автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Система поддержки принятия решений по выбору состава мультиверсионных информационно-управляющих систем

На правах рукописи

Семенько Татьяна Иннокентьевна

СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО ВЫБОРУ СОСТАВА МУЛЬТИВЕРСИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка

информации

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск — 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева», г. Красноярск

Научный руководитель:

доктор технических наук,

профессор Ковалев Игорь Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор Петров Михаил Николаевич •

кандидат технических наук,

доцент Ступина Алена Александровна

Ведущая организация:

Братский государственный 1Ч—И1Щ II университет

Защита состоится 14 июля 2006 года в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.046.01 при ГНУ Научно-исследовательский институт систем управления, волновых процессов и технологий по адресу: 660028, г. Красноярск, ул. Баумана, 20в.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ Систем управления, волновых процессов и технологий.

Автореферат разослан 9 июня 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

С.П. Ереско

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современный уровень развития систем управления и обработки информации привел к интеграции программного обеспечения в состав информационно-управляющих систем, в которых функции обработки данных и выдачи соответствующих управляющих воздействий обеспечиваются программными средствами. Объясняется это тем, что процесс управления может вовлекать сложные расчеты данных большого объема, проведение которых только на аппаратной базе нецелесообразно.

Область применения информационно-управляющих систем определяет требования по надежности к данным системам. Существует ряд областей, где отказ системы управления может привести к значительным финансовым и материальным убыткам, а также нанести урон здоровью и жизни людей. Поскольку, обработка информации выполняется посредством программного обеспечения, то от его надежности непосредственно зависит надежность всей системы управления и обработки данных.

Одной из наиболее перспективных и уже положительно зарекомендовавших себя методологий обеспечения высокой надежности и отказоустойчивости программного обеспечения является мультиверсионное проектирование. Данная методология основывается на принципе программной избыточности, введение которой позволяет существенно повысить уровень надежности программной составляющей информационно-управляющих систем.

Большое количество модулей программного обеспечения сложной информационно-управляющей системы, их дополнительные избыточные версии, а также ограничения реального мира такие, например, как стоимость, ставят пред проектировщиком задачу принятия решений по выбору оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения с учетом, как правило, ряда критериев.

Выбор лучшего варианта программного обеспечения из всего множества возможных реализаций позволяют произвести методы многоатрибутивного принятия решений, ориентированные на класс задач, где множество альтернатив дискретно и конечно. Однако зачастую в задачах принятия решений невозможно найти наилучший вариант — результатом работы метода принятия решений является множество недоминируемых альтернатив. В этом случае, выбор лучшего варианта производит лицо, принимающее решение (ЛПР).

Формирование недоминируемого множества вариантов состава программного обеспечения информационно-управляющих систем и выбор лучшего с точки зрения ЛПР варианта затруднительно без средств автоматизации принятия решений. Поэтому возникает техническая проблема — создание системы поддержки принятия решений, которая бы позволила найти

оптимальный вариант формирования мультиверсионного программного обеспечения.

Поддержка принятия решения предполагает многовариантность решений, предлагаемых ЛПР к оценке и выбору. В связи с этим необходимо разработать модель и ряд методов многоатрибутивного принятия решений по выбору версий программных модулей и состава программного обеспечения информационно-управляющих систем, что является научной проблемой.

Уверенность в решении данных технической и научной проблем базируется на анализе результатов научных исследований и практических экспериментов российских и зарубежных ученых в области мультиверсионного проектирования, многоатрибутивного принятия решений, а также улучшения отказоустойчивости и повышения уровня надежности систем управления и обработки информации. К ним можно отнести работы Л.А. Растригина, В.В. Липаева, И.В. Ковалева, Р.Ю. Царева, Б.У. Боэма, A.A. Авижениса, Е.К. Гросспитча.

Объектом диссертационного исследования являются информационно-управляющие системы.

Предмет исследований — мультиверсионное программное обеспечение.

Цель диссертационного исследования состоит в разработке системы поддержки принятия решений при многоатрибутивном выборе версий программных модулей избыточного программного обеспечения информационно-управляющих систем.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

• формализации задач формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем;

• разработки обобщенной модели формирования мультиверсионных программных систем;

• анализа современных методов многоарибутивного принятия решений, с целью их применения для решения обобщенной модели формирования мультиверсионного программного обеспечения;

• разработки алгоритмов реализации многоатрибутивных методов выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем;

• программной реализации алгоритмов многоатрибутивного принятия решений в виде системы поддержки принятия решений по выбору состава мультиверсионных информационно-управляющих систем.

Методы исследования. Основные теоретические и прикладные результаты работы получены на основе методологии системного анализа и мультиверсионного проектирования программных средств. Также были использованы методы оптимизации и многоатрибутивного принятия решений.

Научная новизна работы:

1. Разработана обобщенная двухэтапная модель выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, позволяющая выделить множество недоминируемых вариантов программного обеспечения и определить наилучший вариант.

2. Предложен метод формирования многоцелевой мультиверсионной программной системы, учитывающий возможность совместного использования отдельных версий модулей разными программами.

3. Выполнена модификация предложенного метода для учета надежностного фактора при формировании многоцелевого программного обеспечения с избыточностью.

4. Разработана и программно реализована система поддержки принятия решений при многоатрибутивном формировании мультиверсионных информационно-управляющих систем.

Значение для теории. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, имеют существенное значение для развития методов поддержки принятия решений при разработке и проектировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, обладающего взаимозависимостью программных и аппаратных ресурсов, а также многоатрибутивных моделей, методов и алгоритмов, направленных на формирование оптимальных по составу программных систем с избыточностью.

Практическая ценность. Разработанная в диссертации система поддержки принятия решений позволяет автоматизировать процесс выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем на этапе проектирования. Система позволяет создавать системы управления и обработки информации, обладающие высоким уровнем надежности, которые могут применяться в различных областях науки и производства.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием методологии мультиверсионного проектирования и теоретических методов многоатрибутивного принятия решений при обосновании полученных результатов, выводов, рекомендаций и успешной апробацией и демонстрацией возможностей разработанной системы поддержки многоатрибутивного принятия решений при проектировании мультиверсионных информационно-управляющих систем на практике.

Реализация результатов работы.

Диссертационная работа выполнялась по проектам межотраслевых программ Минобразования России и Минатома России по направлению «Научно-инновационное сотрудничество» (проект VI1-12), а также в рамках тематического плана НИР СибГАУ (2005-2006 гг.) и НИР НИИ СУВПТ (20042006 гг.), финансируемых из средств федерального бюджета.

Материалы диссертационной работы введены в учебные курсы и используются при чтении лекций для студентов кафедры ЮНЕСКО Красноярского государственного технического университета по дисциплинам «Многоатрибутивное принятие решений при формировании мультиверсионных программных средств» и «Методы принятия решений в сложных системах».

На основе математических методов и алгоритмов был разработан комплекс программ, предназначенных для поддержки многоатрибутивного принятия решений при проектировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем. Программные системы прошли экспертизу и зарегистрированы в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП), что делает их доступными широкому кругу специалистов по системному анализу и проектировщиков программного обеспечения систем управления и обработки информации. Перечень зарегистрированных программных разработок приведен в конце автореферата.

На защиту выносятся:

1. Обобщенная двухэтапная модель мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем.

2. Модифицированный метод формирования мультиверсионного программного обеспечения, который позволяет учесть надежностый фактор при формировании многоцелевого программного обеспечения с избыточностью.

3. Система поддержки принятия решений, позволяющая автоматизировать процесс выбора оптимального состава мультиверсионных информационно-управляющих систем на этапе проектирования.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы прошли всестороннюю апробацию на международных и всероссийских научных, научно-практических и научно-технических конференциях. В том числе, на XI Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» (Томск, 2004), на ежегодной заочной конференции РАЕН «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Москва, 2004), на Всероссийской научно-технической конференции «Молодежь и наука: начало XXI века» (Красноярск, 2005), на одиннадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика» (Красноярск, 2005), на IX Международной научной конференции «Решетневские чтения» (Красноярск, 2005), на Шестой Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2006), на V Всероссийской научно-практической конференции «Недра Кузбасса. Инновации» (Кемерово, 2006), на XI Международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Кемерово, 2006).

