автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Диагностико-прогнозирующие системы управления информационными процессами в сетевых комплексах



к

// с&.езг -

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Президиум ВАК России (решение от" " 19 г., №.

¡1 црясудад ученую степеньД

Х1ШК

На правах рукописи

наук

?. управления ВАК России

невЧ^италий Васильевич

Диагностико-прогнозирующие системы управления информационными процессами в сетевых комплексах

Специальность 05.13.06 Автоматизированные системы управления

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук профессор Гаскаров Д.В.

Санкт-Петербург 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение..................................................................................................................6

Глава 1. Структурные основы технологических систем обработки

информации....................................................................................................................................................16

1.1. Общие положения по созданию систем управления информационными процессами........................................................................................16

1.2. Исходная концепция и определение понятий

- информационная технология и новая информационная

технология..........................................................................................................................................23

1.3. Характеристика индустриальной информационной

технологии.........................'.....................................................................................................33

1.4. Роль ИИТ в интеграции экономики..............................................................................40

1.5. ИСОД как основа ИИТ....................................................................................................................45

1.6. Структура ИСОД......................................................................................................................................49

1.7. Технологическая модель обработки данных..................................................55

1.8. Системная методология в анализе информационных систем и

технологий..................................................................................................................................................62

Основные результаты..................................................................................................................72

Глава 2. Концептуальные основы системы управления индустриальной

информационной технологией................................................................................74

2.1. Краткий анализ развития систем управления................................................74

2.2. Предпосылки создания СУИП..............................................................................................83

2.3. Типы и виды управления ИИТ..............................................................................................86

2.3.1. Внешнее и внутреннее управление..........................................................................86

2.3.2. Организационно-технологическое управление....................................89

2.4. Уровни и контуры управления..............................................................................................96

2.5. Цели, состав задач и принципы разработки СУИП..............................102

2.6. Концептуальная модель развития систем управления индустриальной информационной технологией......................................109

2.7. Анализ динамики развития структуры СУИП............................................122

2.8. Факторы структуризации и проектирования организационной структуры СУИП..........................................................................................................................128

2.8.1. Факторы структуризации........................................................................................................128

2.8.2. Организационные и технологические связи в

СУИП..................................................................................................................................................................131

2.8.3. Координация управленческих задач......................................................................135

2.8.4. Проектирование организационной структуры

СУИП........................................................................................................................................................................136

Основные результаты...............................................................................................................139

Глава 3 Организационно-технологическое управление......................................143

3.1. Сетевые особенности моделей управления сетевыми процессами и

системами......................................................................................................................................................143

3.2 . Организационно-технологическое управление в сетях ЭВМ

как в больших системах..................................................... 147

3.2.1. Сети как разновидность больших систем.......................... 147

3.2.2. Модель представления сетей ЭВМ как объекта управления............................................................................ 152

3.2.3. Динамическое управление сетями ЭВМ............................ 154

3.2.4. Преобразование информации в узлах управления............. 158

3.2.5. Распределение функций по уровням и узлам

управления............................................................................ 162

3.2.6. Представление сети ЭВМ как совокупности иерархий технологических процессов............................................... 166

3.2.7. Распределение функций между системой управления и человеком-диспетчером..................................................... 171

3.3. Задача оценивания управляемости в сети ЭВМ..................... 175

Основные результаты............................................................. 180

Глава 4 Модели иерархической классификации объектов управления в

задачах диагностирования сетевых систем........................ 182

4.1. Методы и алгоритмы иерархической классификации в сетевых системах................................................................. 182

4.1.1. Дивизимные алгоритмы....................................................... 185

4.1.2. Агломеративные алгоритмы................................................ 189

4.2. Графическое представление результатов иерархической классификации........................................................................ 191

4.2.1. Методы построения на плоскости графа иерархической классификации................................................................. 192

4.2.2. Оцифровка изображения графа иерархической классификации................1..................................................... 193

4.3. Применение общей рекуррентной формулы для мер близости между классами................................................................. 197

4.3.1. Расчет матрицы взаимных близостей классов данного уровня иерархии........................................................................... 197

4.3.2. Условия на меру близости, обеспечивающие отсутствие инверсий............................................................................ 198

4.3.3. Алгоритм гибкой стратегии иерархической классификации..................................................................... 199

4.3.4. Процедуры иерархической классификации, использующие пороговые значения...................................................... 200

4.4. Быстрый алгоритм иерархической классификации............... 202

Основные результаты.......................................................... 204

