автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Модель зоны нагрузки и процедуры распределения потоков сетевой информационной системы на основе ее кибернетической мощности

На правах рукописи

ЛИТВИНОВ Кирилл Александрович

МОДЕЛЬ ЗОНЫ НАГРУЗКИ И ПРОЦЕДУРЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКОВ СЕТЕВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ЕЕ КИБЕРНЕТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ

Специальность 05.25.05 «Информационные системы и процессы (технические науки)»

11 НОЯ 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов 2015

005564304

005564304

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный университет имени Г. Р. Державина» (ФГБОУ ВПО «ТГУ им. Г. Р. Державина») на кафедре компьютерного и математического моделирования.

Научный руководитель Пасечников Иван Иванович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Абрамов Геннадий Владимирович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», кафедра математического и прикладного анализа, профессор

Гостин Алексей Михайлович,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет», Центр новых информационных технологий, директор

Ведущая организация Федеральное государственное казенное

военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» (г. Воронеж)

Защита диссертации состоится 24 декабря в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.05 ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов, Советская, д. 106, Большой актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «ТГТУ» www.tstu.ru.

Автореферат разослан 23 октября 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Селиванова Зоя Михайловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В условиях высоких темпов информатизации общества и роста рынка инфокоммуникационных услуг особое место среди задач оптимизации работы сетевых информационных систем (СИС) занимают те, которые направлены на повышение эффективности работы СИС. Они предусматривают разработку и применение как программного обеспечения, реализующего средства и способы сбора, передачи, хранения, обработки и представления информации, так и новых протоколов прикладной направленности, что позволяет повысить качество работы СИС. Принципы организации функционирования СИС на основе распределения информационных потоков являются важным инструментом, с помощью которого достигается желаемый результат для СИС в указанном смысле.

Информационная эффективность СИС оценивается вероятностно-временными характеристиками, в том числе: производительностью СИС, средней или в виде ограничения временной задержкой передаваемых пакетов (фиксированный набор данных в виде передаваемого объекта в СИС), информационными потерями. Наряду с указанными показателями, в ряде опубликованных работ используется обобщенный параметр «Кибернетическая мощность информационной сети», который позволяет одновременно учитывать передающие и накопительные возможности СИС при наличии ограничения на время доведения пакета данных. В результате применения модели идеальной СИС также введен показатель информационной эффективности - «КПД информационной сети в смысле передачи информации». В связи с особенностью использования этих величин, в условиях повышенной нагрузки СИС, в силу одновременного учета хранимого и передаваемого колтества информации, их использование при распределении информационных потоков является актуальной задачей.

Степень разработанности темы. Решение и практическая реализация задач распределения потоков в информационных сетях является важной составной частью их организационного построения. Особую значимость в развитии теории и практики этого направления внесли: Л. Клейнрок, Д. Бертсекас, Р. Галлагер, М. Шварц, Б. Я. Советов, С. А. Яковлев, Б. С. Цыбаков, В. Г. Лазарев, Г. П. Захаров, А. П. Кулешов, И. А. Мизин, В. А. Богатырев, А. Н. Шаров. Развитие теории анализа сложных систем на основе тензорной методологии Г. Крона получило в трудах А. Е. Петрова (он также показал методом моделирования инвариантность мощности системы), а ее применение для информационных систем, находящихся в стационарном состоянии, — в работах М. Н. Петрова, Ю. Ю. Громова, И. И. Пасечникова, А. М. Межуева и др. Особенностью тензорной методологии Г. Крона является возможность совмещения непрерывных процессов, протекающих в структуре, с дискретной структурой системы на основе ее формулы поведения. В качестве инварианта преобразования служит полная мощность. Введенный применительно к информационной системе параметр «Мощность» (И. И. Пасечников, Т. Я. Гораздовский), названный кибернетическим параметром — «Кибернетическая мощность информационной сети», имеет обобщенное свойство учета ко- и контравариантного характеров

количественной меры информации и определяет в информационном пространстве изменения состояний информационной сети. Рассматриваемый кибернетический параметр позволяет не только создавать новые подходы к анализу СИС, но и с использованием показателя «Коэффициент полезного действия в смысле передачи информации» оценивать информационную эффективность СИС, показывающую степень близости к идеальности в смысле передачи информации с учетом ее хранения в элементах системы.