Диссертационная работа в целом обсуждалась на научных семинарах Сибирского государственного аэрокосмического университета, а также НИИ Систем управления, волновых процессов и технологий (2004-2006 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, из них 6 без соавторов. Полный список публикаций представлен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 106 наименований и приложений. Содержание работы изложено на 116 страницах, объем приложений — 3 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика проблемы, обоснована актуальность выбранной темы, определены цель и задачи исследования. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первом разделе рассмотрены основные проблемы надежностного формирования программного обеспечения информационно-управляющих систем и его характерные особенности.

Показано, что большинство современных систем управления и обработки информации строятся на базе универсальных или специализированных ЭВМ, при этом сложность процесса обработки данных и объекта управления определяет сложность программных средств автоматизированной системы. В сложных информационно-управляющих системах программное обеспечение обладает разнообразием функций. Связано это с управлением несколькими разнотипными объектами и различным назначением обрабатываемой информации.

Надежность функционирования программного обеспечения в процессе работы информационно-управляющей системы - один из наиболее значимых критериев разработки программных средств. Непосредственно с понятием надежности программного обеспечения связаны понятия «отказа» и «сбоя» программного модуля, определение и классификация которых приведены в первом разделе диссертации.

Практика управления реальными объектами показывает, что недостаточно создать правильные программы, выдающие верные результаты при идеальных исходных данных и абсолютном отсутствии любых возмущений. Требуется разрабатывать надежные программы, устойчивые к различным внешним возмущениям, а также способные сохранять работоспособность при потенциальных ошибках программ, не выявленных на этапе тестирования.

В первом разделе описан подход к обеспечению высокого уровня надежности программ, основанный на методологии избыточности. Избыточность программного обеспечения используется, прежде всего, для

контроля искажений вычислительного процесса или данных. Основная задача состоит в ограничении и исключении возможности аварийных последствий, приводящих к отказу информационно-управляющей системы в процессе функционирования.

В диссертационной работе для повышения уровня надежности и отказоустойчивости программного обеспечения информационно-управляющих систем используется мультиверсионное проектирование, основанное на введении программной избыточности. Основные понятия и элементы мультиверсионного проектирования представлены в первом разделе диссертации.

Рис. 1. Мультиверсионная программная система, состоящая из трех модулей

Мультиверсионное программное обеспечение предполагает независимую генерацию N > 2 функционально эквивалентных версий программных модулей, называемых мультиверсиями, в соответствии с идентичными исходными спецификациями (рис. 1). Версии одного модуля выполняются одновременно и решают одну и ту же задачу. Отказ одной из версий не приводит к нарушению процесса работы программного обеспечения и, соответственно, всей информационно-управляющей системы.

Можно отметить, что работа информационно-управляющей системы застрахована также и от сбоев, вызванных ошибками, сгенерированными еще во время проектирования и разработки программного обеспечения.

Мультиверсионная методология проектирования программного обеспечения предполагает модульную композицию программной системы. Во втором разделе рассматриваются критерии и ограничения при решении задач синтеза мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, а также предлагаются оптимизационные модели формирования программного обеспечения информационно-управляющих систем различной степени сложности и избыточности.

Использование модульного принципа на этапе проектирования связано с процессом оптимизации состава и взаимосвязей отдельных компонент программного обеспечения информационно-управляющих систем, имеющих характеристики или атрибуты, связанные с разработкой, отладкой и эксплуатацией информационно-управляющих систем. В общем случае при проектировании программного обеспечения информационно-управляющих систем необходимо создать оптимальную программную систему при ограничениях двух типов. Первый тип ограничений характеризует уровень современных знаний теории и методов решения поставленных задач, принципов построения основных функциональных алгоритмов.

Второй тип ограничений относится в основном к техническим параметрам средств, на которых предполагается реализовать систему, и к ресурсам, которые могут быть выделены на разработку и эксплуатацию системы.

Во втором разделе представлена совокупность моделей, позволяющая на основе информации относительно надежностных и стоимостных атрибутов модуля, а также структуры программной системы определить оптимальный уровень вводимой избыточности. Предполагается, что мультиверсионная программная система, состоит из одной или большего количества программ, причем каждая программа состоит из ряда модулей, последовательное исполнение которых соответствует успешной реализации функции.

Данные модели различных структур избыточного программного обеспечения максимизируют надежность программного обеспечения с ограничениями на затраты. Многообразие рассматриваемых моделей дает проектировщику гибкость в выборе соответствующей модели проектируемого мультиверсионного программного обеспечения.

Представленные в диссертации оптимизационные модели описывают однофункциональную мультиверсионную программную систему с избыточностью и без избыточности, а также многофункциональную мультиверсионную программную систему с избыточностью и без избыточности.

Приведем модель формирования оптимального состава модулей многофункциональной мультиверсионной программной системы с избыточностью. Задача оптимизации выглядит следующим образом:

к __^

*=1 ¡еЯц

при ограничениях

щ _

/ = 1, и;

У=1

и т,

<=1 >1

1,; = 1,...,л; у= 1, ...,/и„ где Л - надежность программной системы; К — число функций программной системы, которые необходимо выполнить; Рь — частота, использования &-й функции; и — число модулей мультиверсионной программной системы; т1 -число версий, /-го модуля, / = 1,..., и; Ху— булева переменная, равная 1, если у-я версия выбрана для /-го модуля, иначе — 0; Су — стоимость у'-й версии /-го модуля; В — ограничение по стоимости мультиверсионной программной системы; — надежность /-го модуля, задаваемая выражением:

т,

Данная модель позволяет сформировать программную систему, в которой выполняется несколько функций, причем программы, ответственные за их выполнение, обладают избыточностью модулей.

В третьем разделе предложена обобщенная двухэтапная модель формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем (рис. 2). Данная модель позволяет сформировать множество недоминируемых альтернатив, представляющих собой варианты формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем. А затем проранжировать полученное множество, используя методы многоатрибутивного принятия решений с привлечением дополнительной информации от ЛПР. Набор упорядоченных, согласно рангам, альтернатив предоставляется ЛПР, обеспечивая поддержку принятия решений, с целью дальнейшей оценки и выбора ЛПР лучшего варианта мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих системы (ИУС).

Набор программ, набор версий модулей, характеристики версий

Множество недомшпгруемых вариантов (Ьоимтгппилття

Принятое решение по

формированию мультиверсионного программного обеспечения

I

ЛПР

Наборы проранжн-рованных альтернатив

Рис. 2. Двухэтапная модель формирования мультиверсионного ПО ИУС

10

Первый этап — формирование множества недоминируемых вариантов мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем выполняется, используя метод формирования мультиверсионной программной системы, учитывающий возможность совместного использования отдельных версий модулей разными программами. В диссертации рассматривается четыре модели мультиверсионных программных систем, наибольший интерес из которых представляет многоцелевая программная система с избыточностью.

Второй этап — ранжирование множества недоминируемых альтернатив происходит на основе многоатрибутивных методов, приведенных в четвертом разделе диссертации. При ранжировании может быть использована дополнительная информация о предпочтительности альтернатив, полученная отЛПР.

Окончательное решение принимает ЛПР, основываясь на рангах альтернатив и требованиях к проектируемой мультиверсионной системе.

Используемый на первом этапе, метод формирования мультиверсионной программной системы, учитывающий возможность совместного использования отдельных версий модулей, также представлен в третьем разделе диссертационной работы.

Данный метод решает задачу выбора оптимального варианта формирования мультиверсионной программной системы с учетом ряда критериев. В диссертации на первом этапе решения модели использовались два наиболее важных критерия — надежность и стоимость.

Достоинством предлагаемого метода является учет зависимости использования версий модулей при решении различных задач программной системой. Соответственно, метод должен учитывать зависимость стоимости и надежности совместного использования мультиверсий. Условно полагая, что каждая задача программной системы выполняется отдельной программой, входящей в систему, можно определить зависимость стоимости мультиверсий следующим образом:

N N-1 N N-2 ЛГ-1 N

гс = X,-X+ .

