автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Информационные технологии поддержки гарантоспособных ИТ-сервисов в бизнес-критических системах

Министерство образования и науки Российской Федерации Севастопольский национальный технический университет

ШЕВЧЕНКО Виктория Игоревна

УДК 004.416: 004.492

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДДЕРЖКИ ГАРАНТОСПОСОБНЫХ ИТ-СЕРВИСОВ В БИЗНЕС-КРИТИЧЕСКИХ

СИСТЕМАХ

05.13.06 — информационные технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 ОКТ 2014

Севастополь - 2014

005553474

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена на кафедре кибернетики и вычислительной техники Севастопольского национального технического университета (г. Севастополь) Министерства образования и науки Российской Федерации

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Скатков Александр Владимирович, Севастопольський национальный технический университет, профессор кафедры кибернетики и вычислительной техники, г. Севастополь

доктор технических наук, профессор Малахов Евгений Валериевич, Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова заведующий кафедрой математического обеспечения компьютерных систем, г. Одесса

доктор технических наук, профессор Степанов Павел Владимирович, Институт проблем информатики Российской академии наук (ИПИ РАН), заместитель директора, г. Москва

Защита состоится «20» ноября 2014 г. в 14—30 на заседании специализированного ученого совета Д 50.052.02 при Севастопольском национальном техническом университете по адресу: 299053, г. Севастополь, ул. Университетская 33, ауд._

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Севастопольского национального технического университета по адресу: 299053, г. Севастополь, ул. Университетская 29.

Автореферат разослан «_»___ 2014 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета Д50.052.02 доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Е.А. Шушляпин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время одними из основных потребителей информационных технологии (ИТ) являются бизнес-системы. Эти системы относятся к классу критических систем, поскольку коллизии в их функционировании, как правило, приводят к значительным экономическим потерям, снижению конкурентоспособности. Современные информационные технологии должны обеспечивать работу и реинжинлринг бизнес-критических систем (БКС) в режиме реального времени, с минимальными затратами и при этом не снижая уровень показателей надежности, безопасности, масштабируемости, управляемости и гарантированности качества информационной обработки критических бизнес-процессов (БП).

В этой связи активно развивается направление, связанное с эффективной организацией управления ИТ-сервисами. Для обеспечения контроля качества, гарантированные уровни ключевых показателей эффективности ИТ-сервисов (Key Performance Indicators - KPI) для БКС, фиксируются в соглашении об уровне обслуживания (Service Level Agreement - SLA) между БКС и системами поддержки ИТ-сервисов. Одним из современных подходов, позволяющим организовать эффективное управление ИТ-сервисами, является подход ITSM (IT Service Management, управление услугами ИТ). Данный подход базируется на концепциях информационного управления, изложенных в ITIL (IT Infrastructure Library, библиотека инфраструктуры информационных технологий), описывающих процессный подход к предоставлению ИТ и обеспечению их использования. В рамках этой концепции выделяется структурное подразделение - служба Service Desk, реализующее процессный подход к управлению гарантированным уровнем поддержки ИТ-сервисов. Проблемы эффективного управления бизнес-процессами, с учетом «концепции критичности», рассмотрены в трудах таких исследователей, как Я.В. Бон, Г. Кеммерлинг, Д. Пондаман, О.И. Шелухин, С.А. Клейменов, А.И. Костогрызов, Г.Н. Исаев, В.В. Репин.

В свою очередь, анализ работы систем поддержки ИТ-сервисов позволяет отнести их к классу сложных организационно-технических систем критического применения. Возникает феномен вторичной критичности. Содержательно вторичная критичность представляет собой критичность программных приложений (1111), поддерживающих бизнес. Таким образом, критичность может развиваться как в бизнес-системе, вследствие ее специфических особенностей функционирования и в то же время относительно независимо, но зачастую взаимообусловлено может развиваться в поддерживающих системах, что приводит в конечном итоге приводит к коллизионным ситуациям в бизнес-системе. Для парирования этой ситуации необходимы разработка и исследование новых информационных технологий, учитывающих взаимосвязь показателей критичности бизнес-систем и уровня гарантированности поддерживающих ИТ-сервисов.

С учетом этого, актуальной, в научном и практическом аспектах, является задача разработки и развития методов моделирования и поддержки принятия решений и на их основе разработка специализированных информационных систем и технологий, позволяющих поддерживать гарантированный уровень качества ИТ-сервисов, синхронно с изменениями в бизнес-критических системах.

Весомое влияние на исследование проблем критических систем и инфраструктур оказали работы отечественных и зарубежных ученых: B.C. Харченко, A.B. Дрозда, A.JI. Становского, В.П. Тарасенко, S. Russo, M. Fusani. Исследованию проблем вторичной критичности, связанной с ИТ-сервисами, посвящены работы A.B. Скаткова.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Тема диссертационной работы соответствует планам научно-исследовательской и учебной работы кафедры кибернетики и вычислительной техники Севастопольского Национального технического университета. Диссертационная работа выполнялась в соответствии техническим заданиям программ госбюджетных научно-исследовательских работ: «Адаптивная система безопасности передачи данных в динамических беспроводных сетях» (№ государственной регистрации 0109U001705), «Исследования процессов управления доступом и качеством обслуживания в информационных системах и инфраструктурах критического применения» (№ государственной регистрации 0113U001015) в 2010—2013 годах, а так же в общеевропейских проектах EU Tempus project 158886-TEMPUS-UK-TEMPUS-JPCR «National Safeware Engineering Network of Centres of Innovative Academia-Industry Handshaking (SAFEGUARD)», 544497- TEMPUS-1-TEMPUS-JPHES «Model-Oriented Approach and Intelligent Knowledge-Based System for Evolvable Academia-Industry Cooperation in Electronic and Computer Engineering (CABRIOLET)» в которых СевНТУ являлся соисполнителем.

Целью работы является разработка новых и дальнейшее совершенствование существующих методов и моделей поддержки гарантированного уровня качества ИТ-сервисов и на их основе разработка информационных технологий, которые позволяют повысить эффективность функционирования бизнес-критических систем за счет обеспечения требуемого уровня критичности и гарантоспособности.

