автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Метод и имитационная модель прогнозирования характеристик региональных информационно-коммуникационных систем

ДАТЬЕВ Игорь Олегович

На правах рукописи

МЕТОД И ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГИОНАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

- 1 ДЕК 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

005004359

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН (г. Апатиты), лаборатория «Региональных информационных систем»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Путилов Владимир Александрович доктор технических наук, профессор Дорофеюк Александр Александрович кандидат технических наук Белоусов Василий Владимирович Федеральное государственное образовательное учреждение профессионального образования «Петрозаводский государственный университет» (ПетрГУ)

бюджетное

высшего

Защита диссертации состоится 19 декабря 2011 г. в 11 часов, аудитория 1506 на заседании диссертационного совета Д 002.086.02 при Учреждении Российской академии наук Институте системного анализа

птчч1 |"г"гг<\nl.nnailllir ym ЯП nnwomr» 1 i 'л t о ttnrt/«ftovt лл-ТТОТПО

1 ubunfiviwii cuvu/j.vmirlj'l rlaj'iv iiw (i^ipc v. ikjü., muvjuiu, npviliivm

Октября, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института системного анализа Российской академии наук (Москва, проспект 60-летия Октября, 9).

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 117117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 9, диссертационный совет Д 002.086.02.

Автореферат разослан «/?-» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А ' {—

доктор технических наук, профессор 7 '■//

А.И. Пропой

Общая характеристика работы

Актуальность работы связана с возрастанием требований к качеству прогнозирования и обоснования решений в области развития региональных информационно-коммуникационных систем.

Под информационно-коммуникационной системой (ИКС) в работе понимается система взаимодействия поставщиков информационно-коммуникационных услуг, пользователей, информационных ресурсов. К особенностям региональных ИКС относится зависимость от социальной и экономической структуры пользовательской среды региона.

Моделирование нагрузки на различные элементы информационно-коммуникационной системы служит основным средством при разработке рекомендаций по техническим мероприятиям, направленным на улучшение функционирования этой системы. Знания об изменениях нагрузки, генерируемой пользователями, необходимы для эффективного развития информационно-коммуникационных услуг. В этом контексте особенно важным является получение перспективных оценок, способствующих формированию наилучших стратегий развития компаний, предоставляющих информационно-коммуникационные услуги. Кроме того, в современных условиях такие оценки необходимы и для эффективного решения задач прогнозирования и выработки стратегий информационно-коммуникационного развития регионов в целом, анализа существующего состояния информационно-коммуникационных услуг, разработки и внедрения новых услуг и информационно-коммуникационных технологий.

Меры, направленные на развитие информационно-коммуникационной системы, могут носить как оперативный характер (быстрая модификация для решения существующих проблем), так и стратегический (некоторые превентивные меры для сведения к минимуму затрат на модификацию системы б будущем). При принятии решении по выбору и обоснованию технических мероприятий, носящих стратегический характер, необходимо прогнозировать поведение различных показателей, влияющих на принятие решений и зависящих от этих решений.

В случае, когда накоплено достаточное количество статистических данных за некоторый промежуток времени, для прогнозирования могут использоваться методы математической статистики. Главной проблемой при этом является необходимость оперирования большими объемами статистических данных за длительный период времени (рекомендуемый в методиках экономического анализа период - не менее 10 лет). Зачастую в регионах таких объемов статистических данных не существует.

Однако даже наличие необходимого объема статистических данных не является решением проблемы прогнозировании нагрузки на компоненты систем. Это связано с периодическим обновлением технологий передачи и обработки данных, существенно влияющих на производительность систем и на статистические характеристики информационно-коммуникационного трафика. Таким образом, с внедрением новых технологий накопленные статистические данные становятся неактуальными для прогнозирования нагрузки на ИКС. Как

правило, длительность периодов до очередной смены технологий передачи данных в информационно-коммуникационных системах не превышает 5-7 лет.

Поэтому представляется целесообразным использовать другие виды моделирования с целью среднесрочного (5-7 лет) прогнозирования развития региональных информационно-коммуникационных систем.

Нагрузка на информационно-коммуникационные системы зависит от показателей пользовательской среды. Основным показателем пользовательской среды в системах моделирования на сегодняшний день является количество пользователей. Однако каждый пользователь генерирует некоторую нагрузку на систему в зависимости от различных факторов. Одним из этих факторов является социально-экономическое положение пользователя: разный уровень дохода, различные цели использования системы и, соответственно, различные информационные ресурсы порождают различный сетевой трафик. Поэтому для решения задач прогнозирования нагрузки необходимо также прогнозировать число пользователей систем различных социально-экономических групп, то есть прогнозировать значения параметров социально-экономической среды региона в целом. Проблемы проектирования информационно-вычислительных систем с учетом влияния социально-экономических параметров, рассматривались в работах Братухина П.И., Жимерина Д.Г., Максименко В.И., Квасницкого В.Н., Лисицына В.Г., Балыбердина В.А. Базисом представленных в диссертации исследований также являются работы следующих отечественных и зарубежных авторов: Вишневский В.М., Лексин В. А., Воронцов К. В, F. D. Smith, F. H. Campos, В. Mah, J. Cao, W. S. Cleveland, S. Floyd, V. Paxson, K. Lan, J. Heidemann, P. Barford and M. Crovella.

Одним из эффективных методов изучения сложных динамических систем в настоящее время, успешно развивающимся во многих странах, является предложенный в 1960-х годах Джеем Форрестером специализированный метод имитационного моделирования - метод системной динамики. Системная динамика не требует построения математической модели исследуемого объекта в традиционной форме, а дает исследователю инструментарий для моделирования в виде реализованных на компьютере аналитических описаний системных элементов и связей между ними.

Таким образом, в условиях ограниченной доступности достоверных статистических данных о региональных информационно-коммуникационных системах, необходимости учета разнородных факторов, а также высоких требований к оперативности получения результатов, наиболее приемлемым способом прогнозирования параметров нагрузки на подобные системы представляется построение системно-динамической модели региональной информационно-коммуникационной системы, основанной на легкодоступных (в смысле времени получения и стоимости) данных.

Приведенная выше аргументация обосновывает следующую формулировку цели выполненных в диссертационной работе исследований и разработок.

Цель работы повышение эффективности информационного обеспечения прогнозирования развития региональных информационно-коммуникационных систем.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Разработка технологии автоматизированной постановки задач прогнозирования характеристик региональных ИКС с учетом влияния социально-экономических параметров.

