автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Системные исследования и оптимизация функционирования Интернет систем с использованием сетей Петри

На правах рукописи

БЕЛОХВОСТИКОВ Иван Владимирович

СИСТЕМНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНТЕРНЕТ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕТЕЙ ПЕТРИ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (информационные и технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических, наук

Краснодар - 2004

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Снманков B.C.

доктор технических наук, профессор Официальные Хисамов Ф.Г. .

оппоненты: кандидат технических наук, профессор

Частиков А. П.

Ведущая Кубанский государственный университет

организация: (г. Краснодар)

Защита диссертации состоится 15 июня 2004 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.04 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: г. Краснодар, ул. Московская 2, корпус А, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2.

Автореферат разослан 14 мая 2004 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, КубГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.100.04, к.т.н., доценту Зайцеву И.В.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.100.04, к.т.н., доцент

И.В. Зайцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. За последние годы наиболее развитые страны мира демонстрируют последовательное и устойчивое продвижение к построению глобального информационного общества. В этот процесс вовлечена и Россия: здесь активно создаются и внедряются новейшие технологии, уникальные информационные ресурсы, естественным образом формируется культура, порождаемая эпохой информации. В конце двадцатого века количество пользователей Интернет в России не превышало двух миллионов человек, по прогнозам аналитиков к 2006 году оно увеличится до 20 миллионов, а к 2010 году достигнет 30 миллионов человек.

На сегодняшний день доступ к Интернету в России имеют 8.5 млн. пользователей, из них 35% - с личных компьютеров, 45% - с компьютеров предприятия, 20% - из публичных, государственных учреждений. Таким образом, Интернет в России — это отрасль, которая генерирует объем услуг, эквивалентный сотням миллионов долларов. В Российском секторе Интернет созданы и эксплуатируются все популярные виды информационных услуг, существующие в мире. Справочно-поисковый аппарат Интернет на русском языке по ряду параметров превосходит международные стандарты, а пользователь Интернет в России перестал быть жителем исключительно крупных мегаполисов.

В России интенсивно развиваются крупные Интернет порталы. Резко вырос интерес к каталогам русскоязычных ресурсов. Российский Интернет стал реальным бизнесом - увеличилась доля Интернет рекламы и Интернет маркетинга, растет интерес к электронной коммерции, особенно в таких областях, как путешествия, розничная торговля, финансы, тематическая реклама, а также в компьютерном секторе. И, наконец, Интернет принимает активное участие в политической жизни страны.

В своем развитии российский

развития мировой Глобальной сети. Скорость роста количества серверов близка к лучшим показателям в мире, хотя и сдерживается рядом проблем

- к основным из нлх можно отнести, в первую очередь, отсутствие в России развитых систем телекоммуникации, высокую стоимость высокоскоростного и качественного соединения, стихийность и слабую согласованность процесса развития российского сегмента глобальной ест. Чтобы решить эти проблемы необходимо кроме улучшения систем телекоммуникации создавать эффективно работающие интернет сервера, а для этого нужна методика анализа их функционирования, позволяющая оценить эффективность и провести оптимизацию.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка методики анализа, оценки эффективности и оптимизации функционирования интернет систем. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- исследование информационных систем;

- исследование методов моделирования;

- выбор наиболее оптимального метода и методик для моделирования сложных информационных систем;

- исследование сетей Петри и их расширений;

- рассмотрение возможных практических применений сетей Петри;

- обзор программных комплексов для моделирования информационных систем;

- определение критериев выбора моделирующей программы;

- сравнение и выбор программного комплекса для моделирования сложных информационных систем;

- исследование принципов функционирования интернет сервера и разработка методики анализа его работы;

- построение обобoенной модели интернет сервера;

- проведение экспериментов с обобщенной моделью;

- разработка программы для анализа результатов экспериментов;

- анализ функционирования обобщенной модели интернет сервера;

- исследование методики математического описания работы интернет сервера;

- разработка методики анализа и оптимизации работы интернет сервера;

- анализ и оптимизация работы интернет сервера «Курорты Кубани».

Методы исследования. Методом исследования является системный анализ как совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам в различных областях. В ходе проведения исследований использовались труды отечественных и зарубежных ученых в области теории систем, системного анализа, математического моделирования, теории вероятностей, теории информации и информационных технологий. В качестве инструментальных средств, в работе использовались методы математического программирования, имитационного моделирования, статистического анализа, аппарата теории вероятностей.

Научная новизна. Научная новизна и защищаемые положения состоят в решении проблемы создания методики анализа и оптимизации функционирования интернет серверов.

1. Выбраны методы и программные средства для моделирования и анализа работы Интернет серверов;

2. Разработана методика анализа функционирования Интернет сервера;

3. На основе теоретических разработок в области моделирования построена обобщенная модель Интернет сервера с использованием функциональных, динамических моделей элементов подсистем и их связей.

4. Создана программа анализа результатов моделирования, позволяющая оценить работоспособность системы;

5. Выведена формула, описывающая зависимость функции среднего времени отклика системы от скорости канала и количества пользователей;

6. Разработан алгоритм и программа оптимизации функционирования Интернет сервера;

7. С использованием предложенной методики проанализирована и оптимизирована Информационно-аналитическая система «Курорты Кубани». По результатам данной работы было получено свидетельство Роспатент.

Практическая значимость работы. Практическая значимость проведенного исследования состоит в том, что разработанный теоретический и методологический аппарат, реализованный в программных продуктах, может быть непосредственно использован при разработке и создании Интернет серверов. В частности он использовался при создании информационно-аналитической системы «Курорты Кубани». Полученные теоретические результаты, методики и модели были апробированы в курсе «Компьютерное моделирование» в учебном процессе Кубанского государственного технологического университета.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика анализа функционирования Интернет сервера;

2. Обобщенная модель Интернет сервера, созданная на базе сетей Петри;

3. Программа анализа результатов моделирования;

4. Формула, описывающая зависимость функции среднего времени отклика системы от скорости канала и количества пользователей;

5. Программа оптимизации функционирования Интернет сервера.

Апробация результатов исследования. Основные результаты

исследования докладывались на 4 международных и 2 всероссийских

научных и научно-методических конференциях:

1. II Международной научно-практической конференции "Моделирование, теория, методы и средства» (г. Новочеркасск, ЮжноРоссийский Государственный Технический Университет,-5 апреля 2002 г.)-

2. III Международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2002» (Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский Государственный Технологический Университет, 6-8 июня 2002г.).

3. Международной научно-технической конференции «Математические методы в экономике» (Пенза, Приволжский дом знаний, 22-23 мал 2002г.).

4. II Международной научно-практической конференции «Проблемы регионального управления, экономики, права и инновационных процессов в образовании» (г. Таганрог, Таганрогский Институт Управления и Экономики, 6-8 сентября 2001 г.).

5. Всероссийской научно-практической конференции «Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров» (Пенза, Приволжский дом знаний, 14-15 ноября 2002г.).

