автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Развитие технологии доступа к распределенным информационно-алгоритмическим ресурсам организации

Российская академия наук Институт системного анализа

Филиппов Вадим Николаевич

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОСТУПА К РАСПРЕДЕЛЕННЫМ Ш<ЮРМАЩОННО-АЖОРИТМИЧВЙр|№ РЕСУРСАМ ОРГАНИЗАЦИИ'.% (НА ПРИМЕРЕ ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АИЙ И НАУК)

Специальность 05.13.01 -

«Системный анализ, управление и обработка информации»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Институте системного анализа РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Афанасьев Александр Петрович

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Арлазаров Владимир Львович

доктор физико-математических наук, профессор Цурков Владимир Иванович

Ведущая организация:

Институт проблем управления имени В.А. Трапезникова РАН

Защита состоится —" 2005 г.

на заседании Диссертационного совета № Д 002.086.02 Института

системного анализа РАН. Телефон совета: 135 5164

Адрес Института: 117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института системного анализа РАН

Автореферат разослан — 2005 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор технических наук, профессор Пропой Анатолий Иванович

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Для сегодняшнего периода развития сферы информационных технологий (ИТ) и вычислительных систем характерен переход к качественно новому уровню использования вычислительных ресурсов вследствие того, что скорость передачи данных по сетям становится сопоставимой со скоростью внутрисистемного обмена в компьютере. Бурное развитие глобальных сетей приводит к тому, что значительно облегчается доступ к большим ресурсам информации. Интернет приводит к резкому возрастанию эффективности работы серверов и рабочих станций, имеющих к нему доступ. Сеть при этом выступает в роли некоторого «глобального компьютера» и это является, несомненно, новым прорывом в ИТ-области. Такая высокоскоростная распределенная вычислительная среда способствует обмену большими объемами данных в реальном времени между хранилищами информации, серверами и клиентскими местами. При этом важно обеспечить удаленный доступ к информационно-алгоритмическим ресурсам с целью интеграции их в вычислительный процесс. Решение этих задач в локальных сетях имеет малый эффект из-за ограниченной производительности современных ЭВМ

Многие организации имеют значительные и постоянно возрастающие информационные ресурсы. Это публикации, базы данных в различных сферах деятельности, информация о структуре подразделений, о коллективах и их разработках и т.д. Информационные ресурсы слабо систематизированы, существенно разрознены, как логически, так и физически

Информация слабо представлена для доступа по телекоммуникационным каналам, хотя в ряде организаций осуществляется работа по публикации данных в сети Internet. Эти представления информации преимущественно статические, плохо структурированы, обладают разнообразными интерфейсами, не имеют средств поиска

Отсутствует централизованная специализированная система телекоммуникационного поиска информации и доступа к ней. Наличие такой системы облегчит поиск и доступ к информации, снизит загрузку телекоммуникационных каналов за счет как избавления от непродуктивных запросов, выполняемых в процессе без системного поиска, так и репликации в сети наиболее часто используемых данных

Практически отсутствуют электронные каталоги и электронные библиотеки изданий, хотя авторы в основном предоставляют электронные варианты публикаций

Информация организаций имеет разные форматы электронного представления

Таким образом, актуальной задачей, решаемой в данной работе, является разработка средств и методов организации доступа к информационно-алгоритмическим ресурсам организаций

Пель работы

Целью диссертационной работы является решение вопросов, связанных с технологией организации доступа к распределенным информационно-алгоритмическим ресурсам организаций на основе тенденций развития вычислительных сетей; разработка Web-портала организации как базового элемента функционирования информационной сети предприятия и организация доступа к нему; разработка базовых принципов информационной сети организации; разработка концепции Системы информационно-алгоритмических ресурсов ор-

ганизации и Фонда завершенных научных разработок (ФЗР) на примере Отделения Российской академии наук

Методы исследования

Для решения поставленных в работе задач использованы методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, теории графов, оптимизации на сетях и других разделов современной теории управления, а также практические экспериментальные расчеты на ЭВМ с использованием языка Turbo Pascal, языка разметки гипертекста HTML, приложения MS Office для проектирования, создания и ведения баз данных MS Access

Научная новизна

В результате проведенных исследований, анализа и опыта разработки средств удаленного доступа к распределенным информационно-алгоритмическим ресурсам автором получены следующие новые научные результаты:

проведен всесторонний анализ информационных систем с распределенной обработкой и хранением информации, проанализировано преимущества GRID-технологий при организации распределенной вычислительной среды, разработаны принципы построения корпоративных сетей > дана оценка разным технологиям доступа к информационным ресурсам организации, рассмотрен один из возможных подходов к оценке эффективности системы информационного обмена, разработан Web-портал организации как база для функционирования информационной сети организации, разработан принципиально новый метод выпадающего меню для решении задач навигации по порталу, разработана организация доступа к Web-порталу, разработана концепция информационной сети организации и исследованы ее базовые принципы

сформулированы и проанализированы задачи, стоящие перед Системой информационно-алгоритмических ресурсов организации, необходимой для интеграции имеющихся ресурсов организации и автоматизации функционирования информационной сети организации, на примере Отделения Российской академии наук осуществлены работы по созданию на Web-портале Отделения РАН базы данных «Фонд завершенных разработок (ФЗР) ученых Отделения» с целью практической реализации задачи применения и использования информационно-алгоритмических ресурсов Отделения РАН

Практическая ценность

Разработанные в работе принципы построения корпоративных сетей, использующих распределенную вычислительную среду, а также организация доступа к информационно-алгоритмическим ресурсам таких сетей могут быть использованы в качестве типовых при разработке аналогичных сред, особенно в сфере взаимодействия людей научного сообщества, осуществляющих фундаментальные и прикладные научные исследования и разработки

Внедрение

Разработанный вариант Web-портала организации используется в качестве научного сервера Отделения информационных технологий и вычислительных систем Российской ака-

демии наук, база данных «Фонд завершенных разработок (ФЗР) ученых Отделения» проходит опытную эксплуатацию в том же Отделении

Личный вклад

Все основные положения и результаты, выносимые на защиту, получены автором самостоятельно