2. Разработка технологии синтеза системно-динамических моделей региональных информационно-коммуникационных систем на основе непараметризовашшх модельных фрагментов (шаблонов).

3. Разработка шаблонов системно-динамических моделей компонентов региональных информационно-коммуникационных систем.

4. Разработка инструментальной среды постановки задач и реализации имитационного моделирования, обеспечивающей комплексное исследование динамики развития региональных информационно-коммуникационных систем с учетом социально-экономических параметров.

Используемые методы. Для решения поставленных в работе задач используются элементы системного анализа, теории вероятностей, математической статистики и теории множеств, метод системной динамики.

Научная новизна работы заключается в том, что для повышения эффективности информационного обеспечения прогнозирования развития региональных информационно-коммуникационных систем разработан метод комплексного исследования динамики развития региональных информационно-коммуникационных систем с учетом параметров социально-экономической среды. Метод обеспечивает среднесрочное (5-7 лет) прогнозирование нагрузки на компоненты региональных ИКС. Отличительными особенностями разработанного метода являются: учет информационных потребностей пользователей различных групп; возможность учета динамики параметров социально-экономической среды и технических параметров информационно-коммуникационных систем; автоматизированное формирование проблемно-ориентированных имитационных моделей. Основные аспекты научной новизны метода следующие:

1. Разработана технология автоматизированной постановки задач прогнозирования характеристик региональных информационно-коммуникационных систем с учетом социально-экономических параметров. Технология основана на использовании предложенного декларативного представления компонентов региональных ИКС в виде теоретико-множественных отношений. Алгоритмы, реализующие технологию обеспечивают интерактивное формирование формализованного описания задач и анализ его целостности.

2. Создана технология синтеза системно-динамических моделей региональных информационно-коммуникационных систем. Технология обеспечивает снижение трудоемкости формирования проблемно-ориентированных имитационных моделей за счет повторного использования типовых модельных компонентов и автоматизации процесса синтеза модели на основе декларативных описаний задач

предметной области.

3. Разработаны модельные шаблоны компонентов ИКС, представляющие собой ^параметризованные фрагменты системно-динамических моделей, определяющие структуру внутренних причинно-следственных взаимосвязей социально-экономических и технических компонентов. Шаблоны служат основой синтезируемых проблемно-ориентированных имитационных моделей региональных информационно-коммуникационных систем.

Положения, выносимые на защиту:

1. Технология автоматизированной постановки задач прогнозирования характеристик региональных ИКС с учетом влияния социально-экономических параметров.

2. Технология синтеза системно-динамических моделей региональных информационно-коммуникационных систем.

3. Шаблоны системно-динамических моделей компонентов региональных информационно-коммуникационных систем.

Практическая значимость

Предложенный метод комплексного исследования динамики развития региональных информационно-коммуникационных систем является основой для создания инструментальных сред имитационного моделирования, обеспечивающих эффективное применение современных средств математического моделирования и вычислительного эксперимента для решения прикладных проблем прогнозирования и планирования развития региональных информационно-коммуникационных систем.

Учет в процессе моделирования влияния социально-экономических факторов обеспечивает повышение эффективности решения задач планирования развития региональных ннформацнонно-коммунйкациоккых систем за счет возможности реализации перспективных программно-технических решений в наибольшей мере адекватных ожидаемому состоянию социально-экономической среды, в которой функционирует региональная информационно-коммуникационная система.

На базе результатов диссертации построены имитационные модели региональных информационно-коммуникационных систем с целью оценки и анализа перспективных стратегий их развития.

В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований, проводимых по планам научно-исследовательских работ Института информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН в период с 2005 по 2010 годы.

Актуальность и научная новизна работы подтверждены включением результатов работы в перечень важнейших результатов Российской Академии Наук за 2005 год в области естественных, технических, гуманитарных и общественных наук.

Реализация и внедрение результатов

Исследования проводились в Институте информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН в рамках госбюджетной темы 2320 «Информационные технологии региональных макросистем», № государственной регистрации: 01.20.05.0661,2005-2007гг.

Материалы диссертации использованы при выполнении работ по следующим проектам:

• грант РФФИ № 05-07-90050, тема «Инструментальная система формирования распределенной вычислительной среды междисциплинарных исследований»;

• программа фундаментальных исследований Отделения информационных технологий и вычислительных систем РАН, проект №2.6 «Разработка теоретических основ проектирования региональных информационных сетей», 2005-2007г.;

• научная школа НШ-8249.2006.9 «Разработка и развитие информационных технологий поддержки управления региональным развитием», 2006-2007гг.

• программа фундаментальных исследований ОНИТ РАН, Проект №2.4 «Модели и методы управления развитием информационно-коммуникационной инфраструктуры проблемно-ориентированных региональных информационных систем», 2009-2010 гг.

Полученные в диссертации результаты использованы при планировании развития информационно-коммуникационных систем Кольского НЦ РАН и Интернет-провайдера компании «Релант». Кроме того, полученные результаты внедрены в учебный процесс в рамках дисциплины «Сетевые технологии». Соответствующие документы прилагаются.

Публикации и апробация работы

Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях:

1. 1-я международная конференция «Системный анализ и информационные технологии» (САИТ-2005). Переславль-Залесский, 2005г.

2. XVI-й международный симпозиум DAAAM «Intelligent manufacturing&automation: focus on young researches and scientists», 2005, Опатия, Хорватия.

3. VI-я Всероссийская школа-семинар «Прикладные проблемы управления макросистемами». Апатиты, 2006г.

4. П-я Всероссийская конференция «Проблемы информатизации регионального управления», Нальчик, 2006г.

5. П-я Всероссийская научная конференция «Теория и практика системной динамики». Апатиты, 2007г.

6. 1-я Всероссийская научно-практическая интернет-конференция «Информационные системы и технологии в социально-экономических и правовых процессах», Ставрополь, 2007г.

7. VII-я Всероссийская школа-семинар с международным участием «Прикладные проблемы управления макросистемами», Апатиты, 2008г.

8. Ш-я Всероссийская молодежная конференция по проблемам управления

(ВМКПУ' 2008), Москва, 2008г.

9. У-я Всероссийская школа-семинар молодых ученых «Управление большими системами», Липецк, 2008г.

Ю.Ш-я Всероссийская научная конференция «Теория и практика системной динамики». Апатиты, 2009г.

11.УШ-я Всероссийская школа-семинар с международным участием «Прикладные проблемы управления макросистемами», Апатиты, 2010г.

