автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математические модели и алгоритмы оптимизации размещения данных транзакционных систем

На правах рукописи

Горобец Виталий Владимирович

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗМЕЩЕНИЯ ДАННЫХ ТРАНЗАКЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.18 - «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 Ш 2015

Новочеркасск - 2015 1

005569611

Работа выполнена на кафедре «Информационные и измерительные системы и технологии» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НИИ) имени М.И. Платова».

Научный руководитель: кандидат технических наук

Воробьев Сергей Петрович

Официальные оппоненты: Бутакова Мария Александровна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный университет путей сообщения», декан факультета «Информационные технологии управления» (г. Ростов-на-Дону)

Хашковскин Валерий Валерьевич,

кандидат технических наук, доцент, ФГЛОУ ВО «Южный федеральный университет», доцент кафедры математического обеспечения и применения ЭВМ Института компьютерных технологий и информационной безопасности (г. Таганрог)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

университет» (г. Воронеж)

Защита диссертации состоится «30» июня 2015 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.02 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова» в 149 ауд. главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовская обл., ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова» и на сайте http://www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан « зХ» 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, профессор

Иванченко А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы наблюдается повышенный интерес к транзакци-онным системам (On-Line Transaction Processing, OLTP - системы оперативной обработки транзакций). Повышение спроса на программное обеспечение (ПО) этой категории, вызванное быстрым развитием телекоммуникационной отрасли, делает OLTP одним из самых прогрессивных направлений разработки программных решений. Важное место среди транзакционных систем занимают бнллинговые системы (БС). Основной тенденцией в современном биллинге является стремление к стандартизации и унификации подходов, методов, протоколов обмена. Это касается не только многих сфер БС (связь, Интернет, коммунальные услуги, банковский сектор, туристический бизнес (бронирование гостиничных мест, авиа- и железнодорожных билетов), торговля и пр.), но и всего класса транзакционных систем различных предметных областей (электронный документооборот, дистанционное образование, медицина, управление технологическими процессами и т.д.).

Современным подходом к проектированию информационных систем является направление облачных вычислений (Cloud Computing), которое содержит специализированный спектр технологий обработки и передачи данных, когда компьютерные ресурсы и мощности предоставляются как Интернет-сервисы. Специфика Cloud Computing состоит в том, что здесь поддерживается динамическое масштабирование ресурсов облака, его внутренняя структура скрыта от потребителя сервисов, применяется концепция платы по мере использования, обеспечиваются высокие требования к надежности и доступности облачной системы и пр. Учитывая преимущества, которые предоставляет технология Cloud Computing, перспективным вариантом реализации распределенной БС является ее построение на основе облачной среды.

От надежности и скорости работы БС зависит качество обслуживания клиентов и возможности, которые получает фирма-поставщик, что, в конечном счете, оказывает влияние на прибыльность предприятия сферы обслуживания. Так как системы класса OLTP, к которым относятся БС, работают с небольшими по размеру транзакциями, идущими большим потоком, то клиенту необходимо минимальное время отклика системы. Поэтому важным требованием становится обмен данными с OLTP-средством — в реальном времени и с минимальной задержкой. Эти показатели напрямую зависят от применяемых в OLTP-системах алгоритмов и архитектурных решений, причем актуальной является задача создания математических моделей функционирования облачной транзакционной системы, позволяющих производить имитационное моделирование с целью улучшения интегральных показателей эффективности ее работы. Задачу улучшения характеристик OLTP-систем можно решить различными способами (аппаратные, программные, архитектурные и др.). Одним из вариантов повышения производительности облачной транзакционной системы является оптимальное размещение данных в облаке. Такая задача также возникает в условиях динамического масштабирования ресурсов облака, когда при выходе узлов из строя необходимо за минимальное время определить новый план размещения данных и выполнить их миграцию с целью перераспределения нагрузки между остальными узлами. Время получения плана размещения данных определяется скоростью алгоритма, а время их непосредственной миграции зависит от характеристик технических средств и их загруженности. В соответствии с типовым соглашением об уровне обслуживания (SLA), оба этапа операции миграции должны быть выполнены в течение 2-5 мин, поэтому время формирования плана размещения данных должно быть минимальным, а алгоритм решения задачи размещения данных в облаке — иметь высокую скорость.

Наиболее близкими к проблеме оптимизации структуры данных облачной транзакционной системы являются задачи проектирования распределенных баз данных (РБД) и нахождения методик оптимальной репликации, но они не учитывают многие аспекты специфики построения БС в облаке. Общие подходы к оптимизации OLTP-систем, базирующихся на классической трехзвеиной архитектуре, включая организационные методы разработки, различные технологии и технологические программные средства, сформулированы в работах как российских, так и за-

С\

рубежных исследователей в данной области: Васкевича Д., Голосова А.О., Фагина P. (Fagin R.), Мосса Дж. (Moss J.E.B.) и др. Решением задачи разработки методов и моделей повышения управляемости обслуживания и выполнения транзакций в распределенных информационных системах занимались такие ученые, как Кульба В.В., Ковалевский С.С., Косяченко С.А., Советов Б.Я., Чертовской В.Д., Чардин П., Вейкум Г. (Weikum G.), Воссен Г. (Vossen G.), Берн-штейн П.А. (Bernstein P.A.) и др. Большой вклад в развитие концепции облачных вычислений внесли Флореску Д. (Florescu D.), Коссман Д. (Kossmann D.), Стоунбрейкер М. (Stonebraker М.), Кетинтемел У. (Cetintemel U.) и др. Для решения задачи оптимального размещения фрагментов РБД по узлам сети могут применяться метод ветвей и границ, методы отсечений, к которым относятся алгоритмы Гомори и Балаша. Однако эти задачи являются NP-полными, т.е. с ростом размерности задач их вычислительная сложность растет экспоненциально. Для решения подобных задач кластеризации и компоновки наиболее успешно применяются генетические алгоритмы (ГА), которые относятся к классу эволюционных алгоритмов. Развитие эволюционных подходов к решению оптимизационных задач в значительной мере определяется работами Цет-линаМ.Л., Курейчика В.М., Фогеля Л. (Fogel L.J.), Шефеля Г. (Schwefel G.), Холланда Дж. (Holland John Н.) и др. Теоретические основы систем автоматизации проектирования получили развитие в работах Морозова К.К., Поренкова И.П. и др.

Вышеизложенные обстоятельства позволяют отметить актуальность работы, которая подтверждается необходимостью:

1. Построения универсальной концептуальной модели современной высокопроизводительной транзакционной системы, использующей единую платформу в самых различных областях сферы обслуживания, торговли и производства.