1=1 /=1 /=;+1 <»1 *=у+1

где с, > 0 стоимость мультиверсии при использовании в одной 1-й программе, Су > 0 стоимость мультиверсии, используемой в г'-й и у'-й программе, и Сщ > О стоимость мультиверсии, используемой /-й,у-й и к-й программами. Как видно из формулы, в диссертационной работе использовалась зависимость между не более чем тремя программами.

Данный метод использовался ранее для выбора проектов информационных систем, где надежностный фактор был сформулирован в виде риска, который рассчитывался аддитивно. Такой подход неприемлем для мультиверсионного программного обеспечения. В связи с этим предлагается

рассчитывать надежность программной системы исходя из ее структурной организации. Так, надежность программной системы при последовательном выполнении программ и модулей рассчитывается как произведение их надежности. Параллельное же исполнение предполагает расчет надежности аналогично формуле (1).

Многоцелевые мультиверсионные программные системы требуют комбинированного подхода, поскольку в них происходит как параллельное (версии модулей и программы), так и последовательное (модули и программы) исполнение компонентов системы.

Помимо критериев стоимости и надежности были рассмотрены ограничения доступности программных ресурсов, рассчитываемых по формуле

N N-1 N N-2 Ы-\ N

2> ^ - Е 2лх>х1+Е Е 2 >

1=1 ¿=1 j=i+^ /=1 j=i+\k=j+\

где а5 > О общая доступность программных ресурсов, > 0 количество программных ресурсов, требуемых :-й программе, 5,у > 0 количество программных ресурсов, разделяемых ¿-й и у'-й программами, и в ¡¡к > О количество программных ресурсов, разделяемых /-й,у'-й и к-й программами.

Модификация данного метода позволила алгоритмически учесть совместное использование версий модулей разными программами, что имеет большое значения для формирования многоцелевого программного обеспечения с избыточностью.

Выделение множества недоминируемых альтернатив при решении задачи формирования оптимального по составу мультиверсионного программного обеспечения часто не является удовлетворительным решением. Это связано с тем, что множество недоминируемых альтернатив может оказаться недопустимо большим для того, чтобы ЛПР мог осуществить окончательный выбор. Таким образом, выделение множества недоминируемых альтернатив можно рассматривать лишь как предварительный этап оптимизации, и налицо проблема дальнейшего сокращения этого множества. Для этого может потребоваться некоторая дополнительная информация, которую можно получить от ЛПР.

В четвертом разделе представлены методы многоатрибутивного принятия решений при выборе лучшей альтернативы из множества предложенных. Данные методы используются на втором этапе решения предлагаемой модели. Они предназначены для поддержки принятия решения ЛПР при выборе лучшего варианта мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющей системы.

Поддержка принятия решений основана на получении многовариантных решений с использованием разных методов. При поддержке принятия решений используют различные методы и подходы, которые в совокупности

дополняют друг друга. В диссертации приведены четыре многоатрибутивных метода:

— Линейный метод назначения.

— Метод простого суммарного взвешивания.

— Метод ELECTRE.

— Метод упорядоченного предпочтения через сходство с идеальным

решением (ТОРSIS).

Эти методы эквивалентны, однако их принципы оценки альтернатив различны:

1. выбор альтернативы, которая имеет наибольшее значение функции полезности (для простого суммарного взвешивания);

2. установка ранжирований общего предпочтения, которое наилучшим образом удовлетворяет данной мере соответствия (для линейного метода назначения и ELECTRE)-,

3. выбор альтернативы, которая имеет наибольшую относительную близость к идеальному решению (для TOPSIS).

При принятии решений используется количественная информация о предпочтительности атрибутов.

Рассмотрим метод упорядоченного предпочтения через сходство с идеальным решением (TOPSIS), который базируется на следующей концепции: выбранная альтернатива должна иметь наименьшее расстояние до идеального решения и наибольшее расстояние до идеального негативного решения. На рис. 3 альтернативы А1 и Л2 имеют равные расстояния до идеального решения А*, но поскольку расстояние от А2 до идеального негативного решения А' больше, то альтернатива Аг принимается лучшей, чем А,.

Атрибут XI (возрастающее предпочтение)

Рис. 3. Расстояние до идеального и идеального негативного решений

Принимая, что каждый атрибут имеет монотонно возрастающую (убывающую) целевую функцию, легко найти «идеальное» решение, которое

13

состоит из лучших достижимых значений всех атрибутов и «идеальное негативное» решение, состоящее из худших достижимых значений всех атрибутов. Предлагаемый метод одновременно рассматривает оба расстояния до идеального и идеального негативного решения, учитывая относительную близость к идеальному решению. Метод оценивает т альтернатив, каждой из которых соответствует и атрибутов. При решении метода выполняется следующая последовательность шагов:

Шаг 1. Нормализация матрицы решения. На этом шаге атрибуты, имеющие различные измерения, преобразуются в безразмерные атрибуты, что позволит в дальнейшем их сравнение. Элемент Гу нормализованной матрицы Я вычисляется как:

где Ху - элементы исходной матрицы решений.

Шаг 2. Построение взвешенной нормализованной матрицы решения. Здесь к нормализованной матрице решения применяются веса и» = (и^, ...,

м>], ..., - 1, заданные ЛПР. Матрица получается умножением каждого

7=1

столбца матрицы Я на соответствующий весовой коэффициент и^-.

Шаг 3. Определение идеального и идеального негативного решения. Определим две искусственные альтернативы А и А', являющиеся наиболее предпочтительной (идеальное решение) и наименее предпочтительной (идеальное негативное) альтернативами соответственно:

А'= {(шах у,у ( шт V;, |уеГ) 1* = 1,2.....т} = { V*, у*2,..., V*,..., V*}

где ./={/ = 1, 2,..., и связанные с критерием выгоды};

У={/= 1, 2, ..., п и - связанные с критерием стоимости}.

Шаг 4. Вычисление степени удаленности. Удаленность одной альтернативы от другой может быть измерено п-мерным евклидовым расстоянием. Степень удаленность каждой альтернативы от идеальной и идеальной негативной вычисляется как

г

п

А = {( пап Ь'бУ), (шах Уу уеУ) | / = 1, 2,..., т) = { V,*, V

* * >

'/»•••, V,,}

Шаг 5. Вычисление относительной близости к идеальному решению. Относительная близость альтернативы Л,- к А определяется как = + >0<С,.<1, /=1,2

Ясно, что С,-. = 1, если А,- =А и С,-. = 0, если А, = А'. Альтернатива Л, тем ближе к А', чем Сг ближе к 1.

Шаг 6. Ранжирование порядка предпочтений. Набор альтернатив теперь может быть ранжирован в соответствии со значениями С,-». Наилучшим решением будет альтернатива с наибольшим значением С,ф.

Методы многоатрибутивного принятия решений, предложенные в четвертом разделе, позволяют проранжировать альтернативы в порядке предпочтения ЛПР. На основе полученной многовариантности решений ЛПР может выбрать вариант формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющей системы, удовлетворяющий его требованиям.

В пятом разделе приводится описание реализованной системы поддержки принятия решений при многоатрибутивном выборе состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, которая может служить инструментом для проектировщика программных средств, призванным выработать рекомендации последнему по оптимальному составу высоконадежного и отказоустойчивого программного обеспечения.

В качестве модельного примера можно привести выбор лучшего варианта формирования мультиверсионной программной системы, которая может быть реализована на основе модулей, характеристики которых приведены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики программных модулей_

1 Типы модулей /и,

7=1 7 = 2 7=3 7=4

С Я С Д С Я С Л

1 20 0.9199 18 0.8283 14 0.8130 32 0.9950 3

2 8 0.9494 5 0.8107 6 0.9063 — — 2

3 11 0.9113 9 0.8120 12 0.8920 — — 2

4 5 0.9614 2 0.8010 3 0.8756 4 0.8532 2

5 9 0.8773 13 0.8890 14 0.8890 10 0.9129 2

6 3 0.8849 2 0.8027 4 0.9060 2 0.9163 3

7 8 0.8078 И 0.9063 7 0.8100 — — 2

8 8 0.9169 12 0.9517 16 0.9850 18 0.9987 2

9 8 0.8863 9 0.8759 10 0.9543 — — 2

10 11 0.9190 12 0.9054 10 0.9003 — — 2

В таблице 1 приведены стоимость версий модулей С в у.е., надежность Л и количество возможных к использованию версий модуля то,-, выступающее как ограничение программных ресурсов.