6. III Всероссийской очно-заочной научно-практической конференции «Информационные технологии в управлении и учебном процессе ВУЗа» (Владивосток, Владивостокский Государственный Университет

Экономики и Сервиса, 16-18 октября 2002г.).

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы

использовались при создании Интернет сервера «Курорты Кубани».

Данная работа защищена свидетельством о регистрации программного

обеспечения.

Публикации по теме диссертации. Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах и 1 свидетельстве о регистрации программного обеспечения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка использованной литературы (106 наименований). Работа изложена на 167 страницах машинописного текста и содержит 43 рисунка и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации -значение интернета в развитии России и важность анализа работы Интернет серверов. Формулируются цель работы и задачи, описываются применяемые методы исследования, научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту Рассказывается об апробации и основных результатах исследования, об их реализации и внедрении. Приводятся публикации по теме диссертации, структура и объем работы.

В первой главе рассматриваются основные принципы системного подхода, проблемы и цели информационных систем, формальное описание информационных систем. Описаны различные 'виды параллельных процессов и их взаимосвязь с информационными системами.

Проведен анализ и выбраны методы моделирования информационных систем. Осуществлен выбор методики моделирования -IDEF0 для описания структуры и функционирования системы и сети Петри для создания динамических моделей.

Рассмотрен структурно функциональный подход IDEF0, определены

базовые принципы стандарта - принцип функциональной декомпозиции, принцип ограничения сложности и принцип контекста.

Описаны основные принципы теории сетей Петри. Рассмотрены классическая и современная трактовки теории. Определены расширения сетей Петри, которые позволяют создать более точную модель информационной системы - цветные или раскрашенные сети, временные и

иерархические сети Петри.

Разобраны различные варианты практического применения сетей Петри при помощи которых было выполнено множество проектов в различных отраслях человеческой деятельности - в моделировании протоколов связи, операционных систем, аппаратного обеспечения, внедрения систем, программного проектирования систем, и реорганизацию бизнес процессов.

Во второй главе рассматриваются параметры и критерии, на основе которых делается выбор программы моделирования. К ним относятся: надежность, удобство пользовательского интерфейса, локализация, требования к техническим средствам, поддержки со стороны поставщика, стоимость, математические возможности и т.п.

Описаны наиболее известные пакеты визуального моделирования: Matlab, Arena, GPSS World, ДАСИМ, Aris, Grade Modeler, Ithink Analyst, Design/CPN, Stratum.

Все описанные программные комплексы оценивались с точки зрения моделирования сложных информационных систем и проходящих в них процессов. В целях обзора более широкого ряда методик моделирования pavCMUipuuuJiHCb, и ЮМ числе ы 1ШКС1Ы ымиыцкшшыо моделирования, НС

поддерживающие сети Петри.

Проанализированы все описанные пакеты моделирования. Дана оценка надежности пакетов моделирования, защиты от несанкционированного доступа, возможности возникновения критических

ошибок и корректного завершения работы или сохранения состояния к моменту прерывания. Разобрано удобство пользовательского интерфейса, способов ввода-вывода данных. Рассмотрены локализация для России и простота освоения программного продукта, трудовые и временные затраты на обучение, а также вопросы качества документации, ее полноты, понятности, полезности. Определены требования к уровню знаний, квалификации и опыту пользователей.

Рассмотрены критерии быстроты и простоты установки программного обеспечения, требования к техническим средствам, к оптимальному размеру внешней и оперативной памяти, типу и производительности процессора, обеспечивающим приемлемый уровень работоспособности. Оценен уровень поддержки со стороны поставщика, куда относятся: скорость разрешения проблем, поставки новых версий, обеспечение дополнительных возможностей. Определены критерии стоимости пакетов моделирования, области применения и взаимодействия с другими приложениями, а кроме них - возможность создания пользовательских библиотек, создания и редактирования диаграмм. Проанализированы математические возможности программных комплексов и визуализация моделей. В результате вычислений получены значения интегральных критериев для всех пакетов моделирования.

Из описания и анализа, представленных пакетов имитационного моделирования выяснено, что для нашей конкретной задачи анализа параллельных процессов в информационных системах наиболее подходит программный комплекс Design/CPN. В ряд его неоспоримых достоинств входит один из лучших аппаратов моделирования параллельных процессов - сети Петри, он поставляется бесплатно, при этом обладает хорошим графическим интерфейсом и основан на объектно-ориентированной технологии. Кроме того, на него существуют, как хорошая документация, так и мощная поддержка разработчиков.

и

В третьей главе в соответствии с общим алгоритмом системного анализа создана IDEFO модель исследования интернет сервера, как сложной информационной системы (Рисунок 1)

Рисунок 1 - Анализ функционирования интернет сервера

Описаны основные принципы работы интернет сервера и правила взаимодействия с ним браузера Разобраны основные проблемы возникающие в процессе работы серверов, приведены методы их решения.

Детально описан интерактивный моделирующий программный комплекс Design/CPN, который является одним из наиболее мощных инструментальных средств моделирования сетей Петри. Основное предназначение Design/CPN - моделирование сложных информационных и технических систем. Данный программный комплекс применяется при разработке шкальных сетей и протокопов связи дтя тестирования и отладки различного программного обеспечения.

Разработана структурно-функциональная модель Интернет сервера о виде IDEF0 диаграммы.

Создана типовая динамическая модель интернет сервера. В

частности создана структура модели, где указаны блоки и их взаимосвязи. Разработан модуль математического описания модели, в нем содержаться все используемые «цвета» или типы данных, переменные и функции. Составлена общая структура и описано взаимодействие всех частей и элементов системы, а также взаимосвязь с внешней средой. Выделены два основных блока - аппаратный и программный На аппаратном уровне происходит передача данных между пользователем и сервером, а на программном уровне все входные данные обрабатываются, и обратно выдается результат запроса.

Определены интерактивные параметры - скорость канала, среднестатистическое количество посетителей в день, среднестатистическое количество запрошенных ими страниц и коэффициент загруженности сервера.

Разработан блок сбора статистики и анализа данных. В данном блоке используются две функции, собирающие информацию, по мере ее поступления, а конструктор отчета помещает всю полученную информацию - время поступления запроса и время его выхода из системы, в текстовый файл. Имя файлу присваивается в зависимости от заданных интерактивных параметров.

Используя моделирующий программный комплекс Design/CPN, создана модель, как аппаратной, так и программной части интернет сервера, как сложной информационной системы (Рисунок 2). Причем эт> модель можно более глубоко детализировать - расписать каждый блок. Например более детально рассмотреть устройства передачи данных, или обработку запросов в компостере, детализировать сам сайт - рассмотреть более полное дерево. Можно добавить еще параметров для контроля и т.д.