В связи с указанным, практической задачей исследования является расчет оценки информационной эффективности СИС на основе применения кибернетической мощности СИС при вычислении КПД СИС в смысле передачи информации и использования в процедурах распределения информационных потоков. Научная задача работы состоит в разработке моделей описания и оценки информационных ресурсов СИС, процедур распределения информационных потоков СИС, находящейся в стационарном состоянии, с использованием параметра «Кибернетическая мощность информационной сети» в условиях высокой нагрузки на СИС.

Объект исследования: сетевые информационные системы (СИС).

Предмет исследования: модель зоны нагрузки СИС, процедуры распределения информационных потоков СИС.

Цель работы: повышение информационной эффективности СИС в условиях высокой информационной нагрузки с помощью разработанной модели зоны нагрузки и усовершенствованных процедур распределения информационных потоков.

Для достижения цели требуется решение следующих задач:

— провести анализ задачи распределения информационных потоков в СИС в целях определения особенностей ее решения, условий применения и оптимизации;

— разработать процедуру распределения информационных потоков в СИС на основе применения кибернетической мощности путевой цепи;

— разработать модель зоны нагрузки и процедуру распределения информационных потоков в СИС на основе применения кибернетической мощности зон нагрузки;

— разработать процедуру отклонения и перераспределения входных информационных потоков, использующую в расчетах ограничение на временную задержку пакетов;

— разработать процедурную модель СИС и на ее основе провести анализ информационной эффективности СИС при применении исследуемых процедур распределения информационных потоков, выработать рекомендации по их использованию.

Методы исследования. При решении задач исследования использовались методы статической теории систем, теории систем массового обслуживания, информации, графов и аналогий. Применен метод исследования информационных систем на основе имитационного моделирования с использованием языка программирования С++. Общей методологической основой исследования является системный подход.

Научная новизна:

1. Построена модель зоны нагрузки участка СИС, отличающаяся применением суммарной кибернетической мощности для оценки путевой цепи и определяемая топологической структурой СИС.

2. Разработана процедура распределения информационных потоков в сетевой информационной системе, отличающаяся применением метрики, основанной на использовании кибернетической мощности элементарных составляющих СИС.

3. Разработана процедура распределения информационных потоков в сетевой информационной системе, отличающаяся применением метрики на основе кибернетической мощности зон нагрузки.

4. Разработана процедура отклонения и перераспределения входных информационных потоков СИС, отличающаяся использованием процедур распределения потоков на основе применения значений кибернетической мощности участков СИС.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Применена метрика на основе параметра «Кибернетическая мощность информационной сети» при решении задач распределения информационных потоков в СИС.

2. Разработаны процедуры распределения информационных потоков на основе кибернетического параметра.

3. На основе моделирования получены количественные значения оценки качества функционирования СИС, подтверждающие повышение ее КПД в смысле передачи информации на 8% при применении процедур распределения информационных потоков на основе кибернетического параметра в условиях повышенной информационной нагрузки.

4. Практическая значимость заключается в использовании полученных программных реализаций, разработанных моделей и процедур для исследования информационной эффективности СИС.

Положения, выносимые на защиту.

1. Модель зоны нагрузки, определяемая для элементарного участка путевой цепи СИС.

2. Процедура распределения информационных потоков СИС на основе кибернетической мощности путевой цепи.

3. Процедура распределения информационных потоков СИС на основе кибернетической мощности зон нагрузки.

Внедрение результатов исследования. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры общей физики ФГБОУ ВПО «ТГУ им. Г. Р. Державина».