Основные задачи, поставленные и решенные в ходе диссертационного исследования:

— проведен анализ структурных и функциональных особенностей бизнес-критических систем и ИТ-инфраструктур с целью определения точек взаимодействия БКС и систем поддержки ИТ-сервисов;

— разработана модель управления качеством ИТ-сервисов в БКС, отражающая взаимосвязь системных показателей критичности бизнес-процессов и гарантированности уровня качества поддерживающих ИТ-сервисов;

— выполнены экспериментальные исследования информационных потоков, поступающих от пользователей и средств мониторинга ПП, входящих в состав БКС, в службу поддержки ИТ-сервисов, с использованием методов математической статистики и кластерного анализа;

— разработаны и исследованы модели и информационные технологии обеспечения гарантированного уровня ИТ-сервисов в БКС в следующих направлениях: использование альтернативных технологий обработки информационных потоков при решении функциональных задач в БКС; повышение эффективности работы службы поддержки ИТ-сервисов за счет ее реструктуризации;

— разработана модель динамической классификации ПП, входящих в состав БКС по степени гарантированности ИТ-сервисов на основе кластеризации пространства метрик качества сервисов;

— проведена настройка управления БКС на уровне, архитектуры 1111 на основе разработанной модели выбора одной из альтернативных структур для обработки информационных потоков в БКС. Это позволило обеспечить гарантированный уровень качества при реинжиниринге БКС;

— разработана модель обработки информационных потоков в системе сервисного обслуживания с использованием полумарковских случайных процессов с общим фазовым пространством. На этой основе выполнено имитационное моделирование системы поддержки ИТ-сервисов в БКС. Получены временные и вероятностные характеристики обработки информационных потоков, соответствующих запросам пользователей в службу поддержки ИТ-сервисов на отдельных уровнях обработки;

— на основе предложенных моделей, разработаны информационное и программное обеспечение для системы поддержки принятия решений по обеспечению гарантированного уровня качества ИТ-сервисов в БКС;

— проведена оценка эффективности решений, полученных в рамках комплекса предложенных моделей и технологий, с точки зрения показателей критичности бизнес-процессов и гарантированности уровня ИТ-сервисов.

Объектом исследования являются процессы поддержки

гарантированного уровня качества ИТ-сервисов в бизнес-критических системах.

Предметом исследования являются информационные технологии, модели и методы поддержки принятия решений по обеспечению гарантированного уровня качества ИТ-сервисов в бизнес-критических системах.

Методы исследования. Построение модели управления качеством ИТ-сервисов в БКС, взаимосвязь системных показателей критичности БП и гарантированности уровня качества поддерживающих ИТ-сервисов, основано на применении методов системного анализа, методов теории адаптивного управления. В процессе исследования информационных потоков, поступающих от пользователей и средств мониторинга в службу поддержки ИТ-сервисов

использовались методы математической статистики. Модель системы поддержки ИТ-сервисов и информационные технологии повышения качества поддержки ИТ-сервисов основывались на последовательном использовании методов теории полумарковских процессов, технологий имитационного моделирования и объектно-ориентированного программирования, технологий информационного менеджмента, методов кластерного анализа, математической теории принятия решений.

Научная новизна полученных результатов состоит в дальнейшем развитии и углублении методов и технологий поддержки гарантированного уровня качества ИТ-сервисов в бизнес-критических системах:

1. Впервые предложена информационная модель, специфицированная для решения задач управления качеством ИТ-сервисов в БКС, которая в отличие от известных, учитывает системные показатели критичности бизнес-процессов и гарантированности уровня поддерживающих ИТ-сервисов, что позволило использовать ее в критических приложениях.

2. Получили дальнейшее развитие методы кластеризации применительно к задачам классификации программных приложений, входящих в состав БКС по степени критичности и гарантированности ИТ-сервисов. Предложена модель классификации, которая в отличие от существующих является динамической, что позволило повысить эффективность принимаемых решений за счет переназначения уровней приоритета обслуживания. На ее основе разработана информационная технология динамической классификации ПП в БКС.

3. Получил дальнейшее развитие метод анализа модульных ПП применительно к задачам обработки информационных потоков в БКС. Применение такого подхода дало возможность разработать модель обработки коллизий, которая позволяет поддерживать принятие решения по выбору одной из альтернативных структур и технологий решения функциональных задач в клиентских приложениях, и таким образом поддерживать гарантоспособный уровень качества ИТ-сервисов в БКС.

4. Впервые предложена аналитическая модель процесса поддержки ИТ-сервисов для многоуровневой схемы обработки запросов пользователей БКС. Предлагаемая модель отличается от существующих тем, что она реализована в классе полумарковских процессов. Вследствие этого, появилась возможность использовать функции распределения общего вида, что позволило существенно повысить адекватность описания процессов поддержки ИТ-сервисов. На этой основе выполнено имитационное моделирование, позволившее получить временные и вероятностные характеристики обработки информационных потоков, соответствующих запросам пользователей в систему поддержки ИТ-сервисов на отдельных уровнях обработки.

Практическое значение полученных результатов. Предложенные в диссертационном исследовании модели и информационные технологии позволяют повысить гарантоспособный уровень качества ИТ-сервисов в БКС.

Полученные научные результаты позволили разработать программный комплекс поддержки принятия решений, в котором реализованы подсистемы, отвечающие за подбор альтернативных технологий обработки информационных потоков, классификацию 1111, входящих в состав БКС, реализована имитационная модель работы многоуровневой службы поддержки ИТ-сервиса.