Доклады по работе заслушивались на научных семинарах Института информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского НЦ РАН, Института системного анализа РАН. По теме опубликовано 19 печатных работ, в том числе 6 - из списка, рекомендованного ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (116 наименований), имеет общий объем 192 машинописных страницы, содержит 32 рисунка и 11 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и методы исследования. Приводится краткое изложение содержания и основных результатов работы, а также положений, выносимых на защиту.

Первая глава посвящена обзору существующих методов и средств построения моделей трафика информационно-коммуникационных систем. На сегодняшний день, основное внимание исследователей сосредоточено на моделировании параметров преобладающего типа трафика - веб-трафика. Наибольшее развитие получили два направления моделирования параметров трафика, определяемые перспективной целью моделирования, то есть областью использования моделей. Это модели веб-трафика, используемые для веб-майнинга, и модели, ориентированные на использование в симуляторах информационно-коммуникационных систем для генерирования синтетического сетевого трафика. В первом случае основной акцент делается на моделирование поведения пользователя, а параметры трафика, лежащие в основе моделей — это типовые цепочки навигации, абсолютные и относительные временные характеристики использования веб-сайтов и отдельных страниц. По сути дела, в данном случае моделируется не столько трафик как таковой, сколько поведение пользователя информационно-коммуникационной системы, а разрабатываемые модели ориентированы, в первую очередь, на использование владельцами вебсайтов.

Второе направление, в противовес первому, во главу угла ставит именно трафик и определяющие его характеристики. Область применения таких моделей - тестирование компонентов информационно-коммуникационных систем на специальных испытательных стендах, имитирующих работу реальной системы, а также эксперименты с реальными компьютерными

системами в различных режимах работы, моделируемых с помощью имитации источников трафика. Моделей такого типа в настоящее время существует множество, среди них можно выделить следующие основные группы.

1. Модели систем массового обслуживания. Трафик представляется как случайный (стохастический) - Марковский или самоподобный - процесс поступления в систему массового обслуживания заявок на обслуживание. В моделях такого типа внимание ограничивается уровнем сетевых пакетов и не учитываются поведенческие модели источников трафика.

2. Модели уровня TCP-соединения. В отличие от предыдущих, базируются на имитации источников сетевых пакетов и позволяют учитывать активный характер протокола - реакцию на перегрузки в системе и управление потоком. От моделей уровня приложения отличаются набором параметров трафика, составляющих модель. В данном случае это статистические характеристики TCP-сессий. Преимущество по сравнению с моделями уровня прикладных протоколов - возможность моделирования трафика, представляющего собой смесь данных от нескольких прикладных протоколов.

3. Модели уровня приложения. Имеют целью моделирование трафика прикладных протоколов, прежде всего - HTTP. Моделируемые параметры -размеры НТТТ-запросов и откликов, временные задержки, связанные с ментальной деятельностью пользователя или с обработкой запроса сервером.

Как правило, шаг дискретизации по времени моделей этих трех типов варьируется от миллисекунд до секунд. Однако для получения усредненных показателей нагрузки на систему моделировать трафик с точностью до миллисекунд не требуется. Известными работами в области проектирования информационно-вычислительных систем и, в частности, расчета нагрузки на системы являются работы П.И. Братухина, В.И.Максименко, M.JI. Селезнева. В данных работах описывается вычислительная модель расчета суммарного объема нагрузки за промежуток времени от суток до года. Основным постулатом является предположение о том, что количественные характеристики информационных процессов, ассоциированных с некоторой социально-экономической системой, зависят от внутренней структуры и значений параметров этой системы. При этом величина оценки объемов информационных процессов в региональной социально-экономической системе в целом определяется как сумма аналогичных оценок ее компонентов. Каждая из последних, в свою очередь, зависит от типа компонента и его объемной характеристики: для каждого типа компонента определяется коэффициент его удельной информацио-емкости и искомая оценка объема информационных процессов вычисляется как произведение коэффициента информациоемкости на значение объемной характеристики данного конкретного элемента системы.

В качестве компонентов, используемых в расчетной модели, можно использовать территориальные (районы, области) и функциональные (отрасли экономики) элементы социально-экономической системы различного уровня детализации. При делении по функциональному признаку, на самом общем уровне это могут быть отрасли экономики. В этом случае методика, разумеется, применима лишь для систем большого масштаба и способна дать лишь весьма

общие оценки, однако для крупных элементов, как правило, проще оценить их удельную информациоемкость.

Для расчета информационных потребностей элементов социально-экономической системы используется два метода: распределительный и прямой.

Распределительный метод может быть использован, когда известно значение информационной потребности пользователей для крупного региона и требуется распределить это значение между его подрегионами.

Прямой метод расчета позволяет обойтись без оценки суммарной информационной потребности - вместо этого в качестве базового показателя, на основе которого рассчитываются информационные потребности функциональных и территориальных элементов социально-экономической системы, используется усредненная базовая информационная потребность одного пользователя. Информационная потребность региона вычисляется как сумма информационных потребностей пользователей, ассоциированных с различными отраслями экономики, а информационная потребность региона более высокого уровня (области) - как сумма соответствующих потребностей его подрегионов (районов и городов).

В диссертационной работе при расчете характеристик нагрузки используются процедуры, подобные прямому методу расчета информационной потребности, по причине отсутствия сведений о суммарной информационной потребности.

В существующих системах моделирования нагрузки информационно-коммуникационных систем не учитываются предпочтения пользователями различных информационных ресурсов, зависящие от социально-экономического аспекта (принадлежность пользователя к некоторой возрастной, социальной, экономической группе), влияющие на генерируемый пользователем трафик.

Кроме того, в рассмотренных работах не учитывается динамика социально-экономических показателей пользовательской среды, однако в некоторой среднесрочной перспективе, пользовательская среда может претерпеть изменения (перераспределения в экономических отраслях, социальных группах, миграционные процессы), что повлияет на объемы трафика, генерируемого популяциями пользователей.