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов основана на корректном применении методов математического моделирования дискретных систем и математической статистики путем использования статистического усреднения полученных результатов и многократного машинного моделирования с последующим усреднением, а также на результа-

тах имитационных исследований, подтверждающих повышение информационной эффективности СИС вследствие применения разработанных моделей и процедур, совпадения характера изменений результатов при различных входных информационных нагрузках с результатами других авторов.

Материалы диссертации докладывались на XXI Международной научно-практической конференции «Радиолакация, навигация, связь» ЯЫМС 2015 14 -16 апреля 2015 г. (г. Воронеж), на конференции «Современное состояние и перспективы развития технических наук», секция Радиотехника и связь 2015 г. (г. Уфа).

Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа соответствует п. 1 «Методы и модели описания, оценки, оптимизации информационных процессов и информационных ресурсов, а также средства анализа и выявления закономерностей в информационных потоках. Когнитивные модели информационных систем, ориентированных на человекомашинное взаимодействие» паспорта специальности 05.25.05 «Информационные системы и процессы».

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 9 публикациях, в том числе в 6 статьях в научных журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 119 страницах машинописного текста, включает 35 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 111 наименований, 1 приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели работы и задачи исследования.

В первой главе рассмотрены методы оценки информационной эффективности СИС, в том числе с использованием параметра «Кибернетическая мощность информационной сети». Проведен анализ основных подходов к решению задачи распределения потоков в информационной системе, при этом рассмотрены алгоритмы на основе поиска кратчайших путей на графе (алгоритм Дейкстры, алгоритм Беллмана-Форда, алгоритм Флойдаг-Уоршелла), алгоритмы на основе потоковой модели (оптимальная маршрутизация Д. Бертсе-каса и Р. Галлагера, задача распределения потоков Л. Клейнрока) и тензорный подход к решению задач маршрутизации.

На основе проведенного анализа сделаны основные выводы:

- оценка и оптимизация потоковой ситуации осуществляется с использованием усредненных значений вероятностно-временных характеристик. Подходы распределения информационных потоков на основе определения кратчайших путей на графе являются достаточно эффективными, при этом могут использовать как одиночные, так и векторные величины, однако применительно к СИС они не используют обобщенный параметр ее информационной эффективности;

- повышение информационной эффективности СИС возможно при применении процедур распределения информационных потоков путем реали-4

зации алгоритмов нахождения кратчайших путей на графе и использованием в метрике обобщенной величины «Кибернетическая мощность информационной сети» с одновременным определением показателя КПД СИС в смысле передачи информации.

Во второй главе диссертации показаны возможности повышения информационной эффективности СИС за счет использования кибернетической мощности в процедурах распределения информационных потоков. В отличие от известных подходов, минимизирующих заданную стоимостную функцию, в работе используется подход трехэтапного решения: сначала определяется вектор кратчайших путей по заданному критерию; затем для потоковой ситуации формируется метрическое пространство с использованием параметра «Кибернетическая мощность информационной сети»; после чего информационные потоки перераспределяются по путям с минимальными значениями кибернетической мощности путевой цепи при условии выполнения требования к ограничению временной задержки пакетов.

Модель СИС представляется в виде соединенных в соответствии с топологией одноканальных систем (ОС), которые в коммутационных центрах могут быть объединены в соответствии с моделью упрощения (рис. 1). Значение кибернетической мощности ОС определяется выражением

РоС=ЩТ=Тл> (1)

где N — максимальное количество накапливаемых пакетов в ОС при ограничении на время нахождения пакета в ОС; О - производительность ОС; 7'д - допустимое время нахождения пакета в ОС.

Для СИС с заданной топологией значение кибернетической мощности Рш определяется аналогично, при этом величины /Унс, Скс и Тя характеризуют соответственно: максимальное количество пакетов в СИС при ограничении на время нахождении пакетов в ней, производительность СИС и время доведения пакетов, которое соответствует временному ограничению нахождения пакетов в СИС.