Рисунок 2 - Динамическая модель Интернет сервера

Но в данном конкретном случае основная цель - создать методику определения оптимальных параметров системы с наименьшими затратами как материальных, так и временных ресурсов. Меняя параметры скорости канала и посещаемости сайта можно собрать статистическую информацию для дальнейшего анализа работы информационной системы.

В четвертой главе разработана структурно-функциональная модель этапа получения и анализа результатов моделирования функционирования Интернет сервера.

Определены начальные данные для моделирования работы Интернет сервера - это два показателя, с возможностью интерактивного изменения. При моделировании для нас наиболее важны два показателя, которые

могут интерактивно изменяться. В первую очередь это параметр скорости канала передачи данных между системой и провайдером, предоставляющим доступ к сети Интернет. Параметр, определяющий количество пользователей, посетивших сайт за день. Кроме

интерактивных параметров в модель введен еще целый ряд различных характеристик системы, которые можно изменять до запуска процесса моделирования.

Создана программа для анализа результатов моделирования, описаны алгоритм работы, структура и компоненты. Интерфейс программы и пример работы приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 — Интерфейс программы анализа

Входными данными для программы «Анализ результатов моделирования» являются файлы, созданные моделирующим комплексом Design/CPN, в именах которых указываются параметры проводимого эксперимента, такие как скорость канала, количество посетителей, среднее количество запросов от одного пользователя и загруженность сервера. Внутри файлов хранится информация о времени прихода запроса в

систему и времени его ухода из нее. Выходными данными программы являются как числовые, так и графические данные. Все результаты упорядочены по номерам экспериментов и сведены в единую таблицу.

Описана файловая структура модели и технические требования, а также создано подробное руководство пользователя для работы с программой.

Для дальнейшего анализа используется программный комплекс Statistica 6Л. Используя метод нелинейной регрессии наименьших квадратов и метод оценки Леверберга-Марквардта выводится уравнение, описывающее зависимость среднего времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей. Если в данных присутствуют сильно завышенные показатели, то выведенная функция описывает зависимость достаточно приблизительно и годится лишь для выявления общего вида и расчета критических точек, поэтому по данной функции строится кривая, описывающая работоспособность системы при различных параметрах. Выше линии работоспособности находится область критических значений, а ниже - область стабильной работы. Для того чтобы повысить точность функции рассматриваются параметры, попадающие только в нижнюю зону. В результате повторного использования нелинейной регрессии получаем более точное уравнение и погрешность существенно уменьшается.

Для выбора оптимальных параметров работы всей системы применен метод оптимизации последовательных уступок, это один из наиболее надежных и проработанных методов многокритериальной оптимизации. В время отклика системы,

скорость канала, количество пользователей и стоимость канала. Время отклика системы является важнейшим ее параметром так как именно оно влияет на устойчивое функционирование сайта. Следующие два критерия от которых непосредственно зависит предыдущий - скорость канала и

количество пользователей, в общем, равнозначны и их приоритет между собой определяется лицом принимающим решение. С одной стороны может быть важнее минимизировать скорость канала, а с другой -максимизировать возможное количество посетителей сайта. Критерий стоимости прямо пропорционален скорости канала, и введен в программу в связи с тем, что эту зависимость нельзя четко определить, так как разные провайдеры предлагают разные тарифы.

Создан алгоритм и описана процедура решения многокритериальной задачи методом последовательных уступок.

Для практического применения данного метода разработана специальная программа оптимизации, ее интерфейс приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 — Интерфейс программы оптимизации методом последовательных уступок

Предусмотрено два режима работы - ручной и автоматический. В

первом случае уступки заносятся лицом принимающим решение, а во втором оптимизация проходит по следующему алгоритму: определяются максимальное и минимальное значения параметра и за уступку берется половина разницы между наибольшим и наименьшим параметрами. Далее по уже известному методу определяются все альтернативы, попадающие в диапазон уступки. После оптимизации по первому параметру эта же процедура происходит со следующим, только минимальное и максимальное значения определяются уже не из всего набора, а из остатка после предыдущего этапа оптимизации, и так до последнего параметра. Если после последнего, четвертого этапа оптимизации, альтернатив больше одной, то вся процедура повторяется заново до получения единственного решения.

Таким образом, используя программу оптимизации методом последовательных уступок, находится одно решение или область решений для организации оптимального функционирования Интернет сервера.

Пятая глава посвящена анализу и оптимизации информационно аналитической системы «Курорты Кубани». Рассматривается Санаторно-курортный и туристский комплекс Краснодарского края, который за последние годы характеризуются развитием эффективной системы взглядов и подходов к управлению, активизацией работы по увеличению его доходной части, выполнением приоритетных федеральных и краевых комплексных программ.

Определены цели и перспективы развития ИАС "Курорты Кубани". Для администрации - это создание привлекательного имиджа Кубани, как

привлечение дополнительных отдыхающих, особенно в межсезонный период и получение достоверной и актуальной информации о текущем состоянии здравниц Кубани, на основе отчетов, статистических данных и аналитических обзоров. Для здравниц, в первую очередь - это оказание рекламных услуг, бронирование и продажа

путевок через интернет. Для населения - это возможность быстрого получения объективной и достоверной, обновляющейся информации об услугах здравниц краснодарского края, в виде результатов запросов на ■еЬ-сайте «Курорты Кубани» с возможностью многоаспектного интеллектуального поиска. Также предоставление полного спектра услуг по планированию и осуществлению отдыха и лечения в краснодарском крае, включающего в себя выбор здравницы, бронирование и приобретение путевок с использованием современных средств платежей, выбору маршрутных схем проезда, страхование и юридическую поддержку.

Рисунок 5 - Общая схема работы НАС «Курорты Кубани»

Выполнено описание работы реальной информационной системы, а также описана работа модели (Рисунок 5). В результате анализа существующей системы, опираясь на результаты проведенного исследования информационных ресурсов, задействованных в настоящее время на решении проблемы, сделан вывод о необходимости не столько реорганизации, сколько о создании полноценной системы сбора, анализа и

хранения данных по существующим курортам с предоставлением информационных услуг населению и зарегистрированным пользователям на базе этой системы.

При помощи разработанной методики проведен ряд экспериментов, и проанализированы все полученные данные. Получено уравнение, описывающее зависимость времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей, график приведен на рисунке 6.

Рисунок 6 - График зависимости функции среднего времени отклика системы от скорости канала и количества пользователей

Для повышения точности функции рассмотрены параметры, находящиеся ниже кривой надежности. В результате повторного использования нелинейной регрессии получено уточняющее уравнение.

Проведена оптимизация экспериментальных данных. На перво;.: этапе уступки задавались вручную, в результате чего получены три альтернативы.

Таблица 1 - Результаты первого этана оптимизации

Также проведена оптимизация в автоматическом режиме, для этого пересчитаны экспериментальные критические значения системы по второй выведенной формуле зависимости. В результате выбрана одна альтернатива, наиболее оптимальная с точки зрения разработанного алгоритма

На основании анализа функционирования информационно аналитической системы «Курорты Кубани» и ее оптимизации получены результаты, определяющие параметры надежной и качественной работы всей системы.