Научные положение, выводы, рекомендации, полученные в работе, были использованы в двух общеевропейских проектах EU Tempus project, в которых СевНТУ являлся соисполнителем. Модели управления качеством ИТ-сервисов в БКС, динамической классификации ГТП, входящих в состав БКС по степени гарантированности ИТ-сервисов использованы в образовательных программах Севастопольского национального технического университета при подготовке специалистов и магистров по направлению «Компьютерные системы и сети» в дисциплинах «Компьютерные системы», «Программирование и решение организационно-управленческих задач». Основные результаты диссертации нашли применение в структурных подразделениях по поддержке ИТ-сервисов на предприятиях ИТ- индустрии: ООО «Центр информационных услуг «Партнер С»» (г. Евпатория), ЧП «Арсис» (г. Севастополь) и др.

Личный вклад соискателя заключается в исследовании структурных и функциональных особенностей БКС и системы поддержки ИТ-сервисов на основе стандартов ITSM [2,4,6,9,10,16]; разработке модели процесса поддержки ИТ-сервисов [6,7,9,10,12]; разработке и исследованию модели выбора альтернативных технологий для обработки информационных потоков при реинжиниринге БКС [2,3]; разработке модели и информационной технологии динамической кластеризации ПП по степени гарантированности ИТ-сервисов [5,13,14,16]; разработке модели распределения информационных элементов для систем обработки данных, составляющих распределенные корпоративные ПП [1,3,8,11]; применению программного комплекса поддержки принятия решений по обеспечению гарантированного уровня качества ИТ-сервисов [15].

Апробация результатов работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: 13-я и 17-я международная конференция по автоматическому управлению «Автоматика», (Винница,'2006; Харьков, 2010); 7-я международная научно-практическая конференция «Современные информационные и электронные технологии (СИЭТ)» (Одесса, 2006); международная научно-практическая конференция «Информационные технологии и информационная безопасность в науке, технике и образовании (ИНФОТЕХ)», (Севастополь, 2007, 2009, 2011, 2013); международная научно-техническая конференция «Автоматизация: проблемы, идеи, решения (АПИР)», (Севастополь, 2011, 2012, 2013, 2014); международная научно-техническая конференция по гарантоспособным системам, сервисам и технологиям «DESSERT- 2012», «DESSERT- 2013», (Севастополь, 2012, 2013); 15-ая международная научно-техническая конференция по системному анализу и информационным

технологиям «САИТ-2013», (Киев, 2013), Академический форум корпорации ЕМС (Ялта, 2013).

Публикации. Результаты диссертации изложены в 16 публикациях, в том числе — 10 в статьях в журналах, включенных в перечень специальных изданий, а также в 5 материалах конференций и семинаров. Соискатель является соавтором в научной монографии [16].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов и приложений. Объем диссертации - 147 страниц, приложений — 60 страниц. Работа содержит 38 рисунков, 25 таблиц и 98 библиографических ссылок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, которая обосновывает ее актуальность, соответствие государственным научным программам, требованиям ВАК Украины, характеризует научную новизну и практическое значение полученных результатов; определены объект и предмет исследований, сформулированы его цель и задачи.

В первом разделе на основании анализа известных источников исследовано современное состояние проблемы поддержки гарантированного уровня качества ИТ-сервисов в бизнес-критических системах.

Анализ показал, что современный этап развития БКС не возможен без поддержки информационными технологиями. Высокий динамизм структуры и параметров автоматизируемых БП, необходимость информационной обработки задач в заданные директивные сроки осложняют процесс поддержки на стороне бизнеса. С другой стороны, сами поддерживающие ИТ-системы, являются вторично критическими объектами, управление которым затруднено из-за наличия в контуре разноплатформенных приложений и разных аппаратных сред при дефиците в ресурсном обеспечении. Необходимы новые модели и информационные технологии, позволяющие оценить степень критичности информационной обработки бизнес-процессов и организовать гарантированное управление уровнем качества ИТ-сервисов.

С этой целью предложена модель управления уровнем качества ИТ-сервисов для БКС, учитывающая в контуре управления три функциональных модуля, связывающих БП, ПП и систему поддержки ИТ-сервисов. Структура модели управления (рисунок 1) включает следующие основные подсистемы: обработки данных (СОД), поддержки ИТ-сервисов (СПС) и подсистему поддержки принятия решений по управлению уровнем качества обработки данных и гарантированности ИТ-сервисов (СППР).

Предполагается, что состояние БКС в момент времени tx зависит от и — используемой информационной технологий, применяемой при автоматизированной обработке БП и s — текущей структурной организации службы поддержки ИТ-сервисов. U — множество идентификаторов

технологий и&и, связанных с обработкой данных в БКС. Л' — множество идентификаторов вариантов организационных структур системы поддержки ИТ-сервисов 5 ё 5.

I /л

СППР

гтт

<и >< х >

ЛИГ

| и,Б

±1

сод !сод —► СПС

11,5

Есод

БКС

Рисунок 1 — Система поддержки гарантоспособных ИТ-сервисов в БКС

Состоянию БКС соответствует значение переменной принадлежащей множеству возможных состояний, £ = [/х5. Под воздействием управления реализуется та или иная фазовая траектория что определяет

эффективность управления БКС — д. Численное значение оценочного критерия Q определяется текущим состоянием БКС, выбранными технологиями обработки БП в СОД и структурной организацией СПС:

£> = Ф(и, О (1)

В момент времени ех, *е[/0,г] на вход СОД поступает информационный запрос на оказание ИТ-сервисов для БП — 1Ш, на который система реагирует потоком результатов обработки БП — 1соя. Система СОД подвержена влиянию внешних случайных возмущений , под воздействием которых изменяет свое состояние Есод. Данные о текущем состоянии Есод, результаты обработки БП — 1С"Д и информация об автоматизируемых БП — Iе"поступают на вход СПС. Под воздействием входящих информационных потоков и внешних случайных возмущений СПС меняет свое состояние Еспс.

ЛПР на основе информационных технологий, реализованных в СППР, анализирует текущее состояние БКС и, в зависимости от используемых критериев качества ИТ-сервисов определяется совокупность управлений которые обеспечивают требуемую эффективность управления (1).

Гарантоспособность управления предлагается оценивать совокупностью частных критериев:

1-

к?и Д/,

<1

где /Дн,$) — текущее значение показателя к,, Л/, -/,("•5)з — максимально допустимое, директивное установленное значение критерия гарантированности сервисов, при этом полагаем, что Л/, > 0, \/и е и, я е 5,1 = 1, п.

