автореферат диссертации по , 05.00.00, диссертация на тему:Обеспечение стабильного функционирования сетевых информационных систем с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности

На правах рукописи

ФЕДОРОВ Роман Владимирович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТЕВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНАЛИТИЧЕСКИХ И ПРОЦЕДУРНЫХ МОДЕЛЕЙ . ОЦЕНКИ СЛОЖНОСТИ

С< <JV.CC

Специальность 05.25:6$ -Иыформационные-сиетейы и процессы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О КЮН 2019

Тамбов 2010

004603501

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Информационные процессы и управление» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ГОУ ВПО ТГТУ).

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Толстых Сергей Степанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Питолин Владимир Михайлович кандидат технических наук, доцент Краснов Александр Яковлевич

Ведущая организация ГОУ ВПО «Орловский государственный

технический университет»

Защита диссертации состоится 9 июня 2010 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.05 ГОУ ВПО ТГТУ по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ГОУ ВПО ТГТУ, Большой актовый зал.

Отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ГОУ ВПО ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260,05 Селивановой З.М.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тамбовского государственного технического университета. Автореферат диссертации размещен на официальном сайте ГОУ ВПО ТГТУ по адресу «http://www.tstu.ru».

Автореферат разослан « 0 » 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

З.М. Селиванова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Сетевые информационные системы (СИС) являются основой для построения единой информационной среды, объединяющей территориально удаленных поставщиков и потребителей информации. Важнейшим примером создания крупномасштабных СИС стала Федеральная целевая программа «Развитие единой образовательной информационной среды» (ФЦП РЕОИС), направленная на разработку и последующую интеграцию образовательных информационных систем и ресурсов на уровне регионов страны.

Развитие СИС неизбежно сопровождается увеличением объема передаваемой информации, усложнением топологии и повышением потребительских требований к качеству предоставляемых сервисов. В этих условиях важно обеспечить стабильность СИС - способность системы функционировать, не изменяя собственную структуру. Стабильность функционирования СИС нарушается за счет изменения структуры при полной загруженности одного или нескольких информационных каналов.

Слабоструктурированный анализ большого числа взаимосвязанных процессов передачи информации между элементами СИС не позволяет проводить оценку стабильности функционирования СИС, адекватную реальности. Для этого необходима интегральная информационная характеристика, учитывающая как особенности топологии, так и косвенные показатели стабильности функционирования СИС - загруженность информационных каналов, количество переданной с ошибками и потерянной информации. В качестве такой интегральной характеристики целесообразно использовать оценку сложности СИС.

Проблемы, связанные с построением оценок сложности и их применением в различных областях знаний, рассматривались в работах ряда отечественных и зарубежных ученых: А.Н. Колмогорова, В.В. Солодовни-кова, В.А. Горбатова, Н.П. Бусленко, Д.А. Поспелова, Б.С. Флэйшмана, И. Пригожина, Дж.Ф. Трауба, Г. Николиса, Дж. Клира, Дж.Л. Касти. Однако методы обеспечения стабильности функционирования СИС на основе оценок сложности ранее не разрабатывались.

Таким образом, разработка аналитических и процедурных моделей оценки сложности СИС для проведения мониторинга сложности с целью обеспечения стабильности функционирования СИС является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы: обеспечение стабильного функционирования сетевой информационной системы на основе мониторинга сложности, проводимого с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности.

Задачи исследования:

1. Провести анализ методов оценки сложности и выявить возможности их использования применительно к СИС.

2. Разработать аналитические и процедурные модели оценки сложности СИС.

3. Сформулировать и решить задачу обеспечения стабильности функционирования СИС на основе мониторинга сложности на примере региональной образовательной СИС Тамбовской области.

4. Предложить структуру системы мониторинга сложности СИС.

Объект исследования: сетевая информационная система.

Предмет исследования: модели оценки сложности для обеспечения

стабильности функционирования сетевых информационных систем.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, теории графов, динамического программирования, матричного анализа, математической статистики.

Научная новизна работы:

1. Аналитическая модель вычисления разностной оценки сложности сетевых информационных систем, отличающаяся усовершенствованной функцией приоритетности дуг для проведения разрыва.

2. Процедурная модель вычисления композитной оценки сложности сетевых информационных систем, основанная на использовании функции приоритетности для сокращения числа пробных разрывов дуг.

3. Постановка задачи обеспечения стабильного функционирования сетевых информационных систем и процедурная модель, обеспечивающая ее решение с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности.

4. Структура, функциональная модель и модель данных системы мониторинга сложности сетевых информационных систем, разработанные с учетом специфики процесса оценки сложности сетевых информационных систем.

Практическая значимость полученных результатов. Практическая значимость работы заключается в возможности использования разработанных аналитических и процедурных моделей оценки сложности сетевых информационных систем для решения задач оценки и оптимизации информационных процессов в сетевых информационных системах. Структура системы мониторинга сложности (CMC) может быть использована для разработки подобных систем в различных областях науки и техники.

Полученные в ходе работы результаты использованы:

1) при обучении студентов специальности «Прикладная информатика в экономике» на экономическом факультете Тамбовского государственного технического университета, что позволило повысить качество и эффективность учебного процесса;

2) при разработке лабораторных работ и обучающих программных комплексов по дисциплинам «Корпоративные информационные системы», «Интеллектуальные информационные системы» и «Мировые информационные ресурсы» на кафедре «Информационные процессы и управление» ТГТУ.

Реализация и внедрение результатов работы. На основе разработанных аналитических и процедурных моделей оценки сложности сетевых информационных систем реализовано специализированное программное обеспечение. Результаты диссертационных исследований использованы для:

1) обеспечения стабильности функционирования региональной образовательной СИС Тамбовской области;

2) обеспечения стабильности функционирования автоматизированной информационно-библиотечной системы «MarcSQL», функционирующей распределений на рабочих станциях в Тамбовском областном государственном учреждении «Научная медицинская библиотека».

Положения, выносимые на защиту:

1. Аналитическая модель вычисления разностной оценки сложности сетевых информационных систем.

2. Процедурная модель вычисления композитной оценки сложности сетевых информационных систем.

3. Постановка задачи обеспечения стабильного функционирования сетевых информационных систем и процедурная модель, обеспечивающая ее решение.

4. Структура системы мониторинга сложности, функциональная модель подсистемы мониторинга сложности.

Апробация работы. Основные результаты работы представлены и обсуждены на международных и Всероссийских научных конференциях «Новые информационные технологии и менеджмент качества» (Международный симпозиум, Турция, 2008-2009 гг.), «Телематика-2009» (XVI Всероссийская научно-методическая конференция, г. Санкт-Петербург), «Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий» (научно-практическая конференция, г. Сочи, 2006 г. и 2008 г.), «Инновационные технологии - путь к успеху» (международная научно-практическая Интернет-конференция, г. Белгород, 2008 г.), «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (г. Нижний Новгород, 2009 г.), «Инновационные подходы к применению информационных технологий в профессиональной деятельности» (международная научно-практическая Интернет-конференция, г. Белгород, 2009 г.).

Объем и структура работы. Диссертация, общий объем которой составляет 219 страниц (основной текст - 147 страниц) состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной научной литературы, включающего 102 наименования научных трудов на русском и иностранном языках и 4 приложения. Диссертация содержит 79 иллюстраций и 26 таблиц.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 тезиса докладов на международных и 7 тезисов докладов на Всероссийских и региональных научных конференциях. Получено 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость результатов работы, основные положения, выносимые на защиту, приведен краткий обзор содержания диссертации.

В главе 1 «Методы оценки сложности» рассмотрены основные аспекты функционирования СИС. Показано, что в современных условиях развитие СИС сопровождается ростом размерности, усложнением структуры, что обуславливает усиление требований, предъявляемых к стабильности их функционирования. Показано, что для оценки стабильности сложных информационных систем, к которым относится большинство СИС, целесообразно использовать интегральные характеристики всей системы в целом. В качестве такой характеристики предлагается количественная оценка сложности. В главе 1 дан обзор ряда работ, посвященных вопросам оценки сложности. Рассмотрены понятия структурной, динамической, вычислительной, структурно-параметрической сложности. Выбран метод оценки сложности для использования в решении задачи обеспечения стабильного функционирования СИС. На основе проведенного анализа поставлена цель работы и задачи исследования.