15

Предполагается, что проектируемая программная система выполняет три функции, реализация которых обеспечивается тремя программами. Для выполнения функций используются следующие модули: Рго§гашш1 (Рипсйоп1): 1, 2, 3,4 Рго^ашш2 (РишЛюгй): 1, 4, 5,6, 7 Рго;*гаттЗ (РипсйопЗ): 1, 2, 8,9, 10

Очевидно, что 1-й модуль используется совместно всеми тремя программами, 2-й модуль используется совместно первой и третьей программами, а 4-й - первой и второй.

Учитывая эту взаимосвязь, а также ограничения программных ресурсов метод формирования мультиверсионной программной системы, учитывающий возможность совместного использования отдельных версий модулей, позволяет определить множество недоминируемых вариантов состава мультиверсионного программного обеспечения (табл. 2).

Таблица 2

Множество недоминируемых альтернатив

Вариант Стоимость Надежность

1 208 0.93103

2 209 0.93292

3 208 0.93103

4 208 0.93103

5 208 0.93103

6 207 0.93084

7 208 0.93103

8 209 0.93292

9 209 0.93292

10 209 0.93292

11 209 0.93292

Согласно разработанной модели проектирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем вторым этапом является ранжирование альтернатив с помощью многоатрибутивных методов. При ранжировании использовалась дополнительная информация о процессорном времени, требуемом для каждой мультиверсии. Результат работы многоатрибутивных методов следующий (в порядке уменьшения предпочтения):

Линейный метод назначения: 2,7, 1,4,3, 5, 6, 8, 9,11,10

Простого суммарного взвешивания: 2, 7, 3, 1,4, 5, 8, 6, 9, 10, 11 ELECTRE: 7,2,1,3,4,8,6,5,9,10,11

TOPSIS: 2, 7, 1, 3,4, 5, 6, 8, 9,10, 11

На основе полученных результатов ЛПР может заключить, что вторая альтернатива наиболее предпочтительна, поскольку большинство методов определило ее ранг равным 1. Конечным результатом является набор мультиверсий, которые будут использованы в мультиверсионном

программном обеспечении информационно-управляющих системы. Набор мультиверсий, соответствующий 2-й альтернативе, приведен в табл. 3.

Таблица 3

_Использованные версий модулей_

Модуль Версия

1 2 3 4

1 Исп. Исп. Исп. Не исп.

2 Исп. Не исп. Исп. —

3 Исп. Не исп. Исп. —

4 Исп. Не исп. Исп. Не исп.

5 Исп. Не исп. Не исп. Исп.»

6 Исп. Не исп. Исп. Исп|

7 Не исп. Исп. Исп. —

8 Исп. Исп. Не исп. Не исп.

9 Исп. Не исп. Исп. —

10 Исп. Исп. Не исп. —

В заключении сформулированные основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

• Выполнена формализация задач формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем. Рассмотрены модели формирования мультиверсионных программных систем различной структуры и сложности. Выявлено, что наиболее сложной является многоцелевая мультиверсионная программная система с избыточностью. Разработанный в диссертации модельно-алгоритмический аппарат позволяет формировать подобные и более простые программные системы.

• Разработана обобщенная двухэтапная модель формирования оптимального по составу мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем. Данная модель учитывает стоимостной и надежностный факторы при формировании программного обеспечения и обеспечивает многовариантность решений, что является необходимым элементом поддержки принятия решений.

• Проведен анализ современных методов многоарибутивного принятия решений, применимых при выборе состава мультиверсионного программного обеспечения. Анализ показал, что для успешного решения задачи формирования мультиверсионного программного обеспечения целесообразно использовать методы ориентированные на конечное дискретное пространство решений.

• Разработаны алгоритмы реализации многоатрибутивных методов выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем.

• Программно реализована система поддержки принятия решений при многоатрибутивном формировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, что позволило автоматизировать процесс выбора версий программных модулей и оптимизировать состав мультиверсионных программных средств.

Таким образом, в диссертации разработана модель формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, решаемая многоатрибутивными методами, и реализована в виде системы компьютерной поддержки принятия решений по выбору состава программного обеспечения с использованием современных программных средств и технологий.

Система поддержки принятия решений по выбору состава мультиверсионного программного обеспечения позволяет рассмотреть возможные варианты формирования и выявить оптимальный состав проектируемой системы.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Semenko, Т. I. N-version Software Systems Design / I. M. Golubev, R. Ju. Tsarev, Т. I. Semenko. The eleventh International Scientific and Practical Conference «Modern Techniques and Technologies», Tomsk, Tomsk Politechnic University, 2004. Pp. 147-149.

2. Семенько, Т. И. Поддержка принятия решений при проектировании высоконадежного программного обеспечения / Т. И. Семенько. XI Международная научно-практическая конференция «Современные техника и технологии». Труды в 2-х т. Томск: Изд-во Томского политехи, ун-та, 2004. Т. 2. С. 208-210.

3. Семенько, Т. И. Многоатрибутивный подход к формированию программного обеспечения отказоустойчивых систем управления / Т. И. Семенько. Успехи современного естествознания, 2004. Вып. 6. С. 32-33.

4. Семенько, Т. И. Формирование оптимального состава многофункциональной мультиверсионной программной системы с избыточностью / Т. И. Семенько, Р. Ю. Царев. Успехи современного естествознания, 2004. Вып. 6. С. 33—34.

5. Семенько, Т. И. Среда исполнения мультиверсионных программных средств / Т. И. Семенько. Вест, университетского комплекса: Сб. научн. трудов. Красноярск: ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ, 2005. Вып. 3 (17). С. 136-144.

6. Семенько, Т. И. Методология оценки и повышения надежности программно-информационных технологий и структур: Монография / И. В. Ковалев, Т. И. Семенько, Р. Ю. Царев. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 160 с.

7. Семенько, Т. И. Критерии и ограничения при решении задачи синтеза оптимальных модульных систем управления и обработки данных / Т. И. Семенько, Р. Ю. Царев. Молодежь и наука: начало XXI века: Материалы Всероссийской научно-технической конференции В 4-х ч. Ч. 3. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. С. 28-30.

8. Семенько, Т. И. Модели формирования и алгоритмы распределенной обработки информации и управления / Т. И. Семенько, Р. Ю. Царев, Е. С. Гаврилов. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 240 с.

9. Семенько, Т. И. Дискриминационный метод многоатрибутивного принятия решений при создании архитектуры информационных систем / Т. И. Семенько, А. С. Литяйкина. Молодежь и наука: начало XXI века: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. В 4-х ч. Ч. 3. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. С. 133-136.

10. Семенько, Т. И. Оптимизация систем управления по критерию надежности с введением программной и аппаратной избыточности / Т. И. Семенько. Вест, университетского комплекса: Сб. научн. трудов. Красноярск: ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ, 2005. Вып. 4(18). С. 38-43.

11. Семенько, Т. И. Оптимальные стратегии тестирования программных систем / Т. И. Семенько. Вест, университетского комплекса: Сб. научн. трудов. Красноярск: ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ, 2005. Вып. 4 (18). С. 34-37.

12. Семенько, Т. И. Принятие решений при формировании оптимальных по составу управляющих систем / Т. И. Семенько, А. С. Литяйкина. Сб. науч. тр. одиннадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика». Красноярск: ГУЦМиЗ, 2005. Вып. U.C. 109-110.

13. Семенько, Т. И. Повышение надежности и отказоустойчивости информационно-управляющих систем / Т. И. Семенько. Материалы IX Международной научной конференции «Решетневские чтения». Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. С. 286-287.

14. Семенько, Т. И. Модели оценки надежности программного обеспечения информационно-управляющих систем / Т. И. Семенько., М. Ю. Слободин. Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий: Материалы Шестой Всероссийской научно-технической конференции. Улан-Удэ, 2006. С. 161-165.