Примерами частных критериев оценки гарантированности уровня ИТ-сервисов могут быть: к, -— определяется числом дефектов в работе программных приложений, обнаруженных по журналам регистрации; к2 — определяется числом событий угрожающих информационной безопасности БКС; к3 — определяется числом критических событий на одном ПП.

Для оценки текущего значения функционала Ф в каждой точке с определены две системных характеристики: А"ег — коэффициент гарантированности ИТ-сервиса, для БКС (3), получаемый на основе линейной свертки конечного множества частных показателей качества ИТ-сервисов (2); Кст — коэффициент критичности для поддерживаемых БП (4).

где Т" — фактическое время ИТ-сервиса; TSLA — директивное время, установленное в SLA для БП, предполагается что TSLA > Т'"'. Весовые коэффициенты а, рассматриваются как показатели относительной значимости частных критериев к,, определяются экспертным путем.

Введение фазового пространства оценочных функций (3), (4) позволяет перейти к постановке и решению комплекса оптимизационных задач, в скалярной или векторной постановки, определяющих гарантоспособность ИТ-сервисов в БКС (1). В заключении первого раздела выполнена постановка задач исследований, которые решаются далее.

Во втором разделе для описания процесса поддержки гарантированного уровня качества ИТ-сервисов в БКС предложена графовая модель. Эта модель построена в пространстве укрупненных фазовых состояний, как БП, так и поддерживающего его ИТ-процесса (ИТП). В предложенной структуре для БП и ИТП предложено четыре качественно отличающихся состояния. Идентификаторы состояний: Р — резервирования; Д — директивное; К — критическое; О — отказовое (поглощающее).

С целью сокращения размерности пространства принятия решений выполнена кластеризация показателей критичности и гарантоспособности (3), (4). Выделенные состояния кодируются двумя индикаторами (i j): i — индикатор степени критичности БП; j — индикатор уровня гарантированности ИТ-сервисов, i,j е{Р,Д,К,0}. Кодировка функциональных состояний БКС приведена в таблице

К = Vak(u.s). а. >0.Уд.=1

(3)

(4)

1, цветом выделены недопустимые (поглощающие) состояния. Граф состояний и переходов БКС приведен на рисунке 2.

Таблица 1 — Выделенные функциональные состояния БКС и их коды

Уровень критичности БП Уровень гарантироваююсти качества ИТ-сервисов Код

Есть значительный резерв по времени выполнения БП Значения частных показателей гарантированное™ ИТ-сервисов ki близко к единице РР

Есть значительный резерв по времени выполнения БП Значения частных показателей гарантированное™ ИТ-сервисов находятся в пределах, заданных в соглашении об уровне качества предоставляемый ИТ-сервисов (SLA) РД

Есть значительный резерв по времени выполнения БП Значения частных показателей гарантированное™ ИТ-сервисов равно предельным директивным значениям, установленным в SLA РК

Есть значительный резерв по времени выполнения БП ; Значения частных показателей ; гараншроваьшости ИТ-сервисов превысило директивные - -• • ' ::.: ■' • РО

Значение времени обработки БП находятся в пределах, заданных в SLA Значения частных показателей гарантированное™ ИТ-сервисов близко к единице ДН

Значение времени обработки БП rpSlA равно 1 Значения частных показателей гарантированности ИТ-сервисов ki близко к единице КР

Значение времени обработкиБП превысило / Значения частных показателей гарантированное™ ИТ-сервисов к\ близко к единице ОР

Значение времени обработки БП находятся в пределах SLA Значения частных показателей гарантированное™ ИТ-сервисов находятся в пределах SLA ДД

Значение времени обработки БП находятся в пределах, заданных в SLA Значения частных показателей гарантированное™ ИТ-сервисов равно предельным директивным значениям, установленным в SLA №

Значение времени обработки БП находятся в 1феделах SLA Значения частных : показателей гарантированности ИТ-сервисов превысшо директивные до

Значение времени обработки БП rjnSLA равно У Значения частных показателей гарантированное™ ИТ-сервисов равно предельным директивным значениям, установленным в SLA кк

Значение времени обработки БП TSLA равно 1 Значения частных показателей гарантарованноста ИТ-сервисов находятся в пределах SLA кд

Значение времени обработай БП TSLA. ■•■•^f равно У Значения частных показателей гарантированности ЙТ-сервнсов превысило директивные ; ; , ко

Значение времени обработки ; БП превысило 1 Значения частых показателей гарантаровшшости ИТ-сервисов ;находятсяв пределах SLA од

Значение времени обработки БП превысило 1 Значения частных показателей гарантированности ИТ-сервисов равно предельным директивным значениям, установленным в SLA . ок

Управление БКС определяемое выбором пары (и, я), с учетом критерия (1) основано на информационной модели, представленной кортежем:

гДе е-множество допустимых состояний системы

без попадания в поглощающее ес£. 5"множество случайных воздействий на 5КС функционал управления БКС, заданный на траекториях

бизнес-процессов с поддержкой ИТ-сервисов на уровне СОД, позволяющий оценить критичность обработки данных БП, ксг = \Ни, я), определяемый (4). V-функционал управлений гарантированностью поддержки ИТ-сервисов БКС на уровне СПС, ккг определяемый в (3); к'сг,к]г - директивные значения

системных характеристик гарантоспостобности и критичности, г -время, / е Т.