Глава 2 «Аналитические модели оценки сложности СИС» посвящена разработке аналитических моделей оценки сложности СИС. Для количественной оценки сложности используются функции, которые ставят в соответствие взвешенному орграфу, соответствующему топологии СИС, числовую оценку сложности.

Оценка сложности СИС, используемая для решения задачи обеспечения стабильности ее функционирования, является интегральной характеристикой, в которой учитывается загруженность информационных каналов, совместно с количеством информации, переданной с ошибками и потерями. Сложность СИС оценивается неотрицательным вещественным числом и характеризует стабильность всей совокупности информационных процессов, происходящих в ней. Результатом анализа топологии СИС является взвешенный орграф, в котором вес каждой дуги назначается, исходя го общей цели обеспечения стабильности функционирования СИС и отражает степень сложности передачи информации от одного элемента системы к другому.

Оценка сложности СИС осуществляется в ходе поэтапного упрощения структуры исследуемой СИС двумя операторами структурной редукции: оператором разрыва дуги и оператором структурной декомпозиции.

Если орграф исследуемой системы содержит одну подсистему (сильно связную компоненту), производится разрыв дуги с последующим рекурсивным вычислением оценки сложности применительно к образовавшейся системе. Выбор дуг для разрыва осуществляется так, чтобы итого-

вая оценка сложности была минимальна среди всех возможных вариантов разрывов. Если орграф системы состоит из нескольких подсистем, производится структурная декомпозиция - разбиение на подсистемы, с последующим рекурсивным вычислением оценки сложности применительно к каждой из них. Оценка сложности исходной системы равняется сумме оценок сложностей подсистем. Если ни одной подсистемы не выявлено -система считается структурно простой и ее сложность оценивается как нулевая. На всех этапах рекурсии система подвергается структурной минимизации, цель которой - замена транзитивных путей в орграфе системы обобщенными дугами. Если на предполагаемом месте возникновения обобщенной дуги уже существует дуга - производится переназначение веса.

Для оценки сложности СИС предложены аналитические модели базовой и разностной оценки. Вычисление базовой оценки сложности основано на принципе оптимальности Беллмана. Поиск оптимальной иерархии разрывов дуг производится полным перебором всех возможных вариантов. На каждом уровне рекурсии происходит пробный разрыв дуг орграфа с последующим вычислением сложности редуцированной системы. Таким образом обеспечивается поиск оптимальной иерархии разрывов, приводящей оценку сложности к глобальному минимуму.

Аналитическая модель базовой оценки сложности ®(s) сетевой информационной системы S имеет вид

0(5)= X min {уМ(1 + 0(5'\М))}, (1)

где (p(s) - оператор, выполняющий структурную минимизацию и последующую структурную декомпозицию системы S и, как результат, возвращающий множество подсистем; S' - подсистема системы S; E(S") — множество дуг подсистемы S'\ у(d) - вес дуги d подсистемы S'; S'/{d} -

подсистема S' без дуги d.

Базовая оценка сложности имеет очень высокую собственную вычислительную сложность, что существенно ограничивает область ее практического применения. Требуется разработать новую оценку сложности с приемлемой вычислительной сложностью.

В качестве оценки сложности с невысокой собственной вычислительной сложностью выбрана разностная оценка, в основе которой - чувствительность нормы балансовой матрицы орграфа G системы S к изменению веса дуги, что определяет меру ее приоритетности для проведения разрыва. Балансовая матрица W(g) , п х п , является произведением фундаментальных матриц орграфа

W(G) = [Aw(G)Bw(G)C^(G)][Aw(G)Bw(G)C^G)]r, (2)

где А.„(с) - взвешенная пхл матрица смежности; п - число объектов в системе; В^С) - взвешенная ихт матрица инцидентности; т - число дуг в орграфе системы; С„,(о) - взвешенная Кхт матрица контуров; К-число элементарных контуров в орграфе системы. Элемент -(<з) взвешенной матрицы смежности равен 0, если в орграфе системы нет дуги /" у, и весу дуги в противном случае. Элемент Ьуг1^(р) равен -1, если

/ - начало дуги j, 1, если / - конец дуги _/ и 0 в противном случае. Элемент с^Дб) взвешенной матрицы контуров равен 1 /к, где к - число

вхождений дуги с индексом у в элементарные контуры орграфа в (контур-ность дуги), еслиу-я дуга принадлежит контуру с индексом /; в противном случае элемент равен 0. Норма балансовой матрицы монотонно возрастает с увеличением веса любой дуги.

Аналитическая модель разностной оценки сложности сетевой информационной системы 5 имеет вид

Ф)= Е У(^)(1+®( 5' \ {</})),</ = агёшах(р(5',¿к)). (3)

Усовершенствованная мера приоритетности Р дуги с? обеспечивает более точную оценку сложности СИС

Р(0,,)=л№1ЬИга, (4)

у" Ау

где п - число вершин в орграфе СИС; у - вес дуги (¿; - орграф, в котором весу дуги (1 дано приращение Ду; IIXV(б) II = шах Х((\У(о)) - норма

балансовой матрицы; >.Д\У(0)), / = 1...« - спектр матрицы Дуга,

имеющая максимальную приоритетность, подлежит разрыву.

В мере приоритетности (4) увеличена чувствительность функции р(б, </) к весу и контурности дуги. По результатам имитационного исследования усовершенствование меры приоритетности позволило увеличить число совпадений разностной и базовой оценок в 3,5 раза до 38%.

Глава 3 «Процедурные модели оценки сложности СИС» посвящена разработке процедурных моделей базовой и разностной оценок сложности, а также разработке процедурной модели композитной оценки сложности СИС, которая будет рассмотрена далее по тексту. Обобщенная процедурная модель оценки сложности СИС представлена на рис. 1.

Рассматриваются аспекты повышения вычислительной эффективности программной реализации процедурных моделей оценки сложности СИС. Оптимизированы алгоритмы, структуры данных, что позволило сократить время вычисления базовой оценки сложности примерно на 40%.

]—|вычислить контрольную сумму системы

{Структурная минимизация системы, - система 5 без транзитивных путей

1 Структурная декомпозиция системы, 2 - множество подсистем

3. Получить результат вычисления сложности системы из ОП: с:« cache.gticrc)\

7. Вычислить сложность

структурно простой системы: с :~псСотр!(5);

10. Вычислить сложность системы, состоящей из нескольких подсистем: с := с!есСотр1(2);

12. Найти оптимальный разрыв дуги и вычислить сложность исходной системы: 3 орФгеакСотр1(2о);

13. Получить результат вычисления сложности системы из ОП: сcache. get(crc);

С

Конец

Рис. 1. Обобщенная процедура оценки сложности СИС

Использование буферизации промежуточных результатов вычислений позволило сократить время вычисления базовой оценки сложности на 2-3 порядка в зависимости от размерности и структурных особенностей системы.

По результатам вычислительного эксперимента, проводимого на множестве всех неизоморфных орграфов размерности от 2 до 5 вершин, было выявлено, что дуга, разрыву которой соответствует глобальный минимум оценки сложности, может иметь отнюдь не максимальное значение меры приоритетности а, например, второе, третье значение в списке дуг, расположенных по убыванию Р(<3, ¿/). С учетом данного обстоятельства, разработана процедурная модель композитной оценки сложности СИС, в которой дня нахождения оптимальной иерархии разрывов совместно используются и перебор, характерный для базовой оценки ©(5), и аналитический метод в основе разностной оценки £^(5). Мера приоритетности служит не для выбора конкретной дуги для разрыва, а для сужения области поиска до /тах дуг с наибольшими значениями меры приоритетности. Максимальная размерность редуцированной системы, в ходе анализа которой используется частичный перебор, определяется числом вершин /?„ и числом связей пл. Композитная оценка сложности Фоблада-

ет существенно меньшей собственной вычислительной сложностью, чем базовая. Точность оценки и трудоемкость ее вычисления зависят от выбора параметров п,, па, /тах .

Процедурная модель вычисления композитной оценки представлена на рис. 2.

