Сеть распределенных экспертно-моделирующих систем и методика оценки ее качества

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сеть распределенных экспертно-моделирующих систем и методика оценки ее качества

Христенко Д.В.,

Лебеденко Е.В.,

Воробьев А.А.

Введение

Распределенная экспертно-моделирующая система (РЭМС) представляет собой средство решения задач поддержки принятия решений в целях сопровождения корпоративной АСУП. В состав архитектуры РЭМС включена собственная система административного управления, обеспечивающая решение задач управления его ресурсами [1]. В многодоменных корпоративных ИВС следует рассматривать функционирование множества РЭМС, специализированных на решении определенных задач (исследований таких компонентов корпоративных ИВС, как сетевые операционные системы, вычислительные системы, а также стенды для выполнения полунатурного и натурного моделирования). Каждая РЭМС из этого множества разделяет совокупность таких ресурсов как вычислительные, коммуникационные, экспериментальные и т.д. Соответственно возникает задача управления множеством РЭМС, что требует введения службы административного управления верхнего уровня.

Модель организации сети РЭМС

Пользуясь терминологией корпоративных ИВС, назовем РЭМС, специализированные для решения определенных задач, РЭМС периферийных доменов (РЭМСПФ), а РЭМС, координирующую их деятельность - РЭМС центрального домена (РЭМСЦД).

Дадим формальное представление многодоменной сети РЭМС. В соответствие с положениями теории управления [2] в общем случае систему административного управления (САУ) сетью РЭМС можно представить как преобразователь состояния внешней по отношению к САУ среды в некоторое целевое состояние :

, (1)

где - некоторая функция преобразования состояния внешней среды во внутреннее состояние САУ сети РЭМС.

Информационный поиск в литературе, посвященной управлению сложными системами, позволил выделить класс систем, наиболее близко описывающий представленные выше особенности сети РЭМС. К таким системам относятся организационные системы [3]. При этом подходе рассматриваемая система представляется в виде модели "центр-агент".

В соответствии с этим каждый ресурс, входящий в состав сети РЭМС, представляет собой агента (Р 1, Р 2 и т.д.). Управление ресурсом обеспечивается несколькими центрами (РЭМС). Модель организации сети РЭМС в таком виде представлена на рисунке 1.

В соответствии с теорией активных систем рассматриваемую организационную систему можно представить с помощью матричной структуры, которая предусматривает создание нескольких ветвей управления [3]. При этом, агенты подчиняются одновременно нескольким центрам, функции которых различны. Матричная структура управления направлена на максимальное усиление преимуществ и сведение к минимуму недостатков линейной и линейно-функциональной структур управления.

Рисунок 1. Представление модели сети РЭМС в виде организационной системы

Согласно [3] матричная структура управления разделяемыми РЭМС ресурсами может быть представлена в виде модели с распределенным контролем (РК).

Аналитически она может быть задана выражением (2):

, (2)

где - активный агент; - множество центров; - функции управления центров, - управление. Каждый центр оценивает деятельность агента по различным критериям: минимальность времени проведения эксперимента, минимальность затраченных ресурсов, минимальность стоимости проведения эксперимента и т.д. (рисунок 2).

Рисунок 2. Представление системы управления сети РЭМС в виде модели "агент-центры"

Так как целевая функция допустимых действий агента скалярна, а так же скалярно управление , предположим, что это скалярное управление является известной участникам организационной системы (ОС) функцией от управлений, выбранных центрами, то есть

, .

Последовательность функционирования системы следующая: центры одновременно и независимо выбирают свои управления , что приводит к реализации управления ; далее агент при известном ему управлении выбирает свое действие , что однозначно определяет выигрыш участников ОС.

Пусть - известная узлам сети РЭМС зависимость действия, выбираемого агентом, от назначенных управлений. Тогда вектор является равновесием Нэша тогда и только тогда, когда выполнено:

, (3)

где - обстановка игры узлов сети РЭМС для i-го узла из множества узлов.

Множество реализуемых управлений действий агента имеет вид:

.

