автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Специальное математическое и программное обеспечение минимизации межинтерфейсных потерь при многофазном проектировании

На правах рукописи 00502011Ь

ТЕБЕКИН Юрий Борисович

СПЕЦИАЛЬНОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИНИМИЗАЦИИ МЕЖИНТЕРФЕЙСНЫХ ПОТЕРЬ ПРИ МНОГОФАЗНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Специальность: 05.13.11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

5 л.ПР 2012

Воронеж - 2012

005020116

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Научный руководитель Кравец Олег Яковлевич, доктор

технических наук, профессор, Воронежский государственный технический университет, профессор кафедры автоматизированных и вычислительных систем

Официальные оппоненты: Макаров Олег Юрьевич, доктор

технических наук, профессор, Воронежский государственный технический университет, профессор кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры;

Зольннков Владимир Константинович, доктор технических наук, профессор, Воронежская государственная лесотехническая академия, заведующий кафедрой вычислительной техники и информационных систем

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Липецкий государст-

венный технический университет»

Защита состоится 26 апреля 2012 г. в Ю00 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.01 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026. г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан «26» марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Барабанов Владимир Федорович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В соответствии с задачей повышения эффективности системы разработки специальных многокомпонентных программных комплексов (системы управления специальной связью, производственные системы и т.п.) необходимо решить, что эффективнее для повышения качества на каждом этапе функционирования и цепочки исполнения принятых решений, что позволяет определить не только фокус финансирования и его пути, но и оценить достигаемый уровень повышения качества. В одних случаях он может быть оптимальным, в других, несмотря на многократные ресурсные вложения, только приближаться к нему.

Несмотря на одинаковую функциональность, большое количество сетевых служб может требовать применения разных интерфейсов, и эта проблема становится актуальней с широким применением распределенной вычислительной среды. Один из выходов - использование интерфейсного модуля, который согласовывает работу разных интерфейсов. Объединение этих модулей в цепочки позволяет добиться гибкости при согласовании, применяя меньше модулей, но здесь следует учитывать возникающие потери.

Задача разработки последовательностей интерфейсных модулей при минимизации межинтерфейсных потерь в процессе многофазного проектирования фактически существует с момента появления распределенных, в т.ч. Интранет-систем. Совершенствование аппаратных средств, программного обеспечения, средств телекоммуникаций приводит к постоянному появлению новых сложнейших информационно-вычислительных систем, для которых известные методы исследования зачастую становятся неприменимыми.

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы продиктована необходимостью улучшения процессов разработки последовательностей интерфейсных модулей при минимизации межинтерфейсных потерь в процессе многофазного проектирования за счет совершенствования технологий и инструментов их разработки.

Тематика диссертационной работы соответствует научному направлению ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования. Целью работы является создание математического и программного обеспечения разработки последовательностей интерфейсных модулей при минимизации межинтерфейсных потерь в процессе многофазного проектирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

провести системный анализ задачи многофазного проектирования программных систем с минимизацией межинтерфейсных потерь;

осуществить моделирование и алгоритмизацию повышения качества проектирования специального математического и программного обеспечения

в многофазных системах разработки;

провести исследование и развитие задачи минимизации потерь при разработке программных систем с последовательным соединением интерфейсов;

разработать математическое и программное обеспечение многофазной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью;

создать приложение для реализация механизмов оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения.

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, теории множеств, математического и имитационного моделирования, реляционной алгебры, теории графов, объектно-ориентированного программирования.

Тематика работы соответствует п. 1 «Модели, методы и алгоритмы проектирования и анализа программ и программных систем ...» и п. 3 «Модели, методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем» паспорта специальности 05.13.11 - «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей».