В заключении отражены основные выводы и результаты диссертации, подчеркнута ее практическая значимость.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Исследованы методы моделирования информационных систем. Для моделирования информационных систем выбран метод компьютерного имитационного моделирования, которое при помощи аппаратного и специализированного программного обеспечения позволяет создавать модели и анализировать полученные в результате моделирования данные

Выбраны методики моделирования - структурно-функциональное ГОЕР0 и сети Петри При их объединении мы получаем один из самых удобных инструментов анализа и моделирования параллельных процессов в сложных информационных системах.

Рассмотрены основные принципы теории сетей Петри. Определены различные варианты практического применения сетей Петри и их расширений при помощи которых было выполнено множество проектов в различных отраслях человеческой деятельности - в моделировании

протоколов связи, операционных систем, аппаратного обеспечения, внедрения систем, программного проектирования систем, и реорганизацию бизнес процессов.

Описаны и проанализированы наиболее известные пакеты визуального моделирования: Matlab, Arena, GPSS World, ДАСИМ, Aris, Grade Modeler, Ithink Analyst, Design/CPN, Stiatum. Из анализа, представленных пакетов имитационного моделирования выяснено, что для нашей конкретной задачи наиболее подходит программный комплекс Design/CPN.

Описаны основные принципы работы интернет сервера и правила взаимодействия с ним браузера. Рассмотрены основные проблемы, возникающие в процессе работы серверов, приведены методы их решения.

Создана методика анализа, оценки эффективности и оптимизации функционирования интернет систем, которая состоит из следующих этапов:

1. Создание IDEF0 модели системы;

2. Создание динамической модели системы в виде сети Петри;

3. Проведение экспериментов с моделью;

4. Анализ экспериментальных данных;

5. Вывод уравнения функционирования интернет сервера;

6. Оптимизация функционирования интернет сервера.

Разработана структурно-функциональная модель интернет сервера в виде IDEF0 диаграммы. Создана типовая динамическая модель интернет сервера. В частности создана структура модели, где указаны блоки и их взаимосвязи. Разработан модуль математического описания модели, в нем содержаться все используемые «цвета» или типы данных, переменные и функции. Составлена общая структура и описано взаимодействие всех частей и элементов системы, а также взаимосвязь с внешней средой. Выделены два основных блока - аппаратный и программный. На

аппаратном уровне происходит передача данных между пользователем и сервером, а на программном уровне все входные данные обрабатываются, и обратно выдается результат запроса.

Разработана структурно-функциональная модель этапа получения и анализа результатов моделирования функционирования Интернет сервера.

Создана программа для анализа результатов моделирования, описаны алгоритм работы, структура и компоненты. Входными данными для программы «Анализ результатов моделирования» являются файлы, созданные моделирующим комплексом Design/CPN. Выходными данными программы являются результаты анализа, представленные как в числовой, так и графической форме.

Разработана методика математического описания работы интернет сервера, показывающая зависимость среднего времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей.

Создан алгоритм и описана процедура оптимизации функционирования интернет сервера методом последовательных уступок. Для практического применения данного метода разработана специальная программа оптимизации. Предусмотрено два режима работы - ручной и автоматический. В первом случае уступки заносятся лицом принимающим решение, а во втором программа определяет их самостоятельно.

Определены цели и перспективы развития ИАС "Курорты Кубани". Описана работа реальной информационной системы и ее модель. При помощи разработанной методики проведен ряд экспериментов, и проанализированы все полученные данные.

Получено уравнение, описывающее зависимость времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей. По данной функции построена кривая, описывающая работоспособность системы при различных параметрах.

Проведена оптимизация экспериментальных данных. В результате

выбрана одна альтернатива, наиболее оптимальная с точки зрения разработанного алгоритма. На основании полученных данных и анализе функционирования информационно аналитической системы «Курорты Кубани» сделаны выводы об оптимальных режимах и параметрах работы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Белохвостиков И.В. Математическое моделирование САУ автономного энергетического комплекса с использованием НВИЭ. Проблемы регионального управления, экономики, права и инновационных процессов в образовании. Тезисы докладов II Международной научно-практической конференции. Таганрог: Таганрогский институт управления и экономики, 2001. с. 68.

2. Белохвостиков И.В., Вишнев М.В., Ирхин А.В. Анализ информационных потоков и принятие решений, связанных с электронной коммерцией. Пенза: Приволжский дом знаний, 2002. С. 24-26

3. Ирхин А.В., Белохвостиков И.В., Павлов Р.А. Применение методов компьютерной поддержки принятия решения с учетом неопределенности и моделирования при управлении тарифной политикой на энергоресурсы. Математические методы в экономики. Сборник материалов Междунар. Науч.-техн. конф. - Пенза: Приволжский дом знаний, 2002. С. 24-26

4. Белохвостиков И.В., Павлов Р.А., Вишнев М.В. Инструменты моделирования информационных систем. Моделирование, теория, методы и средства. Материалы II Международной научно-практической конференции. Новочеркасск: Южно-российский государственный технический университет, 2002. с. 42-46.

5. Павлов Р.А., Вишнев М.В., Белохвостиков И.В. Разработка

распределенной информационно-поисковой системы с использованием моделирования и системного подхода. Моделирование, теория, методы и средства. Материалы II Международной научно-практической конференции. Новочеркасск: Южно-российский государственный технический университет, 2002. с. 34-36.

6. Белохсостиков И.В. Моделирование параллельных процессов в информационных системах. Компьютерное моделирование 2002. Труды 3-й Международной научно-технической конференции. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2002. с. 125-127.

7. Белохвостиков И.В. Сравнение и анализ пакетов имитационного моделирования параллельных процессов в информационных системах. Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Пенза: Приволжский дом знаний, 2002. с. 83-86.

8. Белохвостиков И.В. Области применения расширений сетей Петри. Информационные технологии в управлении и учебном процессе ВУЗа. Материалы 3-й Всероссийской очно-заочной научно-практической конференции. Владивосток: Владивостокский государственный университет экономики и сервиса, 2002. с. 20-21.

9. Свидетельство 2002612056. Информационно-аналитическая система «Курорты Кубани» (Кубань Курорт) / В. С. Симанков, И.В. Белохвостиков, М.В. Вишнев и др. Заявл. 25.11.2002. Опубл. 09.12.2002.

Подписано в печать 12.05.2004 г. Зак. № 300 Тираж 100 экз. 350000, г. Краснодар, ул. Красная, 91 Технический университет КубГТУ Лиц. № ЛР 017758 от 18.11.98 г.