2. Разработки математических моделей функционирования облачной транзакционной системы, позволяющих производить моделирование с целью получения интегральных показателей эффективности ее работы, а также алгоритмов оптимизации размещения данных в облаке которые сокращают совокупный объем информационных массивов в распределенной системе.

3. Применения новых подходов к проектированию распределенных информационных систем с использованием концепции облачных вычислений и построения на этой основе гибких, легко масштабируемых OLTP-систем.

4. Обоснования архитектурных принципов реализации OLTP-систем на базе технологии Cloud Computing и рекомендаций по проектированию, реализации и эксплуатации таких систем в новой среде.

Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ЮРГПУ (НПИ) «Теория, принципы и технологии построения информационно-вычислительных и измерительных систем» (утверждено решением ученого совета университета от 20.09.2011 г.) и проекта № 2833 «Теоретические основы моделирования, диагностики и информационного обеспечения сложных технических систем», выполняемого в рамках базовой части государственного задания №2014/143.

Целью диссертационной работы является построение математических моделей функционирования OLTP-систем, реализованных на базе технологии Cloud Computing, а также разработка математических моделей и алгоритма оптимизации размещения фрагментов РБД по узлам сети облачной структуры, которые позволяют увеличить производительность информационной системы за счет рационального распределения данных.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- анализ существующих моделей и способов построения транзакционных информационных систем;

- исследование структуры облачной среды для развертывания OLTP-систем в облаке;

- разработка математических моделей OLTP-систем и моделей размещения данных в них, алгоритмов оптимизации структуры РБД в облачной среде;

- программная реализация разработанных моделей, анализ эффективности предложенных алгоритмов оптимизации и их практическое применение для проектирования архитектуры

транзакционных систем;

- разработка программы для моделирования процесса функционирования транзакционных систем, построенных на основе технологии Cloud Computing, и оптимизации размещения фрагментов РБД по узлам облачной сети.

Методы исследования. В работе использованы методы теории принятия решений, имитационного моделирования, а также теории вероятностей и ГЛ.

Достоверность научных результатов и выводов подтверждается корректным применением элементов теории принятия решений, планирования экспериментов, сопоставлением полученных экспериментальных результатов решения задачи размещения с использованием ГА и метода ветвей и границ, а также положительной оценкой внедрения результатов в разрабатываемые OLTP-системы.

Объектом исследования являются современные архитектурные решения OLTP-систем, принципы их построения, алгоритмы функционирования и размещения информационных ресурсов в облачной среде, концепция облачных вычислений и многоуровневых информационных систем.

Предметом исследования являются принципы размещения данных, хранящихся в РБД и циркулирующих в облачной сети, описывающие их математические модели, а также специфика процессов обслуживания абонентов в современных реализациях биллинговых OLTP-систем.

Научная новизна. В диссертации получены следующие новые научные и практические результаты:

в области математического моделирования:

- разработаны модели транзакционных систем, создаваемых в облачной среде, в виде распределенных систем массового обслуживания (СМО), отличающиеся от известных моделей тем, что учитывают эластичность облачной структуры, особенности информационного обмена OLTP-систем, реализованных на базе технологии Cloud Computing, архитектуру облака и виртуализацию его ресурсов, и позволяющие производить имитационное моделирование с целью получения интегральных показателей эффективности работы таких систем;

- сформулированы математические модели для оптимизации структуры РБД по критериям минимума среднего объема трафика, минимума стоимости трафика, максимума суммарной ценности реплик фрагментов базы данных (БД), учитывающие ограничения на объем памяти узлов, доступные затраты на аренду ресурсов облака, количество реплик фрагментов РБД, которые отличаются учетом того, что в качестве узлов хранения данных используются компьютеры, входящие в состав облака произвольной топологии, и позволяют определить оптимальный вариант размещения данных по узлам распределенной вычислительной сети (ВС);

в области численных методов:

- разработан численный алгоритм поиска решения задачи размещения фрагментов БД по узлам распределенной ВС с помощью модификации ГА, отличающейся одновременным применением процедуры начального структурирования популяции, изменением генетических операторов отбора и скрещивания, использованием стратегии быстрого разбиения поисковых пространств на области высоких значений функции полезности, что позволяет решать высокоразмерные задачи размещения фрагментов БД в облачной инфраструктуре;

в области комплексов программ:

- предложена новая архитектура биллинговой OLTP-системы и структура ее ПО, учитывающие особенности ведения абонентского учета ресурсоснабжающего предприятия, отличающиеся от известных решений тем, что предполагают использование современной технологии Cloud Computing и позволяют проектировать гибкие, масштабируемые и высокопроизводительные БС;

- разработан комплекс программ для построения и исследования OLTP-систем в облаке, отличающийся возможностью конфигурирования структуры облака и позволяющий проводить многократные имитационные эксперименты для предложенных математических моделей, а также выполнять оптимизацию размещения фрагментов РБД по узлам облачной сети.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модели транзакционных систем, создаваемых в облачной среде, в виде распределенных СМО. Новизна заключается в учете эластичности облачной структуры, особенностей информационного обмена OLTP-систем, реализованных на базе технологии Cloud Computing, архитектуры облака и виртуализации его ресурсов.

2. Комплекс математических моделей для оптимизации размещения фрагментов БД по узлам распределенной ВС, построенной по принципам Cloud Computing. Новизна состоит в совершенствовании методов размещения данных в облаке, которые позволяют учитывать такие критерии оптимальности, как средний объем трафика, стоимость трафика, суммарная ценность реплик фрагментов.

3. Численный алгоритм поиска решения задачи размещения фрагментов БД по узлам распределенной ВС на основе применения ГА. Новизна заключается в модификации генетических операторов и их использовании для решения высокоразмерных задач размещения фрагментов БД в облачной инфраструктуре.

4. Результаты моделирования и экспериментального исследования эффективности предложенной модификации ГА. Новизна состоит в учете объема передаваемого трафика, его стоимости, ценности реплик фрагментов БД, объема памяти узлов, затрат на аренду ресурсов облака, а также в получении количественной оценки производительности облачной транзакци-онной системы.

5. Архитектура биллииговой OLTP-системы и структура ее ПО. Новизна заключается в изменении технологии хранения информационных массивов БС и переносе слоя доступа к данным в облако.

6. Комплекс программ для построения и исследования транзакционных информационных систем. Новизна состоит в реализации оригинальной методики оптимального размещения информационных ресурсов OLTP-систем, реализованных на базе облачной технологии.

Теоретическая ценность работы заключается в построении и исследовании математических моделей транзакционных систем, реализованных на основе технологии Cloud Computing, конструировании алгоритмов оптимизации и разработке численных методов с учетом ограничений OLTP-систем.