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на ХЬУП научной конференции Московского физико-технического института (Москва - Долгопрудный, 2004), на научных семинарах Института системного анализа РАН, на заседаниях бюро Отделения информационных технологий и вычислительных систем Российской академии наук

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано 11 печатных работ Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 217 машинописных страниц, в том числе основной текст 199 страниц, 19 рисунков, 11 таблиц, 10 страниц приложений, а также список литературы, включающий 69 наименований

Содержание работы

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

Первая глава посвящена обзору существующих методов и средств построения вычислительных сетей, а также основным тенденциям развития вычислительных сетей

Рассмотрены основные проблемы, стоящие перед выбором сети для решения задач удаленного доступа к информационно-алгоритмическим ресурсам (ИАР). Технология удаленного доступа дает пользователям возможность беспроблемного и бесперебойного «питания» корпоративными данными практически из любой точки. Немаловажным является и то, что она позволяет своевременно распространять информацию. Часто приходится сталкиваться с проблемой, когда необходимо составить за короткий срок отчет или написать доклад. С наличием удаленного доступа человек облегчает жизнь не только себе, но и своей организации, так как расходы на его содержание снижаются: не нужно выделять место, приобретать дополнительный компьютер и т.д.

Всесторонне рассмотрены понятия распределенных систем, распределенной обработки информации, распределенного хранения информации

Одним из факторов построения эффективных информационно-вычислительных систем является разумное сочетание принципов централизации и децентрализации управления, хранения и обработки информации. Централизованное хранение и обработка данных достаточно хорошо изучены. В настоящее время получает все большее развитие распределенная об-

работка данных. Это связано в первую очередь с широким внедрением телекоммуникационных систем и сетевых технологий, в частности, технологий сетей Ethernet и Internet

Использование возможностей глобальной сети INTERNET дает возможность намного увеличить число пользователей распределенных вычислительных мощностей, организовать совместную разработку параллельных вычислительных алгоритмов

Показаны преимущества организации распределенной вычислительной среды, базирующейся на Grid-технологиях

Обсуждаются различные подходы к принципам построения корпоративных сетей

Корпоративная сеть, как правило, является территориально распределенной, т.е. объединяющей офисы, подразделения и другие структуры, находящиеся на значительном удалении друг от друга. Часто узлы корпоративной сети оказываются расположенными в различных городах, а иногда и странах. Принципы, по которым строится такая сеть, достаточно сильно отличаются от тех, что используются при создании локальной сети, даже охватывающей несколько зданий. Основное отличие состоит в том, что территориально распределенные сети используют достаточно медленные (на сегодня - десятки и сотни килобит в секунду, иногда до 2 Мбит/с) арендованные линии связи. Если при создании локальной сети основные затраты приходятся на закупку оборудования и прокладку кабеля, то в территориально-распределенных сетях наиболее существенным элементом стоимости оказывается арендная плата за использование каналов, которая быстро растет с увеличением качества и скорости передачи данных. Это ограничение является принципиальным, и при проектировании корпоративной сети следует предпринимать все меры для минимизации объемов передаваемых данных. В остальном же корпоративная сеть не должна вносить ограничений на то, какие именно приложения и каким образом обрабатывают переносимую по ней информацию

Естественным решением этой проблемы является использование уже существующих глобальных сетей. В этом случае достаточно обеспечить каналы от офисов до ближайших узлов сети. Задачу доставки информации между узлами глобальная сеть при этом возьмет на себя. Даже при создании небольшой сети в пределах одного города следует иметь в виду возможность дальнейшего расширения и использовать технологии, совместимые с существующими глобальными сетями. Часто первой, а то и единственной такой сетью оказывается Internet

Вторая глава посвящена вопросам технологии организации доступа к информационно-алгоритмическим ресурсам организации и, прежде всего, доступу по локальным и выделенным каналам связи. Предложен один из возможных подходов к оценке эффективности системы обмена данными с последовательной передачей комбинаций и контролем каналов связи

В числе главных принципов построения ЛВС хотелось бы отдельно выделить такие, как:

интеграция в компьютерные сети телекоммуникационных систем и систем передачи видеоинформации V возможность дальнейшего расширения и модернизации системы, определяемая изначальной открытостью системы, т.е. совместимостью ее с любыми технологиями и оборудованием различных производителей ^ высокая надежность и отказоустойчивость ЛВС к любым повреждениям каналов связи, отказам технических средств и сбоям программного обеспечения

V реализация эффективных средств защиты от несанкционированного доступа к конфиденциальной информации

V возможность подключения' системы к каналам территориально-распределенных сетей для интеграции в единое информационное пространство

Проведенное сравнение систем связи с обнаружением ошибок и повторной передачей и систем с исправлением ошибок при декодировании [1], показало, что в реальных условиях использование декодирования с обнаружением ошибок и повторением передачи ошибочно принятой информации обеспечивает более высокую скорость передачи информации. Это объясняется тем, что повторные передачи необходимы лишь при появлении ошибок. Такая система как бы "следит" за состоянием канала связи, увеличивая избыточность информации при ее ухудшении

На основании экспериментальных исследований и УКВ-каналов связи известно [1], что параметры этих каналов изменяются случайно не только во времени, но и находятся в зависимости от частотного диапазона. В свою очередь, специализированные системы связи, использующие данный диапазон частот, могут быть подвергнуты воздействию нацеленных помех. Поэтому в последнее время нашли широкое применение системы с решающей обратной связью, работающие с несколькими частотными каналами. Это позволяет выбрать не только частотный диапазон, который в момент передачи кодограммы наименее подвержен влиянию помех, но и путем переключения каналов избежать воздействия нацеленных помех, обеспечив тем самым устойчивую связь корреспондентов

При этом выбор частотного канала может производиться либо случайно, либо определяться качеством канала. В свою очередь, качество канала связи может предварительно оцениваться известным отношением сигнал/шум или числом ошибочных комбинаций в принятой кодограмме

