Порівняння отриманих результатів та результатів проведеної мережеметрії дозволяє зробити висновок, що розроблений метод дозволяє одержати оцінку розподілу затримок у мережі з задовільною для початкових стадій проектування похибкою (відносна похибка отриманої середньої оцінки часу затримки складає 15-30 %). Це підтверджує вірогідність розроблених та реалізованих методів.



Рис. 7. Розподіл затримок повідомлень в мережі (три ЛЗ в маршруті, три пріоритети)

Рис. 8. Розподіл затримок для повідомлень всередині регіональної підмережі існуючої мережі

Крім того, до програмної реалізації доведена система підтримки ГІС, яка використовує водночас векторну карту та відскановане растрове фонове зображення

П'ятий розділ присвячений підходам до створення програмно-апаратних засобів ККС наземного диференційного доповнення СКНЗ з використанням апарату настроювальних алгоритмічних перетворювачів (НАП) та діагностичних моделей, що базуються на графовому поданні. Розроблено узагальнену структуру ККС, розглянуто її склад і розв'язувані задачі. ККС планується для використання в СКНЗ у якості базової.

Пропонується уніфікація алгоритмічних, програмних і апаратних засобів ККС на основі створення НАП. Запропоновано структуру НАП та способи настроювання. Запропоновано спосіб опису діагностичних моделей і показане його застосування для побудови діагностичних тестів. Розроблено програмний комплекс, що вирішує наступні задачі: побудова контрольних і діагностичних тестів, близьких до оптимального; побудова мінімальних діагностичних тестів. Застосування програмного комплексу скоротить терміни розробки, підвищить вірогідність і якість одержуваних результатів.

Висновки

У дисертації приведені теоретичне узагальнення та нове рішення актуальної науково-прикладної задачі розробки моделі регіональної системи інформаційного обміну (РСІО) та методів аналізу її функціонування, які застосовуються на ранніх етапах проектування РСІО. Проведені розробки і дослідження дали можливість отримати наступні основні наукові та практичні результати роботи:

Проведено аналіз функціональних резервів цифрових мереж інтегрального обслуговування, обумовлених передачею інформації різного походження і призначення, з метою їхнього розкриття і використання.

Визначено перспективи використання та розвитку інформаційного сервісу в частині його доступності для масового користувача на основі технічних та технологічних можливостей GSM; прикладне значення ГІС-технологій для розширення функціональних можливостей інформаційного сервісу в поєднанні з цифровими мережами інформаційного обслуговування.

Показано актуальність розробки коректних і достовірних методів аналізу РСІО, розглянута специфіка оцінки якості функціонування РСІО. Визначено особливості аналізу РСІО, які полягають у тому, що в мережі передаються данні різних класів.

Розроблено математичну модель РСІО, яка представляє РСІО на двох рівнях еталонної моделі взаємодії відкритих систем - мережному та канальному, а також дозволяє оцінити якість функціонування підсистеми передачі інформації в РСІО.

В якості одного з найбільш важливих для РСІО критеріїв якості функціонування були обрані затримка та її імовірнісний розподіл при передачі одиниці інформації по маршруту у функціонуючій мережі з декількома класами інформації, що обробляється.

На підставі проведеного аналізу визначені та вирішені задачі підвищення ефективності аналізу автоматизованого інтегрованого обслуговування в корпоративних мережах.:

розроблено метод аналізу варіантів побудови РСІО на основі комплексної ієрархічної моделі, що враховує топологічний, інформаційний та технічний аспекти. Запропонований метод аналізу полягає в декомпозиції складної багаторівневої РСІО на декілька підмереж відповідно до організаційної та технічної ієрархії. Така декомпозиція спрощує задачу аналізу та наступного дослідження фрагментів мережі, а також типових маршрутів передачі одиниць інформації;

розроблено метод визначення імовірності доставки за заданий час і розподілу затримки багатопакетного повідомлення в багатопрогоновій мережі. Використання методів теорії масового обслуговування для нового класу мереж було доведено й обґрунтовано в результаті аналізу процесів передачі різних видів інформації в пакетних мережах. Отримані залежності дозволяють дати відповіді на питання, що раніше могли бути отримані тільки методами імітаційного моделювання або реального експерименту.

Досліджено інформаційні процеси при інтегрованому обслуговуванні в корпоративних мережах, розроблені спеціалізовані БД просторових об'єктів РСІО.