Во второй главе представлена технология автоматизированной постановки задач прогнозирования характеристик региональных информационно-коммуникационных систем с учетом влияния социально-экономических параметров на основе разработанного декларативного представления компонентов этих систем. Приводятся алгоритмы (составляющие технологию) формирования целостного описания частных задач и примеры постановок задач прогнозирования характеристик региональных информационно-коммуникационных систем в терминах декларативного представления, алгоритмы оценки текущего состояния компонентов региональной ИКС. Декларативное представление компонентов региональных ИКС имеет следующий вид: РИКС=< и, ОБ, БСЗ, 1Л, РЫ, К, ЯС, С, Айг >, где I] - множество пользователей; РМ - множество поставщиков информационных услуг; Я -

множество информационных ресурсов; ОБ - множество демографических секторов пользователей; Бв - множество социально-экономических групп пользователей; 1Л - множество пользовательских типов; ЯС - множество классов информационных ресурсов; С - множество отношений, среди которых Т - отношение «трафик» - Г с {/х ЛУх ЛС = {(",, рп] ,гск) | и,- е и, рпе PN, гск е ЛС}, обозначив ={и1,рп],гск) получаем Т = }; Айг- множество атрибутов. На более низком уровне представления происходит атрибутирование элементов этих множеств некоторыми группами характеристик и возможно объединение элементов множеств по определенным признакам этих групп. Множество атрибутов: At.tr = <иА1, РЫА^ СА1, тише, 8сп>, где иЛ1 - атрибуты пользователей,

1Ш = <05Аг, БОА!, иТАР>, где П5А1 - множество атрибутов демографических секторов; 8вА1 - множество атрибутов социально-экономических групп, 1ТШ - множество атрибутов пользовательских типов;

РИА1 -атрибуты поставщиков информационных услуг;

атрибуты информационных ресурсов = <ЯСАС>, где КСА1 - атрибуты классов информационных ресурсов (каждый ресурс может быть представлен как класс, количество объектов которого равно 1);

СА1 - атрибуты отношений;

тйте - временной промежуток моделирования, тНте=(тЛе£, т!егкЗ, трет), где тЛец - начальное модельное время, пиепс1 - конечное модельное время, трег - интервал вычисления характеристик трафика.

Декларативное представление включает средства для задания сценариев изменения структуры и параметров информационно-коммуникационной системы с помощью множества сценарных изменений. Каждое сценарное изменение представляет собой кортеж, содержащий: идентификатор объекта модели, параметры которого будут изменяться; идентификатор модифицируемого параметра: момент модельного времени, в который активизируется функция модификации; собственно функция - модификатор, задающая правила изменения данного параметра. Предложенный механизм задания сценариев позволяет учесть при моделировании явления, которые влияют на функционирование информационно-коммуникационных систем, но не могут быть априорно заданы при определении начальных параметров для моделирования.

Рассматривать и моделировать каждого пользователя в отдельности является трудоемким, ресурсозатратным процессом. Поэтому в работе выделяются пользовательские типы, определяющие характеристики пользователей относительно используемых ими классов ресурсов. Кроме того, существует возможность выделять целевые группы пользователей - группы, которые представляют интерес (для заказчика) с точки зрения потребления трафика, т.е. производить разбиение множества пользователей, например, на демографические сектора, социально-экономические группы и т.д. Пусть ОБ -целевое разбиение пользователей (разбиение множества и), Ой = №а}, где

а = 1,Ыао, Лдд - количество блоков разбиения, %<1а = {""}> *0,

gdaГ\gdp=0, р = а*Р, множество и на котором произведено целевое

разбиение для удобства представления обозначим Ц00, тогда иао .

а

При использовании целевого разбиения пользователей, отношение «трафик» __ .......Тсо = и^,- Л рп„гс>) _

оонллдщ ^л^Д} Л1 иирооига. , хД^ — ■./>•* - ' , -- «

блок разбиения множества и, Рп] - провайдер т.е. рассматривается отношение между блоком целевого разбиения пользователей, провайдером и классом ресурса. При этом, с точки зрения потребления трафика, целевые группы представляются как совокупность пользователей различных типов, поэтому'необходимо задать соотношения, определяющие состав данных групп относительно пользовательских типов. В результате, отдельный пользователь не выделяется, но подразумевается, учитывается.

Таким образом, созданное декларативное представление определяет компоненты региональных информационно-коммуникационных систем, связи между компонентами и атрибуты. Постановка задачи осуществляется с помощью разработанных алгоритмов. В процессе постановки осуществляется контроль целостности: задание всех необходимых атрибутов, проверка количественных балансов. Алгоритмы постановки задач и оценки текущего состояния компонентов региональных ИКС реализованы в программном модуле-конфигураторе, основным результатом работы которого является файл спецификации задачи, содержащий целостное описание задачи.

Третья глава посвящена разработке системно-динамических шаблонов типовых компонентов региональных информационно-коммуникационных систем.

Разработка системно-динамических шаблонов осуществлялась поэтапно: извлечение параметров декларативного представления региональных ИКС, связанных с объектом разработки, построение диаграмм причинно-следственных связей, построение СД-модели, инициализация, тестирование полученного фрагмента СД-модели.

Шаблон «Демографический сектор» позволяет создавать модели для получения прогнозного количества населения различных возрастных категорий. Основные характеристики шаблона: доли пользователей демографического сектора среди каждой социально-экономической группы или типа пользователей; смертность, количество людей, количество родившихся, нижняя и верхняя возрастные границы, количество иммигрирующих, количество эмигрирующих.

Модели социально-экономических групп пользователей, построенные на базе соответствующего системно-динамического шаблона, позволяют прогнозировать количество населения, принадлежащего каждой из этих групп. Разбиение населения на группы может производиться на основе различных социально-экономических аспектов, таких как занятость в экономической отрасли, принадлежность организации, принадлежность социальной группе. Перечень основных параметров шаблона социально-экономических групп пользователей: доли пользователей социально-экономической группы среди каждого типа пользователей или демографического сектора; численность; уровень доходов пользователей социально-экономической группы; уровень

12

привлекательности (популярности) социально-экономической группы; емкость группы (максимальная численность).

Модели поставщиков информационных услуг, построенные на основе разработанного системно-динамического шаблона, позволяют прогнозировать количество пользователей различных типов, демографических секторов, социально-экономических групп для каждого поставщика информационных услуг.

Основные характеристики шаблона системно-динамических моделей поставщиков информационных услуг: доли абонентов определенного тарифного плана различных социально-экономических групп, демографических секторов, типов пользователей; количество пользователей тарифного плана; средняя цена для абонента переданной единицы информации; скорость передачи данных; бесперебойность работы провайдера; абонентская плата за определенный промежуток времени.

Разработанные системно-динамические шаблоны социально-экономических групп и поставщиков информационных услуг предоставляют возможность строить модели, позволяющие прогнозировать количество пользователей информационно-коммуникационных систем с учетом динамики показателей социально-экономической среды региона и технико-экономических характеристик предоставляемых информационных услуг.