Глава 5. Математические модели прогнозирования состояния сетевых

систем................................................................................. 207

5.1. Формальное описание основ матричного прогнозирования..... 208

5.2. Непараметрический метод прогнозирования надежности

сложных сетевых систем.'............................................................. 218

5.2.1. Построение регрессионных моделей и анализ остатков на основе аппарата марковских цепей....................... 218

5.2.2. Проверка адекватности уравнений регрессии....................... 220

5.2.3. Нахождение однородной марковской цепи с дискретным временем, описывающей поведение остатков......................... 220

5.2.4. Проверка марковской цепи с дискретным временем на обеспечение ею заданной точности........................................... 222

5.2.5. Нахождение однородной марковской цепи с непрерывным временем, адекватной марковской цепи с дискретным временем.. 223

5.2.6. Нахождение оценки плотности вероятности отказов i - го объекта сети.......................................................................... 225

5.2.7. Нахождение оценки плотности вероятности отказов исследуемой сетевой системы....................................................................... 229

5.3. Прогнозирование остаточного ресурса сетевого элемента

простыми математическими моделями.................................. 229

5.3.1. Оценивание ресурса работоспособности контролируемого объекта с помощью простой показательной модели................. 230

5.3.2. Построение модели старения при ступенчатом и неступенчатом

испытании (эксплуатации) сетевых элементов............................ 232

Основные результаты.................237

Глава 6 Моделирование сложных сетевых систем.................................. 238

6.1. Теоретико-множественное представление сложных сетевых систем...................:.......................................................... 238

6.2. Имитационное моделирование сетевых систем.......................... 242

6.3. Вычислительный эксперимент в исследовании сложных сетевых систем............................................................................. 245

6.3.1. Методика планирования имитационного эксперимента........ 251

6.3.2. Принятие решения о характеристиках ....моделируемой сетевой системы.................................................................... 256

6.4. Диалоговые языки имитационного моделирования................... 259

6.5. Автоматизация обработки результатов....................................... 264

Основные результаты................................................... 270

Глава 7. Принятие решений по результатам диагностико-

прогнозирующих процедур и оценка качества сетевых систем.. 271

7.1. Задача принятия решений по результатам диагностико-прогнозирующих процедур.................................... 271

7.2. Принципы принятия решений в условиях неопределенности (по числовой информации);.......................................................... 276

7.3. Функция полезности...................................................................... 283

7.4. Принятие решений по нечисловой информации.......................... 287

7.5. Представление нечисловой информации в задачах принятия решений...................................................................... 301

7.6. Комплексирование лингвистических оценок............................................................306

Основные результаты......................................................................................................312

Глава 8. Реализация диагностико-прогнозирующей системы управления

индустриальной информационной технологией..........................................313

8.1. Особенности реализации СУИП..................................................................313

8.2. Специфика процесса ситуационного управления в сетях ЭВМ... 319

8.3. Обеспечение устойчивости (живучести) работы сети ЭВМ................323

8.4. Организационная структура сетевой диспетчерской службой.... 326

8.5. Требования к системе административного управления сетью ЭВМ........................................................................................................................................332

8.6. Функциональная структура системы внешнего управления сетью ЭВМ................................................................................................................................334

8.6.1. Общие положения..............................................................................................................................334

8.6.2. Центры управления сетью.............................................................................................335

8.6.3. Центры сетевого контроля и систем операционного обслуживания................................................................................................................................................344

8.6.4. Центры измерений и служба сетеметрии..................................................................346

8.6.5. Центры автоматизации доступа пользователей

к ресурсам сети..................................................................................................................................................349

8.6.6. Средства управления решением прикладных задач................................350

8.6.7. Центры информационного обслуживания (ЦИО)........................................352

8.7. Реализация функций административного управления

на прикладном уровне сетевого программного обеспечения............353

8.8. Реализация функций технологического управления сетевыми процессами....................................................................................................................................359

8.8.1. Общие требования к- ПС управления технологией решения задач........................................................................................................................................................359

8.8.2. Краткое описание управляющих таблиц..................................................................361

8.8.3. Структура комплекса программ синхронизации процессов.... 364

8.8.4. Применение комплекса для синхронизации прикладных

процессов в сети ЭВМ....................................................................................................................365

Основные результаты........................................................................................................367

Заключение................................................................................................................................................................................................369

Литература..................................................................................................................................................................................................376