Практическая ценность работы заключается в реализации и использовании разработанных моделей и алгоритмов на этапах проектирования и эксплуатации современных OLTP-сис-тем в различных областях приложений, в том числе биллинг, электронный документооборот, управление технологическими процессами. Представленные алгоритмы позволяют оценить и улучшить с использованием оптимизации размещения фрагментов РБД производительность транзакционной системы и, как следствие, ее эффективность в целом.

Разработана программа моделирования и оптимизации размещения фрагментов БД в облачной среде, зарегистрированная в Реестре программ для ЭВМ (свидетельство № 2013619673).

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение в научно-производственной деятельности ООО НПП «ЛТТ» (г. Новочеркасск) при разработке, проектировании и оптимизации программного комплекса (ПК) «Биллинговая система», используемого для обслуживания абонентов г. Ростова-на-Дону в ОАО «ПО Водоканал». Благодаря применению облачных технологий при реализации БС удалось существенно (в 15 раз) повысить ее производительность по сравнению с аналогичной (по функциональному составу) информационной системой при одновременном увеличении объемов обрабатываемых данных (число обслуживаемых абонентов увеличилось с 20 ООО до 300 ООО). Увеличение производительности проявляется в уменьшении времени выполнения начисления одному абоненту, а также в сокращении времени доступа к отдельным объектам БД. Использование полученных результатов при проектировании архитектуры БС и структуры БД позволило уменьшить финансовые затраты на модификацию системы за счет сокращения временных и трудовых затрат. Задачи оптимизации размещения фрагментов РБД в облачной среде, разработанные математические модели и научные результаты работы также внедрены в учебный процесс ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова, что подтверждается документально.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее результаты обсуждались и были одобрены на: XI Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (г. Новочеркасск,

2011 г.); XI Международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства» (г. Новочеркасск, 2011 г.); IX-XII Международных научно-практических конференциях ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова «Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем» (г.Новочеркасск, 20112014 гг.); Всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов высших учебных заведений «Эврика-2011» (г. Новочеркасск, 2011 г.); Международном научно-исследовательском конкурсе «УМНИК-2012» (г. Новочеркасск, 2012 г.); Международной молодежной конференции «Академические фундаментальные исследования молодых ученых России и Германии в условиях глобального мира и новой культуры научных публикаций» (г. Новочеркасск,

2012 г.); X Международной научно-практической конференции «Перспективы развития информационных технологий» (г.Новосибирск, 2012г.); XII Международной научно-практической конференции «Информатика и информационные технологии в образовании, науке и производстве» (г. Волжский, 2013 г.); III Международной научно-практической конференции «Теория и практика актуальных исследований» (г.Краснодар, 2013г.); Международной научной конференции «Актуальные вопросы технических наук (II)» (г. Пермь, 2013 г.); Международной научно-технической конференции «Наука, Техника, Инновации 2014» (г. Брянск, 2014 г.); научных семинарах кафедры «Информационные и измерительные системы и технологии» ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова (г. Новочеркасск, 2011-2013 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, в том числе: 4 статьи в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК; 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ; 1 монография; 17 статей, опубликованных по результатам международных и всероссийских научно-практических конференций.

Структура диссертации. Диссертация содержит 210 страниц основного текста, 44 рисунка, 19 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 158 наименований и пяти приложений объемом 5 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и задачи работы. Представлены положения, выносимые на защиту, апробация работы и структура диссертации.

В первой главе «Анализ моделей и способов построения транзакционных информационных систем» рассмотрены функциональные возможности типовых OLTP-систем, их архитектуры и протекающие информационные процессы, выполнен обзор существующих математических моделей для построения транзакционных систем на базе различных архитектурных решений. Проанализированы описанные в литературе подходы к распределению БД в информационных системах и оптимизации производительности транзакционных систем, в основе которых лежат методики проектирования оптимальных структур РБД, а также различные способы повышения производительности (аппаратные, программные, архитектурные, административные, технологические).

На основе сравнительного анализа архитектур транзакционных систем показаны преимущества технологии Cloud Computing и обоснован выбор облачной архитектуры для построения крупных распределенных и высокопроизводительных OLTP-систем с поддержкой базовых функций анализа данных. В этом случае актуальной задачей является оптимальное распределение данных в облаке, что позволит значительно сократить расходы и повысить скорость работы системы. В настоящее время в большинстве случаев такие системы строятся без учета критериев эффективности и с большим запасом по масштабированию, поскольку технология проектирования и моделирования облачных систем еще недостаточно отработана. Исходя из этого, формулируется обобщенная постановка задачи распределения фрагментов БД в OLTP-

системах в ВС с произвольной топологией в облачной среде, где в качестве критерия оптимальности принят средний объем данных, пересылаемых по сети при выполнении запроса, а в качестве исходных данных задачи служит следующая информация: п - количество узлов сети с произвольной структурой (облако); т - количество независимых фрагментов РБД; V ■ -у-ый узел

сети, у = 1,и; ^ - /'-ый фрагмент РБД, / = 1 ,т ; V, - размер /-го фрагмента; Ь; - доступный для размещения фрагментов объем памяти узла (/,; 5 - число классов запросов (например, чтение, добавление, обновление, удаление записей БД); Л* - интенсивность запросов к-то класса {к = 1,л) из узла и) к фрагменту К; а,} - размер запроса к-го класса {к = 1,5) из узла (У к фрагменту р* - размер данных, получаемых при выполнении запроса к-го класса (к = Ъз), поступившего в узел и! к фрагменту Г,.

Во второй главе «Разработка математических моделей ОЬТР-систем, функционирующих в облачной среде» предлагается развитие математических моделей одноранговых информационных систем с файловой организацией хранения данных. Отличие новых моделей от уже известных заключается в том, что рассматриваются транзакционные системы, функционирующие в облаке (в моделях учтено наличие промежуточного слоя в виде серверов управления доставкой контента (СУД) и серверов метаданных (СМ), изменяющего порядок обработки запросов), а узлы хранения, входящие в состав облачной сети, содержат фрагменты реляционной БД. Представлен обобщенный порядок обработки запросов к РБД в сети, построенной по принципу облачной структуры (рис. 1).

Рис. 1. Сетевая структура

Предложена модель транзакционной системы, предполагающей размещение фрагментов РБД в ВС с произвольной топологией в облачной среде, позволяющая производить моделирование с целью получения интегральных показателей эффективности ее работы (времени реакции на запрос пользователя и времени реакции системы). Также рассматривается модификация данной математической модели, учитывающая, что для уменьшения временных затрат, связанных с обработкой данных в узлах сети и передачей информации по каналу связи, создаются копии (реплики) фрагментов БД, которые размещаются в различных узлах сети облачной структуры. Использование технологии репликации позволяет уменьшить нагрузку на канал связи и благодаря оптимальному размещению копий исключить существенные перегрузки отдельных узлов.

