автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Разработка и исследование методов моделирования Интернет портала

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ им. В.А.Трапезникова

□ОЗОБ2127

УДК 681 3

На правах рукописи

Хачумов Максим Александрович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНТЕРНЕТ-ПОРТАЛА

Специальность 05 13 18- Математическое моделирование, численные методы

и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003062127

Работа выполнена в Институте проблем управления им В А Трапезникова РАН

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор

Артамонов Евгений Иванович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор

Осипов Геннадий Семенович

доктор технических наук, профессор

Ядыкин Игорь Борисович Ведущая организация Московский энергетический институт

Защита состоится 2007г в _ часов на заседании

Диссертационного Совета / Института проблем управления РАН

им В А Трапезникова по адресу 117997, Москва, ул Профсоюзная, д 65 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления РАН им В А Трапезникова

Автореферат разослан /¿>д 2007 г

Ученый секретарь Диссертационного/совета

Акинфиев В К

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Основу электронного управления России составляет единое информационное пространство (ЕИП) органов государственной власти, реализуемое через иерархическую систему Интернет-порталов администраций поселков, городов, регионов, областей и других территориальных образований В настоящее время реализуются проекты «Электронная Россия», «Электронное государство», «Электронное правительство» Портал является высокоскоростной связью с внешним миром и справочно-информационной системой для населения и государственных служащих Он служит для максимально полного удовлетворения информационных потребностей граждан на всей территории государства, обеспечивает информационную поддержку принятия решений как в сфере управления экономикой, так и в области безопасности личности, общества, государства Портал следует рассматривать как инструмент государственного, управления информационными ресурсами, инфраструктурой, инвестициями Технология портала позволяет не только косвенно управлять выделенным регионом, но и непосредственно оценивать эффективность вложений Портал размещается на соответствующем оборудовании и представляет собой сложную информационно-аналитическую коммуникационную систему, требующую оптимизации загрузки и технического обслуживания Информационный портал (ИП) как элемент ЕИП -это интегрированный Web- сайт, который организован в виде системного многоуровневого объединения различных информационных ресурсов и сервисов, ориентированных на определенную целевую группу пользователей, и играет роль навигационной системы

Несмотря на наличие большого количества публикаций в этой области в настоящее время отсутствуют формализованные методы проектирования порталов, позволяющие решать множество взаимосвязанных инженерно-технологических, социальных, экономических и других задач, требующих разработки новых информационных технологий, математических методов моделирования программно-технических решений

Целью диссертационной работы является разработка и исследование математических и имитационных моделей для научно-обоснованного проектирования государственного ИП (администрации города или региона), включая управление проектами создания и развития, оптимизации архитектуры и режимов работы, проверки корректности алгоритмического обеспечения, обеспечение надежности и выработки стратегии обслуживания портала в течение его жизненного цикла

Основные задачи диссертационной работы, определяемые поставленной целью, состоят в следующем

1 Исследовать принципы построения портала особенности алгоритмов функционирования, структурной организации, методов проектирования, создания математических моделей

2 Разработать методы проектирования, управления и развития портала

3 Разработать и исследовать функциональные модели портала

4 Разработать методы обеспечения надежности программных, информационных и технических средств

5 Создание и исследование эффективности портала для администрации города с использованием разработанных в диссертации моделей и методов

Методы исследования базируются на теории систем массового обслуживания, теории информации, теории математического программирования, математическом аппарате нейронных сетей, методах имитационного моделирования на сетях Петри

Научная новизна работы заключается:

1 В модификации и адаптации современных научных подходов и математических методов моделирования применительно к решению новой актуальной задачи - построению и исследованию регионального портала как базового элемента ЕИП

2 В получении научно-обоснованных рекомендаций по поддержанию режима работы, прогнозированию и принятию проектных и управляющих решений, определяющих и обеспечивающих экономическую эффективность порталов

3 В комплексном подходе к изучению проблемы и внесению на этой основе определенного научного вклада в развитие инструментальных средств построения и управления ЕИП в целом

Практическая ценность работы. Представленные в диссертации результаты использованы в ряде проектов и позволяют научно обоснованно решать важные задачи, возникающие при проектировании и исследовании характеристик порталов, как составной части ЕИП Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты могут быть использованы в Вузах России при чтении дисциплин, связанных с моделированием и проектированием сложных экономических и технических систем

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается корректностью постановок задач, выбором алгоритмов функционирования с использованием методов математического моделирования, получением структур систем по заранее заданным критериям, разработкой языковых средств взаимодействия пользователя с системой с определением семантики языка, а также результатами практического использования предложенных в диссертации методов, моделей и средств

Реализация результатов работы Основные результаты работы внедрены в ЗАО «Росинтернет технологии» на этапах составления и реализации проекта портала администрации г Переславля-Залесского, и в Московском энергетическом институте при выполнении НИР, что подтверждено соответствующими актами о внедрении

Апробация работы. Материалы и результаты работы докладывались и обсуждались на IV Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы в технике, медицине и экономике» (Новочеркасск, 23 января 2004 г), Научно-практической конференции «Реинжиниринг бизнес -процессов на основе современных информационных технологий Системы

управления знаниями» (РБП-СУЗ-2004) (Москва, 14-15 апреля 2004 г), Международных научно-технических конференциях «Современные информационные технологии» (Пенза 2004 и 2005 гг), IV международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экономики и новые технологии преподавания (Смирновские чтения) (Санкт-Петербург, 15-16 марта 2005 г), Международной конференции «Проблемы управления и приложения (техника, производство, экономика)» (Беларусь, Минск, 16-20 мая 2005 г), Второй международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 7-9 февраля 2006 г), 6-ой международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленног о продукта С АО/САМ/РОМ - 2006» (Москва, 24-26 октября 2006 г)

Публикации По материалам диссертации опубликованы 3 статьи в журналах, 2 статьи в сборниках докладов и 6 тезисов докладов международных и всероссийской конференций

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 63 наименования и 3-х приложений, содержащих акты внедрения результатов работы, основные модули программного обеспечения, результаты моделирования и другие

вспомогательные материалы Основная часть работы изложена на _

страницах машинописного текста Работа содержит 31 рисунков и 10 таблиц СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность исследуемой проблемы, формулируются основные цели и задачи, определены научная новизна и практическая значимость диссертационной работы

В первой главе дан анализ структуры ЕИП и указано место в ней базовых элементов - порталов Приведено описание функций и сформулированы требования к порталам, дается развернутый обзор известных моделей портала В основе практической части исследования лежит проект портала администрации малого города России как наиболее массового элемента ЕИП (рис 1) ИП содержит две части - внугренний и внешний Интернет -портал и структурно является деревом с отдельными несвязанными между собой ветвями С одной стороны, портал служит для реализации внутренних функций управления администрации, а с другой - для реализации внешних связей и обслуживания населения

Ключевым элементом при работе пользователя в портале является запрос Запрос с пользовательскою интерфейса на сервере приложений обрабатывается ядром системы Последовательность обработки запроса состоит из составления протокола запроса, обработки сессии, разбора нрав пользователя, контроля за формированием меню и целостности данных пользователя при решении им предметных задач На выходе системы в результате запроса имеем конкретный официальный документ

Интранет — пространство администрации

Рис 1 Структура ЕИП малого города

На рис 2 показаны основные фазы обработки запроса пользователя 1) на запрос пользователю предоставляется определенная Ь1т1-страница для заполнения, 2) предоставляется доступ или возврат на доработку, 3) формируется первичный документ, который заполняется системой управления из базы данных, 4) документ проходит через обработку специальным приложением, выбранным пользователем, 5) заполненный документ или отказ передаются пользователю

Рис 2 Функциональная модель ИП

На основе анализа ресурсов Интернет и научных публикаций показано, что фактически все доступные модели порталов носят неформальный характер Этого недостаточно для проведения научно-обоснованного проектирования пор1ала, выбора оптимального режима работы, поддержки технического состояния (замены оборудования), проверки работоспособности в течение жизненною цикла портала и тд В рамках настоящего подхода предлагается использовать комплекс моделей (рис 3) как экономико-математических, так и имитационных, включая математический аппарат искусственных нейронных сетей, современный аппарат сетей Петри, модели систем массового обслуживания (СМО), среду языка моделирования ОРББ, информационные модели, построенные на данных экспертов и прецедентов