9411

Введение

Глава 1. Обзор и выбор методов анализа информационных систем

1.1. Формальное описание информационных систем

1.2. Методы моделирования информационных систем

1.3. Методики моделирования информационных систем - IDEFO и сети 29 Петри

1.4. Расширения сетей Петри и их применение

1.5. Выводы

Глава 2. Аналитический обзор современных программных 45 комплексов для моделирования сложных информационных систем

2.1. Критерии выбора пакета имитационного моделирования

2.2. Анализ пакетов имитационного моделирования

2.3. Выбор пакета имитационного моделирования

2.4. Выводы

Глава 3. Разработка методики анализа работы интернет сервера 87 как сложной информационной системы с использованием цветных сетей Петри

3.1. Описание принципов работы интернет сервера

3.2. Описание программы Design/CPN

3.3. Описание структуры модели Интернет сервера

3.4. Создание модели Интернет сервера

3.5. Выводы

Глава 4. Методика анализа и оптимизации результатов 107 моделирования работы интернет сервера

4.1. Планирование эксперимента, начальные данные, диапазоны 107 изменения данных

4.2. Создание программы по анализу результатов моделирования 110 4.3 Основные принципы работы с программой по анализу результатов моделирования

4.4 Методика анализа результатов моделирования

4.5. Методика оптимизации функционирования интернет сервера

4.6. Выводы

Глава 5. Применение методики анализа сложных 136 информационных систем с использованием цветных сетей Петри на примере ИАС «Курорты Кубани»

5.1. Санаторно-курортный и туристский комплекс краснодарского края

5.2. Описание работы информационной системы «Курорты Кубани» и 142 ее модели

5.5. Оптимизация функционирования ИАС «Курорты Кубани»

5.6. Выводы 156 Заключение 158 Список использованных источников

За последние годы наиболее развитые страны мира демонстрируют последовательное и устойчивое продвижение к построению глобального информационного общества. В этот процесс вовлечена и Россия: здесь активно создаются и внедряются новейшие технологии, уникальные информационные ресурсы, естественным образом формируется культура, порождаемая эпохой информации. По прогнозам аналитиков количество пользователей Интернет в России к 2005-2006 году увеличится в 2,3 раза до 20 млн. (Рисунок 1) [49, 50, 51,30, 42].

32-f

30-'

28-' ев в 26-'

24-' Ф 22-' ц <и 2(J-' а 18-' о « ч о 14-' и 12-' а н 10-' о Ф 8-'

Я Ц 6-' о 4-' 2-' 0-'

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Рисунок 1 - Количество пользователей Интернет в России (млн.)

На сегодняшний день доступ к Интернету в России имеют 8.5 млн. пользователей, из них 35% - с личных компьютеров, 45% - с компьютеров предприятия, 20% - из публичных, государственных учреждений. Таким образом, Интернет в России - это отрасль, которая генерирует объем услуг, эквивалентный сотням миллионов долларов. В Российском секторе Интернет созданы и эксплуатируются все популярные виды информационных услуг, существующие в мире. Справочно-поисковый аппарат Интернет на русском языке по ряду параметров превосходит международные стандарты, а пользователь Интернет в России перестал быть жителем исключительно крупных мегаполисов [19, 20, 23, 32, 34,41, 45, 57].

В России интенсивно развиваются крупные Интернет порталы. Резко вырос интерес к каталогам русскоязычных ресурсов. Российский Интернет стал реальным бизнесом - увеличилась доля Интернет рекламы и Интернет маркетинга, растет интерес к электронной коммерции, особенно в таких областях, как путешествия, розничная торговля, финансы, тематическая реклама, а также в компьютерном секторе. И, наконец, Интернет принимает активное участие в политической жизни страны. [61, 62, 64, 73]

В своем развитии российский Интернет в общем повторяет этапы развития мировой Глобальной сети [79, 81, 83]. Скорость роста количества серверов близка к лучшим показателям в мире, хотя и сдерживается рядом проблем - к основным из них можно отнести, в первую очередь, отсутствие в России развитых систем телекоммуникации, высокую стоимость высокоскоростного и качественного соединения, стихийность и слабую согласованность процесса развития российского сегмента глобальной сети. Чтобы решить эти проблемы необходимо кроме улучшения систем телекоммуникации создавать эффективно работающие интернет сервера, а для этого нужна методика анализа их функционирования, позволяющая оценить эффективность и провести оптимизацию [59, 60, 63].

Целью диссертационной работы является разработка методики анализа, оценки эффективности и оптимизации функционирования интернет систем. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• Исследование информационных систем;

• Исследование методов моделирования;

• Выбор наиболее оптимального метода и методик для моделирования сложных информационных систем;

• Исследование сетей Петри и их расширений;

• Рассмотрение возможных практических применений выбранного метода;

• Обзор программных комплексов для моделирования информационных систем;

• Определение критериев выбора моделирующей программы;

• Сравнение и выбор программного комплекса для моделирования сложных информационных систем;

• Исследование принципов функционирования интернет сервера и разработка методики анализа его работы;

• Построение обобщенной модели интернет сервера;

• Проведение экспериментов с обобщенной моделью;

• Разработка программы для анализа результатов экспериментов;

• Анализ функционирования обобщенной модели интернет сервера;

• Разработка методики математического описания работы интернет сервера;

• Разработка методики анализа и оптимизации работы интернет сервера;

• Анализ и оптимизация работы интернет сервера «Курорты Кубани».

В первой главе рассматриваются основные принципы системного подхода, проблемы и цели информационных систем, формальное описание информационных систем. Описаны различные виды параллельных процессов и их взаимосвязь с информационными системами.

Проведен анализ и выбраны методы моделирования информационных систем, при этом доказано, что наибольший эффект достигается от имитационного моделирования при его объединении с новейшими компьютерными технологиями. Так появляется компьютерное имитационное моделирование, которое при помощи аппаратного и специализированного программного обеспечения позволяет создавать модели и анализировать полученные в результате моделирования данные.

Осуществлен выбор методики моделирования - IDEF0 для описания структуры и функционирования системы и сети Петри для создания динамических моделей. При их объединении мы получаем самый удобный метод анализа и моделирования параллельных процессов в сложных информационных системах.

Рассмотрена концепция структурно функционального подхода IDEFO. Определены базовые принципы стандарта - принцип функциональной декомпозиции, принцип ограничения сложности и принцип контекста.

Описаны основные принципы теории сетей Петри. Рассмотрены классическая и современная трактовки теории. Определены расширения сетей Петри, которые позволяют создать более точную модель информационной системы - цветные или раскрашенные сети, временные и иерархические сети Петри. Разобраны различные варианты практического применения сетей Петри при помощи которых было выполнено множество проектов в различных отраслях человеческой деятельности - в моделировании протоколов связи, операционных систем, аппаратного обеспечения, внедрения систем, программного проектирования систем, и реорганизацию бизнес процессов.

Во второй главе рассматриваются параметры и критерии, на основе которых делается выбор программы моделирования. К ним относятся: надежность, удобство пользовательского интерфейса, локализация, требования к техническим средствам, поддержки со стороны поставщика, стоимость, математические возможности и т.п.

