автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Инфраструктура передачи данных АСУП на основе анализа информационного поля

Список применяемых сокращений и обозначений

Введение

1. Исследование инфраструктуры передачи данных АСУП 9 1 Л.Постановка задачи проектирования инфраструктуры передачи данных АСУП

1.2.Исследование информационной структуры АСУП (АСУТП)

1.3. Определение характеристик инфраструктуры передачи данных АСУП

1.4.Исследование структуры данных информационного потока АСУП (АСУТП)

1.5.Оптимизация сетевого трафика информационного потока

1.6.Выводы

2. Описание информационного поля инфраструктуры передачи данных АСУП (АСУТП) 40 2.1.Разработка математической модели инфраструктуры (сети) передачи данных

2.2.Описание объектов математической модели

2.3.Определение информационного поля

2.4.Формирование информационного пространства

2.5.Структура информационных полей

2.6.Решение информационных полей для инфраструктуры (сети) передачи данных

2.7.Выводы

3. Анализ инфраструктуры передачи данных АСУП на основе математической модели информационного поля 64 3.1 .Методика моделирования инфраструктуры АСУП

3.2.Описание алгоритма расчета параметров инфраструктуры передачи данных АСУП

3.3.Программа INFIELD для исследования и моделирования параметров инфраструктуры передачи данных

3.4.Выводы 87 4. Исследование инфраструктуры АСУП услуг связи Федеральной почтовой связи Магаданской области

4.1. Топология инфраструктуры передачи данных УФПС

4.2. Описание информационных объектов УФПС

4.3. Моделирование и исследование инфраструктуры и информационных объектов УФПС

4.4. Выводы 109 Результаты и выводы 111 Литература 113 Приложение 1. Акт внедрения Внешторгбанка 121 Приложение 2. Акт внедрения ООО «ДАТАКОМ» 122 Приложение 3. Акт внедрения У ФПС

СПИСОК ПРИМЕНЯЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

АПК - аппаратно-программный комплекс. АРМ - автоматизированное рабочее место. АС - автоматизированная система. АСПР - автоматизированная система принятия решений. АСУ - автоматизированная система управления. АСУП - автоматизированная система управления производством. АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом.

АХО - административно-хозяйственный отдел.

БД - банк данных.

ВС - вычислительная сеть.

ЖЦ - жизненный цикл.

ИС - информационная система.

ЛВС - локальная вычислительная сеть.

ОС - операционная система.

ПО - программное обеспечение.

САПР - система автоматизированного проектирования.

СКС - структурированная кабельная система.

СПР - система принятия решений.

СУБД - система управления банком (базой) данных.

УФПС - управление федеральной почтовой связи.

CASE - Computer Aided Software Engineering - автоматизированная система проектирования АСУП. DNS - Domain Name System - протокол системы доменных имен Интернет. DOS - Disk Operating System - дисковая операционная система MS DOS. HTTP - Hyper Text transport Protocol - протокол гипертекстовой разметки документа. IP - Internet Protocol - Интернет протокол.

ISP - Internet Service Provider - производитель услуг Интернет.

LAN - Local Area Network -локальная вычислительная сеть (ЛВС).

NFS - Network File System - сетевая файловая система, используется в операционных системах Unix.

OSE - Open System Environment.

OSI - Open System Interconnection reference model - многоуровневая модель взаимодействия открытых систем (ВОС).

QoS - Quality of Service - технология повышения качества сетевого обслуживания.

TCP - Transmission Control Protocol - протокол управления передачей.

Развитие общества неизбежно вызывает рост количества информации во всех областях деятельности человека и повышает требования ее к достоверности и скорости обработки. В связи с этим, появляется необходимость выработки новых способов обработки информации в тех областях деятельности, где информация является ведущим и определяющим объектом. Одним из таких способов является автоматизация процессов управления производством с использованием средств вычислительной техники. Наиболее перспективным способом, позволяющим решить задачу автоматизации, является разработка автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и производством (АСУП).

Автоматизированная система управления представляет собой программно-аппаратный комплекс, включенный в технологическую цепочку управления и реализующий поставленную задачу автоматизации. Он базируется на математической модели автоматизируемого процесса, разрабатываемой на этапе выполнения задачи автоматизации в результате тщательного обследования всех объектов системы, их поведения и взаимодействия. Взаимодействие объектов обеспечивается формированием информационных потоков, плотность и скорость которых оценивается в ходе проектирования. Характеристики информационных потоков определяют параметры средств передачи данных, являющихся неотъемлемым компонентом программно-аппаратного комплекса, составляющим информационную систему.