15. Семенько, Т. И. Применение графов при оценке надежности программных систем с избыточностью / А. В. Аниконов, Т. И. Семенько, Р. Ю. Царев. Недра Кузбасса. Инновации: труды V

Всероссийской научно-практической конференции. Кемерово: ИНТ, 2006. С. 96-97.

16. Семенько, Т. И. Оценка надежности программного обеспечения информационно-телекоммуникационных систем / Р. Ю. Царев, Т. И. Семенько, А. В. Аниконов. Новые информационные технологии в университетском образовании: материалы XI Международной научно-методической конференции. Кемерово: ИНТ, 2006. С. 306-308.

Разработки, зарегистрированные в Отраслевом фонде алгоритмов и программ:

17. Семенько Т. И., Ковалев И. В., Царев Р. Ю., Ежеманская С. Н. Программная система «NV-DMSS vl.0» (Система поддержки принятия решений при создании мультиверсионной структуры программного обеспечения). М.: ВНТИЦ, 2004. №50200401373.

18. Семенько Т.И., Царев Р.Ю., Ковалев И.В., Аниконов A.B. Система формирования и анализа на графах сложных информационных систем с избыточной структурой (Программная система «GMSystem ver. 1.0»). М.: ВНТИЦ, 2006. №50200600100.

19. Семенько Т.И., Ковалев И.В., Царев Р.Ю., Поздняков Д.А. Система оценки и выбора корректного результата исполнения мультиверсий (Программная система «MVR-DM ver. 1.0»). М.: ВНТИЦ, 2006. №50200600084.

Семенько Татьяна Иннокентьевна Система поддержки принятия решений по выбору состава мультиверсионных информационно-управляющих систем

Автореферат

Подписано в печать 05.05.2006г. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Уч. изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 216. Отпечатано на ризографе НИИ СУВПТ 660028, г. Красноярск, ул. Баумана, 20В.

ВВЕДЕНИЕ.

I 1. МУЛЬТИВЕРСИОННОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ.

1.1. Программный компонент систем управления и обработки информации.

1.2. Надежность функционирования программного обеспечения.

1.2.1. Надежностная характеристика программного модуля.

1.2.2. Обеспечение надежности программ с помощью введения избыточности.

1.3. Мультиверсионное программирование как методология проектирования отказоустойчивого программного обеспечения систем управления и обработки информации.

2. МУЛЬТИВЕРСИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ.

2.1. Постановка задачи оптимизации формирования мультиверсионных программных систем.

2.1.1. Постановка задач синтеза оптимальных модульных систем управления и обработки данных.

2.1.2. Критерии и ограничения при решении задач синтеза оптимальных модульных систем управления и обработки данных.

2.2. Оптимизационные модели формирования мультиверсионного

5' программного обеспечения информационно-управляющих систем.

2.2.1. Формирование оптимального состава модулей однофункциональной мультиверсионной программной системы.

2.2.2. Формирование оптимального состава модулей однофункциональной мультиверсионной программной системы с избыточностью.

2.2.3. Формирование оптимального состава модулей многофункциональной мультиверсионной программной системы.

2.2.4. Формирование оптимального состава модулей многофункциональной мультиверсионной программной системы с избыточностью.

Ь 3. ФОРМИРОВАНИЕ МУЛЬТИВЕРСИОННЫХ СИСТЕМ С

УЧЕТОМ ЗАВИСИМОСТИ МУЛЬТИВЕРСИЙ.

3.1. Двухэтапная модель проектирования оптимального по составу мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем.

3.2. Метод формирования мультиверсионной программной системы с учетом совместного использования мультиверсий.

3.2.1. Факторы и ограничения при многоатрибутивном выборе компонент мультиверсионных программных систем.

3.2.2. Метод многоатрибутивного формирования мультиверсионных программных систем с взаимосвязанными мультиверсиями.

4. МНОГО АТРИБУТИВНЫЕ МЕТОДЫ ВЫБОРА ПРОЕКТОВ МУЛЬТИВЕРСИОННЫХ СИСТЕМ.

4.1. Линейный метод назначения.

4.2. Метод простого суммарного взвешивания.

4.3. Метод ELECTRE.

4.4. Метод упорядоченного предпочтения через сходство с идеальным решением.

5. СИСТЕМА КОМПЬЮТЕРНОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ МНОГОАТРИБУТИВНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ МУЛЬТИВЕРСИОННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

5.1. Функциональное назначение система поддержки принятия решений и область ее применения.

5.2. Интерфейс системы поддержки многоатрибутивного принятия решений.

5.3. Решение задачи формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющей системы.

Современный уровень развития систем управления и обработки информации привел к интеграции программного обеспечения в состав информационно-управляющих систем, в которых функции обработки данных и выдачи соответствующих управляющих воздействий обеспечиваются программными средствами. Объясняется это тем, что процесс управления может вовлекать сложные расчеты данных большого объема, проведение которых только на аппаратной базе нецелесообразно.

Область применения информационно-управляющих систем определяет требования по надежности к данным системам. Существует ряд областей, где отказ системы управления может привести к значительным финансовым и материальным убыткам, а также нанести урон здоровью и жизни людей. Поскольку, обработка информации выполняется посредством программного обеспечения, то от его надежности непосредственно зависит надежность всей системы управления и обработки данных.

Одной из наиболее перспективных и уже положительно зарекомендовавших себя методологий обеспечения высокой надежности и отказоустойчивости программного обеспечения является мультиверсионное проектирование. Данная методология основывается на принципе программной избыточности, введение которой позволяет существенно повысить уровень надежности программной составляющей информационно-управляющих систем.

Большое количество модулей программного обеспечения сложной информационно-управляющей системы, их дополнительные избыточные версии, а также ограничения реального мира такие, например, как стоимость, ставят пред проектировщиком задачу принятия решений по выбору оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения с учетом, как правило, ряда критериев.

Выбор лучшего варианта программного обеспечения из всего множества возможных реализаций позволяют произвести методы многоатрибутивного принятия решений, ориентированные на класс задач, где множество альтернатив дискретно и конечно. Однако зачастую в задачах принятия решений невозможно найти наилучший вариант - результатом работы метода принятия решений является множество недоминируемых альтернатив. В этом случае, выбор лучшего варианта производит лицо, принимающее решение (ЛПР).

Формирование недоминируемого множества вариантов состава программного обеспечения информационно-управляющих систем и выбор лучшего с точки зрения ЛПР варианта затруднительно без средств автоматизации принятия решений. Поэтому возникает техническая проблема - создание системы поддержки принятия решений, которая бы позволила найти оптимальный вариант формирования мультиверсионного программного обеспечения.

Поддержка принятия решения предполагает многовариантность решений, предлагаемых ЛПР к оценке и выбору. В связи с этим необходимо разработать модель и ряд методов многоатрибутивного принятия решений по выбору версий программных модулей и состава программного обеспечения информационно-управляющих систем, что является научной проблемой.

Уверенность в решении данных технической и научной проблем базируется на анализе результатов научных исследований и практических экспериментов российских и зарубежных ученых в области мультиверсионного проектирования, многоатрибутивного принятия решений, а также улучшения отказоустойчивости и повышения уровня надежности систем управления и обработки информации. К ним можно отнести работы JI.A. Растригина, В.В. Липаева, И.В. Ковалева, Р.Ю. Царева, Б.У. Боэма, А.А. Авижениса, Е.К. Гросспитча.

Объектом диссертационного исследования являются информационно-управляющие системы.

Предмет исследований - мультиверсионное программное обеспечение.

Цель диссертационного исследования состоит в разработке системы поддержки принятия решений при многоатрибутивном выборе версий программных модулей избыточного программного обеспечения информационно-управляющих систем.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

• формализации задач формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем;

• разработки обобщенной модели формирования мультиверсионных программных систем;

• анализа современных методов многоарибутивного принятия решений, с целью их применения для решения обобщенной модели формирования мультиверсионного программного обеспечения;

• разработки алгоритмов реализации многоатрибутивных методов выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем;

• программной реализации алгоритмов многоатрибутивного принятия решений в виде системы поддержки принятия решений по выбору состава мультиверсионных информационно-управляющих систем.