ИЕРАРХИЯ МОДЕЛЕЙ ПОРХАЛА КАК ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА

Вид модели Назначение модели

Рис 3 Комплекс моделей ИП

Перечисленные математические модели и инструменты требуют уточнения и адаптации к задачам проектирования ИП, которые обладают определенной спецификой Построение таких конкретных моделей, а также их исследование и является целью последующих глав диссертационной работы Во второй главе рассматриваются технико-экономические аспекты построения информационного портала, предназначенного для управления и взаимодействия органа государственного управления с гражданами, бизнесом и другими структурами Дается экономическое обоснование портала посредством адаптации имеющихся методик расчета эффективности компьютерного оборудования и средств автоматизации в рассматриваемой предметной области Экономический эффект от внедрения ИП достигается за счет оптимизации режима загрузки компьютерного оборудования, сокращения затрат на управление, сокращения непроизводительных расходов Ускорение обеспечивается за счет перевода бумажных документов в электронный вид

В простейшем случае Интернет-портал можно рассматривать как одноканальную систему массового обслуживания (СМО) с ожиданием Исследуя средние интенсивности входного потока заявок к и обслуживания ц можно построить его производственные функции Данные функции в свою очередь определяют экономические затраты на поддержание необходимого режима работы портала Из модели СМО следует, что при ц=соп$1, возникнет ситуация, когда из-за постоянно возрастающего потока входной информации неограниченно растает очередь на обслуживание и портал перестанет успевать ее обрабатывать

Пусть задана СМО с пуассоновским входным потоком заявок Вероятность р„ (г) поступления « заявок в систему за время от 0 до ? при нормальном распределении входных заявок определяется формулой

рЛ,) = &£е-*' (1)

Функционирование системы характеризуется рядом показателей р„ - вероятностью того, что в системе (в очереди и на обслуживании) находится п заявок в момент времени /, Тстт — средним временем ожидания требования в системе (т е среднее время пребывания требования в очереди и на обслуживании), Nc¡lcm - средним числом заявок в системе (в очереди и на обслуживании) Работа системы описывается в установившемся режиме следующими вероятностными характеристиками

,Р.=9>"( 1-9»), = (2)

(1 -<р)" \-<р Я

д

где <р = — - коэффициент использования (загрузки) оборудования системы, причем полагаем <р < 1, иначе очередь будет бесконечно возрастать Среднее

Л \Г <Р2

количество заявок в очереди определяется как " оч =—" а,™ ~-

СИС'Н ц \ «

ц (1 -¥>)'

Т 1

среднее время обслуживания одной заявки составит Тср - = — Для расчета

** CULIII

эффективности портала следует определить среднее число заявок, находящихся непосредственно на обслуживании

= Nc„cm - N„ = Nc„cm {\-ç) = <p (3)

Изменяя параметры входного потока (1) и параметры обслуживания (2), (3) можно получать различные режимы загрузки портала, строить и изучать его производственные характеристики Так увеличение коэффициента <р уменьшает величину простоя р0, приводит к увеличению количества заявок в системе Neucm и времени ожидания заявки в системе Tnicm Рассмотрим условия потери заявки при обслуживании Это может произойти, по следующим причинам

1) если время ожидания в очереди превысит некоторое предельное время Тп,

2) если количество заявок превысит предельное значение емкости буфера Nn Дчя расчета указанных параметров необходимо задать их вероятности, например, Рт и Рк Тогда, с учетом принятых допущений, справедливо

Рт = (1 - Р0 ) ехр(-Г f - Я)Г,7) = <Р ехр(-(/< - Л)ТП ), (4)

Л,- I (5)

Задаваясь вероятностями Рг и Р, и предельными значениями Тп и N„ можно из формул (4)-(5) определить необходимые параметры системы, и наоборот при заданных параметрах системы и вероятностях - определить предельные значения Тп и Nn Для равновероятных событий потери заявки в системе имеем Л = Рт, =ехр{-{^-Х)ТП Это уравнение устанавливает связь между предельными значениями параметров Тп и N,, Таким образом, можно определить множество допустимых значений основных параметров, построить семейство зависимостей и провести необходимые исследования системы Пусть, например, вычислительная система удовлетворяет следующим ограничениям Nc„im< 2, N04<\, No6a < 1 Такому случаю соответствует коэффициент загрузки ср = 0 610 , при котором NctiarJ =1 564, jVO4 =0 954, ^,=0 610

Ожидаемый от внедрения портала экономический эффект зависит от соотношения между техническими возможностями портала и имеющимся потоком заявок, пропорционален разности между нормативными и фактическими трудозатратами С другой стороны, внедрение средств автоматизации требует затрат на закупку соответствующего оборудования (компьютеров заданной конфигурации) и программного обеспечения

Таким образом, экономический эффект от внедрения средств автоматизации может быть рассчитан по формуле

Е=гк[Фн-Фф]--, (6)

г

где

Фц~ нормативные трудозатраты за год, Фф - фактические трудозатраты за год,

г - степень использования компьютеров, занятых обработкой, к- коэффициент, учитывающий издержки фактора производства «труд», С - издержки на приобретение компьютеров и программного обеспечения, г - срок амортизации компьютеров

Затраты на покупку компьютеров и программного обеспечения можно принять пропорциональными интенсивности выполнения заявок

С(ц) = йц (7)

Связь между интенсивностью выполнения заявок и степенью использования компьютерной техники определяется уравнением

г(ц) = (8)

где |io - интенсивность выполнения заявок без использования компьютеров Фактические трудозатраты определяются долей времени, требуемой для выполнения заявок, т е долей времени когда в системе массового обслуживания находится хотя бы одна заявка

Фф = Фи [\-ро] = Фн [1- (1 -<р)] = Фн<Р=Фн- (9)

№

Таким образом, при известных параметрах входного и выходного потоков, а также коэффициентах а,Ь можно используя формулы (6)-(9) рассчитать эффективность от автоматизации труда Оптимизационная задача заключается в определении таких издержек на автоматизацию труда, которые позволят достичь наибольшего экономического эффекта Для решения этой задачи требуется найти взаимосвязь между показателями С и Фф Положим, что средняя интенсивность поступления заявок в систему А. постоянна Тогда задача

примет ВИД Е = [l - ] кФ„ j^l - - j - -» max

Эффект от сокращения непроизводительных расходов приводит к большему числу обработанных заявлений, уменьшению затрат времени на выполнение типовых операций Экономия составит

Э„ =Кб Ч Ф (человеко-час) или Э„=К6 Ч Ф Зс (руб), (10)

где Кб - сокращение потерь и непроизводительных затрат времени на одного служащего в течение года, (ч), Ч - численность работающих, у которых сокращаются потери и непроизводительные затраты времени, человек, Ф -годовой фонд рабочего времени одного служащего (дней), Зс - среднегодовая зарплата одного служащего Уменьшение затрат времени на выполнение типовых операций для служащих может достигать 75% рабочего времени

Рассмотрим далее задачу управления проектом развития ИП как составной частью ЕИП Задачу оптимизации размера вклада и распределения инвестиций между исполнителями проекта портала предлагается решить с использованием аппарата искусственных нейронных сетей (ИНС) Первый слой ИНС прямого распространения содержит один входной нейрон и служит для распределения вклада X в развитие ИП по отдельным проектам (рис 4)

Вес связи со, здесь определяет долю вклада в конкретный / -ый проект,

т

причем =1 Второй слой содержит т нейронов с акшвационными

1=1

функциями, соответствующими функциям прибыли, и входами 5, = Хсо, В качестве такой функции можно выбрать, например, функцию Гаусса, параболу или сигмоид Третий слой содержит одни нейрон - аккумулятор, который суммирует прибыли проектов с масштабирующими коэффициентами £,,< = 1,2, ,т