Поясним обозначения на рис. 2: А - матрица смежности орграфа системы; п(1 - ограничение на число вершин суграфа системы; «„ - ограничение на число дуг суграфа системы; /тах - ограничение перебора дуг; пагсз(л) - число дуг в орграфе системы; к - индекс дуги; / - индекс вершины, из которой исходит дуга; у - индекс вершины, в которую входит дуга; р = Р(Л,/,у) - мера приоритетности дуги / —> у для проведения разрыва; й - множество дуг, элементами которого являются кортежи следующего вида: (г, у, р); зоЛВуР(£>) - сортировка множества дуг по убыванию значения меры приоритетности; п - число вершин в орграфе системы; м>0 - вес дуги /' у; саЬ - сложность системы, образовавшейся после разрыва дуги /' -» у ; с - сложность исходной системы, возвращаемое значение.

Применение процедурной модели композитной оценки сложности предполагает наличие этапа настройки параметров модели: 1) задаются начальные значения параметров; 2) производится определение точности оценки по отношению к исследуемой СИС или классу СИС с применением базовой оценки; 3) при необходимости этапы 1, 2 повторяются.

Далее в главе 3 рассмотрен метод автоматизированного построения оценок сложности СИС на основе формируемой пользователем спецификации ключевых блоков. Метод предусматривает возможность автоматической верификации генерируемого программного кода с использованием задаваемых пользователем контрольных наборов входных и выходных данных для каждого переопределяемого блока. Поставлена и решена задача локализации наиболее значимых блоков обобщенной процедуры оценки сложности (рис. 1). Данные блоки доступны пользователю для переопределения в спецификации оценки сложности СИС.

Представлены результаты имитационного исследования базовой, разностной и композитной оценок сложности СИС. Подтверждены предполагаемые характеристики оценок сложности СИС. Как и ожидалось, с увеличением веса дуги сложность СИС не убывает. При этом возможно неоднократное изменение оптимальной иерархии разрывов. Подтверждено предположение о том, что пропорциональное изменение веса всех дуг орграфа не влияет на оптимальную последовательность проводимых разрывов. Как и предполагалось ранее, использование процедуры структурной минимизации орграфа СИС в ходе оценки сложности позволяет существенно сократить время вычислений. На основе результатов имитационного исследования усовершенствована аналитическая модель разностной оценки сложности СИС и разработана процедурная модель композитной оценки сложности СИС.

Проведено сравнение базовой оценки сложности с оценкой, основанной на числе остовных деревьев 0(с) в невзвешенном графе (рис. 3).

Для сравнения использовались симметричные взвешенные орграфы, состоящие из 5 вершин с одинаковым весом связей и соответствующие им невзвешенные неориентированные графы. Графики оценок 0(с) и 0(с)-

10 10 12 12 12 14 14 16 число дуг в орграфе

Число

остовных

деревьев

Ф)

Базовая оценка сложности

Ф)

Рис. 3. Графики оценок О(С) и ©(<?)

качественно одинаковые, но базовая оценка сложности учитывает числовые характеристики межэлементных связей в системе и их направленность, что позволяет использовать ее для построения системы мониторинга сложности сетевых информационных систем.

Глава 4 «Обеспечение стабильного функционирования СИС на основе мониторинга сложности» посвящена постановке и решению следующих задач: 1) обеспечение стабильного функционирования СИС с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности СИС; 2) мониторинг сложности СИС; 3) разработка структуры системы мониторинга сложности.

В качестве примера рассматривается региональная образовательная СИС Тамбовской области. На рисунке 4 представлен орграф, полученный на этапе структуризации СИС.

Узлы 1 - 7 составляют основу ядра СИС. Узлы 8-13 отвечают за внешние взаимодействия. Назначение веса дугам орграфа осуществляется по формуле

\, е<А) , ¿Л)

где - вес дуги орграфа СИС, исходящей из вершины с номером /' и входящей в вершину с номером у, Zy(íi.) - коэффициент загруженности

информационного канала из / в _/, определяемый отношением количества переданной информации к пропускной способности канала; М-ц (¡к) - передано информации без ошибок; Еу^к) - передано информации с ошибками сверх допустимого уровня е,} е [ОД], определенного для данного информационного канала; Ьу{1к) - потеряно информации сверх допустимого уровня Ц е [ОД], определенного для данного информационного канала.

(5)

1,2, 3,4 - Учебные корпусы ТГТУ (Л, С, Г, А) 5 - Тамбовгражданпроект 6-Телецентр

7 - Железнодорожн ый дом связи

8 - сети Центртелеком 9,13-радиосеть

10 - сети управления образования и науки области

11 - сети Администрации области

12 - сеть [^N№1

Рис. 4. Орграф СИС

Если оценка сложности СИС превышает допустимое значение ©', то решается задача выбора оптимального управления информационными каналами СИС с целью обеспечения стабильности функционирования СИС:

I = Т(х(1к),х({к+1)) = [©'-0(5(х(/)(.+1)))]2 ¿аД^иД^-^пип,

(=1

*Л(ы)=*/('*)0-",('*)), (6)

0<иД/*)<1,

где гп - число дуг в орграфе СИС; - /и-мерный вектор состояния СИС, характеризующий загруженность информационных каналов; -/я-мерный вектор управления СИС, характеризующий принудительное снижение загруженности информационных каналов; I - целевая функция соответствует управлению, приводящему СИС в конечное состояние с наименьшим отклонением сложности от ранее заданного допустимого значения 0'; ) = (а, ),..., )) - вектор коэффициентов, характеризующих важность информационных каналов, которая определяется техническим персоналом СИС.

Решение задачи выбора оптимального управления информационными каналами СИС с целью обеспечить стабильность функционирования СИС осуществляется по разработанной процедурной модели (рис. 5).

Рис. 5. Процедурная модель выбора оптимального управления информационными каналами СИС

Для упрощения задачи оптимального управления (6) считаем, что одновременно можно управлять только одним информационным каналом. Процедурная модель, приведенная на рис. 5, обеспечивает выбор /'-го информационного канала а-¥ Ь и коэффициента снижения его загруженности и,, при которых достигается минимум целевой функции (6). На основе полученной информации технический персонал СИС должен выполнить одну из следующих рекомендаций: 1) изменить маршруты для части информационных потоков в обход канала а -» Ъ\ 2) уменьшить информационные потоки в смежных информационных каналах, входящих в начальную вершину а информационного канала а —> Ъ\ 3) повысить пропускную способность информационного канала а -> если это возможно. Допускается комбинация нескольких вариантов. На рисунке 6 показана иллюстрация поиска оптимального управления иГор, для 1-го информационного канала СИС.

Мониторинг сложности СИС выполняется с использованием композитной и базовой оценок с установленным допустимым значением сложности СИС. Если оценка сложности Ф($(1)) превышает допустимое значение ©', то дополнительно выполняется уточняющая базовая оценка ©(5^)). В этом случае на основе базовой оценки принимается решение о необходимости принятия мер по обеспечению стабильности функционирования СИС.

Для оценки эффективности данного подхода использовались композитные оценки Ф,, Ф2, Ф3, Ф4 и Ф5, отличающиеся ограничением области поиска дуг /тах от 1 до 5 соответственно. Эффективность решения задачи мониторинга сложности СИС определялась следующим соотношением:

индексы соответствующих интервалов времени). Согласно проведенным расчетам, наибольшая эффективность достигается при использовании композитных оценок Ф3 и Ф2 : 0,786 и 0,862 от времени вычисления базовых оценок.

где 7} и Т, - соответственно, время вычисления базовой и композитной оценок сложности для /-го состояния СИС; Т® - время вычисления базовой оценки на у'-м интервале, для которого ф(5()>©' (множество и содержит

.0

■ф

/(«Л©Ы->00;П

0.5

иг,орI

1{щ)

О

Г-|—» —" в(М,)х10-п

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Рис. 6. Поиск оптимального управления на примере одной дуги

На рисунке 7 представлены графики сложности СИС за период с 0:00 до 23:59 25 октября 2009 г., которые иллюстрируют среднюю погрешность композитных оценок сложности СИС Ф3 и Ф2 .