Общее накопле-

Рис. 1. Модель одноканальной системы СИС

Коэффициент полезного действия (КПД) СИС в смысле передачи информации при заданном ограничении Т:1 находится из отношения

'ид

где Рис — кибернетическая мощность СИС с заданной топологией; />Ид — кибернетическая мощность модели идеальной СИС.

Так как кибернетическая мощность СИС позволяет одновременно учитывать передающие и накопительные свойства СИС, то ее можно использовать для оценки нагруженности и эффективности работы каждого участка СИС.

Сформулируем задачу построения потоковой ситуации на основе использования кибернетической мощности СИС. Суммарная кибернетическая мощность Ру линии (/,у), модельно представляемая (/',/)-й ОС, равна сумме всех

кибернетических мощностей путевых цепей РХг, которые генерируют потоки, проходящие по линии (/,_/), при ограничении на время прохождения пакетов Т'... В результате метрическая величина М,. (Рп \т ), определяющая размер-

О Д//

ность «длины» ребра на графе (используемая для оценки линии связи (г, у) или (/,у)-й ОС), соответствующая звену пути, удовлетворяет равенству

\тяи)= Е (3)

по всем путям г содержащим (/,_/)

Задача распределения информационных потоков для нагруженной СИС: равномерное распределение потоковой нагрузки СИС при ограничении на Тл путем перераспределения потоков на путевые цепи с минимальным значением кибернетической мощности:

ттРХг\т=тт£ £ М(РХг\Тдк), (4)

¿=1 по всем путям г,

содержащим к-ю ОС

где / — число ОС, составляющих путь.

Таким образом, мощность путевой цепи определяется суммой значений кибернетических мощностей ОС, входящих в путевую цепь. При этом учитывается Гд в виде ограничения как для СИС, так и для ОС. Например, для пути из двух ОС вычисление кибернетической мощности путевой цепи имеет вид

^пути = X Р, I Тщ = , (5)

/епути Д д

т^тД1+тД2. (6)

Условие (6) показывает необходимость учета ограничения Тд в виде частных ограничений для ОС Тя . В связи с этим при расчете кибернетической мощности

путевой цепи (5) используются нормировочные коэффициенты Тд/Тд.

Поставленная задача решается выполнением следующих шагов:

1) построить начальное распределение потоковой ситуации 5 на основе решения задачи определения кратчайших путей — по одному пути для каждой пары отправитель-адресат (множество основных путей);

2) определить значения Му (1\} \ ) с учетом ограничения Тщ. и составить таблицу расстояния между соседними ОС в терминах новой метрики;

3) определить множество альтернативных путей 5', по одному пути для каждой пары отправитель-адресат, с минимальным значением кибернетической мощности путевой цепи в пространстве метрики (шаг 2);

4) переопределить множество основных путей 5 в терминах метрики (шаг 2);

5) для каждой пары отправитель-адресат выбрать путь с минимальным значением кибернетической мощности путевой цепи с учетом ограничения Гд > У Та из множеств 5 и 5".

/епути

Модель зоны нагрузки /-й ОС - Нзи(/) (рис. 2) определяется значением кибернетической мощности совокупности соседних ОС, направляющих информационные потоки в 1-ю ОС, и имеет вид

Н3„0) = (V,,/(/;.)), /(/>,)=£>,, (7)

АеК/

где У1 - множество ОС, направляющих потоки в г'-ю ОС; /{Ру.) - функция

оценки нагрузки (определяется кибернетической мощностью зоны нагрузки). Значение кибернетической мощности зоны нагрузки г'-й ОС определяется:

к к

Рщ =/№',) = !>,, =1> ос„Оос 1 > (8)

м 7=1 'я

где к — количество соседних ОС. Длина пути зависит от цепи последовательно соединенных ОС, каждая из которых характеризуется зоной нагрузки (7) со значением кибернетической мощности в соответствии с (8).