Рисунок 2 — Граф состояний и переходов БКС

На множестве TxlVxVxUxS с каждой из альтернативных траекторий связаны два стоимостных функционала: <1\(t,w,v.e(w,v), k'r,k';r)- потери при управлении БКС, связанные со штрафными санкциями за несвоевременную обработку БП; 02(t,w,v,e(w,v),g,k'r,k'gr)- доходы от обработки БП. усреднены по множеству реализаций к моменту времени t. В работе показано, что конструктивно (1) можно представить как обобщенный функционал качества управления выбором w,v на основе которого построена оптимизационная задача класса нелинейного программирования:

Ф = 0~2(t,и<,V,e(w,v),kl,k'fr)-0,(t,w,v,e(w,v),,k"cr)max (5)

v^E

Нахождение аналитического решения для (5) затруднено, в связи с недостатком априорной информации, наличием внешних случайных

воздействий в контуре управления СОД—СПС. Предлагается поиск и исследование решений задачи (5) выполнять в рамках информационных технологий на основе имитационного моделирования. Это позволяет выполнить параметрическую идентификацию элементов оценочной матрицы для организации эффективной поддержки гарантоспособных ИТ-сервисов в БКС.

С целью построения адекватных моделей информационных процессов, используемых в дальнейшем для решения задач имитационного моделирования многоуровневой системы поддержки ИТ-сервисов во втором разделе решается задача статистического анализа информационных потоков в системе поддержки ИТ-сервисов. Предварительный анализ данных по предприятию ООО «Центр информационных услуг «Партнер С»» позволил выделить три класса информационных потоков: задачи, связанные с решением проблем (Рг); задачи, связанные с обработкой инцидентов (Ins); задачи, связанные с программным реинжинирингом ПП (Conf). Проведен статистистический анализ времен, позволивший утверждать с высокой степенью достоверности, что

распределение промежутков времени между поступлением запросов в службу поддержки ИТ-сервисов ООО «Центр информационных услуг «Партнер С»» аппроксимируется экспоненциальным распределением, а времена обработки запросов - гамма-распределением. Полученные результаты позволяют перейти к моделированию задач управления.

В разделе 3 выполнено построение комплекса моделей и информационных технологий поддержки ИТ-сервисов, предназначенных для решения задач в следующих направлениях: структурно-технологический анализ СОД в составе БКС; повышение эффективности работы системы поддержки ИТ-сервисов. Схема информационного взаимодействия моделей в рамках информационной технологии поддержки процесса управления качеством ИТ-сервисов в БКС приведена на рисунке 3.

Прикладное Бизнес-логика программное обеспечение О СПС

БКС

Структурно-технологический анализ СОД | Структурно-критический анализ СПС

1 ♦ 1

Модель обработки информационных потоков на основе выбора альтернативных технологий Модель распределения информационных модулей в структуре СОД Модель динамической классификации ПП по степени гарантированное™ ИТ-сервисов Модель структурной оптимизации системы поддержки ИТ-сервисов

Информационные технологии поддержки гарантоспособного уровня ИТ-сервисов в БКС

Рисунок 3 — Информационная технология поддержки процесса управления качеством ИТ-сервисов в БКС на основе комплекса моделей

Кластеризация обслуживаемых бизнес-приложений по степени критичности позволяет существенно снизить долю сервисов, не соответствующих гарантированному уровню поддержки. С целью определения групп критичности программных приложений (Р,Д,К,0), предложена модель динамической классификации, использующая методы кластерного анализа. Предложена процедура динамической подстройки центров кластеров методами многопараметрической оптимизации. Таким образом, появляется возможность при общем высоком уровне коллизионных ситуаций, выделения наиболее критичных групп приложений в БКС и предоставления им приоритетов в обслуживании.

На примере данных из электронных журналов регистрации событий (логов) за 2013 год для десяти ПП, обслуживаемых предприятием ЧП «Арсис» выполнена кластеризация показателей критичности и гарантоспособности. Применение технологии динамической подстройки положения центров кластеров (рисунок 4) на примере предприятия ЧП «Арсис» по уровням

критичности дает повышение эффективности ИТ сервисов по критерию (5) до 23%.

ss * s SS/SSS

Код состояния дд ДК KK

Код ПП IS ом, IS MS, IS STR, IS MOP IS US, IS USZP, IS 11, IS 09 IS OV, IS GV

А) Б)

Рисунок 4 — Фрагмент численной идентификации частных критериев к,: А) Количество критических ситуаций в ПТТ автоматизации бюджетного учета за 2013 год; Б) Результаты кластеризации коллизионных ситуаций в ПП методом

К-средних

Предложено поиск решений (5) выполнять на основе методологии ITSM, что позволяет организовать эффективную работу подсистемы СПС. С этой целью выполнена алгоритмизация процессов сервисного обслуживания в системе Service Desk на основе полумарковской модели. Исследованы следующие характеристики: средние времена обслуживания запросов пользователей по классам, вероятности обслуживания запросов различных классов на отдельных уровнях обработки. Схема процессов обслуживания приведена на рисунке 5. Проведена декомпозиция запросов на ИТ-обслуживание, выделены три класса: инцидент, проблема, запрос на обновление, которым соответствуют три контура принятия решений по обслуживанию, и три фрагмента комплексной полумарковской модели процессов сервисного обслуживания с единым пространством состояний.

Введена трехразрядная кодировка состояний процесса сервисного обслуживания запросов в БКС: i j к, где г-индикатор типа запроса пользователя на оказание сервиса для программного приложения; j - индикатор уровня обработки запроса пользователя в структуре сервисной системы (СС); i-индикатор состояния запроса пользователя. Определено множество возможных значений для каждого индикатора. / = {1, 2, 3}: / = 1 - запрос на обработку инцидента; i = 2 — запрос на обработку повторяющегося инцидента (проблемы); /" = 3 — запрос на обновление (реинжиниринг) приложения. j = {0, 1, 2, 3}: у' = 0— обращение в Call-центр (единую точку доступа) для регистрации запроса в единой диспетчерской базе; у = 1 — передача запроса на обработку специалистам оперативного уровня (первый уровень обработки); j = 2— передача запроса на обработку специалистам по разрешению проблем (второй уровень обработки); j- 3 — передача запроса на обработку

специалистам по обновлению приложений (третий уровень обработки). к = {0, 1, 2, 3{: к = 0 — запрос не решается на у-ом уровне обработки; к - \ — запрос может быть решен на у-ом уровне обработки; к = 2— фиксируется поступление запроса на у-ый уровень обработки; к = 3— фиксируется факт обработки запроса на j - ом уровне обработки.