В настоящее время существует реальный разрыв между процессами проектирования программной и аппаратной частей системы, включающей в себя средства передачи данных, основанные на сетях телекоммуникаций. Это обусловлено тем, что отсутствуют единые методы проектирования сетей передачи данных, характеристики которых определяются информационными параметрами объектов. В настоящее время, сети передачи данных, в основном, создаются, исходя из опыта и интуиции разработчиков. В связи с этим, при внедрении и эксплуатации системы, возникают технические проблемы, связанные со снижением скорости обмена данными, влияющие на быстродействие комплекса в целом. Кроме этого, отсутствие средств анализа и моделирования инфраструктуры передачи данных, основанной на параметрах формируемых объектами управления информационных потоков, делает невозможным исследование и модернизацию инфраструктуры действующих систем.

Целью настоящей работы является повышение эффективности АСУП путем достижения максимальной пропускной способности инфраструктуры передачи данных, соответствующей параметрам движения информационных потоков при минимальной ресурсоемкости аппаратных средств передачи данных на основе новых телекоммуникационных технологий.

Основной задачей диссертационной работы является разработка инфраструктуры передачи данных АСУП с оптимальными параметрами пропускной способности путем применения разработанной методики параметрического анализа и моделирования инфраструктуры на основе математической модели информационного поля.

Объектом для разработки средств анализа и моделирования инфраструктуры передачи данных являлась АСУП услуг почтовой связи УФПС Магаданской области. Для разработки нового метода исследуется информационное поле (ИП) инфраструктуры передачи данных, использующее математический аппарат теории поля для описания поведения и взаимодействия информационных объектов. В результате применения данной модели ожидается получение аналитических данных, описывающих параметры инфраструктуры передачи данных АСУП, являющихся оптимальными для скорости передачи данных и аппаратной ресурсоемкости.

Настоящая работа содержит 4 главы. В первой главе рассматривается роль инфраструктуры передачи данных как неотъемлемого компонента АСУП (АСУТП). Формулируется задача моделирования и анализа параметров инфраструктуры, описаны объекты информационного взаимодействия.

Во второй главе производится разработка и описание математической модели инфраструктуры передачи данных АСУП как информационного поля скоростей потоков данных системы управления.

В третьей главе на основе разработанной модели формулируется методика параметрического анализа инфраструктуры передачи данных, разрабатывается алгоритм и программа анализа.

В четвертой главе разработанная модель применяется для анализа инфраструктуры АСУП УФПС Магаданской области. На основе анализа производится изменение состава информационных групп и модернизация сегментов инфраструктуры.

Практическим результатом работы является разработка программы моделирования инфраструктуры АСУП и параметрического анализа сегментов передачи данных. Программа и методика анализа были использованы для моделирования и исследования инфраструктуры передачи данных аппаратно-программного комплекса «Операционный день банка» филиала Внешторгбанка в г. Магадане, биллинговой системы ООО «ДАТАКОМ», Интернет-провайдера в г. Магадане, АСУП Управления Федеральной почтовой связи Магаданской области. Результаты использования подтверждены актами о внедрении.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе поставлена и сформулирована цель - повышение эффективности АСУП (АСУТП) путем обеспечения максимальной пропускной способности инфраструктуры передачи данных, соответствующей проектным параметрам движения информационных потоков с одновременным обеспечением минимальной ресурсоемкости аппаратных средств передачи данных на основе новых телекоммуникационных технологий. Эффективность АСУП обеспечивается снижением стоимости оборудования, использованного в построении инфраструктуры передачи данных при одновременном повышении быстродействия системы на основе ее параметрического анализа и моделирования.

В работе сформулирована, и обоснована техническая актуальность задачи моделирования и анализа инфраструктуры передачи данных АСУП (АСУТП) для оптимизации движения информационных потоков и ресурсоемкости ИС. Поставленная задача достигается путем разработки математической модели информационного поля АСУП, основанной на анализе параметров движения информационных потоков между компонентами системы. Для получения оптимального решения разработана модель информационного пространства, сформированная из математических аналогов сегментов передачи данных, упорядоченных в разработанной системе координат.

Основными выводами, полученными в ходе исследования являются:

- Снижение стоимости аппаратной платформы инфраструктуры АСУП, значительно повышающей эффективность внедрения или модернизации может производиться за счет инфраструктуры передачи данных, аппаратная платформа которой, составляет значительную часть стоимости всей системы.