0:00 3:00 5:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 24:00

Рис. 7. Графики сложности СИС за сутки

Применение разработанных аналитических и процедурных моделей для мониторинга сложности и поиска оптимального управления информационными каналами региональной образовательной СИС Тамбовской области с целью обеспечения стабильности ее функционирования позволило сократить потери и ошибки при передаче информации за сутки в среднем на 17,5%.

Во второй части главы 4 разработана структура и состав системы мониторинга сложности (CMC), построена функциональная модель и логическая модель данных подсистемы мониторинга сложности. В основе CMC -аналитические и процедурные модели оценки сложности СИС, разработанные в главах 2, 3.

Разработан следующий состав CMC: подсистема мониторинга сложности (МС), подсистема управления информационной базой (УИБ), подсистема обслуживания процесса разработки проблемно-ориентированного программного обеспечения (ОПРПОПО), подсистема управления проектами (УП).

В задачи подсистемы МС (рис. 8) входит обеспечение мониторинга сложности на всех этапах, а именно: построение структуры СИС в визуальном редакторе; оценка сложности СИС; построение отчетов по протоколам оценки сложности СИС; автоматизированное построение процедур оценки сложности; мониторинг сложности; выбор оптимального управления информационными каналами СИС. Подсистема УИБ предназначена для ведения единой информационной базы по теоретическим и практическим аспектам оценки сложности сетевых информационных систем. Подсистема ОПРПОПО предназначена для разработчиков, в ее состав входят средства управления версиями программных кодов, отслеживания ошибок, документирования программного кода, нормативные документы по стандартам разработки ПО. Для повышения эффективности процессов управления в состав CMC включена подсистема УП, в задачи которой входит управление проектами разработки проблемно-ориентированного ПО, проектами научных исследований СИС.

Рис. 8; Функциональная структура подсистемы МС

Функциональная модель процесса «Оценка сложности СИС» представлена на рис. 9.

Методика структуризации СИС

_Информация_ о СИС

Методика взвешивания орграфа СИС

Построение орграфа СИС

А1

Орграф СИС

I

Методика

оценки сложности СИС

Пользователь

-Пакет-

□

Пакетные вычисления

А4

Параметры —вычислитель—» ной среды

Управление вычислительной средой

А5

т

Вычисление Значение сложности

оценки Протокол

сложности СИС вычисления оценки сложности

А2 ---"

Пар-ры выч. среды

Формат спецификации

оц. сл.

_£_

Пользователь Вычислительная | среда

! .1.

-Спецификация оценки сложности-

Пользовательский

-программный код-

оценки сложности

Методика построения

оц. сл. _±_

Построение процедуры

оценки сложности

А6

Построение отчета

АЗ

Программный код оценки сложности Отчет

по протоколу вычисления

оценки сложности

Пользователь

Рис. 9. Функциональная модель процесса «Оценка сложности СИС»

Разработана логическая модель данных подсистемы MC, состоящая из четырех взаимосвязанных частей: 1) «Проекты оценки сложности»; 2) «Орграфы систем»; 3) «Отображение орграфов систем»; 4) «Протоколы оценки сложности». Для проектирования частей 1 - 3 использована реляционная модель данных. Для хранения протоколов оценки сложности используется язык XML.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

• Усовершенствована аналитическая модель вычисления разностной оценки сложности СИС, что позволило повысить точность разностной оценки до 38%.

• Разработана процедурная модель вычисления композитной оценки сложности СИС. Применение композитной оценки совместно с базовой позволило снизить время проведения мониторинга сложности региональной образовательной СИС Тамбовской области на 21%.

• Сформулирована и решена задача обеспечения стабильности функционирования СИС на основе мониторинга сложности на примере региональной образовательной СИС Тамбовской области, что позволило сократить потери и ошибки при передаче информации за сутки в среднем на 17,5%.

• Построена структура системы мониторинга сложности СИС, функциональная модель и модель данных подсистемы мониторинга сложности, позволяющие проводить мониторинг и обеспечивать стабильность функционирования СИС в автоматизированном режиме.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Толстых, С.С. Построение критериев оценки структурной сложности в режиме адаптации к целям анализа / С.С. Толстых, Р.В. Федоров, В.Е. Подольский // Вопросы современной науки и практики. Ун-т им. В. И. Вернадского. - Тамбов, 2008. - Т. 2. - № 3 (13). - С. 208 - 217.

2. Информационная система поддержки научных исследований в области теории структурной сложности и ее применений / В.Г. Матвейкин, С.С. Толстых,

B.Е. Подольский, Р.В. Федоров // Информатизация образования и науки. - М. : «ООО ЭГРИ», 2009. - № 4. - С. 38 - 54.

Другие публикации

3. Подольский, В.Е. Распределенные вычисления в оценке структурной сложности региональной образовательной компьютерной сети / В.Е. Подольский,

C.С. Толстых, Р.В. Федоров // ИНФО-2006 : материалы науч.-практ. конф. - Сочи, 2006.-С. 296-298.

4. Толстых, С.С. Автоматизированное построение критериев оценки структурной сложности, адаптированных к целям анализа / С.С. Толстых, Р.В. Федоров // Инновационные технологии - путь к успеху : сб. трудов международной научно-

практической Интернет-конференции Белгородского филиала НОУ СГА. - Белгород : ООО «ГиК», 2008. - С. 275 - 278.

5. Обобщенные критерии структурной сложности для оценки уровня качества обслуживания в компьютерных сетях / С.С. Толстых, В.Е. Подольский, Р.В. Федоров, С.Г. Толстых // Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий : материалы научно-практической конференции / под ред. В.Г. Домрачева, С.У. Увайсова. - М. : МИЭМ, 2008. - С. 179- 181.

6. Разработка математического обеспечения автоматизированного вывода критериев структурной сложности / С.С. Толстых, Р.В. Федоров, C.B. Чепурнов,

B.Е. Подольский // Новые информационные технологии и менеджмент качества (NIT&MQ'2008) : материалы международного симпозиума / редкол. : А.Н. Тихонов (пред.) и др. ; ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». - М. : ООО «ЭГРИ», 2008. -

C. 160- 162.

7. Федоров, Р.В. Проектирование архитектуры научной информационной системы для поддержки исследования структурной сложности / Р.В. Федоров, Ю.В. Осетров, С.С. Толстых // Технологии Microsoft в теории и практике программирования : материалы конференции / под ред. проф. В.П. Гергеля. - Нижний Новгород : Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2009. - С. 472 - 475.

8. Толстых, С.С. Состав научной информационной системы поддержки структурного анализа на базе критериев оценки структурной сложности / С.С. Толстых, Р.В. Федоров // Инновационные подходы к применению информационных технологий в профессиональной деятельности : сб. трудов международной научно-практической Интернет-конференции Белгородского филиала НАЧОУ ВПО СГА. - Белгород : ГиК, 2009. - С. 313 - 317.

9. Построение оптимальных блочно-параллельных расчетных модулей в распределенной вычислительной среде / С.С. Толстых, В.Е. Подольский, Р. В. Федоров, Ю.В. Осетров // Новые информационные технологии и менеджмент качества (NIT&QM'2009) : материалы международной научной конференции / редкол. : А. Н. Тихонов (пред.) и др. ; ФГУ ГНИИ ИТТ «Информика». - М. : ООО «ЭГРИ», 2009.-С. 43-44.

10. Научная информационная система для поддержки структурного анализа на базе критериев сложности / С.С. Толстых, В.Е. Подольский, Р.В. Федоров, Ю.В. Осетров // Единое образовательное пространство славянских государств в XXI веке. Проблемы и перспективы : материалы III Междунар.науч.-практ. конф. (2-3 апр. 2009 г., г. Брянск) / под ред. В.И. Аверченкова. - Брянск : БГТУ; СГА, 2009.-Т. 2.-С. 98-101.

11. Структурный мониторинг параметров текущего состояния коммерческих компьютерных сетей / С.С. Толстых, В.Е. Подольский, М.М. Дружинин, Р.В. Федоров // Телематика 2009 : труды XVI Всероссийской научно-методической конференции (Санкт-Петербург, 22 - 25 июня 2009 г.). - СПб. : СПбГУ ИТМО, 2009. - С. 297-298.