Описаны наиболее известные пакеты визуального моделирования: Matlab, Arena, GPSS World, ДАСИМ, Aris, Grade Modeler, Ithink Analyst, Design/CPN, Stratum.

Проанализированы все описанные пакеты моделирования. Дана оценка надежности пакетов моделирования, защиты от несанкционированного доступа, возможности возникновения критических ошибок и корректного завершения работы или сохранения состояния к моменту прерывания. Разобрано удобство пользовательского интерфейса, способов ввода-вывода данных. Рассмотрены локализация для России и простота освоения программного продукта, трудовые и временные затраты на обучение, а также вопросы качества документации, ее полноты, понятности, полезности. Определены требования к уровню знаний, квалификации и опыту пользователей.

Рассмотрены критерии быстроты и простоты установки программного обеспечения, требования к техническим средствам, к оптимальному размеру внешней и оперативной памяти, типу и производительности процессора, обеспечивающим приемлемый уровень работоспособности. Оценен такой немаловажный фактор, как уровень поддержки со стороны поставщика, куда относятся: скорость разрешения проблем, поставки новых версий, обеспечение дополнительных возможностей. Не упущены из внимания критерии стоимости пакетов моделирования, области применения и взаимодействия с другими приложениями, а кроме них - возможность создания пользовательских библиотек, создания и редактирования диаграмм. Проанализированы математические возможности программных комплексов и визуализация моделей. В результате вычислений получены значения интегральных критериев для всех пакетов моделирования.

Из описания и анализа, представленных пакетов имитационного моделирования выяснено, что для нашей конкретной задачи анализа параллельных процессов в информационных системах наиболее подходит программный комплекс Design/CPN. В ряд его неоспоримых достоинств входит один из лучших аппаратов моделирования параллельных процессов - сети Петри, он поставляется бесплатно, при этом обладает хорошим графическим интерфейсом и основан на объектно-ориентированной технологии. Кроме того, на него существуют, как хорошая документация, так и мощная поддержка разработчиков.

В третьей главе в соответствии с общим алгоритмом системного анализа создана IDEF0 модель этапа исследования интернет сервера, как сложной информационной системы.

Описаны основные принципы работы интернет сервера и правила взаимодействия с ним браузера. Разобраны основные проблемы, возникающие в процессе работы серверов, приведены методы их решения.

Детально описан интерактивный моделирующий программный комплекс Design/CPN, который является одним из наиболее мощных инструментальных средств моделирования сетей Петри. Основное предназначение Design/CPN — моделирование сложных информационных и технических систем. Этот программный комплекс применяется при разработке локальных сетей и протоколов связи, для тестирования и отладки различного программного обеспечения. Также примерами прикладных областей могут служить автоматизированные производственные системы, микроэлектроника, разнообразные экономические проблемы [97].

Разработана структурно-функциональная модель Интернет сервера в виде IDEF0 диаграммы.

Создана типовая модель интернет сервера. В частности создана структура модели, где указаны блоки и их взаимосвязи. Разработан модуль математического описания модели, в нем содержаться все используемые «цвета» или типы данных, переменные и функции. Составлена общая структура и описано взаимодействие всех частей и элементов системы, а также взаимосвязь с внешней средой. Выделены два основных блока - аппаратный и программный. На аппаратном уровне происходит передача данных между пользователем и сервером, а на программном уровне все входные данные обрабатываются, и обратно выдается результат запроса.

Определены интерактивные параметры - скорость канала, среднестатистическое количество посетителей в день, среднестатистическое количество запрошенных ими страниц и коэффициент загруженности сервера.

Разработан блок сбора статистики и анализа данных. В данном блоке используются две функции, собирающие информацию, по мере ее поступления, а конструктор отчета помещает всю полученную информацию - время поступления запроса и время его выхода из системы, в текстовый файл. Имя файлу присваивается в зависимости от заданных интерактивных параметров.

Используя моделирующий программный комплекс Design/CPN, создана модель, как аппаратной, так и программной части интернет сервера, как сложной информационной системы. Причем эту модель можно более глубоко детализировать - расписать каждый блок. Например более детально рассмотреть устройства передачи данных, или обработку запросов в компьютере, детализировать сам сайт - рассмотреть более полное дерево. Можно добавить еще параметров для контроля и т.д.

Но в данном конкретном случае основная цель - создать методику определения оптимальных параметров системы с наименьшими затратами как материальных, так и временных ресурсов. Меняя параметры скорости канала и посещаемости сайта можно собрать статистическую информацию для дальнейшего анализа работы информационной системы.

В четвертой главе разработана структурно-функциональная модель этапа получения и анализа результатов моделирования функционирования Интернет сервера.

Определены начальные данные для моделирования работы Интернет сервера - это два показателя, с возможностью интерактивного изменения. При моделировании для нас наиболее важны два показателя, которые могут интерактивно изменяться. В первую очередь это параметр скорости канала передачи данных между системой и провайдером, предоставляющим доступ к сети Интернет. Параметр, определяющий количество пользователей, посетивших сайт за день. Кроме интерактивных параметров в модель введен еще целый ряд различных характеристик системы, которые можно изменять до запуска процесса моделирования.

Создана программа для анализа результатов моделирования, описаны алгоритм работы, структура и компоненты. Входными данными для программы «Анализ результатов моделирования» являются файлы, созданные моделирующим комплексом Design/CPN, в именах которых указываются параметры проводимого эксперимента, такие как скорость канала, количество посетителей, среднее количество запросов от одного пользователя и загруженность сервера. Внутри файлов хранится информация о времени прихода запроса в систему и времени его ухода из нее. Выходными данными программы являются как числовые, так и графические данные. Все результаты упорядочены по номерам экспериментов и сведены в единую таблицу.

Описана файловая структура модели и технические требования, а также создано подробное руководство пользователя для работы с программой.

Для дальнейшего анализа используется программный комплекс Statistica 6.0. Используя метод нелинейной регрессии наименьших квадратов и метод оценки Леверберга-Марквардта выводится уравнение, описывающее зависимость среднего времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей. Если в данных присутствуют сильно завышенные показатели, то выведенная функция описывает зависимость достаточно приблизительно и годится лишь для выявления общего вида и расчета критических точек, поэтому по данной функции строится кривая, описывающая надежность работы системы при различных параметрах. Выше линии надежности находится область критических значений, а ниже -область стабильной работы. Для того чтобы повысить точность функции рассматриваются параметры, попадающие только в нижнюю зону. В результате повторного использования нелинейной регрессии получаем более точное уравнение и погрешность существенно уменьшается.