Рис. 2. Графическое представление модели зоны нагрузки 1-й ОС

Для реализации задачи распределения информационных потоков на основе кибернетической мощности СИС разработаны две процедуры:

1. Процедура распределения информационных потоков СИС на основе кибернетической мощности путевой цепи (рис. 3).

2. Процедура распределения информационных потоков СИС на основе кибернетической мощности зон нагрузки.

Предложенные процедуры отличаются метрикой для построения вектора альтернативных путей в выделенном блоке (см. рис. 3). В первом случае в соответствии с метрикой длина маршрута определяется суммой кибернетических мощностей ОС в путевой цепи, во втором - суммарной кибернетической мощностью зон нагрузки в путевой цепи. Для корректной работы процедуры распре-

п

деления информационных потоков и соблюдения ограничения Тл = ^ Тщ раз-

1=1

работана процедура отклонения и перераспределения информационных потоков (рис. 4) с расчетом значений кибернетических мощностей путей.

Построение осуществляется на основе алгоритма Дейкстры с метрикой количество транзитных участков

На основе метрики, полученной на предыдущем шаге с помощью алгоритма Дейкстры, строится вектор альтернативных путей

^^ Начало

Нахождение вектора основных путей

п:

Процедура отклонения и перераспределения входных информационных потоков

Построение метрики на основе кибернетической МОЩНОСТИ

\

Нахождение вектора альтернативных путей

1

Сбор статистики работы СИС

Дальнейшая обработка пакета

Конец

Рис. 3. Процедура распределения информационных потоков на основе кибернетической мощности путевой цепи

В третьей главе представлена и исследована процедурная модель СИС, структура которой приведена на рис. 5. Ее реализация использует возможность моделирования различных процедур распределения информационных потоков, расчет параметров модели идеальной СИС, определение характеристик СИС, вычисление значения кибернетической мощности СИС и ее КПД в смысле передачи информации. Информационная эффективность СИС определяется на основе комплекса показателей и основных характеристик.

Рис. 4. Процедура отклонения и перераспределения входных информационных потоков

Процедурная модель СИС приведена на рис. 6. Ее особенностями являются: дискретная модель времени; буферные запоминающие устройства бесконечной длины; модель канала связи с идеальной обратной связью; идеальный захват одного пакета при случайном множественном доступе; случайная фиксированная топология с заданной вероятностью связи и ^-связностью; входные пуассоновские потоки; фиксированные длины пакетов и пропускные способности каналов связи.

В работе проведен сравнительный анализ предложенных процедур распределения информационных потоков и двух опорных (исходных) процедур, которые основаны на решении задачи определения кратчайших путей на графе.

Опорная процедура 1. Процедура распределения информационных потоков, минимизирующая число транзитных участков на графе. Ее особенности: движение пакетов из /-й ОС к у'-й ОС только по одному маршруту; установка виртуального канала следования информации; неизменность путей движения пакетов (статичность ТМ).

Опорная процедура 2. Процедура распределения информационных потоков, основанная на кратчайших путях с учетом накоплений пакетов. Ее особенности: относительная динамичность (каждые 30 секунд пути перерассчитываются в зависимости от текущей сетевой обстановки); построение кратчайших путей осуществляется на основе пропускных способностей каналов; в случае, если существуют несколько кратчайших путей, выбирается тот, который имеет наименьшее суммарное накопление пакетов на всех транзитных участках.

Процедура 3. Процедура распределения информационных потоков на основе использования кибернетической мощности путевой цепи.

Процедура 4. Процедура распределения информационных потоков на основе использования кибернетической мощности зон нагрузки.