г, ¡ .С»и-ио8йр(йзййм топка : Спулг^а оперативное I Служба разрешения

пользователь | ; - .}. «им(1 ур.) р проигемй ур,)

Служба обновления " I приложений t3 ур.) J

Рисунок 5 — Схема процессов сервисного обслуживания в системе Service

Desk в нотации UML

Определены подмножества состояний для цикла обработки запросов класса «инцидент»: £'={102,101,103} — на уровне единой точки доступа; Е\ ={102,100,112,113} - на первом уровне эскалации; £'={102,100,112,110} - цикл принятия решения о невозможности обработки запроса класса «инцидент» на первом уровне обработки (отказе в обслуживании). Определены подмножества состояний для циклов обработки запросов других классов. Для фрагмента модели (рис. 6А) определены следующие стационарные вероятности обработки запроса класса «инцидент»:/^1 — на уровне единой точки доступа; Р{ — на первом уровне обработки; — получил отказ в обслуживании на первом уровне обработки, а так же средние времена обработки запросов по классам.

Предложенная полумарковская модель позволила выполнить алгоритмизацию процесса поддержки ИТ-сервисов и на этой основе осуществить имитационное моделирование, которое позволило оценить уровень гарантированности сервисов и использовать эти результаты в СППР. В ходе исследований проведен полный факторный эксперимент для моделей подсистем обработки запросов типа «инцидент», «проблема», «запрос на обновление». Фрагмент результатов исследований приведен на рисунке 7.

■ 0*06

f Ot700

j Ь#>»

> ctsae

\ 'ЩЗЩ

| аде» [ t««>

; C.900

-«"PliSteilJ

А) Б)

Рисунок 7 — Фрагмент результатов оценивания процессов сервисного обслуживания для первого уровня эскалации: А) диаграмма изменения средних времен обработки запросов класса «инцидент»; Б) графики зависимости вероятности отказа в обработке инцидентов

Использование алгоритмизации на основе полумарковской модели в совокупности с имитационным моделированием позволило ЛПР оценивать возможные гарантированные значения времени восстановления сервиса при разработке соглашения об уровне поддержке ИТ-сервисов (SLA). Внедрение предложенного подхода на предприятии ООО «ЦИУ «Партнер С»» позволило повысить г арантированный уровень обработки для запросов класса «инцидент» на 17%, для запросов класса «проблема» на 14%.

В четвертом разделе рассмотрена задача разработки базового варианта программно-методического комплекса (ПМК) СППР по автоматизации работы службы поддержки ИТ-сервисов, обеспечивающего поддержку принятия решений по обеспечению гарантированного уровня ИТ-сервисов в БКС. Структура ПМК приведена на рисунке 8.

Основными функциями ПМК являются: 1) сбор данных о структуре метаданных исследуемых ПП, входящих в состав БКС; 2) сбор и хранение данных о БП, обрабатываемых в ПП, информационных технологиях, участвующих в обработке ИП; 3) поиск типовых решений по обработке запросов пользователей на обновление обслуживаемых ПП, за счет использования базы знаний о типовых программных модулях и элементах ПП;

4) классификация обслуживаемых ПП по уровню критичности; 5) реализация имитационных экспериментов для оценки траекторий по критериям (3),

(4), (5); 6) идентификация элементов оценочной матрицы, выработка рекомендаций ЛПР; 7) хранение и документирование данных о текущей структуре модулей ПП, коллекций информационных портретов бизнес-процессов. Эти функции определяют состав и функциональные связи программных модулей СППР, реализованных на основе предложенного комплекса моделей.

Интерфейс Конгитолог | поддержки ИТ-I Наполнение и —| корректировка 8 |_базы знаний 1

Рисунок 8 — Структура ПМК поддержки принятия решения по управлению гарантированным уровнем качества ИТ-сервисов в БКС

По результатам практического использования проведена оценка эффективности предложенных в работе моделей и технологий поддержки гарантоспособных ИТ-сервисов в бизнес-критических инфраструктурах. Результаты внедрения базового варианта ПМК на предприятиях ИТ-индустрии: ООО «ЦИУ «Партнер С»» ЧП «Арсис» свидетельствуют о повышении эффективности управления качеством ИТ-сервисов за счет сокращения потерь, связанных с нарушением среднего времени обработки запросов, в зависимости от классов запросов и состояния обслуживаемой БКС от 14 до 23%.

ВЫВОДЫ

В диссертационной работе решена актуальная научно-прикладная задача: теоретически обоснованны и разработаны модели и информационные технологии поддержки гарантированного уровня ИТ-сервисов в бизнес-критических системах. В диссертации получены следующие теоретические и прикладные результаты:

1. Анализ проблематики процессов информационно-технического обслуживания БКС показал недостаточную эффективность существующих методов обеспечения гарантированного уровня качества ИТ-сервисов. Стратегия, основанная на наращивание вычислительных информационных и кадровых ресурсов, в условиях существенной динамики обслуживаемых бизнес-процессов не позволяет компенсировать потери бизнеса от ненадлежащего качества информационно-технического сопровождения. В этой связи, предлагается переход от ресурсно-ориентированной модели поддержки ИТ-сервисов к бизнес-ориентированной модели, отражающей структурную иерархию ИТ-инфраструктуры бизнес-критического объекта и динамическую взаимосвязь критериев гарантированное™ управления ИТ-сервисами и критичности БКС.

2. Известно, что на качество принимаемых решений по поддержанию гарантированного уровня ИТ-сервисов большое влияние оказывает информация о характере и особенностях поступающих информационных потоков от пользователей БКС и систем мониторинга. Необходимо определить анализируемый временной интервал, достаточный объем данных, выбрать и исключить аномальные участки из исследуемых данных. В этой связи, в рамках диссертационных исследований, выполнен экспериментально статистический анализ информационных потоков, поступающих в систему поддержки ИТ-сервисов, который позволил выделить участки наибольшей загруженности служб поддержки; показал, что распределение промежутков времени между поступлением запросов в службу поддержки ИТ-сервисов аппроксимируется экспоненциальным распределением, а времена обработки запросов — гамма-распределением: Результаты экспериментально-статистического анализа были использованы при построении моделей поддержки ИТ-сервисов.