Разработанный шаблон моделей типов пользователей представляет собой набор характеристик, описывающих поведенческие особенности пользователя. К поведенческим характеристикам пользователя относятся: количество сеансов обращения к информационным ресурсам, количество запрошенных в течение сеанса страниц, процентное соотношение количества запрошенных информационных страниц различных классов ресурсов. Кроме того, в шаблоне модели типа пользователя присутствуют атрибуты, определяющие технические и экономические требования к предоставляемым информационно-коммуникационным услугам.

Класс информационного ресурса представляет собой агрегированную характеристику, являющуюся сочетанием количества и объема объектов ресурса и поставленным ей в соответствие названием, отражающим тематику и предназначение ресурса. С точки зрения моделирования трафика необходимо выделять такие классы ресурсов, которые порождают различный трафик. По отношению к контенту данных ресурсов, можно сказать, что они должны обладать некоторыми структурными (дизайнерскими) особенностями, например, соотношением текста и графики на страницах. Подобные особенности с технической точки зрения, выражаются в определенном количестве размещенных на страницах ресурсов объектов специфического размера. Основные характеристики шаблона классов информационных ресурсов: размер страницы ресурса, размер «тел» страниц; количество объектов на странице; размер объектов ресурса.

Модели типа пользователя и класса ресурса позволяют учитывать не только общее количество пользователей информационных систем, но и специфику информационных ресурсов, необходимых для решения задач типичных представителей различных социально-экономических групп пользователей.

Разработанные шаблоны используются при создании системно-динамических моделей для решения задач прогнозирования характеристик региональных информационно-коммуникационных систем.

В четвертой главе представлена технология синтеза системно-динамических моделей, основанная на шаблонах типовых компонентов региональных информационно-коммуникационных систем и целостном формализованном описании задач прогнозирования характеристик ИКС. Кроме того, рассматривается разработанная инструментальная среда постановки задач и реализации имитационного моделирования на базе предложенного метода комплексного исследования динамики развития региональных ИКС, и приводятся примеры построения системно-динамических моделей региональных информационно-коммуникационных систем.

При формирования имитационных моделей информационно-коммуникационных систем выделяются два основных этапа: 1) постановка задачи, 2) формирование имитационной модели необходимой структуры и ее параметризация.

Первый этап заключается в задании структуры моделируемой системы -состава типовых компонентов региональной ИКС - участников моделирования, задании цели моделирования, задании исходных значений параметров, сценариев развития событий. По сути, постановка задачи - процесс параметризации фрагмента декларативного представления и производится с помощью разработанной технологии автоматизированной постановки задач.

Формирование структуры имитационной модели производится на основе целостного описания задачи с помощью разработанных алгоритмов и сводится к созданию и размещению подмоделей, внутри которых в дальнейшем размещаются шаблоны, заданию необходимых информационных связей между ними, созданию интерфейсных переменных (отвечающих за обмен / информацией между подмоделями), инициализации модели. Для автоматизации второго этапа формирования имитационных моделей реализован программный модуль генерирования системно-динамических моделей на основе файла спецификации задачи.

В целом, предлагаемый метод комплексного исследования развития региональных информационно-коммуникационных систем положен в основу разработанной инструментальной среды системно-динамического моделирования региональных ИКС. Основные компоненты инструментальной среды: модуль конфигурирования, файл спецификации, генератор СД-модели, шаблоны, исполняемая имитационная модель, функциональное ядро системы имитационного моделирования Апу1о§ю.

В рамках применения инструментальной среды была создана системно-динамическая модель региональной информационно-коммуникационной системы Кольского научного центра РАН. Информация об объемах трафика, ассоциированного с основными подразделениями Кольского НЦ и соответствующими провайдерами, полученная в результате моделирования (временной диапазон, для которого было проведено моделирование - 2006 -2012гг.) согласуется с накопленными в коммуникационном центре КНЦ РАН

данными за период 2006-2009. Другим примером практического применения инструментальной среды является построение системно-динамической модели информационно-коммуникационной системы одного из провайдеров г. Апатиты. Результаты прогнозирования объемов трафика, ассоциированных с различными группами пользователей, соответствуют накопленным данным за период 2006-2009гг. Результаты моделирования использованы при формировании стратегии развития этих информационно-коммуникационных систем.

Заключение

В диссертационной работе сформулирована и решена научно-техническая проблема повышения эффективности информационного обеспечения прогнозирования развития региональных информационно-коммуникационных систем. Разработан метод комплексного исследования динамики развития региональных информационно-коммуникационных систем на базе имитационного моделирования с учетом широкого спектра факторов:

• динамика развития социально-экономической среды для прогнозирования численности групп пользователей,

• динамика экономических и технических характеристик предоставляемых провайдерами информационных услуг,

• контент информационных ресурсов, влияющий на трафик, генерируемый при использовании этих ресурсов,

• различная интенсивность влияния разных типов пользователей на формирование трафика информационно-коммуникационных систем.

В рамках решения данной проблемы получены следующие результаты:

1. Разработана технология автоматизированной постановки задач прогнозирования характеристик региональных информационно-коммуникационных систем с учетом социально-экономических параметров, основанная на использовании декларативного представления объектов информационного взаимодействия и включающая в себя алгоритмы формирования целостного описания частных задач прогнозирования характеристик региональных ИКС.

2. Созданы шаблоны системно-динамических моделей компонентов региональных информационно-коммуникационных систем.

3. Разработана технология синтеза системно-динамических моделей региональных информационно-коммуникационных систем на основе непараметризованных модельных фрагментов (шаблонов) и декларативного описания задачи.

4. Разработана инструментальная среда постановки задач и реализации имитационного моделирования, обеспечивающая комплексное исследование динамики развития региональных информационно-коммуникационных систем с учетом социально-экономических параметров.

5. С помощью инструментальной среды имитационного моделирования построены системно-динамические модели региональных

информационно-коммуникационных систем провайдера г. Апатиты Мурманской области и Кольского НЦ РАН. Результаты прогнозирования объемов трафика, ассоциированных с различными группами пользователей, соответствуют накопленным в этих системах данным за период 2006-2009гг. и использованы при формировании стратегий развития систем.

Публикации по теме диссертации

В рецензируемых журналах из списка ВАК:

1. Датьев, И.О. Метод прогнозирования показателей функционирования региональных информационно-коммуникационных систем / И.О. Датьев, В.А. Путилов, М.Г. Шишаев// 11ро1раммные продукты и системы. - 2009. -№3(87).-С. 16-19.