В работе рассмотрена многоканальная система обмена информацией, которая позволяет в наиболее полной мере удовлетворить требования к вероятностно-временным характеристикам обмена информацией. Алгоритма ее функционирования отличаются сложностью и разнообразием и обычно включают в себя процедуры предварительного (тестового) и текущего контроля канала связи [2, 3]. Алгоритмы передачи информации в СМОЙ с группой каналов на одно направление можно представить в виде определенной последовательности арифметических (А), логических (Р), безусловной передачи управления (Б), формирования (Ф), засылки (3), нестандартных (Н) операторов и отдельных процедур (П) передачи и защиты информации от ошибок. Управление по стрелке вверх в логическом операторе передается при выполнении условия, в противном случае управление переходит к следующему по номеру оператору с индексом

11'54АоР1|:!БТ0^23з|28Р4Т8Р5Т7Яб|4,24^П7Т4,24Н8Н9Н1оЗ„Р]2|"Н,зФ14

Ф24|6'7-30'2адН25Н26Р27Г3(>Р28Тк|>2,Т^Е|м;;27А3оНз1БТ8;128Нз2Нзз Б14;|»Н34БТ0;129Я33

гдеП, - ^!Н*1Н*2Н*з^9Н*4Р*5Т6Б*Т7а5А*4!Р*7Т24А*8Р*9Г4Н*1оБ»Т4; 1=6; 7,

гдеП, - |21Р»*1Г2Б**Г3;|1А**2|1Р**зТ2,А»*4Р**зТ25Н**бБ**Г25;

j=22; 23

Таким образом, в формализованном виде структура исследуемого алгоритма функционирования СМОЙ с контролем состояния каналов связи определяется наличием (или отсутствием) в составе алгоритмов процедур контроля П& П7, ТЬг, П23. В дальнейшем алгоритмы условно будем обозначать принимают значение 1 при наличии в алгоритме процедуры Ц и 0 при ее отсутствии

Например, алгоритм 1110 обеспечивает предварительный тестовый контроль состояния канала по двум участкам (двухступенчатая процедура контроля) и текущий контроль по одному участку (одноступенчатая процедура контроля)

С учетом вышесказанного объединенный алгоритм при его реализации на ЭВМ позволяет произвести анализ следующих частных алгоритмов передачи и защиты информации от ошибок:

Алгоритм X» 1 (1000) Алгоритм № 2 (0010) Алгоритм №3 (1100) Алгоритм X® 4 (ООП) Алгоритм № 5 (0110) Алгоритм № 6 (1110) Алгоритм №7 (0111) Алгоритм № 8 (1111)

Рассмотренный обобщенный алгоритм, использующий четыре процедуры статистического контроля состояния канала связи, при реализации на конкретной СМОЙ предполагает существенное усложнение конструкции системы. В то же время контроль состояния канала связи необходим. Предварительный (тестовый) контроль позволяет исключить передачу сообщений по заведомо неисправному каналу, не удовлетворяющему требованиям к достоверности передаваемой информации. Текущий контроль качества канала связи позволяет производить проверку канала в "рабочих" условиях, т.е. в процессе передачи полезной информации. Поэтому наиболее приемлемым с этой точки зрения является алгоритм 1010, исследование которого и положено в основу данной главы

Для оценки систем с переключением каналов целесообразно использовать следующие основные показатели качества систем с обратной связью:

1. Коэффициент потери достоверности информации. Он обычно определяется как степень несоответствия принятой д(ш) последовательности переданной т. Потери информации при передаче данных обусловливаются стиранием знаков (явные потери), а также необнаруженными ошибками (неявные потери). Основной задачей в этом случае является уменьшение потерь информации, связанных с «вычеркиванием» знаков в случае обнаружения ошибки допустимой величины которая может задаваться либо в виде допустимого количества забракованных знаков в кодограмме, либо относительной величиной д/п, характеризующей долю «стертых» слов в кодограмме, что удобнее при переменной длине сообщения п [1]

2. Время задержки. В системах с обратной связью является случайной величиной. Для оценки времени задержки сообщения используется функция распределения времени задержки равная вероятности задержки сообщения из знаков на время, меньшее т.е.

3. Среднее время задержки сообщения из л слов. Оценивается путем усреднения времени задержки по всем переменным параметрам

4. Скорость передачи данных. В системах с обратной связью скорость передачи зависит от состояния канала связи. Поэтому различают текущую и среднюю скорости передачи

5. Вероятности вставок и выпадений кодовых комбинаций. Вставки и выпадения могут появиться в результате воздействия помех в канале обратной связи и ведут к потере некоторых знаков и сдвигам комбинаций выходной последовательности по отношению к комбинациям входной последовательности

6. Время существования канала. Характеризует загруженность информационной сети. Для оценки времени существования канала следует использовать функцию распределения вероятности

F(tJ=P{tc<t},

где - время передачи кодограммы по каналу связи до появления -й ошибки

7. Надежность передачи сообщения в информационной сети. Информационная сеть, как правило, имеет ограниченное число каналов. Возникает задача оценить надежность передачи сообщения при заданной достоверности и ограниченном числе каналов. Надежность передачи кодограммы из комбинаций можно оценить функцией распределения вероятности приема от числа каналов N:

Q(N)=P{N<=NJ

Для анализа полученных зависимостей, определяющих вероятностно-временные характеристики алгоритма, был проведен расчет показателей эффективности

Из расчета следует, что при оценке вероятностно-временных характеристик алгоритмов функционирования СМОИ допущение о независимом характере искажения кодовых комбинаций сообщения является некорректным (ошибка в определении параметров достигает 40 - 50%)

В третьей главе рассказывается о принципах разработки и функционированию Web-портала организации как базовой составляющей информационной сети организации. При этом главное внимание уделим вопросам доступа к Web-порталу

Как правило, связи между документами, находящимися на Web-портале, задаются в виде перекрестных ссылок, поэтому весь набор документов можно представить в виде графа

В этом графе обязательно наличие начальной страницы (страницы первого уровня), на которую пользователь попадает, когда в первый раз приходит на портал. В дальнейшем он сможет обращаться сразу к интересующей его странице, если он запомнит ее URL (большинство современных браузеров предлагают использовать закладки на страницы). Кроме того, для удобства пользователя обычно выделяют еще несколько страниц первого уровня, ссылки на которые находятся на первой странице, с которых, в свою очередь, можно получить доступ к остальным документам. Как правило, такие страницы выбираются из соображений разбиения документов по тематикам. Очень важным моментом является оптимальный в некотором смысле выбор начальной страницы и разбиение ее на тематики -