3. БКС является сложным, многоуровневым, эволюционирующим объектом, для которого на текущий момент времени отсутствует единая база информационных технологий, позволяющих поддерживать гарантированный уровень качества ИТ-сервисов. С целью разрешения данной проблемы в работе предложена совокупность моделей и технологий, интегрированных в рамках системы поддержки принятия решений, в состав которого входят: информационная технология динамической классификации ПП, входящих в состав БКС по степени критичности; методика подбора альтернативных технологий обработки информационных потоков в БКС на основе моделей структурно-технологического анализа систем обработки данных модульной структуры. Данный комплекс позволил при его корректном использовании повысить уровень качества поддерживаемых ИТ-сервисов для бизнес-критических инфраструктур.

4. Анализ работы службы информационно-технической поддержки показал, что степень загрузки различных уровней обработки в значительной степени коррелирует с изменениями в автоматизации БП и периодами планового увеличения интенсивности отдельных бизнес-процессов (отчетными

периодами). Для того, чтобы снизить нагрузку по уровням эскалации и обеспечить гарантированный уровень ИТ-сервисов предложена многоуровневая модель процессов поддержки сервисов, позволяющая ЛПР контролировать работу службы на структурном уровне. Разработанная модель базируется на стандартах ITSM и описывается в рамках полумарковских процессов, что позволило существенно повысить адекватность описания процессов информационно-технической поддержки, за счет использования функций общего вида для описания информационных потоков.

5. На основе аналитического описания модели п.4 построена имитационная модель, которая позволила получить временные и вероятностные характеристики обработки информационных потоков, соответствующих запросам пользователей в службу поддержки ИТ-сервисов на отдельных уровнях эскалации, на основе чего ЛПР могут быть даны рекомендации о возможных гарантированных значениях времени восстановления сервиса, при разработке соглашения об уровне поддержке ИТ-сервисов (SLA). Внедрение предложенной модели предприятии ООО «ЦИУ «Партнер С»» позволило повысить гарантированный уровень обработки для запросов класса «инцидент» на 17%, для запросов класса «проблема» на 14%.

6. В применяемых на текущий момент времени программных системах автоматизации поддержки ИТ-сервисов есть высокоэффективные средства мониторинга показателей качества ИТ-сервисов, однако практически отсутствуют модули поддержки принятия решений по обеспечению гарантированного уровня качества информационно-технической поддержки. В связи с чем, разработана структура и тестовая версия программной системы автоматизации работы службы поддержки ИТ-сервисов для бизнес-критической системы, включающая вышеописанные (п.3,4,5) модели и информационные технологии.

7. Научные положение, выводы, рекомендации, полученные в работе, были использованы в общеевропейских проектах EU Tempus project 158886-TEMPUS-UK-TEMPUS-JPCR «National Safeware Engineering Network of Centres of Innovative Academia-Industry Handshaking (SAFEGUARD)», 544497-TEMPUS-1-TEMPUS-JPHES «Model-Oriented Approach and Intelligent Knowledge-Based System for Evolvable Academia-Industiy Cooperation in Electronic and Computer Engineering (CABRIOLET)» в которых СевНТУ являлся соисполнителем.

8. Модели поддержки гарантированного уровня качества ИТ-сервисов в БКС использованы в образовательных программах Севастопольского национального технического университета при подготовке специалистов и магистров по направлению «Компьютерная инженерия» в дисциплинах «Компьютерные системы», «Программирование и решение организационно-управленческих задач». Основные результаты диссертации нашли применение при организации структурных подразделений по поддержке ИТ-сервисов на предприятиях ИТ- индустрии.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шевченко В.И. Модель организации эффективного размещения таблиц данных в корпоративных информационных системах // Оптимизация производственных процессов: Сб. научн. тр. — Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2009. —Вып. 11 — С.201—205.

2. Шевченко В.И. Многоуровневая графовая модель информационного обмена в корпоративной информационной сети // Автоматизация процессов и управления: Сб. научн. тр. — Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2010. — Вып. 108 — С. 118—122.

3. Шевченко В.И. Оптимизация управления распределением файлов в корпоративной информационной сети / E.H. Мащенко, В.И. Шевченко // Оптимизация производственных процессов: Сб. научн. тр. — Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2010, —Вып. 12 —С.131—135.

4. Шевченко В.И. Информационная модель управления ИТ - ресурсами критических систем / A.B. Скатков, К.П. Аникевич, В.И. Шевченко // Сборник научных трудов СНУЯЭиП — Севастополь, 2011. — № 1 (3 7) — С.201—206.

5. Шевченко В.И. Динамическая кластеризация информационных потоков / Л.П. Луговская, И.А. Скатков, В.И. Шевченко // Информатика, электроника, связь: Сб. научн. тр. — Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2011. — Вып. 114 — С.14—20.

6. Шевченко В.И. Исследование автоматизированных процессов управления качеством ИТ-сервисов с использованием имитационного моделирования / E.H. Мащенко, В.И. Шевченко // Автоматизация процессов и управления: Сб. научн. тр, — Севастополь, 2012. — Вып. 125 — С.142—147.

7. Мащенко E.H. Исследование критических ситуаций в ИТ-инфораструктурах методами кластерного анализа / E.H. Мащенко, В.И. Шевченко // Научно технический журнал «Радиоэлектронные и компьютерные системы» — Харьков: изд-во НАУ «ХАИ», 2012. — Вып. 5 (57) — С. 191—196.

8. Шевченко В.И. Динамическое размещение таблиц данных при информационном обслуживании в критических системах / A.B. Цуканов, В.И. Шевченко // Научно технический журнал «Радиоэлектронные и компьютерные системы»— Харьков: изд-во НАУ «ХАИ», 2012. — Вып. 6 (58) — С. 23—27.