- Разработка и модернизация инфраструктуры АСУП должна производиться на основе глубокого параметрического анализа процессов информационного взаимодействия компонентов системы.

- 112- Параметрический анализ информационного взаимодействия должен производиться на основе обобщенной математической модели информационных объектов, одной из которых является информационное поле, описывающее характер движения информационных потоков между компонентами комплекса. На базе созданной модели производится параметрический анализ среды передачи данных информационной системы АСУП. В результате анализа определяются оптимальные параметры сегментов передачи данных.

Практическое воплощение математическая модель находит в разработанных алгоритмах моделирования и анализа, на базе которых построена разработанная программа InField.

Разработанная методика анализа с использованием программы моделирования и анализа InField применена для исследования и модернизации действующих АСУП г. Магадана. Результаты и выводы анализа внедрены в филиале Внешторгбанка г. Магадана с годовым экономическим эффектом 95 тыс. руб., ISP ООО «ДАТАКОМ», Управлении федеральной почтовой связи Магаданской области.

1. Модин А. А. и др. Справочник разработчика АСУ / Модин А., Яковенко Е., Погребной Е., - 2-е изд., перераб. доп. - М.: Экономика, 1978,- 583 с.

2. Кульба В. В. Оптимизация структур данных в АСУ. М.: Наука, 1988.255 с.

3. Кульба В. В. Оптимизация структур распределенных баз данных в АСУ. М.: Физматгиз, 1990.- 223 с.

4. Стефани Е. П. Основы построения АСУ ТП: Учеб. Пособие для вузов. -М.: Энергоиздат, 1982. 352 е., ил.

5. Антонюк Б. Д. Информационные системы в управлении. М.: Радио и связь, 1986. - 240 с.

6. Кульба В. В. Автоматизация проектирования АСУ. М.: Энергоиздат, 1981.-324 с.

7. Кульба В. В. Синтез оптимальных модульных систем обработки данных. -М.: Наука, 1986.-273 с.

8. Кульба В. В. Достоверность, защита и резервирование информации в АСУ. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 303 с.

9. Управление в чрезвычайных ситуациях / Н. И. Архипова, В. В. Кульба. -М.: РГГУ, 1994,- 196 с.

10. Теория автоматического управления: Учеб. Для машиностроит. Спец. Вузов/В. Н. Брюханов, М. Г. Косов, С. П. Протопопов и др.; Под ред. Ю. М. Соломенцева. 3-е изд., стер. - М.: Высш. Шк., 1988.- 268 с.

11. Основы автоматизации управления производством: Учебн. Пособие для вузов/ И. М. Макаров, Н. Н. Евтихиев, Н. Д. Дмитриев и др.: Под общ. Ред. И. М. Макарова. М.: Высшая школа, 1983. - 540 с.

12. Автоматизированное управление технологическими процессами: Учебн. Пособие / Зотов Н. С., Назаров О. В., Петелин Б. В., Яковлев В. Б.; Под ред. Яковлева В. Б. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1988. - 224 с.

13. Справочник проектировщика АСУ ТП / Г. Л. Смелянский, Л. 3. Амлинский, В. Я. Баранов и др. М.: Машиностроение: 1983. - 527 с.

14. Мамиконов А. Г. Методы разработки автоматизированных систем управления. М.: Энергия, 1973. - 336 с.

15. Якобсон Б. Н., Розинкин А. Е. Автоматизированные системы управления производством. -М.: Сов. Радио, 1971. 224 с.

16. Карагодова Е. А., Ляшенко И. Н., Хенер В. Автоматизированные системы управления предприятием. Киев: Вища школа, 1982. - 236 с.

17. Солодовников В. В., Зверев В. Ю. Применение методов теории автоматического управления и многокритериальной оптимизации для автоматизации проектирования АСУ ТП. М.: Машиностроение, 1984. - 46 с.

18. Михалевич В. С., Волкович В. Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М.: Наука, 1982. - 286 с.

19. Думлер С. А. Управление производством и кибернетика. М.: Машиностроение, 1969. - 323 с.

20. Синенко О. В., Леныпин В. Н. Автоматизация предприятия вчера, сегодня, завтра или информационная поддержка рыночного лидерства, ЗАО "РТСофт" - РС\¥еек, N 29, 2000.

21. Ст. Бир Кибернетика и Управление Производством М.: Наука, Гл.ред. физико-математической литературы, 1965 (второе издание). - 315 с.

22. В.И. Дмитров , Ю.М. Макаренков "САЬ8-стандарты". Автоматизация Проектирования, №2, 1997.