Методы исследования. Основные теоретические и прикладные результаты работы получены на основе методологии системного анализа и мультиверсионного проектирования программных средств. Также были использованы методы оптимизации и многоатрибутивного принятия решений.

Научная новизна работы:

1. Разработана обобщенная двухэтапная модель выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, позволяющая выделить множество недоминируемых вариантов программного обеспечения и определить наилучший вариант.

2. Предложен метод формирования многоцелевой мультиверсионной программной системы, учитывающий возможность совместного использования отдельных версий модулей разными программами.

3. Выполнена модификация предложенного метода для учета надежностного фактора при формировании многоцелевого программного обеспечения с избыточностью.

4. Разработана и программно реализована система поддержки принятия решений при многоатрибутивном формировании мультиверсионных информационно-управляющих систем.

Значение для теории. Результаты, полученные при 'выполнении диссертационной работы, имеют существенное значение для развития методов поддержки принятия решений при разработке и проектировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, обладающего взаимозависимостью программных и аппаратных ресурсов, а также многоатрибутивных моделей, методов и алгоритмов, направленных на формирование оптимальных по составу программных систем с избыточностью.

Практическая ценность. Разработанная в диссертации система поддержки принятия решений позволяет автоматизировать процесс выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем на этапе проектирования. Система позволяет создавать системы управления и обработки информации, обладающие высоким уровнем надежности, которые могут применяться в различных областях науки и производства.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием методологии мультиверсионного проектирования и теоретических методов многоатрибутивного принятия решений при обосновании полученных результатов, выводов, рекомендаций и успешной апробацией и демонстрацией возможностей разработанной системы поддержки многоатрибутивного принятия решений при проектировании мультиверсионных информационно-управляющих систем на практике.

Реализация результатов работы.

Диссертационная работа выполнялась по проектам межотраслевых программ Минобразования России и Минатома России по направлению «Научно-инновационное сотрудничество» (проект VII-12), а также в рамках тематического плана НИР СибГАУ (2005-2006 гг.) и НИР НИИ СУВПТ (2004-2006 гг.), финансируемых из средств федерального бюджета.

Материалы диссертационной работы введены в учебные курсы и используются при чтении лекций для студентов кафедры ЮНЕСКО Красноярского государственного технического университета по дисциплинам «Многоатрибутивное принятие решений при формировании мультиверсионных программных средств» и «Методы принятия решений в сложных системах».

На основе математических методов и алгоритмов был разработан комплекс программ, предназначенных для поддержки многоатрибутивного принятия решений при проектировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем. Программные системы прошли экспертизу и зарегистрированы в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП), что делает их доступными широкому кругу специалистов по системному анализу и проектировщиков программного обеспечения систем управления и обработки информации. Перечень зарегистрированных программных разработок приведен в конце автореферата.

На защиту выносятся:

1. Обобщенная двухэтапная модель мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем.

2. Модифицированный метод формирования мультиверсионного программного обеспечения, который позволяет учесть надежностый фактор при формировании многоцелевого программного обеспечения с избыточностью.

3. Система поддержки принятия решений, позволяющая автоматизировать процесс выбора оптимального состава мультиверсионных информационно-управляющих систем на этапе проектирования.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы прошли всестороннюю апробацию на международных и всероссийских научных, научно-практических и научно-технических конференциях. В том числе, на XI Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» (Томск, 2004), на ежегодной заочной конференции РАЕН «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Москва, 2004), на Всероссийской научно-технической конференции «Молодежь и наука: начало XXI века» (Красноярск, 2005), на одиннадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика» (Красноярск, 2005), на IX Международной научной конференции «Решетневские чтения» (Красноярск, 2005), на Шестой Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2006), на V Всероссийской научно-практической конференции «Недра Кузбасса. Инновации» (Кемерово, 2006), на XI Международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Кемерово, 2006).

1. МУЛЬТИВЕРСИОННОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Выводы

1. Программная реализация системы поддержки многоатрибутивного принятия решений при проектировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем позволила автоматизировать процесс выбора версий программных модулей и решить задачу оптимизации состава мультиверсионных программных средств.

2. Многовариантность решений, полученная с помощью интегрированных в разработанную систему поддержки принятия решений многоатрибутивных методов, позволяет произвести объективную оценку при выборе лучшей альтернативы из всего множества предлагаемых вариантов формирования мультиверсионных программных систем.

3. Использование системы поддержки принятия решений при проектировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем позволяет многосторонне взглянуть на проблему формирования мультиверсионного программного обеспечения и из полученного множества решений спроектировать программную систему, отвечающую требованиям и желаниям проектировщика

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в диссертационной работе научных исследований были получены следующие результаты:

• Выполнена формализация задач формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем. Рассмотрены модели формирования мультиверсионных программных систем различной структуры и сложности. Выявлено, что наиболее сложной является многоцелевая мультиверсионная программная система с избыточностью. Разработанный в диссертации модельно-алгоритмический аппарат позволяет формировать подобные и более простые программные системы.

• Разработана двухэтапная модель проектирования оптимального по составу мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем. Данная модель учитывает стоимостной и надежностный факторы при формировании программного обеспечения и обеспечивает многовариантность решений, что является необходимым элементом поддержки принятия решений.

• Проведен анализ современных методов многоарибутивного принятия решений, применимых при проектировании мультиверсионного программного обеспечения. Анализ показал, что для успешного решения задачи формирования мультиверсионного программного обеспечения целесообразно использовать методы ориентированные на конечное дискретное пространство решений.

• Разработаны алгоритмы реализации многоатрибутивных методов выбора оптимального состава мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем.

• Программно реализована система поддержки многоатрибутивного принятия решений при проектировании мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, что позволило автоматизировать процесс выбора версий программных модулей и оптимизировать состав мультиверсионных программных средств.

Таким образом, в диссертации разработана модель формирования мультиверсионного программного обеспечения информационно-управляющих систем, решаемая многоатрибутивными методами, и реализована в виде системы компьютерной поддержки принятия решений при проектировании программного обеспечения с использованием современных программных средств и технологий.

Система поддержки принятия решений при проектировании мультиверсионного программного обеспечения позволяет рассмотреть возможные варианты формирования и выявить оптимальный состав проектируемой системы.

1. Авиженис, А.Н. Гарантоспособные вычисления: от идей до реализации в проектах / А.Н. Авиженис, Ж.-К. Лапри. ТИИЭР, 1986. Т. 74. № 5. С. 8-21.

2. Алимханов, A.M. Компьютерная поддержка мультиверсионных методов формирования программного обеспечения в интегрированных корпоративных системах / Вестник НИИ СУВПТ. № 8. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2003. С. 116-119.

3. Алимханов, A.M. Современные стратегии оптимального развития информационных технологий в интегрированных корпоративных структурах / Вестник НИИ СУВПТ «Адаптивные системы моделирования и управления». 4.2. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2000. С. 12-15.

4. Антамошкин, А.Н. Определение оптимальной структуры мультиверсионного программного обеспечения при ограничениях по времени и стоимости / А.Н. Антамошкин, И.В. Ковалев. Вестник САА. № 1.2000. С. 111-124.

5. Богатырев, В.А. Отказоустойчивые многомашинные вычислительные системы динамического распределения запросов при дублировании функциональных ресурсов / Изв. вузов. Приборостроение. 1996. № 4.

6. Боэм, Б.У. Инженерное проектирование программного обеспечения / Б.У. Боэм. М.: Радио и связь, 1985. 512 с.

7. Боэм, Б.У. Характеристики качества программного обеспечения / Б.У. Боэм, Дж. Браун, X. Каспар, М. Липов, Г. Мак-Леод, М. Мерит. М.: Мир, 1981. 208 с.

8. Вальков, В.М. Автоматизированные системы управления технологическими процессами / В.М. Вальков, В.Е. Вершин. Л.: Политехника, 1991. 269 с.

9. Вальков, В.М. Микроэлектронные управляющие вычислительные комплексы: системное проектирование и конструирование / В.М. Вальков. Л.: Машиностроение, 1990. 224 с.

