Алгоритм выбора процедур распределенного программного управления потоками заявок в информационной системе в условиях возмущений

Y

АЛГОРИТМ ВЫБОРА ПРОЦЕДУР РАСПРЕДЕЛЕННОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ЗАЯВОК В ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ В УСЛОВИЯХ

ВОЗМУЩЕНИЙ

Для эффективного функционирования автоматизированных систем управления сложными организационно-техническими объектами создаются информационные системы. Современные информационные системы представляют собой сложные системы, включающие в свой состав тысячи узлов и соединений. В последние годы значительно изменился объём передаваемой информации, резко возрос трафик данных, возросли требования к качеству предоставляемых информационных услуг. Изменение природы передаваемой информации, разнородность средств её обработки, повышение требований к оперативности предоставления услуг со стороны вышестоящих органов управления требует эффективного функционирования информационных систем. Высокие достижения в информационных и телекоммуникационных технологиях позволяют обеспечить обработку и передачу значительных массивов информации в сложных разнесенных информационных системах и сетях, однако, без эффективного управления процессами функционирования весь набор современного оборудования не способен удовлетворить растущие требования к качеству предоставляемых услуг должностных лиц и комплексов средств автоматизации автоматизированных систем управления сложными организационно-техническими объектами. Одной из основных задач управления информационной системой является задача формирования плана распределения заявок на предоставление информационных услуг. Сформированный план определяет заданную на определённое время очерёдность выбора исходящих информационных направлений для передачи заявки на предоставление информации из узла-получателя информационных услуг к узлам, предоставляющим данные услуги. Работа посвящена исследованию вопросов обеспечения оперативности функционирования информационных систем на основе применения тех или иных процедур распределенного программного управления потоками заявок на предоставление информации потребителям. Рассматриваются различные варианты применения глобальных и локальных процедур адаптации для распределения потоков заявок в информационной системе. Показаны преимущества метода распределённого программного управления с глобальными и локальными процедурами адаптации, применяемого в условиях работы системы при наличии возмущений со стороны среды или злоумышленника, а также представлен алгоритм, реализующий данный метод.

Информация об авторах:

Оркин Вадим Витальевич, адъюнкт кафедры Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия Легкое Константин Евгеньевич, к.т.н., доцент, начальник кафедры Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия

Для цитирования:

Оркин В.В., Легков К.Е. Алгоритм выбора процедур распределенного программного управления потоками заявок в информационной системе в условиях возмущений // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. №10. С. 41-45.

For citation:

Orkin V.V., Legkov K.E.

DOI 10.24411/2072-8735-2018-10155

Оркин Вадим Витальевич,

Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, orc225@mail.ru

Легков Константин Евгеньевич,

Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, constl@mail.ru

Ключевые слова: информационная подсистема, стохастическая матрица, вероятность своевременной доставки, предоставление информации, автоматизированная система управления.

т

Введение

Выбор той или иной процедуры формирования плана распределения потоков и информационной системе планируется осуществлять по методике адаптивного управления потоками заявок на предоставление информации, разработка которой ведется в настоящее время. В данную методику включаются алгоритмы распределения потоков по известным методам управления. Применение конкретного алгоритма осуществляется в зависимости от конкретного состояния информационной системы.

В данной работе рассматривается алгоритм выбора направления на основе метода распределённого программного управления с глобальными и локальными процедурами адаптации.

Вопросы повышения оперативности информационных систем, телекоммуникационных систем и систем связи широко рассмотрены в научной литературе. В 11] рассматриваются вопросы организации эффективного управления современными телекоммуникационными сетями, создаваемыми в составе различных систем связи, В частности рассмотрены системные, функциональные и архитектурные принципы организации автоматизированных систем управления (АСУ) с вязь ¡о и телекоммуникационными сетями, произведено разделение функций данных АСУ на информационные, управляющие и вспомогательные. Управляющие функции тоже получили разделение. В |2| рассматривается управление инфокоммуникационпыми сетями специального назначения, функционально оно разделяется на управление структурой, управление функционированием, управление устранением неисправностей и отказов, управление ресурсами и управление безопасностью. Задача управления функционированием включает в себя управление параметрами, характеризующими функционирование информационной системы [3, 4], в том числе процедуры формирования плана управления потоками заявок на предоставление информации в информационных подсистемах АСУ в условиях возмущений.