это определяет всю навигационную структуру Web-портала и, в конечном счете, удобство работы с ним

В предлагаемой схеме навигации есть один существенный недостаток: при большом числе уровней добраться до необходимой страницы становится очень сложно. А переход от одной страницы нижнего уровня к другой, не связанной с ней непосредственно, потребует сначала вернуться на страницу нулевого уровня, и только потом осуществить переход к нужной странице

База данных является удобным хранилищем для однотипной структурированной информации (например, информации об институтах Отделения), поскольку существенно упрощается добавление, удаление и поиск информации, а также может осуществляться автоматический контроль целостности данных. Однако полный перенос всей информации в базу данных зачастую также не выгоден, т.к. ведет к чрезмерной перегрузке портала, поскольку каждая транзакция к базе данных требует существенно больших затрат памяти и процессорного времени, чем простое считывание файла с жесткого диска

Поскольку в данный момент объем информации, доступной на веб-портале Отделения РАН, сравнительно не велик (около 400 kb) и добавление новой информации производится достаточно редко (примерно один раз в две недели), то нет необходимости в использовании мощной СУБД. Было принято решение использовать базу в формате Microsoft Access (.mdb). Она легко интегрируется с Internet Information Server (необходимый драйвер ODBC входит в стандартный набор компонентов, поставляемый с IIS) и требует довольно малого количества вычислительных ресурсов

Основная Страница содержит четыре фрейма (соответственно, сайт работает только с теми браузерами, которые поддерживают отображение фреймов):

• Верхний фрейм с надписями "Российская академия наук" и "Отделение", которые являются ссылками на сервера этих организаций

• Левый фрейм, в который загружается обычное меню навигации первого уровня

• Нижний фрейм, в котором находятся кнопки 'Вперед', 'Назад', 'Ноте' и 'Меню'. Кнопки 'Вперед' и 'Назад' по своему действию полностью аналогичны соответствующим кнопкам браузера, кнопка 'Ноте' осуществляет переход на начальную страницу сервера, кнопка (а точнее, активная область) 'Меню' вызывает появление выпадающего меню (работает только в Internet Explorer 4+ и Netscape Navigator 4+)

• Центральный фрейм является информационным, в нем отображается текущая страница Web-сайта. При входе через начальную страницу в этом фрейме отображаются "Новости"

Меню представляет собой дополнительное дерево, в узлах которого находятся ссылки на страницы, надстраиваемое над графом связей страниц Web-сайта. С его помощью решается проблема быстрого доступа к страницам нижних уровней. Оно позволяет быстро переходить к произвольной странице любого уровня, миную все страницы более высоких уровней. Фактически, таким способом достигается наложение иерархической структуры на произвольный граф связей страниц. При этом тематическое разбиение сайта может быть осуществлено при помощи только этой структуры без изменения связей, заданных внутри документов. В нашем случае, однако, иерархическое разбиение делается также и

на уровне ссылок внутри страниц, что связано с необходимостью поддержки старых браузеров, под которыми создание меню невозможно

Вызов меню осуществляется при наведении курсора мыши на надпись 'Меню' в нижнем фрейме. При этом оно отображается в информационном фрейме поверх теста. Закрытие меню осуществляется по таймауту после того, как пользователь переместит курсор мыши за его пределы. Вот как выглядит меню с раскрытым подменю третьего уровня:

$¡sín?aant«>£B> Окдаяаивя &ЩР4ЧЖ #<>Щ10Ш

,*} Ükü !шш Натярав»

JJ ЗСйкфйреащш^ «омяжмде

Меню содержит два типа элементов - обычные ссылки, переход по которым осуществляется по клику мышки, и подменю, которые также являются ссылками, но, кроме того, при наведении курсора на подменю происходит открытие следующего уровня

Меню создается с помощью генератора, оформленного в виде include-файла для ASP-страницы. Генератор является самостоятельным модулем и может быть использован при создании произвольного многоуровневого меню

Четвертая глава работы посвящена разработке базовых принципов информационной сети организации на примере Отделения РАН, и поскольку основными составляющими Отделения РАН являются входящие в его состав научно-исследовательские институты, то в основном уделено внимание вопросам связи с информационной сетью Отделения РАН институтов Отделения РАН

Рассмотрены вопросы интеграции имеющихся и создаваемых информационно-алгоритмических ресурсов институтов и Отделения РАН в Систему информационно-алгоритмических ресурсов (СИАР) Отделения РАН с целью наиболее эффективного взаимодействия и функционирования такой системы и решения поставленных перед Отделением РАН научных и научно-организационных задач

Дано определение информационно-алгоритмических ресурсов и их роль в организации распределенной вычислительной среды

Информационно-вычислительные системы эволюционируют от автономных программных комплексов к более сложным, интегрированным системам, основанным на взаимодействии распределенных компонентов. Имеется тенденция перехода от технологии программирования, основанной на индивидуальной разработке программных систем, удовлетворяющих специфическим требованиям одного конкретного применения, к технологии, основанной на разработке программных компонентов, которые могут быть многократно использованы в качестве блоков для создания целого ряда программных комплексов в различных прикладных областях

Интеграция и многократное использования имеющихся распределенных ресурсов имеет большое значение при решении современных задач и разработке новых информационно-вычислительных систем. Сегодня во многих организациях успешно эксплуатируются спе-

Ф «ЬжЯ» £ТЯ«И!КИЯ & Щ Академики

циализированные программные комплексы, предназначенные для решения различных научных и прикладных проблем: пакеты решения задач оптимизации, экспертные системы, средства анализа данных или имитационные модели различных физических и технических систем

Такие программные комплексы, обладающие определенной функциональностью (типизированные) , называются информационно-алгоритмическими ресурсами (ИАР)

Перспективной представляется разработка средств удаленного использования ИАР для решения различных задач или проведения исследований, в которых ресурсы необходимы как готовые компоненты, предоставляющие требуемую функциональность, например, определенную процедуру обработки данных, модель внешней среды или технической системы