23. Елизаров Б. А. Модели и алгоритмы проектирования технических средств автоматизированных систем управления // Труды Международнойнаучно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии». Тез. докл. Одесса: 2000. - С. 128.

24. Лысенко Э. В. Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами. М.: Радио и связь, 1987. - 272 с.

25. Бусленко Н. П. Математическое моделирование производственных процессов. М.:, Наука, 1964. - 360 с.

26. Вальков В. М., Вершинин В. Е. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Л.: Машиностроение, 1977. -240с.

27. Рапопорт Г. Н., Солин Ю. В., Гривцов С. П. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. М.: Машиностроение, 1977.-246 с.

28. Корытин А. М., Петров Н. К., Радимов С. Н., Шапарев Н. К. Автоматизация типовых технологических процессов и промышленных установок: Учеб. Пособие для вузов. Киев - Одесса: Вища школа. Головное изд-во, 1980.-372 с.

29. Дубова Н. Системы управления производственной информацией, Открытые Системы, N3, 1996. С. 63-68.

30. Ив лев В., Попова Т., Чекаленко Ю. Два подхода к проектированиюинформационных систем. http://www.consulting.rU/main/soft/texts/m2/016 2appl .htm.

31. Андреев Н. И. Теория статистически оптимальных систем управления. -М.: Наука, 1980.-416 с.

32. AMR-обозрение: Готовы ли сетевые компьютеры к бизнесу?http://www.consulting.ru/main/soft/texts/m7/078 ss.shtml

33. Анализ и оптимальный синтез на ЭВМ систем управления / Под ред. А. А. Воронова и И. А. Орука. М.: Наука, 1984. - 344 с.

34. Синенко О.В., Леньшин В.Н. Автоматизация предприятия вчера, сегодня, завтра или информационная поддержка рыночного лидерства -PCWeek, N 29, 2000.

35. Анкудинов Г. И., Стрижаченко А. И. Сети ЭВМ и телекоммуникации. Архитектура и протоколы: Учеб. Пособие. СПб.: СЗТУ, 2001. - 92 с.

36. Компьютерные сети: Учебный курс/Пер. с англ. М.: ТОО «Channel Trading Ltd», 1997. - 696 с.41.0лифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Издательство «Питер», 2000. - 672 с.

37. Ларионов А. М. И др. Вычислительные комплексы, системы и сети: Учебник для вузов. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 288 с.

38. Морозов В. К., Долганов А. В. Основы теории информационных сетей: Учебник. М.: Высш. Школа, 1987. - 271 с.

39. Перспективы развития вычислительной техники: Справ. Пособие/под ред. Ю. М. Смирнова: В 11 кн. Кн. 10 Системы телеобработки и вычислительные сети. -М.: Высш. школа, 1989. 144 с.

40. Самойленко С. И. Сети ЭВМ. М.: Наука, 1986. - 160 с.

41. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Построение сетей интегрального обслуживания. Л.: Машиностроение, 1990. - 332 с.

42. Янбых Г. Ф., Столяров Б. А. Оптимизация информационно-вычислительных сетей. М.: Радио и связь, 1987. - 232 с.

43. Англо-русский словарь по сетям и сетевым технологиям / Сост. С. Б. Орлов-М.: «Солон», 1997. 301 с.- 11749. Анкудинов Г. И., Стрижаченко А. И., Сироткин А. В. Оптимизация сетипередачи данных АСУ // Проблемы машиноведения и машиностроения:

44. Межвуз. сб. Вып. 26. СПб.: СЗТУ, 2002. - С. 45-49.

45. Адаптивное управление технологическими процессами / Ю. М. Соломенцев, В. Г. Митрофанов, С. П. Протопопов и др. М.Машиностроение, 1980.- 535 с.

46. Солодовников В. В. Основные понятия, определения и проблемы автоматизации проектирования систем управления. М.: Машиностроение, 1982.-48 с.

47. Umnov A. Impact of Price Variations on the Balance of World Trade. -Economic Modelling, v. 1, #1, 1984. C. 63-90.

48. Отоцкий JI., Савин А. Тернистый путь к современной технологии управления «Открытые системы», № 2, 1998. - С. 26-29.

49. Сахаров А. А. Принципы проектирования и использования многомерных баз данных (на примере Oracle Express Server), СУБД N3, 1996. С. 44-59.

50. Денисов А. А. Приложение теории информационного поля к анализусистем. // Проблемы системотехники. Материалы IV всесоюзного симпозиума по проблемам системотехники. Л.: Судостроение, 1980. - С.86-90.