Входной слои Скрытый слой Выходной слои_

Рис 4 Нейронная сеть прями о распространения Функция качества инвестиций У, фитнес-функция, определяется как

т

г = (П)

1=1

В данной задаче полагаем к, = 1, / = 12, , т Для настройки подобной ИНС на получение максимума функции У удобно воспользоваться генетическим ал! оритмом Данный аппарат настройки описан в многочисленных исгочникач, но каждая постановка задачи вносит определенную новизну Каждую реализгцию набора коэффициентов (соисо2, ,сот), удовлетворяющую условию

т

2су, =1, назовем хромосомой Каждой 7-ой хромосоме соответствует вполне

1=1

определенное значение у функции качества (11) Для его определения выполняют расчет сети в прямом направлении Общий алгоритм генетической настройки состоит из нескольких этапов

1) Создание начальной популяции как случайного набора из N хромосом с известными значениями функции качества

2) Этап случайного выбора пары хромосом Для его реализации единичный отрезок разбивают на N частей, в котором каждая к-я часть пропорциональна относительному значению функции качества

Р/, = У* /2.У, к =\, .¿V Запуская датчик случайных чисел, нормально

распределенных на единичном отрезке, выбирают участок и соответствующую ему хромосому

3) Скрещивание двух выбранных хромосом-родителей путем обмена четными или нечетными коэффициентами Для нормализации хромосом-

п

потомков коэффициенты масштабируют для удовлетворения условия £ со, = 1

Для поученных хромосом определяют фитнес-функции Лучшие две хромосомы возвращают в начальную популяцию

4) Переход либо на пункт 2), если ни одна из имеющихся хромосом не удовлетворяет условию задачи по качеству или имеет место тенденция к улучшению хромосом популяции, либо - на пункт 5) в противном случае

5) Останов алгоритма с выбором наилучшей хромосомы, либо запуск механизма мутации, заключающе1 ося в случайном изменении отдельных генов хромосом-потомков и переходе на 2)

Особенности описанного метода были изучены на модельной задаче На рис 5 показана система парабол как функций качества исполнителей проектов В эксперименте N=10 На рис 6 представлен результат работы генетического алгоршма для определения наилучшего размера вклада без использования механизма мутации Показаны зависимости среднею показателя качества хромосом в популяции (нижняя, линия) и значения фитнес-функции наилучшей хромосомы (верхняя линия) от числа итераций алгоритма Видно, что генетический алгоритм уверенно улучшает показатели популяции Имея данный аппарат можно решить задачу определения оптимального размера инвестиций в проект портала

Портал относится к системам длительного пользования Стоимость его оборудования падает со временем, в то время как стоимость обслуживания (ремонта), как и всех сложных аппаратно-программных комплексов, постоянно возрастает

Возникает актуальная задача определения сроков модернизации или замены оборудования в процессе эксплуатации Наличие отдельных значений

Рис 5 Производственные функции Рис 6 Результат работы генетического алгоритма

(отсчетов) затрат за предыдущие периоды позволяет решить задачу о затратах в последующий период превентивно Предлагаемый подход заключается в том, что двухслойная ИНС с сигмоидальной функцией активации обучается генетическим алгоритмом по некоторому участку временного ряда в прошлом и дает прогноз относительно поведения ряда в последующий период Это позволяет рационально распределить средства и подготовиться к преде [Оящей замене Предлагается экспертный подход к определению состояния оборудования портала, в условиях, когда зависимости изменения стоимости оборудования от времени являются неизвестными Пусть текущее состояние оборудования оценивается вектором бинарных признаков X = (ХЬХ2, ,Х„), фиксирующих наличие (значение "1") или отсутствие (значение "О") некоторых характеристик оборудования (например, наличие сбоев, моральный и физический износ, достаточность быстродействия и т д) Пусть также выделено несколько классов состояния оборудования, К = (КЪК2, ,Кт), например, отличное, хорошее, сомнительное, плохое Каждому состоянию соответствуют наборы векторов признаков, составляющих обучающую выборку Необходимые эталонные вектора, описывающие классы состояний получают на основе накопленного опыта и знаний экспертов По обучающей выборке оценивается информационная значимость каждого к-го признака 1к {К, 10) и/или Iк (К, 11) Здесь запись означает частную информацию о том, что признак Хк со значением Хк =0 или Xк =1 относится к классу К, Р(К \Х )

I (Кк\Х ) = 1ор -Таким образом, определяются частные

ч Ь2Р(Кг)Р(Х ) а //

информации каждого признака о состоянии испытуемого объекта При подсчете вероятностей должны выполняться условия

Р{Кк \Хд = \)Р(ХЦ = \) = Р(Кк)Р(Хц =1|А'Д Р[Кк \ ху =0)ЯХ7 =0)=дщда; =0! А";)

Причем классы считаются равновероятными Рассмотрим случай двух классов Обозначим АГ, =0, К2=1, причем Р(Кк) = 05 Значения частной информации отдельных признаков используются для вычисления суммарной информации 1т{К,) о принадлежности гп-го вектора (ситуации) 1-ому классу Полученные таким образом характеристики используются для построения решающих функций, отражающих количественную связь между классом и суммарной информацией о состоянии Пусть, например, в результате работы экспертов получена информация о классах «хороший» и «плохой» в виде учебных векторов, задающих определенную ситуацию Вычисляя частную информацию по каждому признаку Хк, получим вектор ((111),(110), 1к(011), 1к(010)) Для подсчета информации как меры принадлежности ситуации тому или иному классу используется сумма частных информации отдельных признаков, входящих в состав конкретной ситуации На основе полученной информации строится алгоритм распознавания текущей (неизвестной) ситуации Для построения раздеаяющей функции предлагается следующая, довольно эффективная для нашего случая интерпретация задачи Выполним

ранжирование множества состояний X по степени убывания величины /„,(£,) для . определенного класса, например К, = 1 Аналогично выполним эту же операцию для К, - 0, но по возрастанию Каждому упорядоченному по информации состоянию поставим в соответствие точку некоторого пространства X и построим интерполяционные кривые (рис 7) Точка пересечения эшх кривых обозначит границу раздела классов (хороший -плохой) На рис 7 вертикальными линиями выделена зона, в которой имеет место смешение классов Назовем ее зоной нечувствительности

Рис 7 Графическая интерпретация задачи распознавания

Вне зоны нечувствительности можно уверенно отнести произвольный текущий вектор ситуации к тому или иному классу на основе вычисленной для него информации Для учета экономической составляющей каждому вектору состояния можно поставить в соответствие некоторую величину у, интерпретируемую как экономический критерий, связанный с текущим состоянием и эксплуатацией оборудования Можно построить зависимость у = /(ЦК,)), отражающую количественную связь между величиной у и информацией о принадлежности объектов классу К, Предлагаемый в настоящей работе подход, использующий основы теории информации, может быть полезен при оценке состояния компьютерного оборудования в масштабах ЕИП крупного предприятия, города или региона

В третьей главе рассматривается задача моделирования работы информационного портала сетями Петри Предлагаемые модели позволяют описать внутреннюю структуру портала, визуально и автоматически проанализировать алгоритмы его функционирования, т е выполнить верификацию Математический аппарат обыкновенных и высокоуровневых (раскрашенных и временных) сетей Петри позволяет реализовывать имитационные модели подсистем портала, проводить дополнительный к моделям СМО анализ на безопасность (ограниченность), живость, наличие тупиков и ловушек Применим аппарат сетей Петри к анализу одной из подсистем городского портала подсистемы ЖКХ сетью Петри (рис 8) Работа

портала в части обслуживания населения заключается в предоставлении пользователю возможности обращения к соответствующему разделу портала для заполнения специальной анкеты и инициирования ее обработки В результате автоматической обработки пользователь получает персональный счет, с которым он может обратиться в Сбербанк для оплаты услуг ЖКХ Рассмотрим описание подсистемы ЖКХ информационного портала администрации города обыкновенной сетью Петри Подсистема представлена web- сайтом ЖКХ Здесь позиции означают хранилища документов Фишка означает наличие запросов, над которыми производятся определенные действия Все действия выполняются переходами