Несмотря на это, требует рассмотрения возможность применения процедур управления потоками заявок на предоставление информации для должностных лиц и комплексов средств автоматизации в различных условиях, в том числе и в условиях внешних воздействий на информационную систему. В настоящей работе решается данная задача в рамках разработки методов и алгоритмов адаптивного управления информационными потоками в информационных системах, что является актуальной научной задачей.

Преимущества метода распределённого программного

управления с глобальными и локальными

процедурами адаптации

Суть метода распределённого программного управления с глобальными и локальными процедурами адаптации (РПУ ГЛЛ) заключается в формировании на распределенных центрах управления информационной системой вероятностных матриц, реагирующих на успешность прохождения заявок к тем или иным узлам предоставления услуг информационной системы. На основе этих данных проводится формирование текущего плана распределения заявок па предоставление информации.

При использовании метода РПУ ГЛА для формирования плана распределения заявок, информационная система

рассматривается как случайная среда, а средства управления ИС представляются в виде вероятностных матриц, функционирующих в этой среде («играющих» со средой).

Основное достоинство всех игровых процедур вообще [5], и при применении их для управления параметрами в ИС в частности, заключается в том, что при формировании планов распределения не требуется передачи какой-либо служебной информации, так как в качестве нее выступают сами заявки па предоставление информации. При этом при формировании плана распределения для каждой повой заявки используются результаты их обслуживания в предыдущее время, а после обслуживания их план вновь корректируется.

Однако, несмотря на такое замечательное свойство игровых процедур как отсутствие необходимости передачи служебной информации, их монопольное применение возможно только в ИС со стабильными слабо изменяющимися потоками заявок, интенсивности которых длительное время остаются неизменными при отсутствии структурных изменений. Только в этом случае в качестве оценки вероятности успешного получения информационной услуги (ИУ) требуемого качества можно использовать вероятности появления событий. В противном случае ошибка смещения оценки возрастет настолько, что эти оценки вообще никак не будут отражать реальную ситуацию в ИС. Все это приводит к тому, что игровым процедурам присущи два основных недостатка: трудности учета изменений нагрузки (исходные колебания нагрузки, вызванные потребностями пользователей ИС и практическое отсутствие оперативной реакции иа изменение структуры ИС.

Естественным является объединение изложенных игровых процедур с локальными процедурами адаптации в едином комплексном методе управления параметрами ИС — методе распределенного программного управления с глобальными и локальными процедурами адаптации (РПУ ГЛА), в котором наряду с элементами адаптации, присущими игровым процедурам присутствуют элементы адаптации на основе локальной информации па узлах предоставления услуг о загруженности исходящих направлений, занятости виртуальных каналов по направлениям, В этом состоит принципиальное отличие данного метода от известных ранее 16,7].

В методе поддерживается возможность перейти к процедурам программного управления на основе локальной информации. В основе этих процедур лежит возможность перехода к передаче по направлению со вторым (третьим) приоритетом при занятости каналов направления с первым приоритетом после нескольких попыток передачи. Преимущество локальных процедур состоит в том, что сохраняется вероятность передачи по более надёжному направлению или направлению с большей вероятностью предоставления ИУ требуемого качества, которое при первой попытке было занято кратковременно вследствие скачка нагрузки.

Рассматривается типовая информационная система, возможная структура которой представлена на рис. 1.