12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2009615012, Российская Федерация. SCCLib / Р.В. Федоров, С.С. Толстых ; заявл. 20.07.09 ; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 14.09.09.

13. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ-2009615011, Российская Федерация. SCCLib Report / Р.В. Федоров, С.С. Толстых ; заявл. 20.07.09 ; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 14.09.09.

Подписано в печать 29.04.2010. Формат 60x84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 252.

Издательско-полиграфический центр ГОУ ВПО ТГГУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Методы оценки сложности.

1.1 Теория сложности и теория хаоса.

1.2 Сложность в работах И. Р. Пригожина.

1.2.1 Сложность динамических систем.

1.2.2 Алгоритмическая сложность.

1.3 Принцип сложности в теории управления.

1.4 Структурная сложность.

1.5 Динамическая сложность.

1.6 Колмогоровская сложность.

1.7 Сложность вычислений.

1.8 Системная сложность, аксиомы системной сложности.

1.9 Структурно-параметрическая оценка сложности систем.

1.9.1 Практическое применение.

1.9.2 Инструментальные средства.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

Глава 2. Аналитические модели оценки сложности сетевых информационных систем.

2.1 Базовая и разностная оценки сложности сетевых информационных систем

2.1.1 Базовая оценка сложности СИС.

2.1.2 Разностная оценка сложности СИС.

2.2 Пример оценки сложности взвешенного орграфа.

2.3 Автоматизированное построение оценок сложности.

2.3.1 Декомпозиция обобщенной оценки сложности.

2.3.2 Метод автоматизированного построения оценок сложности.84 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

Глава 3. Процедурные модели оценки сложности сетев^,1х информационных систем.

3.1 Процедуры вычисления оценки сложности СИС.

3.1.1 Обобщенная процедура вычисления оценки сложности СИС <9 ]

3.1.2 Процедура структурной минимизации.

3.1.3 Процедура структурной декомпозиции.

3.1.4 Процедура вычисления сложности системы, состоящей из нескольких подсистем.

3.1.5 Процедура вычисления сложности системы, состоящей из одной сильно связной подсистемы.^

3.2 Процедуры, обеспечивающие процесс автоматизированн;0го построения оценок сложности.^

3.2.1 Процедура автоматизированного построения оце^ки сложности

3.2.2 Процедура автоматизированного построения формальной спецификации оценки сложности.j

3.2.3 Процедура автоматизированного построения программиого кода оценки сложности.j 2 О

3.3 Снижение времени вычисления базовой оценки сложности СИС.

3.3.1 Размерность задачи вычисления базовой оценки сложности

3.3.2 Использование кэширования.

3.3.3 Двухшаговый режим работы.

3.3.4 Оптимизация работы с памятью.

3.4 Имитационные исследования процедурных моделей оценки сложности сетевых информационных систем.

3.4.1 Цели, задачи и условия проведения имитационных исследований.

3.4.2 Сравнение базовой оценки с оценкой, основанной на вычислении числа остовных деревьев.

3.4.3 Исследование влияния веса связей на сложность СИС.

3.4.4 Исследование влияния стохастических воздействий на сложность СИС.

3.4.5 Исследование влияния структурной минимизации на оценку сложности СИС.

3.4.6 Результаты имитационных исследований.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

Глава 4. Обеспечение стабильного функционирования сетевых информационных систем на основе мониторинга сложности.

4.1 Постановка и решение задачи обеспечения стабильного функционирования СИС на основе оценки сложности.

4.2 Мониторинг сложности СИС.

4.3 Структура и состав системы мониторинга сложности СИС.

4.3.1 Подсистема мониторинга сложности СИС.

4.3.2 Подсистема управления информационной базой.

4.3.3 Подсистема обслуживания процесса разработки проблемно-ориентированного программного обеспечения.

4.3.4 Подсистема управления проектами.

4.4 Архитектура системы мониторинга сложности СИС.

4.5 Обеспечение системы мониторинга сложности СИС.

4.6 Моделирование подсистемы мониторинга сложности.

4.6.1 Функциональная модель процесса оценки сложности СИС

4.6.2 Логическая модель данных.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

Актуальность исследования. Сетевые информационные системы (СИС) являются основой для построения единой информационной среды, объединяющей территориально удаленных поставщиков и потребителей информации. Важнейшим примером создания крупномасштабных СИС стала Федеральная целевая программа «Развитие единой образовательной информационной среды» (ФЦП РЕОИС), направленная на разработку и последующую интеграцию образовательных информационных систем и ресурсов на уровне регионов страны.

Развитие СИС неизбежно сопровождается увеличением объема передаваемой информации, усложнением топологии и повышением потребительских требований к качеству предоставляемых сервисов. В этих условиях важно обеспечить стабильность СИС — способность системы функционировать, не изменяя собственную структуру. Стабильность функционирования СИС нарушается за счет изменения структуры при полной загруженности одного или нескольких информационных каналов.

Слабоструктурированный анализ большого числа взаимосвязанных процессов передачи информации между элементами СИС, не позволяет проводить оценку стабильности функционирования СИС, адекватную реальности. Для этого необходима интегральная информационная характеристика, учитывающая как особенности топологии, так и косвенные показатели стабильности функционирования СИС — загруженность информационных каналов, количество переданной с ошибками и потерянной информации. В качестве такой интегральной характеристики целесообразно использовать оценку сложности СИС.

Проблемы, связанные с построением оценок сложности и их применением в различных областях знаний, рассматривались в работах ряда отечественных и зарубежных ученых: А. Н. Колмогорова, В. В. Солодовникова, В. А. Горбатова, Н. П. Бусленко, Д. А. Поспелова,

Б. С. Флэйшмана, И. Пригожина, Дж. Ф. Трауба, Г. Николиса, Дж. Клира, Дж. JI. Касти. Однако, методы обеспечения стабильности функционирования СИС на основе оценок сложности, ранее не разрабатывались.

Таким образом, разработка аналитических и процедурных моделей оценки сложности СИС для проведения мониторинга сложности с целью обеспечения стабильности функционирования СИС является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы: обеспечение стабильного функционирования сетевой информационной системы на основе мониторинга сложности, проводимого с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности.

Задачи исследования:

1. Провести анализ методов оценки сложности и выявить возможности их использования применительно к СИС;

2. Разработать аналитические и процедурные модели оценки сложности СИС;

3. Сформулировать и решить задачу обеспечения стабильности функционирования СИС на основе мониторинга сложности на примере региональной образовательной СИС Тамбовской области;

4. Предложить структуру системы мониторинга сложности СИС.

Объект исследования: сетевая информационная система.

Предмет исследования: модели оценки сложности для обеспечения стабильности функционирования сетевых информационных систем.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы системного анализа, теории графов, динамического программирования, матричного анализа, математической статистики.

Научная новизна работы:

1. Аналитическая модель вычисления разностной оценки сложности сетевых информационных систем, отличающаяся усовершенствованной функцией приоритетности дуг для проведения разрыва;

2. Процедурная модель вычисления композитной оценки сложности сетевых информационных систем, основанная на использовании функции приоритетности для сокращения числа пробных разрывов дуг;

3. Постановка задачи обеспечения стабильного функционирования сетевых информационных систем и процедурная модель, обеспечивающая её решение с использованием аналитических и процедурных моделей оценки сложности;

4. Структура, функциональная модель и модель данных системы мониторинга сложности сетевых информационных систем, разработанные с учетом специфики процесса оценки сложности сетевых информационных систем.

Практическая значимость полученных результатов. Практическая значимость работы заключается в возможности использования разработанных аналитических и процедурных моделей оценки сложности сетевых информационных систем для решения задач оценки и оптимизации информационных процессов в сетевых информационных системах. Структура системы мониторинга сложности (CMC) может быть использована для разработки подобных систем в различных областях науки и техники.

Полученные в ходе работы результаты использованы:

1) при обучении студентов специальности «Прикладная информатика в экономике» на экономическом факультете Тамбовского государственного технического университета, что позволило повысить качество и эффективность учебного процесса;

2) при разработке лабораторных работ и обучающих программных комплексов по дисциплинам «Корпоративные информационные системы», «Интеллектуальные информационные системы» и

Мировые информационные ресурсы» на кафедре «Информационные процессы и управление» ТГТУ.