В рассматриваемой модели организации сети РЭМС агент должен осуществлять рациональный выбор. При этом имеется несколько возможных подходов к определению рационального выбора агента.

Непосредственное обобщение гипотезы благожелательности на случай нескольких центров управления невозможно, так как в этом случае не существует действия агента, принадлежащего множеству , которое бы одновременно максимизировало целевые функции всех узлов сети РЭМС.

В связи с этим рассмотрим множество недонимируемых по Парето элементов множества :

. (4)

При дальнейшем рассмотрении гипотезы благожелательности в модели, ее обобщением является следующее положение: агент выбирает из множества действия, как минимум неулучшаемые одновременно с точки зрения всех центров.

Для системы управления сетью РЭМС примем подход, рассчитанный на гарантированный результат, поскольку важно для каждой РЭМС иметь гарантию результата. Рассчитывая на гарантированный результат по множеству Парето, i-й центр рассчитывает на выбор действия:

. (5)

В результате мы имеем модель организации сети РЭМС и определили для этой модели рациональный выбор действия, обеспечивающий гарантированный результат по множеству Парето. Для возможности дальнейшего использования модели организации сети РЭМС необходимо провести проверку соответствия модели рассматриваемой сети. Для проверки соответствия разработанной модели рассматриваемой сети РЭМС необходимо провести исследования на основании предлагаемой ниже методики.

Разработка методики оценки модели организации РЭМС

Разработанная модель организации сети РЭМС определяет состав, структуру и целевые функции компонентов, участвующих в процессе функционирования сети РЭМС, то есть оценка качества разработанной модели может быть выполнена только путем рассмотрения динамики ее функционирования.

Рисунок 3. Методика оценки качества модели организации сети РЭМС

В рамках проведенного исследования была разработана методика оценки модели организации РЭМС, обеспечивающая:

- выбор и обоснование методов оценки качества разработанной модели организации сети РЭМС;

- формирование соответствующих моделей оценки качества;

- определение этапов проведения экспериментов на разработанных моделях.

Общее представление разработанной методики дается на рисунке 3.

Особенностью разработанной методики является совместное использование при проведении оценки аналитических и имитационных моделей функционирования, базирующихся на теории массового обслуживания [4]. Эта особенность обусловлена многодоменностью сети РЭМС, которую можно представить как в виде одиночной СМО-модели, так и в виде имитационной модели, узлы которой являются простыми СМО.

В соответствии с третьим этапом методики (рисунок 3) был обоснованно выбран тип СМО-модели, описывающей процесс функционирования сети РЭМС.

Его можно представить в следующем виде:

- ЛПР выдает указание на организацию экспертизы;

- ЛПЭ составляет группу экспертов и выдает им задание на экспертизу;

- группа экспертов вырабатывает экспертные предложения и отдает их ЛПЭ;

- ЛПЭ производит обработку результатов экспертизы и выдает предложения ЛПР;

- ЛПР на основе предложений от группы экспертов принимает решение.

Следует отметить, что наиболее трудоемкой операцией является экспертиза. Время принятие экспертного решения много больше всех остальных этапов функционирования РЭМС.

Необходимо определить тип системы массового обслуживания моделирующей сеть РЭМС. Для этого полученную систему массового обслуживания необходимо свести к некоторому типу СМО по классификации Кендалла-Башарина [4]. Примем, что сеть РЭМС представляет из себя многоканальную систему параллельно управляемого преобразования входных потоков запросов в выходные потоки результатов. Структура сети РЭМС в терминах систем массового обслуживания представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Структура сети РЭМС в терминах СМО

Для построения модели СМО необходимо учесть ряд ограничений:

1. Число источников нагрузки ограничено.

2. Число обслуживающих приборов равно количеству одновременно действующих РЭМС. Обслуживающие узлы являются полнодоступными для решаемых задач (запросов).

3. На вход системы подается простейший поток задач с интенсивностью и который имеет свойства стационарности, отсутствия последействий, ординарности.

4. Время обслуживания задач (длительность занятия обслуживающего узла) является случайной величиной и распределено по показательному закону:

, (6)

где - параметр показательного закона распределения потока освобождения; - средняя длительность обслуживания задачи;

.