Опишем общий механизм работы этой сети Рассмотрим процесс работы сети на примере единственного запроса

1) Наличие метки в Р1 означает поступление запроса от клиента Происходит регистрация клиента \УеЬ-сервером и самого запроса к ЖКХ (переход )

2) Получив начальную информацию, сервер сохраняет ее у себя и посылает клиенту анкету (форму) для заполнения, которая содержится в позиции Р2

3) Далее клиент заполняет форму (переход /2) и создает заполненный вариант формы, который проходит проверку и либо направляется на доработку (переход г,), либо передается в готовом виде на Я4 как запрос на обработку анкеты

4) Заполненная форма (позиция Р4) проходит обработку, включая кастомизацию (переходы г5,г6) с привлечением базы данных (позиция Р5), хранящей все необходимые тарифы и форму счета Кастомизация данных, связана с определением ограничений по доступу к данным (позиция Р6) Происходит обработка и формирование счета как выходного документа

5) Заполненный результатами расчетов документ поступает в позицию Р1 После этого он проходит персонификацию (переход /7), в ходе которой выявляются персональные особенности клиента с использованием базы ЖКХ (паспортного стола) После установления соответствия между информацией о клиенте, содержащейся в документе, и информацией в базе ЖКХ формируется и визуализируется огвет (переход ) В качестве ответа клиент получает

Ре

Рис 8 Сеть Петри как модель функционирования подсистемы ЖКХ

готовый документ счета (в случае положительного прохождения персонификации) либо отрицательный ответ в виде сообщения о несоответствии предоставленных данных в запросе (выходное место Р10)

Наличие функциональной модели ИП в виде адекватной сети Петри позволяет проанализировать алгоритм ее функционирования на свойства «живости», «ограниченности» и «наличие тупиков» которые важны при программной реализации При этом был использован эффективный алгебраический подход к исследованию сети Петри, основанный на работе с матрицами Результатом исследования модели (Рис 8) явилось то, что, система «живая» и имеет тривиальный тупик Система является ограниченной при наличии единственного запроса на входе системы, однако при потоках запросов система может не справиться с обработкой, что приведет к неограниченному росту заявок в некоторых позициях, включая входную Предложено осуществлять более глубокое моделирование в среде языка GPSS Каждой конструкции сети Петри ставится в соответствие блок или фрагмент программы на языке моделирования GPSS Переход от ПГСА к сети Петри заключается в замене операторов ПГСА соответствующими операторами сети Петри и в склеивании этих операторов между собой Склеивание происходит по обрамляющим позициям Главное достоинство подхода - возможность описания асинхронных режимов работы модели с учетом модельного времени Комплексные модели в виде сетей Петри в сочетании с языком GPSS сети Петри позволяют проводить эффективное моделирование алгоритмов функционирования ИП и избежать ошибок его построения

В четвертой главе предлагаются программно-инструментальные средства для моделирования и экспериментального проектирования портала администрации (на примере подсистемы ЖКХ), Современные технологические подходы к построению портальных программных комплексов предполагают создание большого количества сложных программных модулей, реализация которых является весьма ресурсоемкой задачей Предложено дополнить Функции, которыми должна обладать система управления проектами ЕИП (по соответствующим рекомендациям Microsoft), разработанными и исследованными моделями портала

Показано, что по такому же принципу работы ИП функционируют различные интерактивные информационные системы, предоставляющие специфические услуш пользователю, что существенно расширяет возможности предложенных средств моделирования В качестве примера такой системы, может выступить, например, опытный образец распределенной системы проектирования конструкторской документации, разрабатываемый в ИПУ РАН Разработана функциональная модель взаимодействия удаленного пользователя и инструментальные средства для моделирования общей структуры интерактивной системы «Графика-81» -2D На примере комплекса демонстрируется возможность работы удаленного пользователя с коллективной базой данных, создания конструкторско-технологической документации,

решения задач компоновки элементов, автоматической трассировки соединений между элементами на принципиальных схемах и печатных платах Для этих целей используются соответственно два модуля Графика-81- 2D (на рис - модуль К), Графика-81-Т (на рис - модуль Т)

Общая структура интерактивной системы представлена на рис 9 Система содержит серверы прикладных систем, связанные между собой через сеть Internet, Web-броузеры клиентов Удаленный пользователь работает с системой проектирования через интерфейс удаленного доступа на основе Web-страниц, вызываемых при помощи Web-броузера Web-страницы содержат основные органы удаленного управления системой и ссылки на сопровождающую справочную информацию В зависимости ог характера запроса приложение, выполняемое на Web-cepeepe, осуществляет доступ к файловой системе и/или к базе данных проектов

В частности, удаленный пользователь может зарегистрироваться в системе и получить в пользование индивидуальный каталог, в котором он может создавать собственные библиотеки, сохранять сценарии и результаты их выполнения Доступ к этому каталогу производится по индивидуальному паролю пользователя Пользователь может удаленно редактировать файлы в своем каталоге и просматривать их как в графическом, так и в текстовом формате Серверное приложение поддерживает также функции удаленною администрирования Администратор системы рассматривает заявки на регистрацию пользователей, поступающие в специальную таблицу базы

данных, и назначает им индивидуальный пароль и каталог файловой системы После этого пользователю автоматически посылается соответствующее уведомление, а данные о нем переписываются в таблицу зарегистрированных пользователей Результат работы системы удаленный пользователь получает в виде динамически сформированной Web-страницы или в виде файла специального графического формата (HPGL), который может быть отображен в окне Web-броузера или использован для программирования графопостроителя, или станков с ЧПУ Очевидно, что система обеспечивает возможность одновременной работы и через локальную сеть в режиме непосредственного диалога Наибольшую эффективность работы распределенной системы можно достичь в режиме параллельного проектирования, когда решается задача создания конструкции одного объекта удаленными друг от друга разработчиками, или в случае решения пользователем на удаленном сервере достаточно сложных расчетных задач

Предлагаемый в диссертационной работе программный комплекс состоит из двух частей Первая содержит программные средства для поддержки математического моделирования алгоритмов функционирования информационных порталов и других интерактивных программных систем Вторая - содержит программные средства, необходимые непосредственно для реализации портала

Разработанные инструментальные средства моделирования включают модуль моделирования портала как СМО, модуль решения задач прогнозирования и оптимального вложения инвестиций на ИНС, модуль для моделирования функций портала на основе сетей Петри Разрабатывается специальный модуль на основе алгебраического подхода, который позволяет автоматически строить дерево маркирования сети Петри Впервые предлагается подход к симулированию работы сети Петри на языке GPSS Широкий набор компонентов языка GPSS позволяет конструировать сложные имитации модели с сохранением терминологии СМО Предложена программная технология перехода от сети Петри к модели на языке GPSS, в соответствие с разработанной техникой Данная модель позволяет задавать различные входные потоки транзактов После моделирования работы портала для 1000 абонентов, постоянно подключенных к сети, в течение 10 дней, отводимых для заполнения форм, были выявлены узкие места системы Было предложено модифицировать систему так, что бы она позволяла заполнять формы одновременно нескольким клиентам, что устранило образование очереди Для создания информационно-программных портальных комплексов предложено использовать стандартное программное обеспечение Серверная часть программного обеспечения является двухярусной на нижнем ярусе находятся СУБД MySQL и Web-cepBep Apache (версия не ниже 1 3), на верхнем - промежуточное программное обеспечение, работающее как в ОС Linux, так и ОС Windows Разработан графический Web- интерфейс ЖКХ В Приложении содержатся акты об использовании результатов и некоторые вспомогательные материалы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе решены научные задачи по проектированию Интернет портала, как базового структурного элемента Единого Информационною Пространства (ЕИП), обоснованы принципы его структурной организации, разработаны алгоритмы, модели и методы их автоматизированного проектирования, а также инструментальные средства для его реализации Получены следующие основные теоретические и практические результаты