Научная новизна работы. К результатам работы, отличающимся научной новизной, относятся:

представление системы разработки как конвейерной системы, обеспечивающее возможность раздельного влияния на составляющие процесса разработки, отличающееся учетом приоритетности фаз системы на каждый временной период;

оптимизационная задача оперативного управления качеством многофазной разработки интерфейсов программных систем, основанная на концепции вероятностного управления, отличающаяся многоуровневым характером постановки задачи и обеспечивающая возможность учета эффективности воздействия на качество разработки;

теоретико-множественная модель последовательностей взаимодействующих интерфейсных модулей, отличающаяся применением матриц метода зависимости и векторов метода доступности, использующаяся для анализа потерь и разработки алгоритма поиска таких последовательностей;

эвристический алгоритм оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения при дискретных функциях отклика, основанный на методе ветвей и границ и обеспечивающий сокращение числа итераций на каждом этапе работы за счет выбора мероприятия, обладающего наименьшей стоимостью;

структура многофазной информационной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью, использующей Интранет-технологию и позволяющей разделить всю работу на неограниченное количество фаз с разграничением задач между должностями или специализациями.

Практическая значимость работы. Практическая значимость резуль-

татов диссертации заключается в создании многофазной информационной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью, использующей Интранет-технологию и позволяющей разделить работу на неограниченное количество фаз с разграничением задач между должностями или специализациями.

Компоненты математического и программного обеспечения прошли государственную регистрацию в ФГНУ «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти».

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде компонент информационного и программного обеспечения системы контроля и управления предпроизводственной стадией разработки программных компонент управления связью. Эффект от внедрения заключается в осуществлении необходимой функциональности и реализации информационного обеспечения модулей. Внедрение осуществлено в НПФ «Радиокомпоненты» (г.Воронеж), Центре специальной связи и информации ФСО России в Воронежской обл.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях и семинарах: XVI Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в экономике и обеспечении безопасности» (Воронеж, 2011), Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2010), ХУ-ХУП Международных открытых научных конференциях «Современные проблемы информатизации в анализе и синтезе технологических и программно-телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2010-2012), XVII Всероссийской научно-методической конференции «Теле-матика'2010» (Санкт-Петербург, 2010), XVII Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в моделировании и социальных технологиях» (Воронеж, 2012), II Международной научно-практической конференции «Объектные системы - 2010» (Ростов-на-Дону, 2010), Всероссийской конференции «Критические технологии вычислительных и информационных систем» (Воронеж, 2011), а также на научных семинарах кафедры автоматизированных и вычислительных систем ФГБОУ ВПО ВГТУ (Воронеж, 2010-2012).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 20 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем предложены: в [4, 5, 9, 11] - представление системы разработки как конвейерной системы, ее анализ и оптимизация; [6, 7, 8] - оптимизационная задача оперативного управления качеством многофазной разработки интерфейсов программных систем; [1, 12, 13, 14, 20] - теоретико-множественная модель последовательностей взаимодействующих интерфейсных модулей; [15, 19] - эвристический алгоритм оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения и его реализация; [2, 17, 18] - математическое и программное обеспечение

многофазной информационной системы контроля и управления предпроиз-водственной стадией проектирования программных компонент управления связью.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 105 наименований. Основная часть работы изложена на 162 страницах, содержит 45 рисунков, 36 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задачи исследования, их научная новизна и практическая значимость результатов, приведены сведения об апробации и внедрении работы.

В первой главе исследованы проблемы создания математического и программного обеспечения минимизации межинтерфейсных потерь при многофазной разработке информационных систем. Основное внимание уделено теоретическому обоснованию необходимости создания моделей и методов анализа таких систем и созданию соответствующего специального программного обеспечения.

Проведен системный анализ проблемы повышения качества разработки специального математического и программного обеспечения систем управления связью. Показано, что повышения эффективности разработки можно достигнуть путем четкого разделения процессов разработки на операции (фазы) с достижением необходимого уровня качества.

Далее процесс разработки математического и программного обеспечения системы управления представлен как вероятностная многофазная система. Проанализированы достоинства и недостатки существующих систем. Показано, что такое представление облегчает анализ и оптимизацию процесса разработки, особенно для последовательностей интерфейсных модулей.