5. Длина очереди не ограничена.

6. Число фаз обслуживания равно единице (при этом фаза формирования РЭМС не рассматривается).

7. Дисциплина обслуживания типа FIFO ("первым пришел, первым обслужен").

8. Узел обслуживания считается надежным (в процессе работы не выходит из строя).

9. Устройство управления процессом решения задач является централизованным.

По классификации Кендалла-Башарина такую модель можно отнести к классу моделей - показательный входной поток и время обслуживания задачи, обслуживающих узлов, очередь бесконечной длины без приоритетов с выборкой из очереди по порядку ("первым пришел, первым обслужен").

Вследствие допущения пуассоновского характера потока задач, приводящих к изменению состояний модели СМО, процесс, протекающий вне будет Марковским.

Финальные выражения для рассматриваемой СМО представляются следующим образом:

1. Среднее число заявок в очереди:

, (7)

где - приведенная интенсивность потока заявок

,

- параметр показательного закона распределения обслуживания потока заявок, - число обслуживающих приборов.

2. Среднее число заявок в системе:

. (8)

Среднее время пребывания задачи в очереди и системе:

, . (9)

3. Вероятность того, что время ожидания задачи в очереди не превысит допустимого:

, (10)

где равно:

. (11)

Оценка характеристик процесса функционирования сети РЭМС с использованием модели СМО (выражения 7-11) дает получение быстрого результата, но при этом является весьма ограниченной в точности по сравнению с требованиями практики исследования, проектирования и сопровождения систем. Несравненно большими возможностями обладают имитационные модели, позволяющие исследовать схему без ограничений. На работу с имитационными моделями, базирующимися на СМО, ориентированы многие языки имитационного моделирования, такие как, например, SIMULA, SIMSCRIPR, GPSS и т.д [6].

В исследовании в соответствии с пунктом 4 методики (рисунок 5) была разработана имитационная модель сети РЭМС с использованием обоснованно выбранного средства имитационного моделирования MODEL [7]. При представлении процесса функционирования сети РЭМС каждый ее узел представляется в виде одной системы массового обслуживания. При этом система массового обслуживания является одноканальной, с очередью бесконечной длины. В общем, имеем сеть массового обслуживания, которую можно исследовать с помощью имитационного моделирования в программе MODEL. На рисунке 5 дается обобщенное представление сети СМО разработанной имитационной модели.

Рисунок 5 - Обобщенное представление имитационной модели сети РЭМС

С использованием предложенных в рамках разработанной методики оценки качества модели организации сети РЭМС аналитической и имитационной моделей были проведены соответствующие эксперименты. Также была выполнена сравнительная оценка результатов этих экспериментов, показавшая пригодность разработанной модели организации сети РЭМС. сеть экспертный моделирующий

Заключение

Разработанные в рамках исследования модель организации сети РЭМС и методика оценки ее качества позволяют детально описать организацию и процессы функционирования службы административного управления корпоративных ИВС, базирующейся на многодоменной сети РЭМС.

Литература

1. Пирогов, В.В. Сравнение альтернатив распределенных систем управления гибридным моделированием объектов корпоративных информационно-вычислительных сетей [Текст] / В.В. Пирогов, А.А. Воробьев, Е.В. Лебеденко // Датчики и системы. - М. - 2002. - № 4. - с. 7-10.

2. Негойце, К. Применение теории систем к проблемам управления [Текст] / К. Негойце - М.: Издательство "Мир", 1981. - 183 с.: ил. (в пер.).

3. Новиков, Д.А. Механизмы функционирования организационных систем с распределенным контролем [Текст] / Д.А. Новиков, А.В. Цветков. - М.: ИПУ РАН, 2001. - 118 с.

4. Бронштейн, О.И. Модели приоритетного обслуживания в информационно-вычислительных сетях [Текст] / О.И. Бронштейн, И.М. Духовный. - М.: изд-во "Наука", 1976. - с 220.: ил.

Размещено на Allbest.ru