10. Вахрамеев К. Защита данных от катастроф / «Открытые системы» . № 3, 2000. С. 8-16.

11. Волик, Б.Г. Методы анализа и синтеза структур управляющих систем / Б.Г. Волик. М.: Энергоатомиздат, 1988. 296 с.

12. Голубев, И.М. Модель архитектурной надежности приложений клиент-сервер комплексной системы автоматизации управления предприятием / И.В. Ковалев, И.М. Голубев, Р.Ю. Царев. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2005, №1, С. 33-36.

13. Губанов, В.А. Введение в системный анализ / Л.: ЛГУ, 1988. 232 с.

14. Давыденко, О.В. Оценка надежности программного обеспечения бортового комплекса управления / О.В. Давыденко, И.В. Ковалев. Вестник КГТУ: Сб.научн.трудов. Вып.5. Красноярск, 1996. С. 119-121.

15. Давыдов, И.Н. Технология надежностного программирования задач автоматизации управления в технических системах / И.Н. Давыдов, А.С. Привалов, А.А Ступина; Красноярск: НИИ СУВПТ, 2000. 207 с.

16. Дубова, Н. На пути к управлению ИТ-услугами / «Открытые системы». № 7-8.2000. С. 49-57.

17. Дубова, Н. Управление надежным хранением / «Открытые системы». № 6. 2002. С. 37-43.

18. B. Задорожный, И. Малиновская; «Открытые системы». № 12. 2000.1. C. 15-19.

19. Ковалев, И.В. Автоматизация создания программных средств систем управления / В кн.: Микроэлектронные устройства: проектирование и технология. Красноярск. КИИ, 1990. С. 79-85.

20. Ковалев И.В. Многоатрибутивная модель формирования гарантоспособного набора проектов мультиверсионных программных систем / И.В. Ковалев, Р.Ю. Царев; Вестник НИИ СУВПТ. Вып.7. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2001. С. 129-137.

21. Ковалев, И.В. Оптимальное проектирование мультиверсионных систем управления / И.В. Ковалев, А.А. Попов, А.С. Привалов. Доклады НТК с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах». Ижевск: ИжГТУ, 2000. С. 24-29.

22. Ковалев, И.В. Параллельные процессы в информационно-управляющих системах. Формирование и оптимизация: Монография/ И.В. Ковалев, Р.Ю. Царев, Ю.Г. Шиповалов. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2001. 143 с.

23. Ковалев, И.В. Эффективность программно-алгоритмической реализации технологических режимов: Информационные процессы в промышленности: Сборник научных трудов / Кемерово: Кузбасский политехнический институт, 1989. С. 47-52.

24. Лебедев, В.А. Параллельные процессы обработки информации в управляющих системах: Монография / В.А. Лебедев, Н.Н. Трохов, Р.Ю. Царев. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2001. 137 с.

25. Липаев, В.В. О проблемах оценивания качества программных средств / Информационные технологии. № 4. 2002. С. 19-23.

26. Липаев, В. В. Проектирование программных средств / В. В. Липаев. М.: Высшая школа, 1990. 303 с.

27. Мамиконов, А.Г. Проектирование АСУ / М.: Высш. шк., 1987. 304 с.

28. Михалевич, B.C. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем / B.C. Михалевич, B.J1. Волкович. -Наука, 1982.286 с.

29. Зб.Орлов, С.А. Технологии разработки программного обеспечения: разработка сложных программных средств / СПб.: Питер, 2002.464 с.

30. Поздняков, Д.А. Архитектуры программных систем с применением мультиверсионной методологии / Д.А. Поздняков; Вестник университетского комплекса. Вып. 6(20). - Красноярск: НИИ СУВПТ, ВСФ РГУИТП, 2005. - С. 111 -118.

31. Поздняков, Д.А. Обеспечение независимости модулей мультиверсионного программного обеспечения на стадии исполнения / Д.А. Поздняков, М.Ю. Слободин; Вестник университетского комплекса. Вып. 6(20). -Красноярск: НИИ СУВПТ, ВСФ РГУИТП, 2005. - С. 185-196.

32. Поздняков, Д.А. Разработка и исследование среды мультиверсионного исполнения программных модулей. / Д.А. Поздняков, КС. Титовский, Р.В.Юнусов. Вестник НИИ СУВПТ: Сб. научн. трудов. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2003. Выпуск 13. С. 155-170.

33. Попов, А.А. Бинарная модель отказоустойчивой системы программного обеспечения: Доклады НТК с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах» / А.А. Попов, А.С. Привалов. Ижевск: ИжГТУ, 2000. С. 77-83.

34. Рихтер Дж. Windows для профессионалов: создание эффективных Win32 приложений с учетом специфики 64-разрядной версии Windows / Дж. Рихтер. М.: Издательско-торговый дом "Русская Редакция", 2001. 752 с.

35. Саркисян, А.А. Повышение качества программ на основе автоматизированных методов / М.: Радио и связь, 1991. 160 с.

36. Семенько, Т. И. Дискриминационный метод многоатрибутивного принятия решений при создании архитектуры информационных систем / Т. И. Семенько, А. С. Литяйкина. Молодежь и наука: начало XXI века:

37. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. В 4-х ч. Ч. 3. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. С. 133-136.

38. Семенько, Т. И. Методология оценки и повышения надежности программно-информационных технологий и структур: Монография / И. В. Ковалев, Т. И. Семенько, Р. 10. Царев. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005.160 с.

39. Семенько, Т. И. Многоатрибутивный подход к формированию программного обеспечения отказоустойчивых систем управления / Т. И. Семенько. Успехи современного естествознания, 2005. Вып. 6. С. 32-33.

40. Семенько, Т. И. Модели формирования и алгоритмы распределенной обработки информации и управления / Т. И. Семенько, Р. Ю. Царев, Е. С. Гаврилов. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 240 с.

41. Семенько, Т. И. Оптимальные стратегии тестирования программных систем / Т. И. Семенько. Вест, университетского комплекса: Сб. научн. трудов. Красноярск: ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ, 2005. Вып. 4 (18). С. 34-37.

42. Семенько, Т. И. Оптимизация систем управления по критерию надежности с введением программной и аппаратной избыточности / Т. И.

43. Семенько. Вест, университетского комплекса: Сб. научн. трудов. Красноярск: ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ, 2005. Вып. 4 (18). С. 38-43.

44. Семенько, Т. И. Повышение надежности и отказоустойчивости информационно-управляющих систем / Т. И. Семенько. Материалы IX Международной научной конференции «Решетневские чтения». Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. С. 286-287.

45. Семенько, Т. И. Применение графов при оценке надежности программных систем с избыточностью / А. В. Аниконов, Т. И. Семенько, Р. 10. Царев. Недра Кузбасса. Инновации; труды V Всероссийской научно-практической конференции. Кемерово: ИНТ, 2006. С. 96-97.

46. Семенько, Т. И. Среда исполнения мультиверсионных программных средств / Т. И. Семенько. Вест, университетского комплекса: Сб. научн. трудов. Красноярск: ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ, 2005. Вып. 3 (17). С. 136-144.

47. Семенько, Т. И. Формирование оптимального состава многофункциональной мультиверсионной программной системы с избыточностью / Т. И. Семенько, Р. Ю. Царев. Успехи современного естествознания, 2005. Вып. 6. С. 33-34.

48. Системный анализ: Проектирование, оптимизация и приложения / В 2 т., под общ. Ред. Антамошкина А.Н. Красноярск: САА, 1996. 206 с.

49. Слободин, М.Ю. Модели поддержки многоэтапного анализа надежности программного обеспечения автоматизированных систем управления / И.В. Ковалев, Р.Ю. Царев, М.А. Русаков, М.Ю. Слободин. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2005, №2, С. 30-35.

50. Соммервилл И. Инженерия программного обеспечения / И. Соммервилл. Вильяме, 2002.624 с.

51. Усольцев, А.А. Многоатрибутивный метод учета субъективности оценок при выборе варианта бортовой системы обмена информацией / И.В. Ковалев, А.А. Усольцев, Р.Ю. Царев. Авиакосмическое приборостроение, 2005, №2, С. 46-49.