В предложенных моделях OLTP-система описывается в виде разомкнутой СМО, включающей узлы хранения (непосредственно серверы, хранящие фрагменты БД), СУД, СМ, коммутаторы (рис. 2). Поскольку реальная облачная информационная система может иметь сложную топологию (структуру связей между подсетями и узлами), а интенсивность формирования запросов разными пользователями в общем случае описывается различными законами распределения, то для построения обобщенной математической модели, позволяющей оценить основные характеристики системы, введены следующие упрощающие допущения: СМО без отказов, без приоритетов, с дисциплиной диспетчеризации FIFO, отсутствует сегментация сообщений, а столкновения в канале не учитываются, поскольку используемые для передачи данных протоколы сводят вероятность возникновения коллизий к минимуму; в систему поступает пуассонов-ский поток заявок, длительность интервала между которыми распределена по экспоненциальному закону с плотностью f(t) = Ae~", где Я - интенсивность потока. Поступившая заявка направляется на свободный прибор. Если прибор занят, то поступившая заявка направляется в очередь неограниченной длины. Введенные допущения значительно упрощают модель, однако несущественно изменяют принцип обработки данных в облаке и отвечают общему порядку обслуживания пользовательских запросов.

Такой подход к описанию ОЬТР-системы в виде СМО позволил разработать универсальные математические модели облачной транзакционной системы и применить их в различных областях приложений (биллииговые системы, системы электронного документооборота, системы управления технологическими процессами и др.). Данное утверждение справедливо, во-первых, потому что перечисленные информационные системы являются транзакционными. Во-вторых, интенсивность входного потока определяется количеством заявок, генерируемых за единицу времени, и в таком виде не зависит от конкретной предметной области. В-третьих, архитектура каждой из указанных информационных систем в общем случае является многоуровневой и допускает реализацию БД в распределенном виде с доступом посредством сети Интернет. Характеристики активного и пассивного сетевого оборудования, используемого для функционирования информационных систем рассматриваемых областей приложений, отвечают параметрам технических средств, учтенных при разработке математических моделей.

В представленных моделях в качестве показателей скорости работы принято среднее время реакции на запрос пользователя, а также время реакции системы в целом. Время реакции на запросы Л,-го пользователя определяется по формуле: ТА,= ТХ.у , где ЛУу, - вероятность формирования запросов Л,-м пользователем к (Л-му узлу; ТА^, - время выполнения запроса Лг-

го пользователя к и. -му узлу, 5 = 1,л, г = 1,п, я * г; п - количество пользователей (узлов). Среднее время реакции системы вычисляется следующим образом: ТА = /^А, где Л - интенснв-

ность формирования запросов Ал -го пользователя, 5 = \,п.

Вероятность формирования запросов А,-м пользователем к Vг -му узлу определяется по

формуле: = > где "' ~ количество фрагментов БД; Р1Л,, - вероятность фор-

м

мнрования запросов А,-м пользователем к -му фрагменту БД, у' = 1 ,т, з = х = \^п; х -элемент матрицы распределения фрагментов БД по узлам облака,

_ [ 1, если -й фрагмент размещен в 11г -м узле;

~ I п

[ 0, в противном случае. Для каждого узла выделены две группы потока заявок, определяющие возможные схемы выполнения запросов (сформированные пользователем данного узла или поступающие от пользователей других узлов). Интенсивность входного потока заявок вычисляется следующим обра" - И _

зом: для первой группы - Л,, = Я, ^ ¡\<>4„ ; для второй группы - А,, = ^Л.РЯ^ „ , 5 = 1,и.

Учитывая отличия в порядке обработки запросов в облаке, время ТАли выполнения запроса Лг-го пользователя к 17г -му узлу определяется следующим образом:

ТАш =(Токи+ +ток + ИХ,)+(ТО',ии + + ток2а„ + ) + + (ГОЫ, + 1УШ + ТОК + + +ТОК^ +ток?ю +

Нто2: +1У2г +ТОК+ТОК„ +1У;,:^+(ТО^+1^0+ТОК;Го„, +

+ ТОК-,, + Г + 1УК2у) + (ГО,. + )¥и), где 5 = 1,и, г = 1, и, 5 * г. В представленном выражении слагаемые имеют следующее значение:

- (ТОК,, + + ТОК+ »х,,) - время с момента формирования запроса Л, -м пользователем до момента окончания его записи в буферную память СУД;

~ + "и + + _ время с момента поступления запроса в буферную па-

мять СУД до момента окончания его записи в буферную память СМ;

~ + И'м/ + + - время с момента поступления запроса в буферную па-

мять СМ до момента окончания записи ответа от СМ в буферную память СУД;

~ + + + - время с момента поступления запроса в

буферную память СМ до момента окончания записи запроса в буферную память £У, -го узла подсети, который будет обрабатывать запрос;

- (т°2! + - время с момента поступления запроса буферную память и, -го узла до момента окончания записи результатов обработки запроса в буферную память СУД;

- (Т0"1,и + 1Г™1> + Т0К2и4 + 1У^ + Т0К21+1К',",, + ,УК1,) - время с момента поступления результатов обработки запроса в буферную память СУД до момента завершения записи окончательных результатов в буферную память иг -го узла, который сформировал исходный запрос;

~ + - время с момента поступления окончательных данных в буферную память и, -го узла до момента отображения результатов Аа -му пользователю.

Определение времени ТААвыполнения запроса А3 -го пользователя к и. -му узлу подразумевает нахождение, в частности, времени Н\"'1и формирования СУД окончательного набора данных из результатов обработки запроса узлами, которое вычисляется на основе соотношений:

средний объем полученной информации ^ = ^ Д, /1Ц ) • К,,

где ц - количество запросов; Я, - интенсивность формирования запросов из узла V,; Дй г вероятность формирования пользователем Аь запроса Q,; Ьд1 - объем считываемой информации при выполнении запроса к фрагменту ^ ; Уг - объем фрагмента , /,4 = 1,я, у = 1 ,т, 4 = 1 ,л;

♦ - среднее время чтения информации = КУ,/О+ ви + /, где 0 - скорость передачи данных по каналу связи; - постоянная задержка при передаче но каналу; УУЯ — скорость чтения информации в узле , 4 = 1, л;

- среднее количество процессорных операций, связанных с выполнением процедур биз-

ч

пес-логики РУа. = V/,,.,.2\Ьга^хг,, , где ЬгвР - количество процессорных операций, необходи-

Ы У—I

мых для выполнения запроса {), к фрагменту , 1 = 1,д, у = 1 ,т, 5 = 1,и;

- среднее время выполнения процессорных операций РУР, = РУ^/Ри, +аи, где РЦ,. - производительность процессора узла {/,, 4 = 1,л; а0 - постоянная задержка при обработке.