Пусть ИС содержит г узлов предоставления информационных услуг. От узла-получателя информационных услуг к другим узлам заявки на предоставление информации могут направляться соответственно но г направлениям. Па узле-получателе ИУ имеется вероя тностная матрица (1) с числом столбцов, равным г, и числом строк, равным п, где п - общее

У

число видов предоставляемых ИС информационных услуг. Каждаяу'-я строка матрицы, соответствующая_/-му виду информационных услуг представляет собой вектор А = {Рп,Рп......Рп.....где Р1к- вероятность направ-

___ г

ления заявки по направлению к, к = \,г\^\Рк =1.

П

Щг

Р,л

Шаг 2. Формирование исходного плана управления по матрице качества обслуживания. По умолчанию вероятности направления заявок на предоставление информации к конкретным узлам предоставления услуг равны. Однако, при условии функционирования ИС ло начата работы алгоритма формирования плана (1) по методу РПУ ГЛА, элементы матрицы могут иметь другие значения. При этом всегда должно выполняться условие:

Алгоритм выбора направления передачи информации в информационной системе

Шаг 1. Ввод матрицы качества обслуживания заявок на предоставление информации. В ней число строк соответствует числу видов ИУ. Число столбцов соответствует числу узлов, предоставляющих информационные услуги. Элементы матрицы показывают качество, с которым предоставляет ИУ каждый узел. Показателем качества может выступать среднее время предоставления информации по заявке определенною вида. Информация об оперативности предоставления информации может быть получена по результатам работы системы мониторинга либо по накопленным статистическим данным.

ШагЗ. Получение заявки на предоставление услуги у'-го вида.

Шаг4. В строке / матрицы (!) отыскивается максимальное число среди всех Рц, затем выбирается направление у, которому соответствует максимальное значение /д.

Шаг 5. Заявка направляется по направлению у.

Шаг 6, Получение результата обслуживания заявки но направлению у (обслужена ли заявка с требуемым качеством).

Шаг 7. Если заявка обслужена с требуемым качеством, то направление у поощряется. Возрастает вероятность выбора данного направления при дальнейшем обслуживании заявок данного вида.

$ * * *

Ейишй

а ш

Орган управления

1 а а

1 1 г 1 .11

- ЁЙУНГКМ - т

и с

г

1'ис. 1. Схема типовой информационной системы

Возмущения

7ТТ

т

Ша1' Если заявка не была обслужена, то при условии наличия необходимости применения элементов локальной адаптации выполняется ещё несколько попыток получить обслуживание по данному направлению. Количество необходимых попыток определяется заранее по результатам имитационного моделирования и обычно пропорционально отношению вероятности выбора первого по приоритету па-правления и вероятности выбора второго по приоритету направления. Если данная необходимость отсутствует, то направление у штрафуется. Снижается вероятность выбора данного направления при дальнейшем обслуживании заявок.

Шаг 9. Проверка занятости каналов на передачу. Если они заняты, то направление штрафуется.

Шаг 10, Элементы строки матрицы (1) нормируются после штрафа направления либо после поощрения таким обраЗОМ, ЧТО ^ |

Шаг 11, Присвоение элементам матрицы новых значений Р;, = Р*к,А' = 1,г, которые были вычислены при поощрении

(штрафовании) направления и после нормирования значений.

Шаг 12, Если заявка не обслужена, переход к шагу 4, но поиск ведется с исключением номера направления, по которому уже была произведена попытка получения информации, т.е. второго по величине значения строки матрицы.

Шаг 13. При получении информации об обслуживании заявки, окончание алгоритма.

Алгоритм предназначен для обслуживания каждой заявки. При поступлении очередной заявки работа алгоритма начинается с шага 3.

Литература

1. Буренин А.Н., Курносое В.И. Теоретические основы управления современными телекоммуникационными сетями. Под ред. д-ра техн. наук, проф. В,И, Курносова, М,: Наука, 2011. 464 с.

2. Буренин А.Н., Легкое К.Е. Современные инфоком-муникационные системы и сети специального назначения. Основы построения и управления. М.: ИД Медиа Паблишер, 2015. 348 С.