51. Зисман Г. А., Тодес О.М. Курс общей физики. М.: Наука, 1974. - 352 с.

52. Зильберман Г. Е. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1970. - 384 с.

53. Зельдович Я. Б., Мышкис А. Д. Элементы прикладной математики. М.: Наука, 1974. - 648 с.

54. Маделунг Э. Математический аппарат физики. М.: Наука, 1968. - 620 с.

55. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. - 832 с.- 11861. Грач И. M. Расчет электромагнитных полей на основе анализа ихструктуры и преобразования уравнений в выделенной подобласти. Фрунзе.:

56. Издательство Академии наук Киргизской ССР. 1984. 198 с.

57. Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. 4-е изд., испр. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 576 с.

58. Кудрявцев J1. Д. Краткий курс математического анализа: Учеб. Пособие для вузов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 736 с.

59. Гвишиани Д. М. Введение в системный анализ. М.: Наука, 1976. - 320с.

60. Анни П. Тонкие клиенты. Jet Info, 2000, #6(85).

61. Ладыженский Г. Архитектура Интранет : новый подход к управлению информацией. http://www.citforum.ru/ofis/ofis96/106.

62. Протоколы Internet. http://www.citforum.ru/nets/ito/18.shtml.

63. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей: Энциклопедия. СПб.: Издательство «Питер», 2000. - 704 с.

64. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Новые технологии и оборудование IP-сетей. СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. - 512 с.

65. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей: Энциклопедия. СПб.: Издательство «Питер», 2000. - 576 с.

66. Ногл М. TCP/IP. Иллюстрированный учебник. М.: ДМК Пресс, 2001. -480 с.

67. Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. М.: Издательство ЭКОМ, 2000. - 312 с.

68. Уолрэнд Дж. Телекоммуникационные и компьютерные сети: Вводный курс/Пер. с англ. М.: Постмаркет, 2001. - 408 с.

69. Уолрэнд Дж. Телекоммуникационные и компьютерные сети. Вводный курс. М.: Постмаркет, 2001. - 236 с.-11975. Алексеев О.Г. Комплексное применение методов дискретной оптимизации. М.: Наука, 1987. - 323 с.

70. Валда Хиллей. Секреты Windows NT Server 4.0. К.: Диалектика, 1997. -528 с.

71. Уразов С. Н. Использование методов математической статистики для синтеза сетей связи.//Математические методы управления и обработки информации. М.: изд. МФТИ, 1985. - С. 90-93.

72. Бутрименко А. В. Разработка и эксплуатация сетей ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1981. - 250 с.

73. Пушков A. JL, Умнов А. Е., Шомполов И. Г. Применение системы анализа потоковых моделей АПМ для проектирования распределенных сетей ЭВМ.// Математические методы управления и обработки информации. М.: изд. МФТИ, 1985. - С. 153-158.

74. Кульгин М. Сети передачи данных: управление скоростью. -Глобальные сети и телекоммуникации, №1-2, 1999.

75. Модин А. А. Исследование и анализ потоков информации на промышленных предприятиях. -М.: Наука. 1970. 160 с.

76. Якубайтис Э. А. Информационно-вычислительные сети. М.: Финансыи статистика, 1984. 250 с.

77. Alien В. Computer Strategy. New York, N. Y.: Lovin and Goldberg, 1981. -123 p.

78. Хиндин Э. Поговорим о терминах: что означает QoS? Глобальные сети и телекоммуникации, №1-2, 1999.

79. Афромеев А. С., Митронин В. А. Об одном алгоритме оценки эффективности функционирования информационной сети произвольной структуры.//Модели информационных сетей и коммутационных систем. М.: Наука, 1982.-С. 29-34.

80. Seidler J. Principies of Computer Communication Network Design. London:

81. ELLIS HORWOOD LIMITED, 1983. 283 c.- 120

82. Суздалев А. В. Сети передачи информации АСУ. М.: Радио и связь, 1983.-323 с.

83. Сироткин А. В. Применение методов анализа информационного поля для определения топологии информационных систем. Деп. в ВИНИТИ 11.03.99 №738-В99, 1999. - 7 с.

84. Сироткин А. В., Чернова Н. М. Исследование информационного поля для проектирования сетей передачи данных. Деп. в ВИНИТИ 30.12.99 №3979-В99, 1999.- 11 с.

85. Сироткин А. В. Информационное поле АСУ // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып. 26. СПб.: СЗТУ, 2002. -С. 41 -45.-121 1. БАНК ВНЕШНЕЙ ТОРГОВЛИ