2. Датьев, И.О. Метод и технология системно-динамического моделирования нагрузки на региональные информационно-коммуникационные сети. / И.О. Датьев, В.А. Путилов, A.M. Федоров / Труды Института системного анализа Российской академии наук (ИСА РАН), Прикладные проблемы управления макросистемами: Т. 39. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2008. - С. 220-232.

3. Датьев И.О., Маслобоев A.B. Имитационное моделирование развития региональных информационно-коммуникационных систем / Инфокоммуникационные технологии. - 2010. - Том 8, №2. - С. 55-56.

4. Маслобоев A.B., Датьев И.О. Оценки параметров эффективности функционирования региональных информационных систем на базе моделирования рынка информационно-коммуникационных услуг / A.B. Маслобоев, И.О. Датьев // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки».- 2011.- №1(29) -С. 101-108.

5. Датьев И.О., Федоров А.М. Система имитационного моделирования информационно-коммуникационных сетей с учетом социально-экономических параметров. / Прикладные проблемы управления макросистемами / Под ред. Ю.С. Попкова, В.А. Путилова. - М.: КРАСАНД, 2010. - 264 с. (Труды Института системного анализа РАН; Т.59.)

6. Маслобоев A.B., Датьев И.О. Моделирование влияния структурных

-____________У. ___________________________________________к_____

х^апс^ирмацим peí mmo-mrum v_wuna-mnu-.Jíwnwuti nw nci

технико-экономические характеристики информационно-

коммуникационных систем / A.B. Маслобоев, И.О. Датьев // Вестник МГТУ: Труды Мурманского государственного технического университета.- 2011.- Т.14.- №1.- Мурманск: МГТУ, 2011.- С. 85-96.

В других изданиях:

7. Датьев, И.О. Анализ TCP-трафика в задаче мониторинга информационной активности пользователей корпоративной сети / И.О. Датьев II Труды Института системного анализа Российской академии наук (ИСА РАН), Прикладные проблемы управления макросистемами: Т. 28. - М.: КомКнига, 2006. - С. 225-233.

8. Шишаев, М.Г. Исследование зависимости параметров Интернет-трафика от характера контента веб-ресурса / М.Г. Шишаев, И.О. Датьев // Первая международная конференция «Системный анализ и информационные технологии» САЙТ - 2005 (12-16 сентября 2005 г., Переславль-Залесский, Россия): Труды конференции. Т. 1. - С. 149-152.

9. Shishaev, M.G Web resource type identification using transit TCP traffic

analysis / M.G Shishaev, 1.0. Datyev, A.V. Masloboev // Proceedings of the 16th International Daaam Symposium "Intelligent Manufacturing & Automation: Focus on Young Researchers and Scientists" 19-22 October 2005. DAAAM International Vienna, 2005. - P.85-86.

Ю.Датьев, И.О. Модели и методы анализа трафика информационных сетей. Технология Web mining / И.О. Датьев, М.Г. Шишаев //Сборник научных трудов ИИММ КНЦ РАН, выпуск 6, Апатиты, 2005. - С. 6-10.

11 .Датьев, И.О. Концепция методики идентификации характера веб-ресурсов по параметрам коммуникационного трафика / И.О. Датьев // Материалы И-ой всероссийской конференции «Проблемы информатизации регионального управления», Нальчик, 2006. - С. 70 - 73.

12.Шишаев, М.Г. Методика оценки уровня информационных потребностей региональных пользователей / М.Г. Шишаев, И.О. Датьев, A.C. Шемякин //Информационные ресурсы России,- 2006. - №6(94). - С. 29-32.

13.Датьев, И.О. Оценка потребности региональных пользователей в информационных ресурсах сети Интернет / И.О. Датьев, М.Г. Шишаев, A.C. Шемякин // Сборник научных трудов ИИММ КНЦ РАН, выпуск 7, Апатиты, 2006. - С. 25-27.

14.Датьев, И.О. Определение характера Интернет-ресурсов и типов пользователей по TCP-трафику / И.О. Датьев, A.M. Федоров // Информационные системы и технологии в социально-экономических и правовых процессах: Материалы всероссийской научно-практической интернет-конференции / Под ред. E.H. Шиянова, В.В. Неверовой, Ж.В. Игнатенко. Ставрополь: СКСИ, 2007. - С. 25-30.

15.Датьев, И.О. Применение метода системной динамики в задачах моделирования Интернет-трафика / И.О. Датьев, A.M. Федоров // И-ая Всероссийская научная конференция «Теория и практика системной динамики» (Апатиты, 3-6 апреля 2007 г.). Труды конференции. - Апатиты,

ТГТТТТ пл 11 оллт 1 га 1 CA

ШЩГШ!, ¿UUI.-U IJU— IJt.

16.Датьев, И.О. Классификации пользователей сети Интернет / И.О. Датьев // Сборник научных трудов ИИММ КНЦ РАН, выпуск 8, Апатиты. - 2007. -С. 172-176.

17. Датьев, И.О. Системы генерирования рабочей нагрузки на информационно-коммуникационные сети / И.О. Датьев // Сборник научных трудов ИИММ КНЦ РАН, выпуск 8, Апатиты. - 2007. - С. 177— 184.

18. Датьев, И.О. Моделирование нагрузки на информационно-коммуникационные сети / И.О. Датьев, A.M. Федоров // III Всероссийская молодежная конференция по проблемам управления (ВМКПУ'2008): Труды / Под ред. Д.А. Новикова, З.К. Авдеевой. - М.: ИПУ РАН, 2008. -С. 232-234.

19.Датьев, И.О. Проблемы моделирования нагрузки на региональные информационно-коммуникационные сети / И.О. Датьев, A.M. Федоров // V-ая Всероссийская школа-семинар молодых ученых «Управление большими системами»: Сборник трудов. - Т2. - Липецк, ЛГТУ, 2008. -С. 26-32.

Автореферат

Датьев Игорь Олегович

МЕТОД И ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГИОНАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Технический редактор: Каржавина С.И.

Подписано к печати 08.11.11

V Л i /1 ,.------------- гт........л.---. ~

VI/ от 1/ IV. иутша 1 Х1счаю уу^шал,

Уч.-изд.л. 1. Усл. Краско-отт. Заказ № КФ-20. Тираж 100 экз.