3. Буренин А.Н., Легкое К.Е. Вопросы безопасности инфокоммуникационных систем и сетей специального назначения. Способы и средства обеспечения комплексной безопасности сетей // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли, 20! 5. Т. 7. № 3. С. 46-61.

4. Буренин A.M.. Легкое К.Е.. Оркин В В. Алгоритм адаптивного управления информационными системами в условиях массовых возмущений // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2017. Т. 9. № 6. С. 90-95,

5. Исьяное В.М., Лазарев В.Г., Паршенков Н.Я. Децентрализованный способ динамического распределения информации на автоматически коммутируемых сетях связи. В кн.: Автоматы и управление сетями связи. М.: Наука, 1971. С. 68-71.

6.Буренин А.Н. Об управлении маршрутизацией на основе модифицированных адаптивных методов // Техника средств связи, 1991. № 7, С.51-59.

7. Новиков СП. Классификация методов маршрутизации в мультисервисных сетях связи И Вестник СибГУТИ. 2013. №1. С, 57-67.

НАУКА И АСУ к 2018

ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ 30/10/2018

по теоретическим и прикладным Москва проблемам развития и совершенствования АСУ специального назначения

Y

ALGORITHM OF DISTRIBUTED MANAGEMENT BY STREAMLINES OF APPLICATIONS IN THE INFORMATION SYSTEM UNDER THE CONDITIONS OF DISTURBANCESE

Vadim V. Orkin, Military Space Academy, Saint-Petersburg, Russia, orc225@mail.ru Konstantin E. Legkov, Military Space Academy, Saint-Petersburg, Russia, constl@mail.ru

Abstract

For the effective functioning of automated control systems by complex organizational and technical objects, information systems are created. Modern information systems are complex systems that include thousands of nodes and connections. In recent years, the volume of transmitted information has significantly changed, data traffic has sharply increased, and the requirements to the quality of the information services provided have increased. The change in the nature of transmitted information, the heterogeneity of its processing facilities, the increasing demands on the promptness of service provision from higher authorities require the effective operation of information systems. High achievements in information and telecommunication technologies make it possible to provide processing and transmission of large amounts of information in complex spaced information systems and networks, however, without effective management of the operation processes, the entire set of modern equipment is not able to meet the growing requirements for the quality of services provided by officials and automation systems of automated management systems of complex organizational and technical objects. One of the main tasks of managing the information system is the task of forming a plan for the distribution of applications for the provision of information services. The formed plan determines the pre-determined priority for the selection of outgoing information directions for the transfer of an application for the provision of information from the node-receiver of information services to all other nodes. The work is devoted to the study issues of increasing the operational efficiency of information systems based on the utilization of various procedures for distributed software control of the flow of applications for providing information to consumers. One of the main tasks of information system control is to control parameters that characterize the functioning of the information system based on the formation of the distribution plan of applications for the provision of information services. The formed plan determines the pre-determined priority for the selection of outgoing information directions for the application transfer from the node-receiver of information services to all other nodes. Various variants of requests streams distribution in the information system are based on global and local adaptation procedures.

Keywords: information subsystem; stochastic matrix; probability of timely delivery; provision of information; automated control system. References

1. Burenin A.N., Kurnosov V.I.

2. Burenin A.N., Legkov K.E.

3. Burenin A.N., Legkov K.E.

4. Burenin A.N., Legkov K.E., Orkin V.V. (2017). Algorithm of adaptive control of information systems under the conditions of mass perturbations. H&ES Research. Vol. 9. No. 6, pp. 90-95.

5. Is'yanov V.M., Lazarev V.G., Parshenkov N.Ya.

6. Burenin A.N.

7. Novikov S.N.

Information about authors:

Vadim V. Orkin, post-graduate student of the Department of automated systems of control, Military Space Academy, Saint-Petersburg, Russia Konstantin E. Legkov, Ph.D., Docent, head of the Department automated systems of control, Military Space Academy, Saint-Petersburg, Russia

7ТЛ