Введение

В последнее десятилетие в стране развернулись работы по реализации многочисленных программ по информатизации всего общества. В рамках этих программ ставятся новые задачи по созданию и повышению эффективности работы вычислительных сетей, интегрированных банков данных, сетей обработки и передачи информации. Создание на базе интегрированных информационных комплексов и сетей ЭВМ информационных технологий является важным разделом направления работ академических, отраслевых научно-исследовательских институтов и высших учебных заведений, что обязывает разработчиков сетей ЭВМ уделять самое пристальное внимание проблемам эффективности их создания и применения. В этой связи, а также вследствие усложнения вычислительных систем (многомашинных комплексов, локальных и распределенных сетей ЭВМ), особо значимыми и актуальными становятся проектирование, создание, внедрение и постоянное совершенствование организационной структуры служб и программно - технических средств управления вычислительными центрами, локальными и распределенными сетями ЭВМ, именно как целостными технологическими системами обработки информации, широкого использования для решения этой проблемы новых подходов и методов.

Недостатки в области организации управления вычислительными центрами (ВЦ) и сетями ЭВМ существенно снижают конечные результаты их применения по сравнению с потенциально возможными для данного уровня развития индустриальной информационной технологии (ИИТ). На всех уровнях управления индустриальной ИТ и по всем направлениям ее развития и организованности заложен огромный потенциал эффективности. Постоянно возрастающая актуальность проблемы совершенствования организационно-технологического управления ВЦ и сетями ЭВМ обусловлена их внутренней сложностью и ростом сложности внешних взаимосвязей. При этом необходимо

учитывать, что данная проблема возникает в достаточно явном виде лишь на определенной стадия развития технологии обработки данных - когда сам объект управления (ВЦ, центры информационных технологий, локальная или распределенная сеть ЭВМ) получает вполне четкое структурное оформление, а связи его с другими объектами (управленческими структурами, обеспечивающими службами и др.) становятся достаточно интенсивными и значимыми.

Практика показывает, что с ростом возможностей и мощностей ВЦ и сетей ЭВМ требования к системам управления ими становятся все более жесткими, так как для решения крупных управленческих задач, обусловивших появление многомашинных комплексов и сетей ЭВМ, требуется создавать еще более сложные по структуре, чем сети, иерархические системы управления процессами распределенной обработки данных. И далее, помимо управления собственно процессами обработки данных и управления резервными связями между элементами сети (резервные'связи создаются для улучшения качества и надежности функционирования любой сложной системы), требуется также организовывать и поддерживать сопряжения ВЦ или сети ЭВМ с обеспечивающими системами и службами - инфрасистемами (энергетическими, ремонтными, снабженческими, службами сетеметрии, диагностики, прогнозирования и др.). Если отдельные элементы сети (как и любой другой сложной системы) не согласованы, не имеют четкой организации и управления, то эти элементы (узлы обработки, коммуникационные центры и т.д.) образуют уже не систему, а громоздкий и малоэффективный конгломерат. Все это обусловливает необходимость создания системы внешнего (организационного) управления сетями ЭВМ (в отличие от внутреннего управления, под которыми понимается управление собственно сетевыми процессами на различных уровнях физической и логической структур сети).

Создание интегрированной системы внешнего управления сетями ЭВМ особенно важно в настоящее время в связи с возвратом «на новом витке»

(опорные зоны информатизации) к вопросам разработки общегосударственных автоматизированных систем сбора и обработки информации для учета, планирования и управления производством и потреблением в отраслях и стране (ОГАС) и ГСВЦ, что обусловлено расширением экономической самостоятельности предприятий, ростом количества и интенсивности их хозяйственных взаимосвязей, развитием контактов за рубежом, а значит, и обменом информацией по трансконтинентальным сетям ЭВМ.

В то же время научная разработанность проблемы организационно-технологическою управления ВЦ и сетями ЭВМ остается недостаточной в сравнении с практической потребностью в обобщении и конкретизации знаний в этой сфере. Вследствие своей принципиальной новизны проблема организационно-технологического управления ВЦ и сетями ЭВМ (за исключением работ, посвященных системам передачи данных) не имеет пока общепризнанной структуры и сложившейся терминологии. Это объясняется также и сложностью объекта исследований, проявляющемся весьма разнообразно в системах управления сложными вычислительными системами (ВС) различного класса и назначения.

Комплексность исследования проблем организации современного индустриального информационного производства обусловливает актуальность задачи поиска единой методологической базы для оценки самых разных аспектов развития информационной технологии на базе ВЦ и сетей ЭВМ. На этой базе необходимо разработать такие рекомендации и методики проектирования систем управления крупными информационно-вычисл