1 Проведен анализ, исследованы теоретические и практические проблемы построения информационного портала как базового структурного элемента ЕИП, показано, что экономические параметры портала во многом определяются его производственными функциями, причем использование СМО в качестве модели портала позволило уточнить параметры загрузки оборудования, при которых минимизируются информационные потери системы, и использовать их в расчетах экономической эффективности

2 Разработан и исследован комплекс экономико-математических моделей, описывающих режимы работы и состояние портала

3 Разработана методика расчета основных показателей экономической эффективности портала, как СМО

4 Решена задача прогнозирования оптимальных инвестиций в проект информационного портала на основе нейронных сетей В результате технико-экономического исследования на их основе получают информацию, достаточную для принятия решения об объеме вложения средств в данный проект, об оптимальном распределении капитала между исполнителями и других характеристиках управления проектами развития информационною пространства Данный этап рассматривается специалистами в области управления проектами как один из важнейших, т к он позволяет получить экономию ресурсов до 70%

5 Решены задачи оптимизации затрат на обслуживание портала как сложного программно-аппаратного объекта Предложен нейросетевой подход к прогнозированию возможных затрат на обслуживание портала в очередной итоговый момент Рассмотрен информационный подход к определению состояния оборудования Метод основан на мониторинге составляющих портала с привлечением опыта экспертов

6 Рассмотрены теоретические основы моделирования алгоритмов портала на сетях Петри Преимущество отдано алгебраическому методу исследования сетей Петри, что позволяет исследовать сеть на наличие тупиков, ограниченность и функционируемость (живость)

7 Построены математические модели, которые позволяют проводить оценки правильности построения алгоритмов функционирования портала, на этапах проектирования и избежать тем самым ошибки на ранних этапах Использование стандартных возможностей моделей на основе сетей Петри, в том числе графических симуляторов, обеспечивает наглядность процесса моделирования, а применение алгебраического подхода позволяет

автоматизировать процесс моделирования порталов и провести верификацию алгоритмического обеспечения

8 Показано, что совместное использование сетей Петри и языка моделирования GPSS позволяет строить более совершенные модели алгоритмов функционирования и проводить наглядное и эффективное моделирование

9 Разработаны программные инструментальные средства и технологии, необходимые для моделирования и построения порталов, в том числе технология построения библиотеки моделей нейронных сетей, методы моделирования работы портала на сетях Петри и их эмулирования в среде GPSS, языковые средства для построения подсистем ИП администрации города

10 Предложенные модели, методы моделирования, языковые и программные инструментальные средства использованы при проектировании портала малого города России, в частности, системы «Интерактивное информирование населения об услугах ЖКХ»

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Хачумов M А Информационный подход к решению задачи оценки состояния и замены оборудования - Материалы IV Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы в технике, медицине и экономике» (Новочеркасск, 23 января 2004 г ) - Новочеркасск, Изд-во ЮРГТУ (НПИ), Часть 4, 2004, с 17-19

2 Хачумов MA Задачи управления проектами создания единого информационного пространства региона - Сб докладов научно-практической конф «Реинжиниринг бизнес-процессов на основе современных информационных технологий Системы управления знаниями» (РБП-СУЗ-2004) (Москва, 14-15 апреля 2004 г ) - M МГУЭСиИ, 2004, с 216-220

3 Хачумов M А Модели управления развитием едино! о информационного пространства — Труды Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии -2004» - Пенза Пензенская гос технолог академия, 2004, с 41-43

4 Хачумов M А Единое информационное пространство региона Проблемы и решения В сборнике научных трудов «Анализ и моделирование экономических и информационных процессов» - M Издательский центр МЭСИ, 2004, С 31-38

5 Сенькина M А , Хачумов M А Технико-экономические проблемы создания единого информационного пространства региона - Вестник Дагестанского Научного Центра РАН , № 18, 2004, с 28-34

6 Хачумов M А Оптимизация распределения инвестиций в проектах развития единого информационного пространства - Материалы IV международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экономики и новые технологии преподавания (Смирновские чтения) (15-16 марта 2005 г, г Санкт-Петербург) - СПб Изд -во Политехнического ин-та, Т 2, 2005, с 225-227

7 Хачумов M А, Хачумов С В К расчету экономической эффективности интернет - портала администрации города - Экономика и производство, № 2,

2005, с 39-43

8 Хачумов M А Управление проектом развития государственного портала -Труды Международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии — 2005" - Пенза Пензенская гос технолог академия, 2005, с 13-17

9 Хачумов M А, Хачумов С В Моделирование работы информационного портала сетями Пегри - Научное обозрение, № 2, 2006, с 103-110

10 Блинов АО, Хачумов MA Распределение инвестиций на основе нейронной сети с генетическим алгоритмом настройки - Сборник трудов Второй международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (7-9 февраля

2006, г Санкт-Петербург) / Под ред А П Кудинова, Г Г Матвиенко, В Ф Самохина - СПб Изд-во Политехи ун-та, 2006 Т 5, 2006, с 103-105

11 Артамонов Е И , Хачумов M А Модели работы удаленного пользователя в системах проектирования и обслуживания — Тезисы докладов 6-ой международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта CAD/CAM/PDM-2006» (24-26 октября 2006 г, г Москва) - M ИПУ РАН, 2006, с 65

Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве В работе [5] автору принадлежит технико-экономическое обоснование отдельных элементов ЕИП В работе [7] автором выполнен расчет оптимальной загрузки портала как СМО В работе [9] разработана модель ЖКХ и технология перехода к среде GPSS В работе [10] автору принадлежит постановка задачи распределения инвестиций с помощью настройки ИНС модифицированным генетическим алгоритмом В работе [11] автором предложены функциональная модель взаимодействия удаленного пользователя и инструментальные средства для моделирования общей стру]

Отпечатано в ООО «Три Пресс» ПД №4350892-06 от 26 01 2007 г Подписано в печать 17 01 2007 г Тираж 100 экз Уел пл 1,06 Печать авторефератов 8-901-532-02-62 (495) 995-15-62

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОРТАЛА

КАК ОБЪЕКТА И ИНСТРУМЕНТА УПРАВЛЕНИЯ ЕИП.

1.1. Анализ структуры и системы управления ЕИП.

1.2. Функции информационного портала как базового элемента ЕИП.

1.3. Концептуальные (структурные и функциональные) модели информационных порталов.

1.4. Социально- экономические проблемы построения ЕИП на базе порталов.

1.4.1. Экономическая эффективность порталов.

1.4.2. Задачи и механизмы управления проектами создания ЕИП.

1.4.3. Портал как инструмент государственного управления.

1.5. Методы математического моделирования портала как объекта ЕИП.

1.5.1. Методы и задачи моделирования.

1.5.2. Анализ методов моделирования информационного портала.

Диссертационная работа направлена на исследование и разработку методов проектирования информационных порталов (ИП) как составной части единого информационного пространства (ЕИП) России. Портал это необходимый шаг на пути создания электронного правительства страны. Он является высокоскоростной точкой входа в Интернет и информационной системой, которая предоставляет пользователю интересующую его информацию. Информация в условиях современного общества становится важным стратегическим ресурсом наряду с традиционными ресурсами (материальными, энергетическими, людскими). Быстро меняющаяся социально-экономическая обстановка России ведет к росту потребности, прежде всего, в достоверной и оперативной информации. Существующая система информационного обеспечения России далека от совершенства и пока не соответствует новым социально-экономическим условиям. В то же время нельзя не отметить определенные сдвиги в области развития и совершенствования информационного обеспечения. Так Комитетом при Президенте РФ по политике информатизации подготовлен проект целевой программы "Информатизация России". Конкретные мероприятия по объединению и координации усилий в области информатизации проводятся Федеральной целевой программой «Электронная Россия» [1-3].