Тогда среднее время формирования СУД окончательного набора данных вычисляется как = Ж, + , где 4 — номер узла, соответствующего этому серверу, 4 = 1,«.

Предложена концепция фрагментации, которая объединяет подходы горизонтального и вертикального разбиения и состоит в следующем. Фрагменты могут включать в себя не только поколоночные или построчные данные, но и представлять из себя произвольную комбинацию ячеек таблиц. Кроме того, один фрагмент может содержать информацию, хранящуюся в разных таблицах. Причем описанный подход декомпозиции данных является универсальным и может быть сведен к частным случаям - горизонтальной или вертикальной схеме. На рис. 3 приведены примеры, поясняющие идею предложенной концепции фрагментации. м, М.

т - число независимых фрагментов РБД; Я* - /с-ый фрагмент РБД, к = \,т; р - число таблиц РБД; Мг-г-ая таблица РБД, г = 1,р ; пи — число строк таблицы М-; п2 - число столбцов таблицы М:; - - ячейка таблицы в позиции (строка /';

столбец у), / = \,т„, / = 1, л. .

Рис. 3. Пример схемы фрагментации

Чем меньше средний объем пересылаемых данных по каналам сети за единицу времени, тем выше скорость обработки запросов. Он будет минимален, если на каждом узле будет находиться полный набор фрагментов РБД. Но для больших БД это практически недостижимо, так как объемы памяти узлов ограничены. Поэтому возникает задача оптимального размещения фрагментов БД по узлам облака и определения количества их копий (реплик), чтобы суммарная ценность реплик фрагментов была максимальной, а суммарная стоимость аренды аппаратных ресурсов не превышала заданные пределы, и выполнялись ограничения, связанные с объемом доступной памяти каждого узла.

Исходя из этого, предложены следующие математические модели для оптимизации размещения данных:

1. Модель для оптимизации размещения фрагментов РБД в узлах сети облачной структуры по критерию минимума среднего объема трафика, передаваемого по линиям связи за еди-

/V

Ж щ

т т.

м.

Ш

ж -

ж ш

М,

ницу времени при выполнении запроса.

2. Модель для оптимизации размещения фрагментов РБД в узлах сети облачной структуры по критерию минимума стоимости трафика, порожденного функционированием системы в течение единицы времени.

3. Модель для оптимизации размещения фрагментов РБД в узлах сети облачной структуры по критерию максимума суммарной ценностй реплик фрагментов.

В отличие от существующих подходов, в представленных математических моделях выполняется размещение фрагментов реляционной БД в облаке, добавлены ограничения, связанные с распределением данных по фрагментам, а также дополнительно введен коэффициент репликации фрагментов RC. Данный параметр определяет количество копий каждого фрагмента, распределенных по узлам сети. При этом возможны два варианта применения данного коэффициента:

1. Коэффициент репликации фрагментов RC определяет точное количество копий каждого фрагмента (строгое условие), т.е. - RC, i = \,m.

м

2. Коэффициент репликации фрагментов RC определяет максимальное количество копий

каждого фрагмента (нестрогое условие), т.е. < RC, / = 1 ,т.

i-1

Задача оптимального распределения фрагментов РБД в узлах сети облачной структуры по критерию минимума среднего объема трафика, передаваемого по лилиям связи за единицу времени при выполнении запроса, состоит в том, чтобы определить значения переменных Ху, где

_ Г 1, если фрагмент F¡ находится в узле Uí; " I 0, в противном случае.

которые удовлетворяют ограничениям: 1 < ^х = RC (для строгого условия) или 1 <¿.r < RC

н М

(для нестрогого условия), Х'Л. <ь, " Дают минимум линейной функции VA= „, „ ,-+ Piib~xiX гДе ' = 7 = 1,», к = 1,.v. Представленная мате-

í.l /.I »=1

матическая модель является задачей целочисленного линейного программирования с булевыми переменными. Анализ чувствительности модели показал, что па значение целевой функции практически не оказывает влияния объем запроса а*, оно в основном определяется интенсивностью запросов Л*. н объемом запрашиваемых данных /?'.

При постановке задачи оптимизации размещения фрагментов РБД в узлах сети облачной структуры по критерию минимума общей стоимости трафика, порожденного функционированием вычислительной системы в течение единицы времени, дополнительно вводится матрица R = ¡';,I, где г„ - стоимость передачи единицы информации из узла U, в узел V¡, /' = Г«, j = U? (;•„ =0). Задача состоит в том, чтобы определить значения переменных x,¡, которые удовлетворяют ограничениям для строгого или нестрогого условия, <bi и дают минимум линей-

( i

ной функции C = +Д?)-ОК- где x¡¡ = {0;l}, i = ]J,, y = U, к = / = JJ,.

i-I j. i *=i I.I

Представленная математическая модель также является задачей целочисленного линейного программирования с булевыми переменными. Анализ чувствительности модели показал, что на значение целевой функции практически не оказывает влияния объем запроса а* и стоимость г,

передачи единицы информации, оно в основном определяется интенсивностью запросов Л* и объемом запрашиваемых данных .

При постановке задачи оптимизации размещения фрагментов РБД в узлах сети облачной структуры по критерию максимума суммарной ценности реплик фрагментов вводится стоимость г хранения единицы информации в у-том узле сети, /- 1,«, О — доступные затраты на аренду ресурсов облака. Задача состоит в том, чтобы определить значения переменных х,п которые удовлетворяют ограничениям на количество реплик фрагментов для строгого или нестрогого условия, Кх„ - ' - & 11 дают максимум линейной функции 1.1 (-1 >.1

III ^ п Р. I V

КС = 3£1КС1хи , где л-„. = {0;1}, А'С = \\'рир—— + \\\тр—— + »'„-„ --коэффициент ценности фраг-

1=1 /-1 Рж Ашх

мента /■*, / = 1,ш, у = 1,л. Подбор весовых коэффициентов п' н\тр, и^.,, может осуществляться на основе экспертных оценок. - популярность фрагмента р., то есть количество обращений к фрагменту за определенный период времени. Степень важности фрагмента /, предлагается выражать в виде функции / = 1 - е-''""' , / = 1, л/, где /",,„„, - вероятность потери /' -го фрагмента, задаваемая в качестве исходных данных. V, — размер фрагмента . Представленная математическая модель также является задачей целочисленного линейного программирования с булевыми переменными.

В третьей главе «Разработка алгоритмов оптимизации структуры распределенных баз данных и исследование предложенных моделей и алгоритмов» для решения задачи оптимизации структуры РБД, размещенной в облаке, разработана модификация ГА и произведена экспериментальная оценка эффективности предложенных оптимизационных моделей и алгоритмов.