9. Шевченко В.И. Исследование процессов сервисного обслуживания критических ИТ-инфраструктур на основе полумарковской модели / A.B. Скатков, E.H. Мащенко, В.И. Шевченко // Научно технический журнал «Радиоэлектронные и компьютерные системы» — Харьков: изд-во НАУ «ХАИ», 2013. — Вып. 5 (64) — С.57—63.

10. Шевченко В.И. Модель управления процессом поддержки гарантированного уровня ИТ-сервисов в бизнес-критических системах / A.B. Скатков, В.И. Шевченко // Оптимизация производственных процессов: Сб. научн. тр. — Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2014. — Вып. 15 — С. 97—102.

11. Шевченко В.И. Модель динамического распределения файлов в корпоративных информационных системах / E.H. Мащенко, В.И. Шевченко // Информационные технологии и информационная безопасность в науке, технике и образовании "ИНФОТЕХ-2009". Материалы международной научно-практической конференции — Севастополь, 2009. — С. 40—42.

12. Шевченко В.И. Модель организации службы управления качеством ИТ-сервисов / E.H. Мащенко, В.И. Шевченко // Информационные технологии и информационная безопасность в науке, технике и образовании "ИНФОТЕХ-2011". Материалы международной научно-практической конференции, 2011 — Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2011. — С. 20—22.

13. Шевченко В.И. Исследование процессов управления качеством ИТ-сервисов для бизнес-критических систем методами кластерного анализа / E.H. Мащенко, В.И. Шевченко // Материалы международной научно-технической Материалы 15-ой международной научно-технической конференции SAIT-2013 Киев, 27-31 мая 2013г. — К.: УНК «ИПСА» НТУУ «КПИ», 2013. — С.301.

14. Шевченко В.И. Технология реинжиниринга ИТ-подразделений бизнес-критической инфраструктуры / E.H. Мащенко, В.И. Шевченко // Материалы международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы и решения» Севастополь, 9-13 сентября 2013г. — ' Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2013.

15. Шевченко В.И. Программная система автоматизации и исследования процессов управления качеством ИТ-сервисов / E.H. Мащенко, В.И. Шевченко // Академический форум корпорации ЕМС: сборник тезисов докладов участников академической секции, Ялта, 2013 — Симферополь: ИТ «Ариал», 2013. —С.52—56.

16. Шевченко В.И. Распределенные критические системы и инфраструктуры. Практикум / О.В. Иванченко, B.C. Ловягин, E.H. Мащенко, A.B. Скатков, В.И Шевченко/ Под ред. Харченко B.C. — Министерство образования и науки Украины, Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», 2012. — 143с.

АНОТАЩЯ

Шевченко B.I. 1нформацппп технологи пщтримки гарантоздатних IT-cepeiciB в боиес-критичних системах. — На правах рукопису.

Дисертацш на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук за спещальшстю 05.13.06 — шформацппп технологи — Севастопольський нацюнальний техшчний ушверситет, Севастополь, 2014.

Дисертац1я присвячена розробщ метод1в, моделей та шформацшних технолопй шдтримки гарантованого р1вня якост1 IT-cepßiciB, ям дозволяють пщвищити ефектившсть функцюнування бвнес-критичних систем за рахунок забезпечення необхщного р1вня системних показшпйв критичност1 i гарантоз датно cri.

Ключов1 слова: б1знес-критичш системи, ¡нформащйна технолог1я, т'дтримка IT-cepßiciB, система пщтримки прийняття pinieHb.

АННОТАЦИЯ

Шевченко В.И. Информационные технологии поддержки гарантоспособных ИТ-сервисов в бизнес-критических системах. — На правах рукописи.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 — информационные технологии — Севастопольский национальный технический университет, Севастополь, 2014.

Диссертация посвящена разработке методов, моделей и информационных технологий поддержки гарантированного уровня качества ИТ-сервисов, которые позволяют повысить эффективность функционирования БКС за счет обеспечения требуемого уровня системных показателей критичности и гарантоспособности.

Проведен анализ структурных и функциональных особенностей бизнес-критических систем и ИТ-инфраструктур с целью определения точек взаимодействия БКС и систем поддержки ИТ-сервисов. Разработана модель управления качеством ИТ-сервисов в БКС, отражающая взаимосвязь системных показателей критичности БП и гарантированное™ уровня качества поддерживающих ИТ-сервисов. Выполнены экспериментальные исследования информационных потоков, поступающих от пользователей и средств мониторинга информационных систем, входящих в состав БКС, в службу поддержки ИТ-сервисов, с использованием методов математической статистики и кластерного анализа. Разработаны и исследованы модели и информационные технологии обеспечения гарантированного уровня ИТ-сервисов в БКС в следующих направлениях: использование альтернативных технологий обработки информационных потоков при решении функциональных задач в БКС; повышение эффективности работы службы поддержки ИТ-сервисов за счет ее реструктуризации. Разработаны информационное и программное обеспечение для системы поддержки принятия решений по обеспечению гарантированного уровня качества ИТ-сервисов в БКС.

Ключевые слова: бизнес-критические системы, информационная технология, поддержка ИТ-сервисов, система поддержки принятия решений.

ABSTRACT

Shevchenko VI Information technology support of dependability of IT services in business-critical systems. Manuscript.

Dissertation for getting candidate degree in technical sciences, specialty 05.13.06 — information technology — Sevastopol National Technical University, Sevastopol, 2014.

The dissertation is devoted to studying methods, models and information technology support for guaranteed level of quality IT-services that can improve operational efficiency of business-critical systems by providing the required level of system parameters and criticality of dependability.

Keywords: business-critical systems, information technology, IT support services, decision support system.

Подписано в печать 15.09.2014 Формат 60x90/16. Печать лазерная. Объем 1,05 авт.лист. Заказ №10 Тираж 100 экземпляров.

Издатель и изготовитель — Севастопольский национальный технческий университет

(СевНТУ)

Адрес: ул. Ушгаерситетская, 33, г. Севастополь, Студгородок, НМЦ 299053 т. (0692)253-210