В настоящее время доминирующим направлением развития распределенных вычислительных сред (РВС) остается организация высокопроизводительных распределенных вычислительных систем путем интеграции преимущественно аппаратно-вычислительных ресурсов в целях использования их в рамках традиционной парадигмы параллельных вычислений или распределенной обработки больших массивов данных

В то же время, не меньший интерес представляет создание новых моделей использования распределенных информационно-алгоритмических ресурсов. Речь идет о системах, обеспечивающих прозрачный доступ к ИАР различных типов и позволяющих осуществить их координированное использование для решения широкого круга задач прикладного .характера. Это направление имеет большие перспективы и относительно мало развито в настоящее время, особенно в применении к таким динамичным, гетерогенным и слабосвязанным средам, как глобальные сети, где гибкость и надежность часто важнее производительности

Данный подход, ориентированный на интеграцию типизированных ИАР, а не «сырых» вычислительных мощностей и хранилищ данных, расширяет традиционный взгляд на распределенные вычислительные среды и Gгid-компьютинг. Основной целью является построение на основе базовой Grid-инфраструктуры новых моделей координированного использования ИАР для распределенного выполнения вычислительных алгоритмов (например, решения сложных задач прикладной математики, теории оптимизации или организации распределенных обучающих систем)

Акцент на использовании ИАР не означает, что ресурсы других типов не будут использоваться в рамках данного подхода. Напротив, для решения большинства отмеченных задач неизбежно потребуются и аппаратно-вычислительные ресурсы и хранилища данных. Однако именно использование ИАР способно вывести модели построения распределенных вычислительных сред на качественно более высокий уровень

Общие задачи, стоящие при создании Системы информационно-алгоритмических ресурсов (СИАР) Отделения РАН вытекают из требований к Отделению РАН, изложенных в Уставе РАН и Положении об Отделении РАН

СИАР Отделения РАН является составной частью Интегрированной системы информационных ресурсов (ИСИР) РАН. Она состоит из ряда подсистем, охватывающих основные функции Отделения, центральной из которых представляется подсистема «Документооборот», которая, используя базы данных «Вход» и «Выход», осуществляет электронный обмен документами с ИСИР РАН. На подсистему «Документооборот» органически завя-

заны 11 подсистем, функционально возможно полно охватывающих научно-организационную работу Отделения Каждая из этих подсистем управляет работой ряда баз данных (БД) В общем виде структурную схему СИАР Отделения РАН можно представить следующим образом

Рассмотрены основные составляющие СИАР Отделения РАН и их взаимодействие в распределенной вычислительной среде

• Подсистема «Учреждение»

• Подсистема «Кадр»

• Подсистема «Управление»

• Подсистема «Выбор»

• Подсистема «Финансы»

• Подсистема «Мир»

• Подсистема «Книга»

• Подсистема «Аппарат»

• Подсистема «Профсоюз»

• Подсистема «Оборона»

• Подсистема «WebPortal»

О состоянии информационного пространства Отделения РАН сегодня можно сказать следующее

• Институты имеют значительные и постоянно возрастающие научные информационные ресурсы Это научные публикации, базы данных в различных областях науки, информация о структуре подразделений, о научных коллективах и их разработках и т д Информационные ресурсы слабо систематизированы, существенно разрознены, как логически, так и физически

• Научная информация слабо представлена для доступа по телекоммуникационным каналам, хотя в ряде институтов провидится работа по публикации данных в сети Internet Эти представления информации преимущественно

статические, плохо структурированы, обладают разнообразными интерфейсами, не имеют средств поиска

• Отсутствует централизованная специализированная система телекоммуникационного поиска научной информации и доступа к ней. Наличие такой системы облегчит поиск и доступ к информации, снизит загрузку телекоммуникационных каналов за счет как избавления от непродуктивных запросов, выполняемых в процессе без системного поиска, так и репликации в сети наиболее часто используемых данных

• Практически отсутствуют электронные каталоги и электронные библиотеки изданий, хотя авторы в основном предоставляют электронные варианты публикаций

• Научная информация институтов имеет разные форматы электронного представления

Основными предпосылками создания СИДР Отделения РАН являются:

• Возросший уровень компьютерных и коммуникационных технологий и особенно бурный рост Internet технологий позволяет создать единое информационное пространство российских ученых, объединить разрозненные данные в концептуально одну информационную систему и органически влиться в ИСИР РАН

• Существует необходимость в осуществлении централизованного доступа к результатам научной деятельности Отделения РАН, имеющего распределенный характер. Отделение РАН должно стать организующим центром телекоммуникационного доступа к научной информации для входящих в его состав институтов

• Имеется потребность в реализации координирующих функций между Президиумом РАН и институтами Отделения

• Необходимо всячески углублять на качественно новом уровне имеющиеся средства автоматизации административной, хозяйственной и научной деятельности в Отделении РАН

• Требуются стандарты в обмене научной, хозяйственно-административной и нормативно-правовой информацией между институтами Отделения РАН

• Большинство корпоративных интрасетей создаются и развиваются для статических Web-узлов, предназначенных для электронных публикаций. Настоятельно необходимы интерактивные приложения обработки потоков заданий с высоким уровнем защиты

• Имеется потребность в реализации информационно-справочного сервиса, осуществляющего накопление и предоставление оперативной научной и хозяйственно-административной информации в Отделении РАН

• Необходимо обеспечить создание и развитие электронных каталогов, электронных версий изданий, предоставить электронный доступ к ним, реализовать распространение научных публикаций в виде электронных библиотек, доступных через Internet.