В связи с очевидным увеличением количества переборных вариантов решения при увеличении числа объектов задача размещения фрагментов РБД относится к трудноразрешимым задачам и в качестве основного метода поиска решения предлагается использование модифицированного ГА. Модификация ГА заключается в следующем. Одновременно применена процедура начального структурирования популяции, используется модель Л'-точечпого оператора скрещивания (выбирается число точек пересечения) и универсальный стохастический выбор. Использована стратегия быстрого разбиения поисковых пространств на области высоких значений функции полезности. Введен адаптивный фильтр, отсекающий решения с низким значением функции полезности, причем нижняя граница фильтра адаптивна в смысле зависимости от решений на каждой итерации.

Первоначальное структурирование популяции заключается в том, что при инициализации первого поколения по узлам облака гарантированно распределяются все фрагменты БД (необходимое условие поставленной задачи) с учетом коэффициента репликации. Данное распределение может не удовлетворять всем ограничениям задачи (на объем досту пной памяти узлов, суммарную стоимость аренды ресурсов), но в ходе выполнения ГА популяция в целом будет становиться качественнее. Под качеством алгоритма в данном случае понимается уменьшение значения целевой функции на каждом шаге при удовлетворении ограничений задачи.

Использование модели Л'-точечпого оператора скрещивания в предложенном алгоритме вызвано тем, что в задачах большой размерности длина хромосомы достаточно велика, и для более эффективного (с точки зрения скорости) их решения с помощью ГА недостаточно одной пли двух точек пересечения хромосом. Поэтому количество N этих точек определяется на основе стохастического выбора для каждого поколения в зависимости от соотношения среднего значения целевой функции среди всех особей популяции и значения функции ее лучшей особи. Универсальность описанного стохастического выбора проявляется в том, что он не зависит от размера популяции и типа особей.

Использование А'-точсчного оператора скрещивания позволяет получать в последующих поколениях ГА особи с наилучшим значением целевой функции и приводит к сокращению времени решения задачи. Общая оценка времени поиска оптимального решения производилась последовательным запуском ГА и метода ветвей и границ при различных параметрах распределенной системы. Результаты экспериментов, усредненные по нескольким запускам, отображены на рис. 4, где в качестве критерия выбрано время решения задачи размещения фрагментов данных с использованием ГА и метода ветвей и границ. Как видно из графика, при увеличении числа фрагментов до т = 400 (количество узлов п = 15) время поиска оптимального решения по критерию минимума среднего объема трафика при помощи ГА в 14 раз меньше по сравнению с методом ветвей и границ. На рис. 5 приведены графики зависимости значения целевой функции от количества фрагментов РБД для ГА и метода ветвей и границ. Анализ показывает, что при решении задачи с использованием модифицированного ГА отклонение значения целевой функции от оптимального находится в пределах 3-7 %.

Рис. 4. Время решения задачи размещения Рис. 5. Значение целевой функции

По результатам проведенных экспериментов на тестовых примерах можно утверждать, что разработанный ГА позволяет найти допустимое или оптимальное с точки зрения ограничений задачи решение за существенно меньшее время (на порядок по величине), чем метод ветвей и границ. Из рис. 4 видно, что при увеличении размерности задачи время ее решения с использованием ГА растет медленнее по сравнению с методом ветвей и границ.

В реальных облачных транзакционных системах количество узлов, предназначенных для хранения и обработки данных, может достигать сотен и тысяч, а время на реконфигурацию структуры облака не должно превышать 2-5 мин (в соответствии с соглашением об уровне обслуживания SLA). Поэтому в условиях динамического масштабирования ресурсов критичным является время решения задачи размещения фрагментов РБД по узлам облака, поскольку эта характеристика должна отвечать требованиям SLA. Следовательно, в данных условиях достаточно за короткое время найти решение задачи размещения, близкое к оптимальному. Таким образом, время решения задачи размещения фрагментов РБД по узлам облака с использованием предложенного ГА является приемлемым и позволяет производить оптимизацию размещения данных как на начальных этапах работы БС, так и на этапе реконфигурации ее структуры.

В диссертации рассматривается зависимость скорости сходимости ГА от входных параметров (число узлов, число фрагментов, объемы фрагментов, объемы памяти узлов, интенсивности запросов к фрагментам, объемы запросов к фрагментам, объемы запрашиваемых данных при выполнении запроса), а также от параметров самого алгоритма (размер популяции, вероят-

ность скрещивания, типы генетических операторов скрещивания и отбора), показана зависимость времени решения задачи от размерности исходных данных при использовании ГА и метода ветвей и границ. Результаты экспериментов показали, что использование репликации с коэффициентом RC = 2 снижает средний объем пересылаемой информации и общую стоимость графика в моделируемой системе на 22 % по сравнению с подобной системой, не использующей дублирование фрагментов, что говорит о целесообразности использования механизма репликации в облачной транзакционной системе.

В четвертой главе «Программная реализация разработанных моделей и их практическое применение для проектирования архитектуры транзакцнонных систем» рассматривается программная реализация инструментария для построения и исследования транзакцнонных информационных систем различных областей приложений на базе облачной среды. Описаны функциональные возможности, структура ПО и технология использования программы моделирования и оптимизации размещения фрагментов БД в облачной среде для анализа производительности OLTP-сиетем. Продемонстрировано применение предложенных математических моделей и алгоритмов для транзакционных систем нескольких областей приложений (биллинг, электронный документооборот, управление технологическими процессами).

Рассмотрена структура ПК биллинговых OLTP-систем, разрабатываемых в ООО НПП «ЛТТ», их функциональные возможности, состав подсистем и взаимодействие между собой на примере ПК «Абонентский отдел. Физические лица». Анализ выявленных недостатков существовавшей системы позволил устранить их при проектировании структуры новой БС (ПК «Биллинговая система»). На основе применения результатов исследования облачной среды разработана новая архитектура транзакционной БС, отличающаяся от уже известных решений тем, что построена на модели собственного частного облака.

Представлена модифицированная структура ПО облачной БС, позволяющая разработчикам оптимальным образом проектировать подобные БС, и предложен ряд архитектурных и технологических решений по проектированию транзакционных информационных систем на базе частного облака. Предложена логическая информационная модель ПК «Биллинговая система» (рис. 6) как перспективной разработки, объединяющей в себе преимущества современной технологии Cloud Computing и учитывающей особенности функционирования OLTP-систем.