Решение задачи информатизации регионов эквивалентно созданию единого информационного пространства России. Основу электронного управления составляет ЕИП органов государственной власти, реализуемое через иерархическую систему Интернет-порталов администраций городов и других территориальных образований. Портал является высокоскоростной связью с внешним миром и справочно-информационной системой для населения и государственных служащих. Основное назначение официального портала города - реализация доступа к информации о деятельности городской Думы и администрации города, области и областных органов исполнительной власти. Кроме того, он содержит разделы общегородской информации, отражающей культурную, научную, спортивную жизнь, рекламные материалы, полезные ссылки на страницы и серверы ЖКХ, больниц, администраций низовых образований, учебных заведений и крупных предприятий. Информационные порталы служат инструментом государственного управления ("Электронное правительство") и представляют собой систему электронного обмена информацией между органами государственной власти, а также между государством и его гражданами. Они служат для максимально полного удовлетворения информационных потребностей граждан на всей территории государства, обеспечивают информационную поддержку принятия решений как в сфере управления экономикой, так и в области безопасности личности, общества, государства. Основными объектами ЕИП и государственных порталов являются:

1) информационные ресурсы - массивы документов, базы и банки данных, все виды архивов, библиотеки, музейные фонды и пр., содержащие данные, сведения и знания, зафиксированные на соответствующих носителях информации;

2) информационная инфраструктура, включающая в себя: организационные структуры, обеспечивающие функционирование и развитие единого информационного пространства, в частности, сбор, обработку, хранение, распространение, поиск и передачу информации. Обеспечивающую часть составляют

• научно-методическое, информационное, лингвистическое, техническое, кадровое, финансовое обеспечение;

• территориально распределенные государственные и корпоративные компьютерные сети, телекоммуникационные сети, системы специального назначения и общего пользования, сети и каналы передачи данных, средства коммутации и управления информационными потоками;

• информационные, компьютерные и телекоммуникационные технологии;

• системы средств массовой информации.

В составе информационного пространства рассматривают также и другие компоненты:

• систему взаимодействия информационного пространства России с мировыми открытыми сетями;

• систему обеспечения информационной защиты (безопасности);

• систему информационного законодательства.

Перечисленные компоненты являются качественными характеристиками, условиями и признаками, при наличии которых совокупность объектов системы образует ЕИП.

Информационный портал как элемент ЕИП - это интегрированный Web- сайт, который организован в виде системного многоуровневого объединения различных информационных ресурсов и сервисов, ориентированных на определенную целевую группу пользователей (по тематике, функциям, сервисным службам и т.д.). Он является отправной точкой входа в Интернет/Интранет пространство и играет роль навигационной системы.

В настоящее время ИП становится массовым информационно-программным продуктом, как масштабах отдельной организации, города, региона, так и в масштабах глобального Интернет - пространства. Данное обстоятельство делает актуальной задачу индустриального (автоматизированного) подхода к проектированию и массовому производству информационных порталов различного назначения. Индустриальный подход возможен только при условии построения различных математических моделей портала и их всестороннего исследования.

Под моделированием, в общем случае, понимается замещение одного объекта (оригинала) другим объектом, называемым моделью, и изучение свойств оригинала путем исследования свойств модели. Необходимость использования моделей возникает, когда получение решений на реальном объекте дорого, сложно или вообще невозможно. Модель упрощает, удешевляет и ускоряет процесс исследования оригинала. Меньшая сложность модели по сравнению с реальной ситуацией или объектом, достигается тем, что модель описывает только отдельные элементы, связи и функции реального объекта, которые влияют на принимаемое решение. Сложность моделирования заключается в том, чтобы правильно определить наиболее важные (релевантные) в данном случае факторы и описать их влияние. Задачами моделирования являются сравнение вариантов проектирования оригинала, исследование свойств и оптимизация оригинала. Все перечисленное имеет прямое отношение и к моделированию ИП. Математическое моделирование ИП позволяет:

• оценить архитектуру и оптимизировать режим работы вновь создаваемого портала,

• проверить правильность внутреннего устройства и корректность алгоритмов функционирования,

• провести оптимальное распределение средств на его проектирование,

• определить стратегию обслуживания и т.д.

Поскольку проблема создания портала может быть рассмотрена с разных сторон, то существует иерархия его моделей, каждая из которых имеет свои особенности и назначение:

Портал предназначен для массового обслуживания населения, поэтому может рассматриваться как СМО, основными параметрами которой являются коэффициент загрузки, количество заявок в системе, среднее количество заявок в очереди, среднее время обслуживания заявки и т.д. При этом важно оценить его возможности при различных потоках заявок и дисциплинах обслуживания.

Портал может быть рассмотрен как система со сложной внутренней структурой. Для моделирования его работы удобно использовать модели сетей Петри или теории автоматов. Данные модели позволяют протестировать алгоритмы функционирования портала на предмет ограниченности, живости, наличие тупиков и ловушек, клинчей и т.д. Поскольку портал - это сложный технический объект, объединяющий сотни единиц компьютерного оборудования, то необходимы инструменты для оценки надежности и определения стратегии замены оборудования. Здесь возможно использование информационного подхода к решению задачи замены оборудования.

Наконец, можно рассматривать проект создания портала как экономическую задачу оптимального вложения средств. Эта задача эффективно решается методами математического программирования. В последнее время для ее решения стали применять аппарат нейронных сетей. В целом моделирование позволяет экономить средства и решать оптимизационные задачи еще до создания самого портала.

Информационные ресурсы являются одним из важнейших объектов и компонентов информационного пространства и их формирование и использование - одна из ключевых проблем создания единого информационного пространства.

Настоящая работа посвящена исследованию технологических и экономических аспектов построения ИП как основы создания единого информационного пространства и развития рыночной экономики региона. В работе предлагается комплекс математических моделей, отражающих экономические и технологические аспекты информационного пространства, а также программные средства на языках моделирования. Предложенные в диссертационной работе модели как инструментальные средства исследования позволяют обоснованно проектировать информационные порталы, являющиеся базовой единицей ЕИП.

Управляющие параметры математических моделей должны быть корректно соотнесены с реальными показателями, характеризующими работу ИП. Для этого выделяют и детально описывают существующие процессы и работы, определяя возможные сценарии их развития. При этом получают модель, в значительной степени соответствующую реальной системе. Исследование модели заключается в обосновании причинно-следственных связей элементов структуры, обосновании улучшения ее параметров.

Итогами моделирования являются также: оптимизация потоков работ и документооборота; ликвидация узких мест; устранение дублирования; сокращение времени выполнения задач; определение мест и методов контроля процесса; оптимизация распределение ресурсов.

В дальнейшем для моделирования: используются методы теории расписаний, конечных автоматов, теории систем массового обслуживания, сети Петри и другие инструментальные средства. Большое внимание уделяется технологии и языкам, адаптированным к нуждам приложений.

Актуальность проблемы. Основу электронного управления России составляет единое информационное пространство (ЕИП) органов государственной власти, реализуемое через иерархическую систему Интернет-порталов администраций поселков, городов, регионов, областей и других территориальных образований. Портал является высокоскоростной связью с внешним миром и справочно-информационной системой для населения и государственных служащих. Портал размещается на соответствующем оборудовании и представляет собой сложную информационно-аналитическую коммуникационную систему, требующую оптимизации загрузки и технического обслуживания. В настоящее время портал становится наиболее массовым информационно-программным продуктом в масштабах глобального Интернет - пространства. В то же время, отсутствуют формализованные методы проектирования этого важнейшего элемента ЕИП. Данное обстоятельство делает актуальной задачу индустриального (автоматизированного) подхода к проектированию и массовому производству ИП администраций различного уровня.