Реализация и внедрение результатов работы. На основе разработанных аналитических и процедурных моделей оценки сложности сетевых информационных систем реализовано специализированное программное обеспечение. Результаты диссертационных исследований использованы:

1) для обеспечения стабильности функционирования региональной образовательной СИС Тамбовской области;

2) для обеспечения стабильности функционирования автоматизированной информационно-библиотечной системы «MarcSQL», функционирующей распределенно на рабочих станциях в Тамбовском областном государственном учреждении «Научная медицинская библиотека».

Положения, выносимые на защиту:

1. Аналитическая модель вычисления разностной оценки сложности сетевых информационных систем;

2. Процедурная модель вычисления композитной оценки сложности сетевых информационных систем;

3. Постановка задачи обеспечения стабильного функционирования сетевых информационных систем и процедурная модель, обеспечивающая её решение;

4. Структура системы мониторинга сложности, функциональная модель подсистемы мониторинга сложности.

Апробация работы. Основные результаты работы представлены и обсуждены на международных и Всероссийских научных конференциях «Новые информационные технологии и менеджмент качества» (Международный симпозиум, Турция, 2008 и 2009), «Телематика-2009» (XVI Всероссийская научно-методическая конференция, Санкт-Петербург), «Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий» (научно-практическая конференция, Сочи, 2006 и 2008), Инновационные технологии — путь к успеху (международная научно-практическая Интернет-конференция, Белгород, 2008), «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (Нижний Новгород, 2009), «Инновационные подходы к применению информационных технологий в профессиональной деятельности» (международная научно-практическая Интернет-конференция, Белгород, 2009).

Объем и структура работы. Диссертация, общий объем которой составляет 219 страниц (основной текст — 147 страниц) состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной научной литературы, включающего 102 наименования научных трудов на русском и иностранном языках и 4 приложения. Диссертация содержит 79 иллюстраций и 26 таблиц.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

В данной главе:

1. Поставлена и решена задача обеспечения стабильности функционирования СИС на основе мониторинга сложности на примере Тамбовской региональной образовательной СИС, что позволило сократить число потерянных сообщений и сообщений с ошибками за сутки в среднем на 17,5%;

2. Повышена производительность мониторинга сложности региональной образовательной СИС Тамбовской области на 21% за счет совместного применения базовой и композитной оценок сложности СИС;

3. Разработана структура системы мониторинга сложности.

4. Разработана масштабируемая многоуровневая архитектура CMC на базе web-технологий.

5. Разработан состав математического, информационного, лингвистического, программного, технического, организационного и методического обеспечения CMC.

6. Разработана функциональная модель процесса «Оценка сложности СИС».

7. Разработана логическая модель данных подсистемы мониторинга сложности.

184

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для достижения цели, поставленной в рамках данной работы, автором были выполнены все поставленные задачи.

В главе 1 рассмотрены основные аспекты функционирования СИС. Показано, что в современных условиях развитие СИС сопровождается ростом размерности, усложнением структуры, и это обуславливает усиление требований, предъявляемых к стабильности их функционирования. Показано, что для оценки стабильности сложных информационных систем, к которым относится большинство СИС, целесообразно использовать интегральные характеристики всей системы в целом. В качестве такой характеристики предлагается количественная оценка сложности. В главе 1 дан обзор работ, посвященных вопросам оценки сложности. Рассмотрены понятия структурной, динамической, вычислительной, структурно-параметрической сложности. Выбран метод оценки сложности для использования в решении задачи обеспечения стабильного функционирования СИС. На основе проведенного анализа поставлена цель работы и задачи исследования.

В главе 2 предложены аналитические модели базовой и разностной оценок сложности сетевых информационных систем. Автором была усовершенствована аналитическая модель разностной оценки сложности СИС, что позволило повысить точность разностной оценки в 3,5 раза.

Разработан метод автоматизированного построения оценок сложности сетевых информационных систем, предполагающий построение программных модулей для оценки сложности на основе аналитической спецификации. Автоматизация данного процесса позволит повысить надежность разрабатываемых программных средств, позволит повысить скорость разработки оценок сложности, адаптированных к целям анализа конкретной системы или класса систем.

В главе 3 на основе аналитических моделей оценки сложности СИС были разработаны процедурные модели базовой, разностной и композитной оценок сложности СИС, ставшие основой для программной реализации кроссплатформенной библиотеки оценки сложности «SCCLib». Библиотека поддерживает возможность параметризации структуры СИС не только вещественными числами, но и сложными объектами.

Исследованы вычислительные аспекты базовой оценки сложности СИС. Проведенное исследование позволило выработать ряд мер по оптимизации её процедурной модели. Меры по оптимизации позволили существенно повысить скорость вычисления базовой оценки сложности СИС. Без учета эффекта от применения кэширования рост производительности составил порядка 40%. Применение кэширования позволяет сократить время вычислений на 2-3 порядка.

Процедуры, обеспечивающие процесс автоматизированного построения оценок сложности СИС, приняты за основу разрабатываемых на данный момент программных средств.

Проведены имитационные исследования оценок сложности, одним из главных результатов которых, стало усовершенствование аналитической модели разностной оценки и разработка процедурной модели композитной оценки сложности.

Имитационные исследования позволили установить соответствие программной реализации аналитическим моделям, подтвердить ряд теоретических предположений, определить точность оценок. Можно отметить достаточно высокую точность композитной оценки, позволяющую использовать её в качестве мажоранты для оценки сложности СИС.

Хотелось бы отметить, что аналитическое и процедурное обеспечение, разработанное в главах 2 и 3, а также разработанное на его основе программное обеспечение могут быть использованы для оценки сложности и других сильно связных информационных систем.

С использованием результатов, полученных в трех первых главах, в главе 4 поставлена и решена основная задача данной работы — обеспечение стабильности функционирования сетевых информационных на основе мониторинга сложности. В Тамбовской региональной образовательной СИС число потерянных сообщений и сообщений с ошибками в среднем за сутки сократилось на 17,5%.

Повышена эффективность мониторинга сложности региональной образовательной СИС Тамбовской области на 21% за счет совместного применения базовой и композитной оценок сложности СИС.

Разработана структура системы мониторинга сложности. Отличительной особенностью CMC является наличие в её составе не только программных средств, обеспечивающих проведение оценки сложности, но и средств управления проектами научных исследований, информационного обеспечения научных исследований, средств обеспечения процесса разработки проблемно-ориентированного программного обеспечения, что является необходимым условием технологической выживаемости информационной системы в долгосрочной перспективе.

Разработана многоуровневая масштабируемая архитектура на базе web-технологий, которая позволит поддерживать необходимый уровень качества обслуживания пользователей в условиях постоянного усложнения предоставляемых сервисов. Предложены два варианта размещения подсистем CMC: первый — для начальной стадии развертывания системы, второй - для функционирования в условиях возросших нагрузок. Возможность использования различных программно-аппаратных платформ в рамках единой системы обеспечивает преемственность уже имеющихся разработок, что является одним из важнейших факторов при внедрении систем подобного класса.

Использование web-технологий позволяет преодолеть пространственные границы при организации полноценного взаимодействия в рамках научного сообщества. Web-технологии дают и ряд других очень важных технологических преимуществ: простота реализации интерфейсов, простота обслуживания программно-аппаратных комплексов.

Предложенная структура и состав подсистем общего назначения (все, кроме подсистемы мониторинга сложности) в совокупности с разработанной архитектурой могут быть использованы в качестве основы для построения CMC в других областях промышленности и науки.

Рассмотрено математическое, информационное, лингвистическое, программное, техническое, организационное и методическое обеспечения CMC.

Разработана функциональная модель процесса «Оценка сложности СИС» и логическая модель данных подсистемы мониторинга сложности. Модель данных протокола оценки сложности нашла применение при реализации библиотеки оценки сложности «SCCLib» и библиотеки построения отчетов «SCCLib Report».