Для выбора оптимальных параметров работы всей системы применен метод оптимизации последовательных уступок, так как это один из самых надежных и проработанных, и позволяет работать с множеством критериев ранжированных по степени важности. В качестве критериев выбраны: время отклика системы, скорость канала, количество пользователей и стоимость канала. Время отклика системы является важнейшим ее параметром так как именно от него зависит устойчивое функционирование сайта. Следующие два критерия от которых непосредственно зависит предыдущий - скорость канала и количество пользователей, в общем, равнозначны и их приоритет между собой определяется лицом принимающим решение. С одной стороны может быть важнее минимизировать скорость канала, а с другой - максимизировать возможное количество посетителей сайта. Критерий стоимости напрямую зависит от скорости канала, но он введен в программу в связи с тем, что эту зависимость нельзя четко определить, так как разные провайдеры предлагают разные тарифы.

Создан алгоритм и описана процедура решения многокритериальной задачи методом последовательных уступок.

Для практического применения данного метода разработана специальная программа оптимизации. Предусмотрено два режима работы - ручной и автоматический. В первом случае уступки заносятся лицом принимающим решение, а во втором оптимизация проходит по следующему алгоритму: определяются максимальное и минимальное значения параметра и за уступку берется половина разницы между наибольшим и наименьшим параметрами. Далее по уже известному нам методу определяются все альтернативы, попадающие в диапазон уступки. После оптимизации по первому параметру эта же процедура происходит со следующим, только минимальное и максимальное значения определяются уже не из всего набора, а из остатка после предыдущего этапа оптимизации, и так до последнего параметра. Если после последнего, в нашем случае четвертого этапа оптимизации, альтернатив больше одной, то вся процедура повторяется заново в цикле до тех пор, пока мы не придем к единственному решению.

Таким образом, используя программу оптимизации методом последовательных уступок, мы можем найти одно или несколько решений для организации оптимального функционирования Интернет сервера.

Пятая глава посвящена анализу и оптимизации информационно аналитической системы «Курорты Кубани». Рассматривается Санаторно-курортный и туристский комплекс Краснодарского края, который за последние годы характеризуются развитием эффективной системы взглядов и подходов к управлению, активизацией работы по увеличению его доходной части, выполнением приоритетных федеральных и краевых комплексных программ.

Определены цели и перспективы развития ИАС "Курорты Кубани". Для администрации - это создание привлекательного имиджа Кубани, как курортного региона в России и за рубежом, привлечение дополнительных отдыхающих, особенно в межсезонный период и получение достоверной и актуальной информации о текущем состоянии здравниц Кубани, на основе отчетов, статистических данных и аналитических обзоров. Для здравниц, в первую очередь - это оказание рекламных услуг, бронирование и продажа путевок через интернет. Для населения - это возможность быстрого получения объективной и достоверной, обновляющейся информации об услугах здравниц краснодарского края, в виде результатов запросов на web-сайте «Курорты Кубани» с возможностью многоаспектного интеллектуального поиска. Также предоставление полного спектра услуг по планированию и осуществлению отдыха и лечения в краснодарском крае, включающего в себя выбор здравницы, бронирование и приобретение путевок с использованием современных средств платежей, выбору маршрутных схем проезда, страхование и юридическую поддержку.

Проанализирована существующая система и опираясь на результаты проведенного исследования информационных ресурсов, задействованных в настоящее время на решении проблемы, был сделан вывод о необходимости не столько реорганизации, сколько о создании полноценной системы сбора, анализа и хранения данных по существующим курортам с предоставлением информационных услуг населению и зарегистрированным пользователям на базе этой системы.

Выполнено описание работы реальной информационной системы, а также описана работа модели. При помощи разработанной методики проведен ряд экспериментов, и проанализированы все полученные данные. Получено уравнение, описывающее зависимость времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей, по нему построена кривая, описывающая надежность работы системы при различных параметрах. Значения ниже кривой попадают а благоприятную область параметров с наименьшим временем отклика. Значения вдоль кривой близки к критическим, а значения выше кривой определяют наборы параметров, при которых работа системы невозможна.

Для повышения точность функции рассмотрены параметры, находящиеся ниже кривой надежности. В результате повторного использования нелинейной регрессии получено уточняющее уравнение.

Проведена оптимизация экспериментальных данных. На первом этапе уступки задавались вручную, в результате чего получены три альтернативы. Также проведена оптимизация в автоматическом режиме, для этого пересчитаны экспериментальные критические значения системы по второй выведенной формуле зависимости. В результате выбрана одна альтернатива, наиболее оптимальная с точки зрения разработанного алгоритма. На основании анализа функционирования информационно аналитической системы «Курорты Кубани» и ее оптимизации сделаны выводы о наиболее оптимальных параметрах и режимах работы системы.

В заключении отражены основные выводы и результаты диссертации, подчеркнута ее практическая значимость.

Для решения поставленных задач применялись методы системного анализа как совокупности методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам в различных областях. В ходе проведения исследований использовались труды отечественных и зарубежных ученых в области теории систем, системного анализа, математического моделирования, теории вероятностей, теории информации и информационных технологий.

Научная новизна и защищаемые положения состоят в решении проблемы создания методики анализа и оптимизации функционирования интернет серверов.

1. Выбраны методы и программные средства для моделирования и анализа работы Интернет серверов;

2. Разработана методика анализа функционирования интернет сервера;

3. На основе теоретических разработок в области моделирования построена обобщенная модель Интернет сервера с использованием функциональных, динамических моделей элементов подсистем и их связей.

4. Создана программа анализа результатов моделирования, позволяющая оценить работоспособность системы;

5. Разработана методика математического описания работы интернет сервера;

6. Разработан алгоритм оптимизации функционирования интернет сервера;

7. Создана программа оптимизации функционирования интернет сервера.

8. С использованием предложенной методики создана Информационно-аналитическая система «Курорты Кубани». По результатам данной работы было получено свидетельство Роспатент [65].

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика анализа функционирования интернет сервера;

2. Обобщенная модель Интернет сервера, созданная на базе сетей Петри;

3. Программа анализа результатов моделирования;

4. Методика математического описания работы интернет сервера;

5. Программа оптимизации функционирования интернет сервера. Практическая значимость проведенного исследования состоит в том, что разработанный теоретический и методологический аппарат, реализованный в программных продуктах, может быть непосредственно использован при разработке и создании интернет систем. В частности он использовался при созданий сайта «Курорты Кубани». Полученные теоретические результаты, методики и модели были апробированы и внедрены в учебный процесс Кубанского Государственного Технологического Университета.

Основные результаты диссертационного исследования заключаются в следующем.

Исследованы методы моделирования информационных систем. Для моделирования информационных систем выбран метод компьютерного имитационного моделирования, которое при помощи аппаратного и специализированного программного обеспечения позволяет создавать модели и анализировать полученные в результате моделирования данные.

Выбраны методики моделирования - структурно-функциональное IDEF0 и сети Петри. При их объединении мы получаем один из самых удобных инструментов анализа и моделирования параллельных процессов в сложных информационных системах.