Диссертационная работа направлена на исследование и разработку методов проектирования информационных порталов (ИП) как составной части ЕИП. Актуальность работы определяется насущной потребностью индустриального проектирования и создания системы порталов для государственного управления в среде ЕИП России. Данное направление представляет собой фундаментальную научную проблему, в рамках которой в настоящее время реализуются проекты «Электронная Россия», «Электронное государство», «Электронное правительство». В работе предлагается комплекс математических моделей, отражающих экономические и технологические аспекты информационного пространства, а также программные средства на языках моделирования. Предложенные в диссертационной работе модели как инструментальные средства исследования позволяют обоснованно проектировать информационные порталы, являющиеся базовой единицей ЕИП.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование математических и имитационных моделей для научно-обоснованного проектирования государственного ИП (администрации города или региона), включая: управление проектами создания и развития, оптимизации архитектуры и режимов работы, проверки корректности алгоритмического обеспечения, обеспечение надежности и выработки стратегии обслуживания портала в течение его жизненного цикла.

Основные задачи диссертационной работы, определяемые поставленной целью, состоят в следующем:

1. Исследовать принципы построения портала: особенности алгоритмов функционирования, структурной организации, методов проектирования, создания математических моделей.

2. Разработать методы проектирования, управления и развития портала.

3. Разработать и исследовать функциональные модели портала.

4. Разработать методы обеспечения надежности программных, информационных и технических средств.

5. Создание и исследование эффективности портала для администрации города с использованием разработанных в диссертации моделей и методов.

Методы исследования базируются на теории систем массового обслуживания, теории информации, теории математического программирования, математическом аппарате нейронных сетей, методах имитационного моделирования на сетях Петри. Научная новизна работы заключается:

1. В модификации и адаптации современных научных подходов и математических методов моделирования применительно к решению новой актуальной задачи - построению и исследованию регионального портала как базового элемента ЕИП.

2. В получении научно-обоснованных рекомендаций по поддержанию режима работы, прогнозированию и принятию проектных и управляющих решений, определяющих и обеспечивающих экономическую эффективность порталов.

3. В комплексном подходе к изучению проблемы и внесению на этой основе определенного научного вклада в развитие инструментальных средств построения и управления ЕИП в целом.

Практическая ценность работы. Представленные в диссертации результаты использованы в ряде проектов и позволяют научно обоснованно решать важные задачи, возникающие при проектировании и исследовании характеристик порталов, как составной части ЕИП. Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты могут быть использованы в Вузах России при чтении дисциплин, связанных с моделированием и проектированием сложных экономических и технических систем.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается корректностью постановок задач, выбором алгоритмов функционирования с использованием методов математического моделирования, получением структур систем по заранее заданным критериям, разработкой языковых средств взаимодействия пользователя с системой с определением семантики языка, а также результатами практического использования предложенных в диссертации методов, моделей и средств.

Методы исследования базируются на теории систем массового обслуживания, теории информации, теории математического программирования, математическом аппарате нейронных сетей, методах имитационного моделирования сетями Петри.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы внедрены в ЗАО «Росинтернет технологии» на этапах составления и реализации проекта портала администрации г. Переславля-Залесского, и в Московском энергетическом институте при выполнении НИР, что подтверждено соответствующими актами о внедрении. Апробация работы. Материалы и результаты работы докладывались и обсуждались на IV Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы в технике, медицине и экономике» (Новочеркасск, 23 января 2004 г.); Научно-практической конференции «Реинжиниринг бизнес -процессов на основе современных информационных технологий. Системы управления знаниями» (РБП-СУЗ-2004) (Москва, 14-15 апреля 2004 г); Международных научно-технических конференциях «Современные информационные технологии» (Пенза: 2004 и 2005 гг.); IV международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экономики и новые технологии преподавания (Смирновские чтения) (Санкт-Петербург, 15-16 марта 2005 г.); Международной конференции «Проблемы управления и приложения (техника, производство, экономика)» (Беларусь, Минск, 16-20 мая 2005 г.), Второй международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 7-9 февраля 2006 г.), 6-ой международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта CAD/CAM/PDM - 2006» (Москва, 24-26 октября 2006 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 статьи в журналах, 2 статьи в сборниках докладов и 6 тезисов докладов международных и всероссийской конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 63 наименования, и 3-х приложений, содержащих акты внедрения результатов работы, основные модули программного обеспечения, результаты моделирования и другие вспомогательные материалы. Основная часть работы изложена на 144 страницах машинописного текста. Работа содержит 31 рисунков и 10 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе решены научные задачи по проектированию Интернет портала, как базового структурного элемента Единого Информационного Пространства (ЕИП), обоснованы принципы его структурной организации, разработаны алгоритмы, модели и методы их автоматизированного проектирования, а также инструментальные средства для его реализации. Получены следующие основные теоретические и практические результаты.

1. Проведен анализ, исследованы теоретические и практические проблемы построения информационного портала как базового структурного элемента ЕИП, показано, что экономические параметры портала во многом определяются его производственными функциями, причем использование СМО в качестве модели портала позволило уточнить параметры загрузки оборудования, при которых минимизируются информационные потери системы, и использовать их в расчетах экономической эффективности.

2. Разработан и исследован комплекс экономико-математических моделей, описывающих режимы работы и состояние портала.

3. Разработана методика расчета основных показателей экономической эффективности портала, как СМО.

4. Решена задача прогнозирования оптимальных инвестиций в проект информационного портала на основе нейронных сетей. В результате технико-экономического исследования на их основе получают информацию, достаточную для принятия решения об объеме вложения средств в данный проект, об оптимальном распределении капитала между исполнителями и других характеристиках управления проектами развития информационного пространства. Данный этап рассматривается специалистами в области управления проектами как один из важнейших, т.к. он позволяет получить экономию ресурсов до 70%.

5. Решены задачи оптимизации затрат на обслуживание портала как сложного программно-аппаратного объекта. Предложен нейросетевой подход к прогнозированию возможных затрат на обслуживание портала в очередной итоговый момент. Рассмотрен информационный подход к определению состояния оборудования. Метод основан на мониторинге составляющих портала с привлечением опыта экспертов.

6. Рассмотрены теоретические основы моделирования алгоритмов портала на сетях Петри. Преимущество отдано алгебраическому методу исследования сетей Петри, что позволяет исследовать сеть на наличие тупиков, ограниченность и функционируемость (живость).

7. Построены математические модели, которые позволяют проводить оценки правильности построения алгоритмов функционирования портала, на этапах проектирования и избежать тем самым ошибки на ранних этапах. Использование стандартных возможностей моделей на основе сетей Петри, в том числе графических симуляторов, обеспечивает наглядность процесса моделирования, а применение алгебраического подхода позволяет автоматизировать процесс моделирования порталов и провести верификацию алгоритмического обеспечения.

8. Показано, что совместное использование сетей Петри и языка моделирования GPSS позволяет строить более совершенные модели алгоритмов функционирования и проводить наглядное и эффективное моделирование.

9. Разработаны программные инструментальные средства и технологии, необходимые для моделирования и построения порталов, в том числе: технология построения библиотеки моделей нейронных сетей, методы моделирования работы портала на сетях Петри и их эмулирования в среде GPSS, языковые средства для построения подсистем ИП администрации города.

10, Предложенные модели, методы моделирования, языковые и программные инструментальные средства использованы при проектировании портала малого города России, в частности, системы «Интерактивное информирование населения об услугах ЖКХ».

1. Портал как инструмент государственного управления. Решения для «Электронной России» на платформе Microsoft. - Информационный бюллетень Microsoft. Специальный выпуск., 2002.-74 с.

2. Нежурина М.И., Бабешко В.И. Базовые принципы построения порталовдля информационно-образовательной среды открытого и дистанционного обучения. / Журнал "Бизнес и образование", РАБО, Москва, май 2001.

3. Хмельков И. Корпоративный портал как инструмент управления.http://inteuratiQn.ib-s.ru/con tent/120/1207-articie.asp

4. Электронный документ и делопроизводство. Решения Microsoft в области документооборота для российских органов государственной власти и местного самоуправления. Информационный бюллетень Microsoft. Специальный выпуск, 2003.-76 с.

5. Электронная Россия. Совершенствование деятельности органов государственной власти и местного самоуправления на основе использования информационных технологий. Информационный бюллетень Microsoft, Вып. 12-13,2002

6. Позднеев Б.М., Буханов А.Н. Анализ систем управления информационным содержанием образовательных порталов. -http://rnagazine.stankin.rU/arch/n20/3/index.html

7. Моделирование социо-эколого-экономической системы региона / Под ред. В.И.Гурмана, Е.В.Рюминой. М.: Наука, 2000.-175 с.