• Необходимо реализовать проведение телеконференций, широко вещательной трансляции, обладающих стандартными интерфейсами

Требования к реализации СИАР Отделения РАН

• Базовым уровнем системы информационных ресурсов должны стать ин-формационныехистемы институтов Отделения

• Должно быть создано в некотором смысле центральное хранилище (Единая Информационная Система Отделения), обеспечивающее накопление, хранение, предоставление аналитических данных о функционировании Отделения РАН, документооборот Отделения, средства контроля за прохождением документов

• Учитывая иерархическую организацию РАН, в которой с одной стороны -основным уровнем проведения научных исследований является институт, а с другой - основным уровнем управления является Президиум РАН, осуществляющий эти функции через специализированные Отделения РАН, система должна обеспечить автономию институтов в области создания и ведения научной информации, и должна обеспечить сбор аналитической информации от институтов в Отделения РАН и, далее, в Президиум РАН (на уровне ИСИР РАН) и продвижение административной информации от Президиума к отделениям и институтам

• СИАР Отделения РАН должна поддерживать и осуществлять через ИСИР РАН внешние связи с разнообразными информационными системами как в России, так и за рубежом

• Система должна обеспечивать возможность интеграции с существующими в РАН информационными системами (в частности, административными -бухгалтерия, кадры и т.д, региональными и отраслевыми)

• Система должна включать крупные центры (цифровые библиотеки) научной информации (как отечественной, так и зарубежной)

• СИАР Отделения РАН должна обеспечивать охрану авторских прав ученых РАН на научные открытия и публикации

Основными факторами, определяющими необходимость создания интегрированной информационной системы «Отделение РАН», являются:

1. Объединение информационных ресурсов Отделения РАН

2. Формирование единой политики институтов Отделения РАН в области телекоммуникационных и информационных технологий

3. Использование современных информационных технологий для управления научными исследованиями и интеграции интегрированной информационной системы Отделения РАН в общую систему информационных ресурсов РАН

4. Отработка методов и прикладных средств внедрения концепции развития интегрированной системы информационных ресурсов (ИСИР) РАН в масштабе Отделения РАН

5. Разработка согласованной политики проектирования и прокладки высокоскоростных коммуникаций для связи учреждений Отделения РАН между собой и с магистралями типа ЮМОС

В пятой главе рассмотрен пример практической реализации задачи применения и использования информационно-аналитических ресурсов Отделения РАН - создание на ^еЬ-портале Отделения РАН базы данных «Фонд завершенных разработок (ФЗР) ученых Отделения», позволяющий аккумулировать и систематизировать результаты научной деятельности ученых Отделения с целью проведения анализа эффективности научных работ, ведущихся в Отделении РАН, составления всевозможных аналитических отчетных материалов, популяризации науки, а также решения некоторых коммерческих задач

Создание и ведение базы данных осуществляется с использованием Microsoft Access XP

Каждая завершенная научная разработка ученых Отделения, готовая к внедрению (далее, Разработка), представляет собой запись базы данных FuncLmdb, основные поля которой представляют:

• Номер научного направления Отделения (1 ...11) (информация свободно имеется на портале)

• Название Разработки (информация свободно имеется на портале)

• Автор(-ы) Разработки (ФИО, организация, должность, научная степень, звание, телефон, факс, e-mail, Web-ссылка) (информация - только в базе данных)

• Аннотация с кратким описанием Разработки, ее научной и прикладной значимости (информация свободно имеется на портале)

• Экспертная оценка результата (Разработки) (информация - только в базе данных)

• Основные публикации по теме Разработки (информация - только в базе данных)

• Наличие патентов, свидетельств об изобретении, актов о внедрении (информация - только в базе данных)

Предполагается, что, ознакомившись с информацией о разработках, свободно имеющейся на Web-портале, потенциальный заказчик в дальнейшем может получить доступ к полной информации базы данных ФЗР при соблюдении определенных условий

Заключение

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

Проведен обзор существующих методов и средств построения вычислительных сетей, а также выявлены основные тенденции развития вычислительных сетей

^ Рассмотрены основные проблемы, стоящие перед выбором сети для решения задач удаленного доступа к информационно-алгоритмическим ресурсам (ИАР)

> Всесторонне рассмотрены понятия распределенных систем, распределенной обработки информации, распределенного хранения информации

> Показаны преимущества организации распределенной вычислительной среды, базирующейся на GRID-технологиях

V Предложена технология организации доступа к информационно-алгоритмическим ресурсам организации на примере Отделения Российской академии наук (ОРАН) Рассмотрены принципы организации доступа по локальным и выделенным каналам связи. Предложен один из возможных подходов к оценке эффективности системы обмена данными, использующую последовательную передачу комбинаций и контроль каналов связи

> Разработан и запущен в эксплуатацию Web-портал Отделения информационных технологий и вычислительных систем РАН как базовая составляющая информационной сети Отделения РАН. Рассмотрены вопросы доступа к Web-порталу

> Разработаны базовые принципы информационной сети Отделения РАН и ее связь с информационными сетями институтов Отделения РАН

V Предложено решение вопросов интеграции имеющихся и создаваемых информационно-алгоритмических ресурсов институтов и Отделения РАН в Систему информационно-алгоритмических ресурсов (СИАР) Отделения РАН с целью наиболее эффективного взаимодействия и функционирования такой системы и решения поставленных перед Отделением РАН научных и научно-организационных задач

> Рассмотрены основные составляющие СИАР Отделения РАН и их взаимодействие в распределенной вычислительной среде

> Создана и проходит опытную эксплуатацию на \¥еЬ-портале Отделения РАН база данных «Фонд завершенных разработок (ФЗР) ученых Отделения», позволяющий аккумулировать и систематизировать результаты научной деятельности ученых Отделения с целью проведения анализа эффективности научных работ, ведущихся в Отделении РАН, составления всевозможных аналитических отчетных материалов, популяризации науки, а также решения некоторых коммерческих задач

Основные публикации по теме диссертации

1. Карпов В.Н., Коричнев Л.П., Пылькин А.Н., Филиппов В.Н. Анализ вероятностно-временных характеристик системы передачи дискретной информации с переспросом искаженных комбинаций. "Депонированные рукописи". Библиогр. указатель ВИНИТИ. Др. 987. - М.: 1979, № 2. - с. 53

2. Коричнев Л.П., Пылькин А.Н., Филиппов В.Н. Разработка и исследование систем межуровневого обмена. Заключительный отчет по НИР 66-76, Номер гос. регистрации № 77013678

3. Филиппов В.Н. Анализ вероятностно-временных характеристик алгоритмов функционирования систем передачи дискретной информации с контролем каналов связи. Тезисы докладов к Всероссийской СНТК «Электрические цепи и системы». - Пермь, 1979