На рисунках 7-12 приведены результаты моделирования процедурной модели СИС: сплошной линией (кривая /) показаны результаты моделирования СИС на основе распределения потоков с использованием опорной процедуры 1, точечной линией (кривая 2) характеризуются результаты на основе моделирования распределения потоков с использованием опорной процедуры 2, пунктирной (линия 3) показаны результаты модели СИС с исследуемой процедурой на основе вычисления кибернетической мощности путевой цепи, линией 4 — результаты моделирования при использовании процедуры распределения потоков на основе определения зон нагрузки.

Рис. 5. Процедуры распределения потоков на основе кибернетической мощности СИС в общей структуре модели СИС

Рис. 6. Процедурная модель СИС

Результаты моделирования показывают: предложенные процедуры распределения информационных потоков СИС на основе применения кибернетической мощности информационной сети позволяют в условиях повышенной информационной нагрузки значительно повысить производительность СИС, снизить информационные потери, повысить коэффициент использования каналов и КПД СИС в смысле передачи информации (табл. 1 и 2).

входной поток, пак/с

а)

:сл хп йог» лов й» ело лх>. $за«¡о нас «.»с

ВХОДНОЙ поток, пзк/с

б)

Рис. 7. Производительность СИС при процедуре распределения информационных потоков на основе кибернетической мощности путей:

а - 2-связная СИС; б- 15-связная СИС

3-30 -С«: V» 853 5 800 яСЮ 1) 00 13Ц©

входной поток, пзк/с

800 900 ИОО !3®

входной поток, па к/с

а)

б)

Рис. 8. Производительность СИС при процедуре распределения информационных потоков на основе зон нагрузки:

а - 2-связная СИС; 6- 15-связная СИ С

'.¡азязалйэдвгйятоаюаю исо 1Ж входной поток, аэк/с

а)

С 450

/

10С кг ДО МО 700 ¡МО 500 1100

ВХОДНОЙ ПОТОК, пзк/с

б)

Рис. 9. Информационные потери в СИС при процедуре распределения информационных потоков на основе кибернетической мощности путей:

а - 2-связная СИС; б- 15-связная СИС

П ляхе

5-isw eL-i ж» ¡y i т

о i от ъ 500 2 820 а: 7оо

о к»

¡3 ^t» S .s»

..... !......: .................i ■

4 i Щ ..........

Й 4í£ lii? ЙЙС- Л'Ю «Ю «Ю 11ГЮ 13Й5 1ЙЙС

входной поток, пан/с

а)

\ / \

■ i ]■; / \

ж ж т тж-тв-хт псе is«.- is» входной поток, пак/с

6)

Рис. 10. Информационные потери в СИС при процедуре распределения информационных потоков на основе зон нагрузки:

а - 2-связная СИС; б - 15-связная СИС

as

а? 3G

<=£ 25 С2

5С аз

;...........? -

\ ' 1 Х- /......

.....; _/•' J

/ .1 /.

Л : I ' J . i ..

^ ie

5 i'

Jíea».3»«aíS3a«e?O0MO9M пи

входной поток, пан/с

а)

ZrjZZ

Jt~tr~±2C: / - ■:-л

/

100 3SS Я88 55® 500 ?08> 800 300 1100 < 308

входной поток, пак/с

б)

Рис. 11. КПД СИС в смысле передачи данных при процедуре распределения информационных потоков на основе кибернетической мощности путей:

а-2-связная СИС; б - 15-связная СИС

¡3

С 20

30 зе 2i 2

18 C¿ « С 141210 II

/• /....................f.......................!...........t ■ i ■ ;

о -гда «с- 5» «с г-» а» зоо нею \т> «за« входной поток, пзк/с

а)

1C¡: '¿Xi «я *3& Se» е«к УСЙ «й а» и DO 1303 »«¿за : Той

»»одной лоток, пак/с б)

Рис. 12. КПД СИС в смысле передачи данных при процедуре распределения информационных потоков на основе зон нагрузки:

а - 2-связная СИС; б- 15-связная СИС

Общий анализ и рекомендации по использованию процедурных моделей.