Ожидаемая функциональная и экономическая эффективность от применения CMC в процессе проведения мониторинга сложности СИС:

• повышение производительности научных работников при проведении оценки сложности СИС за счет автоматизации наиболее важных процессов: построение структуры систем в визуальном редакторе, вычисление оценки сложности (в том числе организация пакетных вычислений), построение оценок сложности в автоматизированном режиме;

• снижение требований к уровню подготовки специалистов, осуществляющих построение оценок сложности, за счет автоматизации данного процесса;

• повышение эффективности процессов управления за счет внедрения системы управления проектами;

• сокращение времени обучения специалистов, привлекаемых к исследованиям, как результат создания и ведения информационной базы по всем аспектам проводимых исследований;

• повышение качества реализации программных средств за счет применения системы управления версиями, системы отслеживания ошибок, создания и ведения нормативной документации по процессу разработки ПО;

• систематизация при продуцировании научных знаний;

• обеспечение связи науки с бизнесом посредством сети Internet.

Построение системы мониторинга сложности с учетом предлагаемой структуры будет способствовать расширению границ применения оценок сложности для оптимизации информационных процессов в сетевых информационных системах.

1. Подольский, В.Е. Повышение эффективности региональных образовательных компьютерных сетей с использованием элементов структурного анализа и теории сложности / В.Е. Подольский, С.С. Толстых. -М.: Машиностроение, 2006. — 176 с.

2. Тихонов, А.Н. Особенности математического моделирования современных компьютерных сетей в образовательной сфере / А.Н. Тихонов, С.В. Мищенко, В.Е. Подольский, С.С. Толстых // Телематика-2003. СПб., 2004. - Т. 1. - С. 78-79.

3. Подольский, В.Е. Оценка эффективности функционирования региональной образовательной компьютерной сети на основе критериев структурной сложности / В.Е. Подольский, С.С. Толстых // КБД-ИНФО-2004: Сб. тр. науч.-практ. конф. Сочи, 2004. - С. 159.

4. Островский, Г.М. Оптимизация сложных химико-технологических схем / Г.М. Островский. М.: Химия, 1975. - 380 с.

5. Островский, Г.М. Декомпозиция сложных химико-технологических схем / Г.М. Островский. — М.: Химия, 1980. 289 с.

6. Кафаров, В.В. Математическое моделирование и оптимизация объектов химической технологии / В.В. Кафаров. М.: Высшая школа, 1981. — 503 с.

7. Ханзель, К. Методы структурного анализа в задачах исследования химико-технологических схем / К. Ханзель, Ю.М. Волин, Г.М. Островский. М.: НИИТЭХИМ, 1980. Вып. 4 (89). - 60 с.

8. Клир, Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач /

9. Дж., Клир. М.: Радио и связь, 1990. - 544 с. Ю.Сэвидж, Дж. Э. Сложность вычислений / Джон Э. Сэвидж. - М.:

10. Факториал, 1998. 368 с. 11 .Берталанфи, JI. Общая теория систем - критический обзор / Людвиг фон Берталанфи // Исследования по общей теории систем. - М.: Прогресс, 1969. - С. 23 - 82.

11. Биркгоф, Г. Теория структур / Г. Биркгоф. М.: Мир, 1982. - 302 с.

12. Николис, Г. Познание сложного / Г. Николис, И. Пригожин. М.: Мир, 1990.-343 с.

13. Ляпунов, A.M. Общая задача об устойчивости движения / А. М. Ляпунов. Москва: Гос. изд-во техн.-теоретической лит-ры, 1950. — 472

14. Столлингс, В. Современные компьютерные сети. 2-е изд. / В. Столлингс . СПб: Питер, 2003. - 783 с.

15. Солодовников, В.В. Принцип сложности в теории управления (о проектировании технически оптимальных систем и проблеме корректности) / В. В. Солодовников, В. Ф. Бирюков, В. И. Тумаркин. — М.: Наука, 1977.-344 с.

16. Солодовников, В.В. Теория сложности и проектирование систем управления / В.В. Солодовников, Тумаркин В.И. М. Наука, 1990. — 168 с.

17. Касти, Дж. Большие системы. Связность, сложность и катастрофы / Дж. Л. Касти . М.: Мир, 1982. - 216 с.

18. Колмогоров, А. Н. Теория информации и теория алгоритмов / А. Н. Колмогоров. — Москва: Наука, 1987. — 304 с.

19. Витаньи, П. Колмогоровская сложность: двадцать лет спустя / П. Витаньи, М. Ли. // Успехи математических наук. Москва: 1988. - Т. 43, вып. 6.-С. 129-16

20. Watanabe, О. Kolmogorov complexity and computational comlexity / Osamu Watanabe . Berlin: Springer-Verlag, 1992. - 109 c.

21. Трауб, Дж. Информация неопределенность сложность / Дж. Трауб, Г. Васильковский, X. Вожьняковский. — М.: Мир, 1988. — 184 с.

22. Кузюрин, Н. Н. Эффективные алгоритмы и сложность вычислений / Н. Н. Кузюрин, С. А. Фомин. М.: МФТИ, 2007. — 326 с.

23. Подольский, В.Е. Неполные системы сочетаний мероприятий в задачах повышения качества обслуживания региональных образовательных компьютерных сетей / В.Е. Подольский, С.С. Толстых // КБД-ИНФО-2005: Сб. тр. науч.-практ. конф. Сочи, 2005. - С. 334 -336.

24. Информационные технологии и моделирование приборов и техпроцессов в целях обеспечения качества и надёжности». Сафага (Египет) 12-19 марта 2005 г., Сусс (Тунис) 9-16 октября 2005 г. Сборник трудов, Т.1. Москва, 2006 г. С. 103-105.

25. Подольский, В.Е. Оптимизация кластерных вычислений с использованием критериев структурной сложности / В.Е. Подольский, С.С. Толстых // Вторая Сибирская школа-семинар по параллельным вычислениям. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. С. 45-50.

26. Stroustrup, В The С++ Programming Language / Bjarne Stroustrup. -Addison-Wesley, 2000. 328 c.

27. Бокс, Д. Сущность технологии СОМ. Библиотека программиста / Дональд Бокс. СПб.: Питер, 2001. - 400 с.

28. Подольский, В.Е. Неполные системы сочетаний мероприятий в задачах повышения качества обслуживания региональных образовательных компьютерных сетей / В.Е. Подольский, С.С. Толстых // КБД-ИНФ02005: Сб. тр. науч.-практ. конф. Сочи, 2005. - С. 334 -336.

29. Св-во о гос. per. прогр. для ЭВМ 2009615012, Российская Федерация. SCCLib / Р. В. Федоров, С. С. Толстых; № 2009613875; дата поступл. 20.07.2009; дата регистр. 14.09.2009.

30. Св-во о гос. per. прогр. для ЭВМ 2009615011, Российская Федерация. SCCLib Report / Р. В. Федоров, С. С. Толстых; № 2009613874; дата поступл. 20.07.2009; дата регистр. 14.09.2009.

31. Харари, Ф. Теория графов / Ф. Харари. М.: Мир, 1973. - 301 с.

32. Евстигнеев, В.А. Применение теории графов в программировании / В.А. Евстигнеев. М.: Наука, 1985. - 379 с.

33. Кристофидес, Н. Теория графов. Алгоритмический подход / Н. Кристофидес. М.: Мир, 1978. - 402 с.

34. Майника, Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах / Э. Майника. — М.: Мир, 1981.-348 с.

35. Хорн, Р. Матричный анализ / Хорн Р., Джонсон Ч. М.: Мир, 1989. -655 с.

36. Боревич, З.И. Определители и матрицы / З.И. Боревич. М.: Наука, 1988.- 184 с.

37. Толстых, С.С. Построение критериев оценки структурной сложности в режиме адаптации к целям анализа / С.С. Толстых, Р.В. Федоров, В.Е. Подольский // Вопросы современной науки и практики. Ун-т им. В.И.Вернадского. № 3 (13) т. 2, с. 208-217. 2008 г.

38. Стерлинг, JI. Искусство программирования на языке Пролог / JI. Стерлинг, Э. Шапиро. М.: Мир, 1990. - 333 с.

39. Стобо, Дж. Язык программирования Пролог / Дж. Стобо. М.: Радио и связь, 1993. -366'с.