Удаленные пользователи системы

Центральный офис

Интернет

Квитирующие серверы

Облако

Сервис кассовых

_центров_

Сервис платежных

пунктов_

Сервис абонентов

Кассовые центры приема

Другие сервисы

Устройства хранения данных

WebHJepeepbi *

серверы приложении

Интернет

Удаленные офисы

Интернет

Интернет

HTTP

Терминалы приема

Компьютеры и мобильные устройства с Офис 1 Офис N доступом е Интернет

Рис. 6. Модифицированная логическая информационная модель ПК «Биллинговая система»

Приведены результаты использования облачных технологий в БС, которые свидетельствуют о том, что OLTP-система. построенная на базе облачных технологий с применением результатов диссертационной работы, обеспечивает высокую производительность (50 операторов нз разных точек города могут обслуживать 300 ООО абонентов и выше) и соответствует современным технологическим тенденциям на рынке транзакционных систем (обеспечивается масштабируемость и эластичность на всех уровнях архитектуры, поддерживается распределенная обработка больших объемов данных, предусмотрена возможность использования ПК на мобильных устройствах и др.). Применение облачных технологий при реализации БС позволило существенно (в 15 раз) повысить производительность по сравнению с аналогичной (по функциональному составу) информационной системой при одновременном увеличении объемов обрабатываемых данных (число обслуживаемых абонентов увеличилось с 20 ООО до 300 000).

В инфраструктуру электронного правительства входит национальная платформа распределенной обработки данных, которая реализована на основе технологии облачных вычислений и предоставляет услуги как частным организациям, так и физическим лицам. Ввиду потенциально большого количества пользователей и объема информации, хранящейся в таком облаке, для оценки и повышения производительности этого комплекса информационных систем необходимо иметь возможность моделирования, а также проведения оптимизации, например, путем оптимального распределения данных. Аналогичные потребности возникают в области распределенных систем управления, которые входят в состав верхнего уровня автоматизированных систем управления технологическим процессом и поддерживают децентрализованное хранение и транзакционную обработку данных. В работе показано решение этих задач и получены результаты, свидетельствующие о том, что оптимальное размещение данных системы электронного документооборота на примере электронного правительства повышает производительность информационной системы на 9 % и при этом на 11 % сокращается объем трафика. Оптимальное размещение данных автоматизированной системы управления технологическим процессом повышает производительность системы на 7 %, стоимость трафика в облаке уменьшается на 9 %.

В заключении излагаются основные результаты диссертационной работы.

В приложениях приведены акты о внедрении результатов диссертационной работы, свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Предложены математические модели транзакционных систем, создаваемых в облачной среде, в виде распределенных СМО, позволяющие выполнять имитационное моделирование с целью получения интегральных показателей эффективности их работы и отличающиеся от известных моделей тем, что учитывают эластичность облачной структуры, особенности информационного обмена OLTP-систем. реализованных на базе технологии Cloud Computing, а также архитектуру облака и виртуализацию его ресурсов.

2. Предложены математические модели для оптимизации структуры РБД по критериям минимума среднего объема трафика, минимума стоимости трафика, максимума суммарной ценности реплик фрагментов БД, учитывающие ограничения на объем памяти узлов, доступные затраты на аренду ресурсов облака, количество ренлик, а также то, что в качестве узлов хранения данных используются компьютеры, входящие в состав облака произвольной топологии, и позволяющие сократить на 9-11 % совокупный объем информационных массивов в распределенной системе. Предложенные математические модели могут быть использованы для оптимизации структуры РБД OLTP-систем различных областей приложений.

3. Разработан эффективный численный алгоритм поиска решения задачи размещения фрагментов БД по узлам распределенной ВС с помощью модификации ГА, отличающейся одновременным применением процедуры начального структурирования популяции, использованием модели //-точечного оператора скрещивания, универсального стохастического выбора и стратегии быстрого разбиения поисковых пространств на области высоких значений функции полезности, введением адаптивного фильтра, отсекающего решения с низким значением. Алго-

ритм отличается высокой эффективностью (отклонение значения целевой функции от оптимального при его применении находится в пределах 3-7 %, а время решения задачи уменьшается в 14-24 раза по сравнению с методом ветвей и границ). Это позволяет производить оптимизацию как на начальных этапах работы информационной системы, так и на этапе реконфигурации ее структуры.

4. На основе представленных моделей разработан комплекс проблемно-ориентированных программ моделирования и оптимизации размещения фрагментов БД в облачной среде, позволяющий конфигурировать структуру облака и проводить многократные имитационные эксперименты с целыо получения и последующего анализа основных характеристик производительности транзакционной системы, в том числе загрузки каждого узла, среднего времени обработки запроса узлом, количества обращений к узлу, коэффициента вариации времени задержки, а также выполнять оптимизацию размещения фрагментов РБД по узлам облачной сети. Предложенные планы распределения данных позволяют повысить производительность информационной системы на 9 %, сократить объем трафика на 11 %, уменьшить стоимость его передачи в облаке на 9 %.

5. Разработана архитектура программного комплекса, соответствующая модели частного облака, и структура ПО биллинговой OLTP-системы, учитывающие особенности ведения абонентского учета ресурсоснабжающего предприятия, отличающиеся от известных решений тем, что предполагают использование современной технологии Cloud Computing и позволяют проектировать гибкие, масштабируемые и высокопроизводительные БС.

6. Результаты диссертационной работы внедрены в ООО НПП «ЛТТ» (г. Новочеркасск) в виде фрагмента программного комплекса «Биллннговая система», который используется для обслуживания абонентов г. Ростова-на-Дону в ОАО «ПО Водоканал», и могут быть применены для разработки OLTP-систем различных областей приложений. Благодаря использованию облачных технологий при реализации БС удалось существенно (в 15 раз) повысить ее производительность по сравнению с аналогичной (по функциональному составу) информационной системой при одновременном увеличении объемов обрабатываемых данных (число обслуживаемых абонентов увеличилось с 20 ООО до 300 ООО). Отдельные материалы диссертационной работы используются в учебном процессе ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова при подготовке бакалавров по направлению 230400.62 - «Информационные системы и технологии», а также магистров по направлению 230400.68 — «Информационные системы и технологии» и 230700.68 - «Прикладная информатика». Основные положения и результаты диссертации были апробированы на 17 конференциях различного уровня, опубликованы в 23 основных печатных работах, в том числе в 4 статьях в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, издана 1 монография, что подтверждает результативность выполненных исследований.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в ведущих изданиях, рекомендованных ВАК

1. Воробьев, С.П. Исследование модели транзакционной системы с репликацией фрагментов базы данных, построенной по принципам облачной среды [Электронный ресурс] / С.П. Воробьев, В.В. Горобец // Инженерный вестник Дона: электрон, жури. - 2012. -№4. -Режим доступа: http://www.ivdon.rU/magazine/archive/n4tly2012/l 149, свободный. - Загл. с экрана.

2. Горобец, В.В. Модель архитектуры информационных систем для развертывания в рамках облачной среды / В.В. Горобец // Вестник Тверского государственного университета. Сер. Прикладная математика - 2012. - № 31. - С. 115-128.