В условиях слабой информационной нагрузки СИС предпочтительным является применение процедур распределения информационных потоков на основе определения кратчайших путей на графе, представляющем топологию СИС. В условиях высокой информационной нагрузки СИС использование процедуры распределения информационных потоков на основе кибернетической мощности СИС в значительной степени повышает ее информационную эффективность. Процедуры распределения информационных потоков на основе кибернетической мощности СИС более результативны в СИ С слабой связности, где критически важным фактором информационной эффективности становится распределение потоков.

Информационная эффективность СИС определяется комплексом основных характеристик, изменение которых, в зависимости от применяемой процедуры распределения потоков в диапазоне высокой информационной нагрузки СИС, показаны в табл. 1 и 2.

1. Изменение основных характеристик СИС при использовании процедуры

распределения информационных потоков на основе кибернетической мощности путевой цепи при повышенной информационной нагрузке на СИС

Связность СИС Увеличение производительности СИС Снижение информационных потерь в СИС Увеличение коэффициента использования КС Увеличение КПД СИС в смысле передачи информации

к = 2; р = 0,3 28% 38% 9% 8%

к= 15;/? = 0,7 20% 55% 14% Сопоставимы

2. Изменение основных характеристик СИС при использовании процедуры распределения информационных потоков на основе кибернетической мощности зон нагрузки при повышенной информационной нагрузке на СИС

Связность СИС Увеличение производительности СИС Снижение информационных потерь Увеличение коэффициента использования КС Увеличение КПД СИС в смысле передачи информации

¿ = 2;/? = 0,3 32% 40% 11% 8,5%

к= 15;/? = 0,7 16% 43% 12% Сопоставимы

В заключении сформулированы результаты исследования, решения поставленных задач и достижения поставленной цели. Основные выводы и результаты работы:

1. Проведен анализ задачи распределения информационных потоков в СИС в целях определения особенностей ее решения, условий применения и

оптимизации, в результате которого показана информационная эффективность задач определения кратчайших путей на графе в условиях слабой информационной нагрузки и необходимость применения кибернетического параметра при решении задачи в условиях повышенной информационной нагрузки.

2. Разработана процедура распределения информационных потоков в СИС на основе применения кибернетической мощности путевой цепи. Построение метрики на основе использования кибернетической мощности элементарных составляющих СИС позволяет за счет свойства обобщенного параметра «Кибернетическая мощность СИС» учитывать накапливаемые информационные ресурсы СИС и передаваемые информационные потоки СИС с учетом временного ограничения. В результате повышается информационная эффективность СИС в условиях высокой нагрузки, в частности, увеличивается коэффициент использования канальных ресурсов СИС - на 9%, производительность СИС - на 28%, КПД СИС в смысле передачи информации - на 8%.

3. Разработана модель зоны нагрузки и процедура распределения информационных потоков в СИС на основе применения кибернетической мощности зон нагрузки. Зона нагрузки определяется суммарным значением кибернетической мощности соседних элементарных составляющих СИС — однока-нальных систем, соединенных в соответствии с топологией СИС и передающих информационные потоки в едином направлении. В результате воздействия высокой информационной потоковой ситуации и стохастической природы входных потоков в СИС формируются информационно перегруженные потоками участки, которые описываются зоной нагрузки. Использование разработанной процедуры распределения потоков на основе применения кибернетической мощности зон нагрузки позволяет увеличить: коэффициент использования канальных ресурсов СИС — на 11%, производительность СИС — на 32%, КПД СИС в смысле передачи информации — на 8,5%.

4. Разработана процедура отклонения и перераспределения входных информационных потоков, использующая в расчетах значения кибернетической мощности путевых цепей. В результате ее применения совместно с процедурой распределения потоков в высоконагруженной СИС информационные потери уменьшаются на 38...55% в зависимости от условий функционирования.

5. Разработана процедурная модель СИС, включающая процедурные модели распределения информационных потоков, расчет информационной эффективности модели идеальной СИС в целях определения КПД СИС в смысле передачи информации. На основе моделирования получен комплекс характеристик СИС, позволяющих оценить информационную эффективность СИС.