52. Царев, Р. Ю. Компьютерная поддержка многоатрибутивных методов выбора и принятия решения при проектировании корпоративных информационно-управляющих систем: Монография / Р. Ю. Царев, М. Ю. Слободин. СПб: Инфо-Да, 2004. 221 с.

53. Царев, Р. Ю. Методология оценки и повышения надежности программно-информационных технологий и структур: Монография / И. В. Ковалев, Т. И. Семенько, Р. 10. Царев. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 160 с.

54. Царев, Р. Ю. Многоатрибутивное принятие решений в мультиверсионном проектировании: Монография / Р. Ю. Царев. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 156 с.

55. Царев, Р.Ю. Многокритериальное принятие решений при создании отказоустойчивого программного обеспечения / Вестник НИИ СУВПТ. Вып.2. Красноярск: НИИ СУВПТ, 1999. С. 190-194.

56. Царев, P. 10. Программно-информационные технологии формирования критичных по надежности систем управления: Монография / О. И. Антамошкина, Р. 10. Царев, С. А. Шабалин. СПб: Инфо-Да, 2005.175 с.

57. Царев, Р. 10. Современные методы надежностной оценки сложных программных систем: Монография / М. А. Русаков, Р. Ю. Царев, С. А. Шаболин. СПб: Инфо-Да, 2005. 203 с.

58. Царев, РЛО. Учет субъективных предпочтений ЛПР при мультиверсионном проектировании АСУ / И.В. Ковалев, М.Ю. Слободин, Р.Ю Царев. Системы управления и информационные технологии, 2005, № 1(18), С. 44-49.

59. Черняк, Л. Архитектура систем по Захману / «Открытые системы». № 12. 2001. С. 28-29.

60. Юнусов, Р.В. Анализ надежности аппаратно-программного информационно-управляющего комплекса / Р.В. Юнусов. Вестник НИИ СУВПТ: Сб. научн. трудов. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2003. Вып. 11. С. 103-106.

61. Юнусов, Р.В. Мультиверсионный метод повышения программной надежности информационно-телекоммуникационных технологий в корпоративных структурах / И.В.Ковалев, Р.В. Юнусов. Телекоммуникации и информатизация образования. 2003. №2. С. 50-55.

62. Antamoshkina, О. Modeling, Optimization and Computer-Realization of Control Cyclograms / O. Antamoshkina, I. Kovalev. Krasnoyarsk: SAA. 1996. 74 p.

63. Antamoshkin, A. System Analysis, Design and Optimization / A. Antamoshkin, H.P. Schwefel, and others. Ofset Press, Krasnoyarsk, 1993. 312 p.

64. Avizienis, A. Dependable Computing Depends on Structured Fault Tolerance, Proceedings of the 1995 6th International Symposium on Software Reliability Engineering, Toulouse, France, 1995, Pp. 158-168.

65. Avizienis, A. The N-Version approach to fault-tolerant software / IEEE Trans, on Software Engineering. Vol. SE11, № 12, December, 1985. P. 1491-1501.

66. Avizienis, A. Toward Systematic Design of Fault-Tolerant Systems, Computer, April 1977, Pp. 51-58.

67. Avizienis, Algirdas. The Methodology of N-Version Programming, in R. Lyu, ed itor, Software Fault Tolerancc, John Wiley & Sons, 1995.

68. Boehm, B.W. Software Risk Management / IEEE CS Press Tutorial, 1991.

69. Brian Randell and Jie Xu, The Evolution of the Recovery Block Concept, in Software Fault Tolerance, Michael R. Lyu, editor, Wiley, 1995, Pp. 1-21.

70. Clasen, U. Eine Moeglichkeit der numerischen Behandlung von zeitlich-stochastischen Netzplaenen / In: "Operations Research Proceedings", Springer Verlag Berlin-Heidelberg, 1994. P. 46-51.

71. David, Ph. Development of a fault tolerant computer system for the Hermes Space Shuttle / Ph. David, C. Guidal.IEEE Trans., 1993. P. 641-648.

72. Dhiraj K. Pradhan, Fault-Tolerant Computer System Design, Prentice-Hall, Inc., 1996.

73. Highsmith, J.A. Adaptive Software Development: A Collaborative Approach to Managing Complex Systems / Dorset House Publishing, 2000. 392 p.

74. Hwang, C.-L. A new approach for multiple objective decision making / C.-L. Hwang, Y.-J. Lai, T.-Y Liu.

75. Johnson, D.M. The systems engineer and the software crisis / ACM SIGSOFT: Software Engineering Notes, Vol. 21, no. 2, March 1996. P. 64-73.

76. Knight, C.J. An experimental evaluation of the assumption of independence in Multiversion programming / C.J. Knight, N.G. Levenson. IEEE Trans. Software Engineering, Vol. SE-12, 1986. P. 96-109.

77. Kovalev, I. Optimal Time Cyclograms of Spacecrafts Control Systems / I. Kovalev, 0. Davydenko In: "Advances in Modeling and Analysis, C", Vol.48, № 2-3,1996, AMSE PRESS. P. 19-23.

78. Kovalev, I. Optimization Reliability Model for Telecommunications Software Systems /1. Kovalev , A. Privalov, Ju. Shipovalov. In: Modelling, Measurement and Control. AMSE Periodicals, Vol.4-5,2000. P. 47-52.

79. Kovalev, I. Software engineering of spacecraft control technological cycles / In: "Modelling, Measurement and Control, B". Vol.56, №3. AMSE PRESS, 1994. P. 45-49.

80. Kovalev, I. System of Multi-Version Development of Spacecrafts Control Software / Pro Universitate Verlag. Sinzheim, 2001. 77 p.

81. Levendel, Y. Reliability analysis of large software systems: Defect data modelling / IEEE Trans. Software Engineering, 1990. Vol. 16. P. 141-152.

82. Oral, M. Modelling the process of multiattribute choice / M. Oral, O. Kettani. Res. Soc. 40, 1989. P. 281-291.

83. Russell J. Abbott, Resourceful Systems for Fault Tolerance, Reliability, and Safety, ACM Computing Surveys, Vol. 22, No. 1, March 1990, Pp. 35-68.

84. Michael R. Lyu, editor, Software Fault Tolerance, John Wiley & Sons, 1995.

85. McFarlan, F.W. Portfolio approach to information systems / Harvard Business Rev. 59. P. 142-150.

86. Muralidhar, К. Using the analytic hierarchy process for information system project selection / K. Muralidhar, R. Santhanam, R. Wilson. Information Mgmt 18, 1990.-P. 87-95.

87. Santhanam, R. A zero-one goal programming approach for information system project selection/OMEGA 17, 1989. P. 583-593.

88. Schniederjans, M.J. A multi-objective constrained resource information system project selection problem / M.J. Schniederjans, R Santhanam. Eur. Res. 70, 1993. P. 244-253.

89. Semenko, Т. I. N-version Software Systems Design /1. M. Golubev, R. Ju. Tsarev, Т. I. Semenko. The eleventh International Scientific and Practical Conference «Modern Techniques and Technologies», Tomsk, Tomsk Politechnic University, 2005. Pp. 147-149.

90. Silayeva ,T. K.-E. An Innovative Method for Program Reliability Evaluation / T. Silayeva, K.-E. Grosspietsch. Euromicro '95. Como (Italy), September 1995.

91. Silayeva, T Eine Methode zur Zuverlaessigkeits-abschaetzung fuer Software / T. Silayeva, K.-E. Grosspietsch. In: Workshop des DGLR-Fachausschusses Software Ingineering am 17. Mai 1995 in Neubiberg. UniBW Munich, 1995. P. 51-59.fh

92. Sommerville, I. Software Engineering / 6 ed. Addison-Wesley, 2001. 713 p.

93. Victor F. Nicola, Checkpointing and the Modeling of Program Execution Time, in Software Fault Tolerance, Michael R. Lyu, Ed, Wiley, 1995, Pp. 167188.

94. Zahedi, F. Software reliability allocation based on structure, utility, price, and cost / F. Zahedi, N. Ashrafi. IEEE Trans, on Software Engineering, April 1991. Vol. 17, No. 4. Pp. 345-356.