3. Горобец, В.В. Модель архитектуры транзакционных систем с репликацией фрагментов базы данных для развертывания в рамках облачной среды / В.В. Горобец // Изв. вузов. Северо-Кавк. регион. Техн. науки. - 2013. -№ 2. - С. 9-13.

4. Горобец, В.В. Облачная модель транзакционной системы / В.В. Горобец // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2013. -№ 4. - С. 19-24.

Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ

5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013619673. Программа моделирования и оптимизации размещения фрагментов базы данных в облачной среде / В.В. Горобец. - Дата поступления 20.08.2013. Дата регистрации 11.10.2013.

Монография

6. Горобец, В.В. Современная биллипговая OLTP-система на базе технологии Cloud Computing / В.В. Горобец. - LAP LAMBERT Academic Publishing: AV Akademikerverlag GmbH &Co. KG, 2013.-171 c.

Публикации в сборниках научных статен, трудов и материалов конференций

7. Горобец, В.В. Анализ подходов к проектированию транзакционных систем / В.В. Горобец // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: материалы XI Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 28 фев. 2011 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (ППИ), 2011. - С. 46-51.

8. Горобец, В.В. Альтернативные варианты построения архитектуры транзакционных систем / В.В. Горобец // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: материалы XI Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 28 фев. 2011 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2011. - С. 52-57.

9. Воробьев, С.П. Обзор математических моделей для построения транзакционных систем на базе различных архитекту рных решений / С.П. Воробьев, В.В. Горобец // Моделирование. Теория, методы и средства: материалы XI Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 31 марта 2011 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2011. - С. 146-153.

10. Горобец, В.В. Модель оптимального размещения фрагментов РБД в узлах сети с произвольной топологией в рамках облачной структуры / В.В. Горобец //Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем: материалы IX Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, июнь 2011 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2011. - С. 21-30.

11. Горобец, В.В. Модель надежности функционирования транзакционной системы, построенной на базе облачной архитектуры / В.В. Горобец // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем : материалы X Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 5 июня 2012 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. - С. 35-49.

12. Горобец, В.В. Оптимизация размещения фрагментов базы данных по узлам сети с облачной архитектурой по критерию минимума стоимости хранения / В.В. Горобец //Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем: материалы X Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 5 июня 2012 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. - С. 22-28.

13. Горобец, В.В. Оптимизация размещения фрагментов РБД в узлах сети с произвольной топологией в рамках облачной структуры по критерию минимума стоимости трафика / В.В. Горобец // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем : материалы X Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 5 июня 2012 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. - С. 28-35.

14. Gorobets, V.V. The model of on-line transaction processing system in the cloud environment / V.V. Gorobets // Академические фундаментальные исследования молодых ученых России и Германии в условиях глобального мира и новой культуры научных публикаций: материалы Междунар. молодеж. конф.. г. Новочеркасск. 4-5 октября 2012 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЛИК, 2012. - С. 157-159.

15. Воробьев, С.П. Программный комплекс моделирования размещения образовательных ресурсов в облачной системе / С.П. Воробьев, В.В. Горобец // Перспективы развития информационных технологий : сб. материалов X Междунар. науч.-практ. конф., г. Новосибирск, 28 дек. 2012 г. - Новосибирск: 11ГТУ, 2012. - С. 106-111.

16. Воробьев, С.П. Система автоматизированного проектирования для размещения образовательных ресурсов в облачной среде / С.П. Воробьев, В.В. Горобсц // Информатика и информационные технологии в образовании, науке и производстве: сб. ст. и тез. XII иауч.-иракт. конф., г. Волжский, 27-28 янв. 2013 г. / ВолгГТУ. - М.: НобельПресс, 2013. - С. 20-22.

17. Воробьев, С.П. САЕ-система оптимизации размещения фрагментов распределенной базы данных в облачной среде / С.П. Воробьев, В.В. Горобец // Теория и практика актуальных исследований: материалы 111 Междунар. науч.-практ. конф., 30 янв. 2013 г. / НИЦ «Априори». -Краснодар: НИЦ «Априори», 2013. - С. 242-245.

18. Воробьев, С.П. Использование имитационного моделирования для анализа производительности биллинговых систем / С.П. Воробьев, В.В. Горобец // Актуальные вопросы технических наук (II): материалы Междунар. заоч. науч. конф., г. Пермь, февр. 2013 г. - Пермь: Меркурий, 2013.-С. 1-5.

19. Горобец, В.В. Программный комплекс для построения и исследования транзакцион-ных информационных систем на базе облачной среды / В.В. Горобец // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем : материалы XI Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 28 мая 2013 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2013. - С. 19-24.

20. Горобец, В.В. Структура типовой биллинговой ОГТР-снстемы водоснабжающего предприятия / В.В. Горобец // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем : материалы XI Междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск, 28 мая 2013г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2013.-С. 25-36.

21. Воробьев, С.П. Исследование эффективности генетического алгоритма размещения фрагментов базы данных / С.П. Воробьев, В.В. Горобец // Наука, Техника, Инновации 2014: сб. статей Междунар. науч.-техн. конф., г. Брянск, 25-27 мар. 2014 г. — Брянск: НДМ, 2014. - С. 202-204.

22. Воробьев, С.П. Построение системы электронного документооборота в облачной инфраструктуре / С.П. Воробьев, В.В. Горобец // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем : материалы XII Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 30 мая 2014 г. / Юж.-Рос. гос. политехи, ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. -Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2014. - С. 9-13.

23. Воробьев, С.П. Сопряжение верхнего уровня АСУ ТП с ОГТР-системой на базе облачной инфраструктуры / С.П. Воробьев, В.В. Горобсц // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем : материалы XII Междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск, 30 мая 2014 г. / Юж.-Рос. гос. политехи, ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2014. - С. 13-17.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах: в [1] - разработка архитектуры системы, теоретических основ алгоритмов, вычислительные эксперименты; [9] - анализ применимости математических моделей для различных архитектурных решений; [15] - разработка программного обеспечения; [16] — концепция размещения образовательных ресурсов в облачной среде; [17] - структура программного обеспечения САЕ-системы; [18] - разработка программного обеспечения, вычислительные эксперименты; [21] - вычислительные эксперименты; [22, 23] - разработка архитектуры транзакционной системы.

Горобец Виталии Владимирович

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗМЕЩЕНИЯ ДАННЫХ ТРАНЗАКЦИОННЫХ СИСТЕМ

Автореферат

Подписано в печать 07.05.2015 Формат 60*84 1/16 . Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 46-0640

Отпечатано в ИД «Политехник» 346428, Новочеркасск, ул. Первомайская, 166 ¡¿р-прК^таП.ги