В диссертации решена научная задача - разработка моделей описания и оценки информационных ресурсов СИС, процедур распределения информационных потоков СИС, находящейся в стационарном состоянии, с использованием параметра «Кибернетическая мощность информационной сети» в условиях высокой нагрузки на СИС, позволяющая достигнуть цель — повысить информационную эффективность СИС в условиях высокой информационной нагрузки.

Рекомендации и перспективы дальнейшего развития темы исследования. Разработанная модель зоны нагрузки и процедуры распределения потоков на основе использования кибернетического параметра целесообразно применять в организациях и учреждениях, занимающихся исследованием и разработкой информационных технологий СИС и информационных систем распределенного характера, в том числе функционирующих в условиях динамического изменения топологии и потоковой ситуации.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах из перечня ВАК при Минобрнауки РФ:

1. Литвинов, К. А. Процедурная модель сетевой информационной системы и распределение потоков на основе кибернетического параметра / К. А. Литвинов // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 7. - С. 122 - 127.

2. Литвинов, К. А. Процедура распределения информационных потоков в сетевой информационной системе на основе модели зоны нагрузки / К. А. Литвинов, И. И. Пасечников // Фундаментальные исследования. -2015. — № 6. - С. 485-489.

3. Литвинов, К. А. Алгоритм расчета тензорной модели сети на основе симплексного метода Данцига / К. А. Литвинов, И. И. Пасечников // Вестник Тамбовского университета. Серия. Естественные и технические науки. - 2013. - Т. 18, № 6. - С. 3370 - 3375.

4. Литвинов, К. А. Подходы к решению задачи маршрутизации в современных телекоммуникационных системах / К. А. Литвинов, И. И. Пасечников // Вестник Тамбовского университета. Серия. Естественные и технические науки.-2013.-Т. 18,№ 1.-С. 64-69.

5. Литвинов, К. А. Оценка информационной эффективности телекоммуникационной сети со случайной топологией и разным числом умов / К. А. Литвинов // Вестник Тамбовского университета. Серия. Естественные и технические науки. - 2014. - Т. 19, №2 -С. 399-407.

6. Литвинов, К. А. Информационная эффективность модели телекоммуникационной сети при различных алгоритмах маршрутизации с использованием параметра кибернетической мощности телекоммуникационной сети / К. А. Литвинов // Вестник Тамбовского университета. Серия. Естественные и технические науки. - 2015. -Т. 20, № 1. - С. 232 - 237.

Статьи и доклады, тезисы докладов в материалах конференций:

7. Литвинов, К. А. Алгоритм оптимизации маршрутизации в информационной сети на основе применения параметра кибернетической мощности / К. А. Литвинов, И. И. Пасечников // Радиолокация, навигация, связь (КЬЫС*2015) : сб. материалов ХХ1Междунар. науч.-техн. конф. - Воронеж : Воронежский государственный университет (ВГУ), 2015. - Т 3 -С. 1032-1044.

8. Литвинов, К. А. Алгоритмы маршрутизации на основе применения параметра кибернетическая мощность / К. А. Литвинов, И. И. Пасечников // Современное состояние и перспективы развития технических наук : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. (23 мая 2015 г., г. Уфа). - Уфа : РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2015. - С. 73 - 75.

9. Литвинов, К. А. Алгоритм отклонения потоков информации с использованием параметра кибернетическая мощность информационной сети / К. А. Литвинов, И. И. Пасечников // Современное состояние и перспективы развития технических наук : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. (23 мая 2015 г., г. Уфа). - Уфа : РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2015 -С. 76 - 80.

Подписано в печать 20.10.2015. Формат 60 х 84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ 451

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14 Тел./факс (4752) 63-81-08, 63-81-33. E-mail: izdatelstvo@admin.tstu.ru