Издательство Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет» (ПетрГУ) г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33

Отпечатано подразделением оперативной полиграфии

Кольского филиала ПетрГУ

184200, г. Апатиты, ул. Космонавтов, 3

61 12-5/1635

Учреждения Российской академии наук Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра (ИИММ КНЦ) РАН

На правах рукописи

ДАТЬЕВ Игорь Олегович

МЕТОД И ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГИОНАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.18 -"Математическое моделирование, численные методы и комплексы

программ"

диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................4

1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ...............................................................14

1.1 Моделирование веб-трафика............................................................................................15

1.2 Модели систем массового обслуживания...................................................................17

1.2.1 Модели восстановления.................................................................................................19

1.2.2 Модели Маркова..............................................................................................................20

1.3 Модели уровня ТСР-соединения....................................................................................22

1.4 Модели уровня приложения............................................................................................24

1.5 Метод расчета нагрузки на основе коэффициентов удельной информативности .......................................................................................................................................................29

1.6 Анализ веб-трафика............................................................................................................33

1.7 Классификация пользователей сети Интернет...........................................................35

1.8 Анализ клиентских сред....................................................................................................39

1.9 Методы прогнозирования................................................................................................41

1.9.1 Метод среднесрочного прогнозирования (регрессионный анализ)............................41

1.9.2 Макросистемный подход...............................................................................................44

1.9.3 Метод системной динамики.........................................................................................49

1.10 Специализированные средства имитационного моделирования информационно-коммуникационных систем....................................................................59

1.11 Сравнительный анализ существующих методов и средств моделирования информационно-коммуникационных систем....................................................................62

1.12 Требования к разработке................................................................................................64

2. ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГИОНАЛЬНЫХ ИКС С УЧЕТОМ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ.................67

2.1 Декларативное представление компонентов региональных ИКС..........................67

2.2 Атрибуты декларативного представления компонентов региональных ИКС.......73

2.2.1 Атрибуты пользователей..............................................................................................73

2.2.2 Атрибуты поставщиков информационно-коммуникационных услуг........................78

2.2.3 Атрибуты классов информационных ресурсов...........................................................80

2.2.4 Атрибуты отношений...................................................................................................80

2.2.5 Механизм задания сценариев.........................................................................................81

2.3 Расчетные формулы характеристик трафика................................................................82

2.4 Видоизменения отношения «трафик» и расчетных формул.....................................83

2.5 Примеры постановок задач в терминах декларативного представления.............87

2.6 Алгоритмы постановки задач..........................................................................................90

2.6 Оценка текущего состояния компонентов ИКС.........................................................96

2.7 Файл спецификации задачи..............................................................................................99

2.8 Модуль конфигурирования задачи................................................................................101

2.9 Выводы................................................................................................................................102

3. ШАБЛОНЫ СИСТЕМНО-ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТИПОВЫХ КОМПОНЕНТОВ РЕГИОНАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ.............................................................104

3.1 Понятие шаблона..............................................................................................................104

3.2 Этапы разработки шаблона.............................................................................................105

3.3 Шаблон «Демографический сектор»............................................................................107

3.4 Шаблон «Социально-экономическая группа»...........................................................112

3.5 Шаблон «Тип пользователя»..........................................................................................116

3.6 Шаблон «Класс ресурсов»...............................................................................................118

3.7 Шаблон «Провайдер».......................................................................................................120

3.8 Блок расчета «Характеристики трафика»....................................................................127

3.9 Исследование информационных ресурсов различных классов............................129

3.9.1 Пользователи ИКС как потребители информационно-коммуникационных ресурсов .................................................................................................................................................129

3.9.2 Гипотеза о зависимости трафика, генерируемого в процессе использования информационного ресурса от класса ресурса.....................................................................131

3.9.3 Исходные данные..........................................................................................................131

3.9.4 Характеристики ресурсов различных классов...........................................................132

3.9.5 Размеры файлов различных форматов.......................................................................133

3.10 Выводы..............................................................................................................................135

4. ТЕХНОЛОГИЯ СИНТЕЗА СИСТЕМНО-ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РЕГИОНАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ.............................................................136

4.1 Региональные особенности, влияющие на информационно-коммуникационные системы.....................................................................................................................................136

4.2 Системно-динамическая модель региональных информационно-коммуникационных систем..................................................................................................137

4.2.1 Общая структура формируемой системно-динамической модели.........................138

4.2.2 Схема имитационной модели......................................................................................140

4.2.3 Формирование структуры начального и первого уровней имитационной модели 142

4.2.4 Создание переменных для обмена информацией между подмоделями различных уровней....................................................................................................................................145

4.2.5 Формирование связей между объектами имитационной модели...........................150

4.2.6 Инициализация имитационной модели.......................................................................156

4.2.7 Преобразование сценариев в элементы СД-модели..................................................159

4.3 Инструментальная среда имитационного моделирования региональных информационно-коммуникационных систем..................................................................162

4.4 Исследование сформированных имитационных моделей.....................................165

4.4.1 Региональная система компании-поставщика информационно-коммуникационных услуг.........................................................................................................................................165

4.4.2 Региональная информационно-коммуникационная система КНЦ РАН..................170

4.5 Варианты практического использования моделей региональных информационно-коммуникационных систем..................................................................172

4.6 Выводы................................................................................................................................176

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................177

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ...................................................................................179

Введение

Актуальность работы связана с возрастанием требований к качеству прогнозирования и обоснования решений в области развития региональных информационно-коммуникационных систем.

Под информационно-коммуникационной системой (ИКС) в работе понимается система взаимодействия поставщиков информационно-коммуникационных услуг, пользователей, информационных ресурсов. К особенностям региональных ИКС относится зависимость от социальной и экономической структуры пользовательской среды региона.

Моделирование нагрузки на различные элементы информационно-коммуникационной системы служит основным средством при разработке рекомендаций по техническим мероприятиям, направленным на улучшение функционирования этой системы. Знания об изменениях нагрузки, генерируемой пользователями, необходимы для эффективного развития информационно-коммуникационных услуг. В этом контексте особенно важным является получение перспективных оценок, способствующих формированию наилучших стратегий развития компаний, предоставляющих информационно-коммуникационные услуги. Кроме того, в современных условиях такие оценки необходимы и для эффективного решения задач прогнозирования и выработки стратегий информационно-коммуникационного развития регионов в целом, анализа существующего состояния информационно-коммуникационных услуг, разработки и внедрения новых услуг и информационно-коммуникационных технологий.