Для уніфікації програмно-апаратних засобів ККС запропоновано використовувати настроювальні алгоритмічні перетворювачі. Розглянуто способи настройки НАП, та властивості настройок, які необхідні при синтезі НАП.

Розроблено графовий підхід до аналізу та синтезу діагностичних моделей, та програмне забезпечення, використання якого дозволяє підвищити якість контрольних та діагностичних тестів та скоротити час перевірки обладнання ККС.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Семиволос С.П., Козлов В.А., Малафеев Е.Е. Контрольно-корректирующая станция регионального пункта СКНОУ // Космічна наука і технологія: наук.-практ. журн. - 2001. - Т. 7, № 4. - С. 87-88.

2. Графовые модели объектов диагностирования / В.Г. Кучмиев, Н.В. Доценко, Е.Е. Малафеев, И.В. Чумаченко // Авиационно-космическая техника и технология. - 2003. - № 8 (43). - С. 97-99.

3. Настройка алгоритмических преобразователей / И.В. Чумаченко, В.Г. Кучмиев, Н.В. Доценко, Е.Е. Малафеев, В.В. Косенко // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2003. - № 2 (41). - С. 16-18.

4. Про Державну мережу моніторингу глобальних навігаційних супутникових систем / К.П. Волох, В.О. Козлов, О.М. Лук'янов, Є.Є. Малафєєв, Є.І. Манохін, І.Г. Ноздрін, В.М. Ярошенко // Наук. вісник Ужгородського університету. Сер. Фіз. - 2002. - № 12. - С. 8-13.

5. Левыкин В.М., Гавриш Т.В., Малафеев Е.Е. Разработка атрибутивной базы данных пространственных информационных систем // Новые технологии: Наук. вісник Ін-ту економіки та нових технологій ім. Ю.І. Кравченка. - 2003. - № 1(2). - С. 36-40.

6. Копаница В.Н., Малафеев Е.Е. Информационные аспекты создания специализированной системы геофизических наблюдений // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. - Харьков: ХГТУРЕ, 1998. - Вып. 108. - С. 92-95.

7. Копаница В.Н., Левыкин В.М., Малафеев Е.Е. Концепция регионального информационного обслуживания на основе геоинформационных технологий // Системи обробки інформації: Зб. наук. пр. - Харків: ХВУ, 2003. - Вип. 3. - С. 169-174.

8. Малафеев Е.Е. Региональное информационное обслуживание на основе ГИС-технологий // Системи обробки інформації: Зб. наук. пр. - Харків: ХВУ, 2003. - Вип. 2. - С. 67-72.

9. Верещак А.П., Малафеев Е.Е., Нестерович Г.С. Создание в Украине наземного сегмента системы космического навигационного обеспечения // 1-ый Междунар. радиоэлектронный форум “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития” МРФ-2002: Сб. науч. тр. Ч. I. - Харьков: АН ПРЭ, ХНУРЭ, 2002. - С. 210-213.

10. Копаница, В.Н., Малафеев Е.Е. Перспективы и проблемы регионального информационного сервиса на базе геоинформационных технологий // 1-ый Междунар. радиоэлектронный форум “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития” МРФ-2002: Сб. науч. тр. Ч. II. - Харьков: АН ПРЭ, ХНУРЭ, 2002. - С. 95-96.

11. Комп'ютерна програма “Програма побудови контрольних та діагностичних тестів” / І.В. Чумаченко, В.Г. Кучмієв, Є.Є. Малафєєв, Н.В. Доценко: Свід. Держ. реєстр. прав автора на твір № 8443. - Зареєстр. в Держ. департ. інтелектуальної власності Мін. освіти і науки України 25.09.2003 р.

12. Комп'ютерна програма “Програма побудови мінімальних діагностичних тестів” / І.В. Чумаченко, В.Г. Кучмієв, Є.Є. Малафєєв, Н.В. Доценко: Свід. Держ. реєстр. прав автора на твір № 8445. - Зареєстр. в Держ. департ. інтелектуальної власності Мін. освіти і науки України 26.09.2003 р.

13. Пути создания системы космического навигационно-временного обеспечения Украины / Е.И. Махонин К.Ф. Волох, А.П. Верещак, Е.Е. Малафеев // Применение GPS в Украине. Тезисы докладов II-ой науч.-практ. конф. - Харьков: ХАИ, 2002. - С. 6-8.

Размещено на Allbest.ru