4. Пылькин А.Н., Филиппов В.Н. Анализ систем с переспросом комбинаций и построением каналов с помощью статистического моделирования. Межвузовский сборник научных трудов «Обработка информации в автоматических системах». - Рязань: РРТИ, 1980. - с. 29-33

5. Лаптева В.И., Пылькин А.Н., Филиппов В.Н. Оценка вероятностно-временных характеристик алгоритмов передачи информации с переспросом комбинаций и контролем каналов связи. «Депонированные рукописи». Биб-лиогр. указатель ВИНИТИ. - М.: 1980, № 4

6. Карпов В.Н., Пылькин А.Н., Филиппов В.Н. Исследование процессов передачи и обработка результатов измерений в дискретном канале связи. Межвузовский сборник научных трудов «Информационное и программное обеспечение систем управления». - Рязань: РРТИ, 1983. - с. 103-107

7. Филиппов В.Н. Обработка и исследование реальной статистики ошибок КВ-радиотелеграфного канала. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследование некоторых вопросов межмашинного обмена информацией». Договор о социалистическом содружестве с НПО АСУ «Москва». - Рязань: РРТИ, 1983

8. Пылькин А.Н., Филиппов В.Н., Чистякова В.И. Методика работы с реальной статистикой ошибок при моделировании процессов передачи информации. Тезисы докладов Х-й Московской научно-технической конференции, посвященной Дню радио. - М.: ВЗЭИС, 25-26 апреля 1984 г.

9. Афанасьев А.П., Кортнев А.В., Остапенко А.В., Соколов А.В., Филиппов В.Н., Черныш КВ. WWW-сервер ОИВТА РАН // Информационные технологии и вычислительные системы. 1999, № 2. С. 50-58

10. Филиппов В.Н. Распределенная база данных новых разработок ученых Отделения РАН // Сборник «Труды Института системного анализа Российской академии наук. Сетевые и алгоритмические задачи распределенных вычислений». М.: РОХОС, 2004. - С. 142-150

11.Филиппов В.Н. Об одном подходе к созданию Фонда завершенных разработок (ФЗР) ученых Отделения Российской академии наук // Труды XLVII научной конференции Московского физико-технического института, ч. УШ. -

, Москва - Долгопрудный, 26-27.11.2004. - С. 86

, '""-»«(Мчи,, 0

Ьь,0,//С05 V '¿л«*«

•ч

Подписано к печати 27.0S.200S с Формат £0x84/16. Объем 1 пл. ТЬрах 100 экз.

1162

Введение

Глава 1. Основные тенденции развития вычислительных сетей

1.1. Удаленный доступ

1.2. Основные задачи, стоящие перед выбором сети для решения задачи доступа к информационным ресурсам

1.3. Распределенные системы, распределенная обработка информации, распределенное хранение информации - 2S

1.4. GRJD-технологии, организация распределенной вычислительной среды

1.5. Принципы построения корпоративных сетей - зз

Глава 2. Технологии организации доступа к информационным ресурсам организации. Доступ по локальным и выделенным каналам связи. Об одном из возможных подходов к оценке эффективности системы обмена данными с последовательной передачей комбинаций и контролем каналов связи

2.1. Описание работы системы

2.2. Основные вероятностно-временные характеристики алгоритма

2.3. Моделирование алгоритма передачи и защиты информации от ошибок на ЭВМ - 8\

2.4. Об одном подходе к разработке структурной и принципиальной схем блока управления системы - 85"

2.5. Оценка экономической эффективности системы обмена данными

Глава 3. Обеспечение доступа через Web-портал организации — базы для функционирования информационной сети организации - 9S

3.1. Стандартная модель представления данных на Web-портале - 9<

3.2. Навигационная структура Web-портала организации

3.3. Выбор аппаратной платформы и программного обеспечения Web-портала

3.4. Выбор базы данных - юо

3.5. Реализация Web-портала - \о \

3.5.1. Структура Web-портала организации - \

3.5.2. Начальная страница -ЮЗ

3.5.3. Основная страница портала

3.5.4. Принцип выпадающего меню - Ю

3.5.5. Информационные страницы - \

3.5.6. Структура базы данных - \

3.5.7. Физическая структура страниц портала - \\1+

Глава 4. Информационная сеть организации и разработка ее базовых принципов (на примере информационной сети Отделения Российской академии наук). Система информационно-алгоритмических ресурсов (СИАР) Отделения РАН - U

4.1. Информационно-алгоритмические ресурсы и распределенные вычисления - \\

4.2. Определение перечня задач и необходимых ресурсов для функционирования информационной сети Отделения РАН

4.3. Оценка имеющихся сетевых ресурсов у клиентов сети Отделения (научных учреждений) с целью наиболее эффективной их привязки к информационной сети Отделения РАН

4.4. Интеграция информационно-алгоритмических ресурсов Отделения РАН в единую Систему информационно-алгоритмических ресурсов (СИАР) Отделения РАН - 13S

Глава 5. Фонд завершенных научных разработок (ФЗР) - \А

5.1. Создание на Web-портале Отделения РАН базы данных «Фонд завершенных разработок (ФЗР) ученых Отделения» как пример практической реализации задачи применения и использования информационно-алгоритмических ресурсов Отделения РАН - \

Для сегодняшнего периода развития сферы информационных технологий (ИТ) и вычислительных систем характерен переход к качественно новому уровню использования вычислительных ресурсов вследствие того, что скорость передачи данных по сетям .становится сопоставимой со скоростью внутрисистемного обмена в компьютере. Бурное развитие глобальных сетей приводит к тому, что значительно облегчается доступ к большим ресурсам информации. Интернет приводит к резкому возрастанию эффективности работы серверов и рабочих станций, имеющих к нему доступ. Сеть при этом выступает в роли некоторого «глобального компьютера» и это является, несомненно, новым прорывом в ИТ-области. Такая высокоскоростная распределенная вычислительная среда способствует обмену большими объемами данных в реальном времени между хранилищами информации, серверами и клиентскими местами. При этом важно обеспечить удаленный доступ к информационно-алгоритмическим ресурсам с целью интеграции их в вычислительный процесс. Решение этих задач в локальных сетях имеет малый эффект из-за ограниченной производительности современных ЭВМ