Меры, направленные на развитие информационно-коммуникационной системы, могут носить как оперативный характер (быстрая модификация для решения существующих проблем), так и стратегический (некоторые превентивные меры для сведения к минимуму затрат на модификацию системы в будущем). При принятии решений по выбору и обоснованию технических мероприятий, носящих стратегический характер, необходимо прогнозировать

поведение различных показателей, влияющих на принятие решений и зависящих от этих решений.

В случае, когда накоплено достаточное количество статистических данных за некоторый промежуток времени, для прогнозирования могут использоваться методы математической статистики. Главной проблемой при этом является необходимость оперирования большими объемами статистических данных за длительный период времени (рекомендуемый в методиках экономического анализа период - не менее 10 лет). Зачастую в регионах таких объемов статистических данных не существует.

Однако даже наличие необходимого объема статистических данных не является решением проблемы прогнозирования нагрузки на компоненты систем. Это связано с периодическим обновлением технологий передачи и обработки данных, существенно влияющих на производительность систем и на статистические характеристики информационно-коммуникационного трафика. Таким образом, с внедрением новых технологий накопленные статистические данные становятся неактуальными для прогнозирования нагрузки на ИКС. Как правило, длительность периодов до очередной смены технологий передачи данных в информационно-коммуникационных системах не превышает 5-7 лет.

Поэтому представляется целесообразным использовать другие виды моделирования с целью среднесрочного (5-7 лет) прогнозирования развития региональных информационно-коммуникационных систем.

Нагрузка на информационно-коммуникационные системы зависит от показателей пользовательской среды. Основным показателем пользовательской среды в системах моделирования на сегодняшний день является количество пользователей. Однако каждый пользователь генерирует некоторую нагрузку на систему в зависимости от различных факторов. Одним из этих факторов является социально-экономическое положение пользователя: разный уровень дохода, различные цели использования системы и, соответственно, различные информационные ресурсы порождают различный сетевой трафик. Поэтому для решения задач прогнозирования нагрузки необходимо также прогнозировать

число пользователей систем различных социально-экономических групп, то есть прогнозировать значения параметров социально-экономической среды региона в целом. Проблемы проектирования информационно-вычислительных систем с учетом влияния социально-экономических параметров, рассматривались в работах Братухина П.И., Жимерина Д.Г., Максименко В.И., Квасницкого В.Н., Лисицына В.Г., Балыбердина В.А. Базисом представленных в диссертации исследований также являются работы следующих отечественных и зарубежных авторов: Вишневский В.М., Лексин В. А., Воронцов К. В, F. D. Smith, F. H. Campos, В. Mah, J. Cao, W. S. Cleveland, S. Floyd, V. Paxson, K. Lan, J. Heidemann, P. Barford and M. Crovella.

Одним из эффективных методов изучения сложных динамических систем в настоящее время, успешно развивающимся во многих странах, является предложенный в 1960-х годах Джеем Форрестером специализированный метод имитационного моделирования - метод системной динамики. Системная динамика не требует построения математической модели исследуемого объекта в традиционной форме, а дает исследователю инструментарий для моделирования в виде реализованных на компьютере аналитических описаний системных элементов и связей между ними.

Таким образом, в условиях ограниченной доступности достоверных статистических данных о региональных информационно-коммуникационных системах, необходимости учета разнородных факторов, а также высоких требований к оперативности получения результатов, наиболее приемлемым способом прогнозирования параметров нагрузки на подобные системы представляется построение системно-динамической модели региональной информационно-коммуникационной системы, основанной на легкодоступных (в смысле времени получения и стоимости) данных.

Приведенная выше аргументация обосновывает следующую формулировку цели выполненных в диссертационной работе исследований и разработок.

Цель работы состоит в повышении эффективности информационного обеспечения прогнозирования развития региональных информационно-коммуникационных систем.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Разработка технологии автоматизированной постановки задач прогнозирования характеристик региональных ИКС с учетом влияния социально-экономических параметров.

2. Разработка технологии синтеза системно-динамических моделей региональных информационно-коммуникационных систем на основе модельных фрагментов (шаблонов).

3. Разработка шаблонов системно-динамических моделей компонентов региональных информационно-коммуникационных систем.

4. Разработка инструментальной среды постановки задач и реализации имитационного моделирования, обеспечивающей комплексное исследование динамики развития региональных информационно-коммуникационных систем с учетом социально-экономических параметров.

Используемые методы. Для решения поставленных в работе задач используются элементы системного анализа, теории вероятностей, математической статистики и теории множеств, метод системной динамики.

Научная новизна работы заключается в том, что для повышения эффективности информационного обеспечения прогнозирования развития региональных информационно-коммуникационных систем разработан метод комплексного исследования динамики развития региональных информационно-коммуникационных систем с учетом параметров социально-экономической среды. Метод обеспечивает среднесрочное (5-7 лет) прогнозирование нагрузки на компоненты региональных ИКС. Отличительными особенностями разработанного метода являются: учет информационных потребностей

пользователей различных групп; возможность учета динамики параметров социально-экономической среды и технических параметров информационно-коммуникационных систем; автоматизированное формирование проблемно-ориентированных имитационных моделей. Основные аспекты научной новизны метода следующие:

1. Разработана технология автоматизированной постановки задач прогнозирования характеристик региональных информационно-коммуникационных систем с учетом социально-экономических параметров. Технология основана на использовании предложенного декларативного представления компонентов региональных ИКС в виде теоретико-множественных отношений. Хлгоритмы, реализующие технологию обеспечивают интерактивное формирование формализованного описания задач и анализ его целостности.

2. Создана технология синтеза системно-динамических моделей региональных информационно-коммуникационных систем. Технология обеспечивает снижение трудоемкости формирования проблемно-ориентированных имитационных моделей за счет повторного использования типовых модельных компонентов и автоматизации процесса синтеза модели на основе декларативных описаний задач предметной области.

3. Разработаны модельные шаблоны компонентов ИКС, представляющие собой фрагменты системно-динамических моделей, определяющие структуру внутренних причинно-следственных взаимосвязей социально-экономических и технических компонентов. Шаблоны служат основой синтезируемых проблемно-ориентированных имитационных моделей региональных информационно-коммуникационных систем.

Положения, выносимые на защиту:

• Технология автоматизированной постановки задач прогнозирования характеристик региональных ИКС с учетом влияния социально-

экономических параметров.

• Технология синтеза системно-динамических моделей региональных информационно-коммуникационных систем.

• Шаблоны системно-динамических моделей компонентов региональных информационно-комму