40. Хоггер, К. Введение в логическое программирование / К. Хоггер. — М.: Мир, 1988.-350 с.

41. Чанышев, О.Г. Программирование в ЛОГике: Учебное пособие / О.Г. Чанышев. Омск: ОмГУ, 2004. - 62 с

42. Roy, P. V. Logic Programming in Oz with Mozart Electronic resource. / Peter Van Roy. 1999. - Режим доступа : http://www.mozart-oz.org/papers/abstracts/lpinoz99.html, свободный. - Загл. с экрана.

43. Roy, P. V. Multiparadigm Programming in Mozart/Oz, Second International Conference, MOZ 2004 / Peter Van Roy. 2005. - 327 p.

44. Roy, P. V. Concepts, Techniques, and Models of Computer Programming / Peter Van Roy, Seif Haridi. MIT Press, 2004. - 900 p.

45. Марков, А. А. Теория алгоритмов / А. А. Марков. — М.: Наука, 1954. — 231 с.

46. Ляпунов, А.А. О логических схемах программ / А. А. Ляпунов, Ю. И. Янов // Проблемы кибернетики. Вып. 1. М.: Физматгиз, 1958. — с. 4674.

47. Янов, Ю. И. О логических схемах алгоритмов / Ю. И. Янов // Проблемы кибернетики. Вып. 1. — М.:Физматлит, 1958 с. 75-121.

48. Ноаге, С. A. R. Prof of correctness of data representation / C. A. R. Hoare // Acta Informatica. 1972. - 1(4). - P. 271- 287.

49. Андерсон, P. Доказательство правильности программ / P. Андерсон. — M.: Мир, 1982.-165 с.

50. Abrial, I.R. Specification Language Z / I.R. Abrial, B. Meyer. Boston: Massachusetts Computer Associates Inc., 1979. - 378 p.

51. Biorner, D. The Vienna Development Method: The Meta Language. Lecture Notes in Computer Science / D. Biorner, C.B. Jones. — Springer, 1978.-Vol. 61 -215 p.

52. Петренко, A.K. Венский метод разработки программ / А.К. Петренко // Программирование. 2001. — № 1. — С. 3-23.

53. RAISE Rigorous Approach to Industrial Software Engineering Электронный ресурс. - Режим доступа : http://www.iist.unu.edu/raise/, свободный. — Загл. с экрана.

54. The RAISE Spesification Language. BCS Practitioner Series. — Prentice Hall, 1992.-397 p.

55. The RAISE Development Method. BCS Practitioner Series. Prentice Hall International, 1995.-493 p.

56. Агафонов, В.Н. Спецификации программ: понятийные средства и их организация / В.Н. Агафонов. Новосибирск: Наука, 1987. - 240 с.

57. Непомнящий, В.А. Об одном подходе к спецификации и верификации трансляторов / В.А. Непомнящий, А. А. Сулимов. — М.: Программирование, 1983. № 4. - С. 51-58

58. Jones, С.В. Systematic Software Development Using VDM / C.B. Jones. -Prentice Hall International, 1986. — 300 p.

59. В Method Presentation of В Method, В Language, and formal methods Электронный ресурс. - Режим доступа : http://www.bmethod.com/, свободный. - Загл. с экрана.

60. Spivey, J.M. The Z Notation: A Reference Manual. Prentice Hall / J.M. Spivey, Prentice Hall International, 1992. 128p.

61. Marick, B. The Craft of software Testing / B. Marick. Prentice Hall PTR, 1994.-553 p.

62. Гэри, M. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи. — М.: Мир, 1982.-417 с.

63. Бердж, В. Методы рекурсивного программирования / В. Бердж. М.: Машиностроение, 1983. — 248 с.

64. Баррон, Д. Рекурсивные методы в программировании / Д. Баррон. — М.: Мир, 1974. 80 с.

65. Рэй, Э. Изучаем XML / Э. Рэй. Пер. с англ. - СПб: Символ-Плюс, 2001.-408 с.

66. Спенсер, П. XML проектирование и реализация / П. Спенсер. — Пер. с англ. М: Лори, 2001. - 510 с.

67. Окулов, С. М. Программирование в алгоритмах / С. М. Окулов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. 341 с.

68. Кормен, Томас Алгоритмы: построение и анализ, 2-е издание // Томас X. Кормен, Чарльз И. Лейзерсон, Рональд Л. Ривест, Клиффорд Штайн. -М.: Вильяме, 2005. 1296 с.

69. Ранганатан, Ш.Р. Классификация двоеточием. Основная классификация / Ш.Р. Ранганатан ; пер. с англ. под ред. Т.С. Гомолицкой ; Гос. публич. науч.-техн. б-ка СССР. М., 1933. - 422 с.

70. Викери, Б. Фасетная классификация: Руководство по составлению и использованию отраслевых схем / Б. Викери. — М.: ГПНТБ, 1970. -73 с.

71. Глинских, А. Мировой рынок систем электронного документооборота Электронный ресурс. / А. Глинских. Режим доступа : http://www.citforum.ru/consulting/docflow/market/articlel.8.200222.html, свободный. — Загл. с экрана.

72. Кульгин, М. Технологии корпоративных сетей / М. Кульгин. Энциклопедия. — СПб.: Питер, 2000. — 509 с.

73. Stambro, R. Extranet Use in Supply Chain Management Electronic resource. / Robert Stambro, Erik Svartbo. 2002. - Режим доступа : http://epubl.ltu.se/1404-5508/2002/003/LTU-SHU-EX-02003-SE.pdf, свободный. — Загл. с экрана.

74. CVS Open Source Version Control Electronic resource. — Режим доступа : http://www.nongnu.org/cvs/, свободный. - Загл. с экрана.

75. Коллинз-Сассман, Б. Управление версиями в Subversion Электронный ресурс. / Бен Коллинз-Сассман, Брайан У. Фитцпатрик, К. Майкл Пилато. O'Reilly Media. — Режим доступа : http://svnbook.red-bean.com/index.ru.html, свободный. - Загл. с экрана.

76. Саттер, Г. Стандарты программирования на С++ / Г. Саттер, А. Александреску. М. : Вильяме, 2005. - 224 с.

77. Zend Framework Coding Standard for PHP Electronic resource. — Режим доступа : http://framework.zend.com/manual/en/coding-standard.html, свободный. — Загл. с экрана.

78. Coding Standards Electronic resource. Режим доступа : http://pear.php.net/manual/en/standards.php, свободный. — Загл. с экрана.

79. Caron, R. Coding Techniques and Programming Practices Electronic resource. / Rob Caron. 2000. — Режим доступа : http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa260844.aspx, свободный. — Загл. с экрана.

80. Новиков, Д. А. Управление проектами: организационные механизмы / Д.А. Новиков. М.: ПМСОФТ, 2007. - 140 с.

81. Новиков, Д. А. Модели и механизмы управления научными проектами в ВУЗах / Д. А. Новиков, А. Л. Суханов. М.: Институт управления образованием РАО, 2005. - 80 с.97.http://standards.ieee.Org/reading/ieee/stdpublic/description/se/l 471 -2000 desc.html

82. Ларман, К. Применение UML и шаблонов проектирования. 2-е издание / Крэг Ларман. М.: Вильяме, 2002. - 624 с.

83. Блинков, И. И. Масштабируемые веб-архитектуры Электронный ресурс. / И. И. Блинков // Insight It. — Режим доступа : http://www.insight-it.ru/net/scalability/masshtabimemye-veb-arkhitektury/. Загл. с экрана.

84. Галатенко, В. Доступность как элемент информационной безопасности / В. Галатенко, И. Дорошин. Режим доступа : http://unixl .jinr.ru/faqguide/security/jet/accsec/articlel .2.1997.html

85. Дрот, В.Л. Многоуровневая архитектура приложения Электронный ресурс. / В.Л. Дрот, Ф.А. Новиков // Толковый словарь современной компьютерной лексики. Режим доступа : http://www.vslovar.ru/comp/589.html

86. Орлов, С.А. Технологии разработки программного обеспечения: Разработка сложных программных систем: Учебник для Вузов. 3-е изд. / С.А. Орлов СПб.: Питер, 2004. - 527 с.