Многие организации имеют значительные и постоянно возрастающие информационные ресурсы. Это публикации, базы данных в различных сферах деятельности, информация о структуре подразделений, о коллективах и их разработках и т.д. Информационные ресурсы слабо систематизированы, существенно разрознены, как логически, так и физически

Информация слабо представлена для доступа по телекоммуникационным каналам, хотя в ряде организаций осуществляется работа по публикации данных в сети Internet. Эти представления информации преимущественно статические, плохо структурированы, обладают разнообразными интерфейсами, не имеют средств поиска

Отсутствует централизованная специализированная система телекоммуникационного поиска информации и доступа к ней. Наличие такой системы облегчит поиск и доступ к информации, снизит загрузку телекоммуникационных каналов за счет как избавления от непродуктивных запросов, выполняемых в процессе без системного поиска, так и репликации в сети наиболее часто используемых данных

Практически отсутствуют электронные каталоги и электронные библиотеки изданий, хотя авторы в основном предоставляют электронные варианты публикаций ^

Информация организаций имеет разные форматы электронного представления

Таким образом, актуальной задачей, решаемой в данной работе, является разработка средств и методов организации доступа к информационно-алгоритмическим ресурсам организаций

Целью диссертационной работы является решение вопросов, связанных с технологией организации доступа, к распределенным информационно-алгоритмическим ресурсам организаций на основе тенденций развития вычислительных сетей; разработка Web-портала организации как базового элемента функционирования информационной сети предприятия и организация доступа к нему; разработка базовых принципов информационной сети организации; разработка концепции Системы информационно-алгоритмических ресурсов организации и Фонда завершенных научных разработок (ФЗР) на примере Отделения Российской академии наук

Для решения поставленных в работе задач использованы методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, теории графов, оптимизации на сетях и других разделов современной теории управления, а также практические экспериментальные расчеты на ЭВМ с использованием языка Turbo Pascal, языка разметки гипертекста HTML, приложения MS Office для проектирования, создания и ведения баз данных MS Access

В результате проведенных исследований, анализа и опыта разработки средств удаленного доступа к распределенным информационно-алгоритмическим ресурсам автором получены следующие новые научные результаты: проведен всесторонний анализ информационных систем с распределенной обработкой и хранением информации, проанализировано преимущества GRID-технологий при организации распределенной вычислительной среды, разработаны принципы построения корпоративных сетей > дана оценка разным технологиям доступа к информационным ресурсам организации, рассмотрен один из возможных подходов к оценке эффективности системы информационного обмена, разработан Web-портал организации как база для функционирования информационной сети организации, разработан принципиально новый метод выпадающего меню для решении задач навигации по порталу, ' разработана организация доступа к Web-порталу, разработана концепция информационной сети организации и исследованы ее базовые принципы сформулированы и проанализированы задачи, стоящие перед Системой информационно-алгоритмических ресурсов организации, необходимой для интеграции имеющихся ресурсов организации и автоматизации функционирования информационной сети организации, на примере

Отделения Российской академии наук осуществлены работы по созданию на Web-портале Отделения РАН базы данных «Фонд завершенных разработок (ФЗР) ученых Отделения» с целью практической реализации задачи применения и использования информационно-алгоритмических ресурсов Отделения РАН

Разработанные в работе принципы построения корпоративных сетей, использующих распределенную вычислительную среду, а также организация доступа к информационно-алгоритмическим ресурсам таких сетей могут быть использованы в качестве типовых при разработке аналогичных сред, особенно в сфере взаимодействия людей научного сообщества, осуществляющих фундаментальные и прикладные научные исследования и разработки

Разработанный вариант Web-портала организации используется в качестве научного сервера Отделения информационных технологий и вычислительных систем Российской академии наук, база данных «Фонд завершенных разработок (ФЗР) ученых Отделения» проходит опытную эксплуатацию в том же Отделении

Основные положения работы докладывались на XLVII научной конференции Московского физико-технического института (Москва - Долгопрудный, 2004), на научных семинарах Института системного анализа РАН, на заседаниях бюро Отделения информационных технологий и вычислительных систем Российской академии наук

По теме диссертации автором опубликовано 11 печатных работ

в диссертационной работе получены следующие основные результаты: > Проведен обзор существующих методов и средств построения вычислительных сетей, а также выявлены основные тенденции развития вычислительных сетей > Рассмотрены основные проблемы, стоящие перед выбором сети для решения задач удаленного доступа к информационно-алгоритмическим ресурсам (ИАР) > Всесторонне рассмотрены понятия распределенных систем, распределенной обработки информации, распределенного хранения информации > Показаны преимущества организации распределенной вычислительной среды, базирующейся на GRID-технологиях > Предложена технология организации доступа к информационно алгоритмическим ресурсам организации на примере Отделения Российской академии наук (ОРАН) > Рассмотрены принципы организации доступа по локальным и выделенным каналам связи. Предложен один из возможных подходов к оценке эффективности системы обмена данными, использующую последовательную передачу комбинаций и контроль каналов связи > Разработан и запущен в эксплуатацию Web-портал Отделения информационных технологий и вычислительных систем РАН как базовая составляющая информационной сети Отделения РАН. Рассмотрены вопросы доступа к Web-порталу > Разработаны базовые принципы информационной сети Отделения РАН и ее связь с информационными сетями институтов Отделения РАН > Предложено решение вопросов интеграции имеющихся и создаваемых информационно-алгоритмических ресурсов институтов и Отделения РАН в Систему информационно-алгоритмических ресурсов (СИАР) Отделения РАН с целью наиболее эффективного взаимодействия и функционирования такой системы и решения поставленных перед Отделением РАН научных и научно-организационных задач > Рассмотрены основные составляющие СИАР Отделения РАН и их взаимодействие в распределенной вычислительной среде > Создана и проходит опытную эксплуатацию на Web-портале Отделения РАН база данных «Фонд завершенных разработок (ФЗР) ученых Отделения», позволяющий аккумулировать и систематизировать результаты научной деятельности ученых Отделения с целью проведения анализа эффективности научных работ, ведущихся в Отделении РАН, составления всевозможных аналитических отчетных материалов, популяризации науки, а также решения некоторых коммерческих задач