Рассмотрены основные принципы теории сетей Петри. Разобраны различные варианты практического применения сетей Петри и их расширений при помощи которых было выполнено множество проектов в различных отраслях человеческой деятельности - в моделировании протоколов связи, операционных систем, аппаратного обеспечения, внедрения систем, программного проектирования систем, и реорганизацию бизнес процессов.

Описаны и проанализированы наиболее известные пакеты визуального моделирования: Matlab, Arena, GPSS World, ДАСИМ, Aris, Grade Modeler, Ithink Analyst, Design/CPN, Stratum. Из анализа, представленных пакетов имитационного моделирования выяснено, что для нашей конкретной задачи наиболее подходит программный комплекс Design/CPN.

Описаны основные принципы работы интернет сервера и правила взаимодействия с ним браузера. Разобраны основные проблемы, возникающие в процессе работы серверов, приведены методы их решения.

Разработана методика анализа, оценки эффективности и оптимизации функционирования интернет систем, которая состоит из следующих этапов:

1. Создание IDEF0 модели системы;

2. Создание динамической модели системы в виде сети Петри;

3. Проведение экспериментов с моделью;

4. Анализ экспериментальных данных;

5. Вывод уравнения функционирования интернет сервера;

6. Оптимизация функционирования интернет сервера.

Разработана структурно-функциональная модель интернет сервера в виде IDEF0 диаграммы. Создана типовая динамическая модель интернет сервера. В частности создана структура модели, где указаны блоки и их взаимосвязи. Разработан модуль математического описания модели, в нем содержаться все используемые «цвета» или типы данных, переменные и функции. Составлена общая структура и описано взаимодействие всех частей и элементов системы, а также взаимосвязь с внешней средой. Выделены два основных блока -аппаратный и программный. На аппаратном уровне происходит передача данных между пользователем и сервером, а на программном уровне все входные данные обрабатываются, и обратно выдается результат запроса.

Разработана структурно-функциональная модель этапа получения и анализа результатов моделирования функционирования Интернет сервера.

Создана программа для анализа результатов моделирования, описаны алгоритм работы, структура и компоненты. Входными данными для программы «Анализ результатов моделирования» являются файлы, созданные моделирующим комплексом Design/CPN. Выходными данными программы являются результаты анализа, представленные как в числовой, так и графической форме.

Разработана методика математического описания работы интернет сервера, показывающая зависимость среднего времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей.

Создан алгоритм и описана процедура оптимизации функционирования интернет сервера методом последовательных уступок. Для практического применения данного метода разработана специальная программа оптимизации.

Предусмотрено два режима работы - ручной и автоматический. В первом случае уступки заносятся лицом принимающим решение, а во втором программа определяет их самостоятельно.

Определены цели и перспективы развития ИАС "Курорты Кубани". Описана работа реальной информационной системы и ее модель. При помощи разработанной методики проведен ряд экспериментов, и проанализированы все полученные данные.

Получено уравнение, описывающее зависимость времени отклика системы от скорости канала и среднесуточного количества пользователей. По данной функции построена кривая, описывающая надежность работы системы при различных параметрах.

Проведена оптимизация экспериментальных данных. В результате выбрана одна альтернатива, наиболее оптимальная с точки зрения разработанного алгоритма. Время отклика системы всего лишь девять секунд, скорость канала при этом 128 килобит в секунду, а количество пользователей 400 человек. Причем на оплату канала затрачивается 10500 рублей. На основании анализа функционирования информационно аналитической системы «Курорты Кубани» и ее оптимизации сделан вывод, о том что для надежной и качественной работы всей системы необходим канал в 128 килобит в секунду, который позволит при высокой посещаемости обеспечить минимальное время отклика и небольшие затраты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. И.Добренькова М.: Изд-во Моск. Университета, 2001, с. 168-175 МГУ, факультет психологии. (^ Гультяев А.К. MatLab 5.2. Имитационное моделирование в среде

2. Windows: Практическое пособие. - СПб.: КОРОНА принт, 1999. - 288 с. Гэйн К., Сарсон Т. Структзфный системный анализ средства и методы.

3. История Интернет. http://shara,dnepr.net/om/2.htm

4. Китаев Н.Н. Групповые экспертные оценки. - М.: Знание, 1975. - 64 с. ^^ Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б., Имитационное моделирование сложных динамических систем - М.: Наука, 1994. - 274 с.

5. Материалы 7-го Российского Интернет-Форума, 2003 год. Методология динамического моделирования IDEFO/CPN/WFA.

6. Отчеты и аналитические материалы РОЦИТ 44. 45. 47. 48. 50. » ' • Павлов Р.А., Вишнев М.В., Белохвостиков И.В. Разработка распределенной информационно-поисковой системы с использованием моделирования и системного подхода.

8. Российский Интернет. Пользователи и поставщики услуг, 2001. Л 62. Российский Интернет, Условия ведения бизнеса, 2001.

9. Российский статистический ежегодник, 2001.

10. Емельянов, А.А. Кукушкин; Под ред. А.А. Емельянова. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 386 с: ил. „^ Советов Б.Я., Яковлев А. Моделирование систем: Учеб. для вузов. -М: Высшая школа, 1998. - 320 с.

11. Социальное положение и уровень жизни населения России, 2001. „д Статистические методы анализа экспертных оценок. - М.: Наука, 1977. - 384 с. Технология системного моделирования, Аврамчук Е.Ф., Вавилов А.А.,

12. Юдин Б. Г. Системный анализ. - М.: БСЭ, 1976 г. _д Angehm А. Towards the high- tech, high- touch website. Financial times, ^' P.-8-9. Baran P. On Distributed Communications Networks.-IEEE Trans. Comm.Systems.-1964.

13. K.Jensen (ed.): Proceedings of the 2nd Workshop on Practical Use of Coloured Petri Nets and Design/CPN, Aarhus 1999, Department of Computer Science, University of Aarhus, PB-541, 21-40.

14. Elslrom P. The Internet space race. Business week, June 1, p.48,1998. Findlow G.A., Gerrand G.S., Billington J., Fone R.J.: Modelling ISDN

15. Nets. International Journal on Software Tools for Technology Transfer, 2 (1998), Springer-Verlag, 144-159. Gordon S., Billington J.: Modelling the WAP Transaction Service Using Coloured Petri Nets. In: H.V. Leong, W.-C. Lee, B. Li, L. Yin (eds.):

16. Proceedings of the First Intemational Conference on Mobile Data Access, Hong Kong, China, December 1999, Lecture Notes in Computer Science Vol. 1748, Springer-Verlag 1999,109-118.

17. Hof R. The click here economy. Business week, June 22, p.-122-128,1998. Jansen L., Meyer zu Harste M., Schnieder E.: Technical Issues in Modelling the European Train Control System. In K.Jensen (ed.): Proceedings of the

18. Workshop on Practical Use of Coloured Petri Nets and Design/CPN, Aarhus 1998, Department of Computer Science, University of Aarhus, PB-532, 103-115. Q^ Jonson E. How e- commerce is shaping new business models. Financial times, p.7-8.