8. Бурков В.Н., Ириков В.А. Модели и методы управления организационными системами. М.: Наука,1994.

9. Максимов С.Н. Основы предпринимательской деятельности на рынке недвижимости. Учеб. пособие для вузов. - СПб.: Питер, 2000. -263 с.

10. Вандорен В., Новицки П. Выбор правильной стратегии реализации проекта. Мир компьютерной автоматизации, N1,2000, с. 14-16.

11. Аналитические технологии для прогнозирования и анализа данных. Электронный учебник. Неиропроект, 1999, http://www.neuroproject.ru/genealg.htm.

12. Смоляк С.А. Проблемы инвестирования. Об оптимальном выборе моментов начала и прекращения проекта Аудит и финансовый анализ, №1, 2002. http://www.optim.rU/fin/2002/l/rsmoiyak/rsmolyak.asp

13. Server- Многопользовательская реляционная система управления базами данных Документация. http://www.ispras.ru/-gsql/

14. Пссоцкая Е, Рябов В. Васильев В. Как выбрать программное обеспечение по управлению проектами? Рекомендации специалистов. http;//www.lanit.ru/choise.html?print=on

15. Корпоративные информационные порталы.http://www.databyte.ru/parser.php?btn =site&portal=&classid=5&curpart= I &searchtxt=&a i d=18

16. Афонин В.В., Фсдосин С.А. Моделирование систем. Практикум по GPSS/PC. -Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001.

17. Кульба В В., Малюгин В.Д. Шубин А.Н., Bye М.А. Введение в информационное управление. Санкт Петербург, Изд-во СПГУ, 1999.

18. Саутин С.Н., Пунин А.Е., Савкович Сгеванович Е. Методы искусственного интеллекта в химии и химической технологии. - Л.: 11ТИ, 1989. -96 с.

19. Загоруйко Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний, -Новосибирск: Изд-во Института математики, 1999. -270 с.

20. Осипов Г.С. Динамика в системах, основанных на знаниях // Известия РАН. Теория и системы управления. № 5. 1998. - с.24-28.

21. Каллан Р. Основные концепции нейронных сетей. М.: Изд. дом "Вильяме", 2001,-287 с.

22. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. -М.: Издательский дом «Виьямс», 2006. -1104 с.

23. Ломазова И.А. Сети Петри и анализ поведенческих свойств распределенных систем: Учебное пособие. Изд-во ЯГУ. Ярославль, 2002.

24. Чеботарев B.l 1. Моделирование корпоративного портала знаний. «РС Week - корпоративные системы» №14, 2001 г. vvvvvv.pcweek.ru/Year20Q 1/N14/СР1251/C'orporati onSysiems/chapt) .htm

25. Зыбарев Ю.М., Чернев С.П. Спецификация функциональной модели информационного портала сетями Петри. Электронный журнал "Исследовано в России" http:///hurna1. ape.rclarn.ru ariicles/2003 095.pdf

26. Хачумов М.А. Модели управления развитием единого информационного пространства. Труды Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии -2004» - Пенза: Пензенская гос. технолог, академия, 2004, с.41-43.

27. Хачумов М.А. Единое информационное пространство региона. Проблемы и решения. В сборнике научных трудов «Анализ и моделирование экономических и информационных процессов».- М.: Издательский центр МЭСИ, 2004, С.31-38.

28. Хачумов М.А. Управление проектом развития государственного портала. Труды Международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии - 2005". Пенза: Пензенская гос. технолог, академия, 2005, с. 13-17.

29. Данилин А.В. Электронные государственные услуги и административные регламенты: от политической задачи к архитектуре «электронного правительства». М.: ИНФРА-М, 2004. - 336 с.

30. Холмс Д. eGov. Стратегии электронного бизнеса для государства/ М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство ACT», 2004. -350 с.

31. Кудрявцев Е.М. Исследование операций в задачах, алгоритмах и программах. -М.: Радио и связь, 1984. -184 с.

32. Жариков И.А. Информационные технологии как инструмент управления промышленным предприятием. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук. - Тамбов 2003.

33. Курс лекций: "Анализ хозяйственной деятельности торгового предприятия. Гомельский гос. техн. университет им. О.П.Сухого - Кафедра «Маркетинг» - http://kafcdra-mg.nm.ru/teor/axdtp5.html.

34. Погорелова Е.В.: Оптимизационные, активизирующие и экспертные методы принятия управленческих решений: Учебное пособие. Самара: Изд-во. Самарской государственной экономической акад., 2000.-47 с. (http://www.ssea.ru/ei/optimize/3Jitm).

35. Лысаков А.В. Новиков Д.А. Договорные отношения в управлении проектами. М.: ИПУ РАН, 2004. 100 с.

36. Монахов В.М., Беляева Э.С., Краснер Н.Я. Методы оптимизации. 11рименение математических методов в экономике. М.: «Просвещение», 1978. -175 с.

37. Аналитические технологии для прогнозирования и анализа данных. Электронный учебник. Нейропроект, 1999, http://www.neuroproject.ru/

38. Прогнозирование на основе аппарата нейронных сетей. Сервер дистанционного образования Ann Education Systems.h up://www.anriintcrn.coiWncuro/mcnu.shtml

39. Каллан P. Основные концепции нейронных сетей. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.-288 с,

40. Загоруйко Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний. -Новосибирск: Изд-во Института математики, 1999. -270 с.

41. Зайчснко Ю.П. Основы проектирования интеллектуальных систем. Метод потенциальных функций.http://iasa.org.ua/tpr .nhn'.Mang=entt&ch= 1 &sub=7

42. Зыбарев Ю.М., Чернев С.П. Спецификация функциональной модели информационного портала сетями Петри. Электронный журнал "Исследовано в России" lntp://zhurnal.аре.relarn.ru/articles/20Q3/095.pdf

43. Сенькина М.А., Хачумов М.А. Технико-экономические проблемы создания единого информационного пространства региона. Вестник Дагестанского Научного Центра, № 18, 2004, с. 28-34.

44. Хачумов М.А., Хачумов С.В. К расчету экономической эффективности интернет портала администрации города. - Экономика и производство, № 2,2005, с. 39-43.

45. Котов В.Е. Сети Петри. М.: Наука, 1984. -160 с.

46. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирования систем. М.: Мир, 1984.-264 с.

47. Ломазова И.А. Сети Петри и анализ поведенческих свойств распределенных систем: Учебное пособие. Изд-во ЯГУ, Ярославль, 2002.

48. Анишев П.А., Ачасова С.М., Бандман O.J1. и др. Методы параллельного микропрограммирования. Новосибирск: Наука, 1981.-183 с.

49. Слепцов А.И., Юрасов А.А. Автоматизация проектирования управляющих систем гибких автоматизированных производств. К.: Техника, 1986,- 110 с.

50. Бычков С.П., Храмов А.А. Разработка моделей в системе моделирования GPSS. Учебное пособие. М.: МИФИ, 1998.

51. Хачумов М.А., Хачумов С.В. Моделирование работы информационного портала сетями Петри. Научное обозрение, № 2, 2006, с. 103-110

52. Ахлёстин А.Ю., Фазлиев А.З. Программное обеспечение для создания портала, ориентированного на представление научной информации. Институт оптики атмосферы СО РАН (Томск).

53. Киндлер Е. Языки моделирования. М.: Энергоатомиздат 1985,- 288с

54. Шрайбер Т. Дж. Моделирование на GPSS: М.: Мир, 1979.

55. Афонин В.В., Федосин С.А. Моделирование систем. Практикум по GPSS/PC. -Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001.

56. РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ им. В.А.Трапезникова1. УДК 681.31. На правах рукописи

57. Хачумов Максим Александрович

58. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ1. ИНТЕРНЕТ ПОРТАЛА

59. Специальность 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