Осуществлен обзор и анализ подходов к постановке и решению задач оптимизации многофазных систем. Установлено, что, как правило, такие задачи являются ^-полными, что обуславливает необходимость разработки эффективных эвристических алгоритмов для их решения.

Таким образом, актуальна задача теоретического обоснования, разработки и внедрения средств моделирования, анализа и создания математического и программного обеспечения разработки последовательностей интерфейсных модулей при минимизации межинтерфейсных потерь в процессе многофазного проектирования.

Во второй главе представлены методы моделирования и алгоритмизации повышения качества проектирования специального математического и программного обеспечения в многофазных системах разработки.

Рассмотрим «конвейер качества» с точки зрения наиболее рациональных путей повышения качества разработки специальных многокомпонентных программных систем как процесс, состоящий из п последовательных операций. Поскольку речь идет о действующей организации, то для каждой операции можно определить имеющуюся на данный момент вероятность ее

безошибочного (качественного) выполнения р°. Считая операции независимыми в совокупности и используя теорему умножения вероятностей, получаем, что вероятность качественного завершения всей последовательности операций представляет собой произведение

Ш'- <«>

1-1

Вероятность качественного выполнения каждой операции может быть увеличена путем проведения некоторых мероприятий. Предлагается выбрать некоторое пороговое значение вероятности качественного завершения процесса разработки р^, близкое к единице, и путем управления вероятностями отдельных процессов достигнуть этого порогового значения, то есть перевести целевую функцию в разряд ограничений.

Вероятность качественного выполнения каждой операции может быть увеличена путем проведения некоторых мероприятий, которые условно можно разделить на две группы:

• мероприятия, «единица» проведения которых увеличивает соответствующую вероятность на одну и ту же, не зависящую от начального значения величину, до достижения теоретического предела (1). Такие мероприятия будем называть мероприятиями с условно-линейным откликом (рис. 1, а);

• мероприятия, «единица» проведения которых увеличивает соответствующую вероятность на величину тем меньшую, чем ближе эта вероятность к 1. Такие мероприятия будем называть мероприятиями с асимптотическим откликом (рис. 1, б).

Рис.1. Типовая зависимость вероятности эффективной реализации от "интенсивности" проведения мероприятий с а) условно-линейным откликом; б) асимптотическим откликом

Точка уст соответствует первому временному моменту стабилизации качества в результате проводимых мероприятий, точка Узфф отмечает достигнутый на некоторый момент приемлемый уровень р,<ач, а точка у„ас соответствует объему мероприятий, насыщающему вероятность оказания качественной помощи до практической единицы.

Исследуем задачу при различных видах зависимости вероятности качественного выполнения операции от количества вложенных средств. Рассмотрим мероприятия с условно-линейным откликом. Зависимость вероятности р, качественного выполнения /-й операции от количества вложенных средств с, представляется уравнением

1 - о"

А(с,)=Р,°+—Р-с( при с, 6[0,с']. (2)

с,

Тогда обратная функция имеет вид

С'(Я) = 7ПРИ (3)

Получим общую стоимость всех мероприятий по обеспечению качества

= = (4)

..I ,-! 1 - Р,

В соответствии с поставленной целью необходимо определить минимальные затраты, при которых обеспечивается достижение предельной вероятности - приходим к следующей задаче.

Минимизировать функцию (4) при ограничениях

П (5)

>*/

р"<Р,< 1, / = 1,..„я. (6)

Данная задача представляет собой задачу минимизации линейной функции с нелинейными ограничениями. Для решения задачи составим функцию Ла-гранжа

•■I Р, Ы „I

Необходимыми условиями экстремума являются условия Куна-Таккера:

Аг-^-^Пр^0' 1 = 1,...,», (8)

'"Р. ).1

I"

П (9)

I*/

Л('-А) = 0, | = 1.....п (10)

^(Р^~Т[Р,) = 0 (П)

Л^О, 1 = 1,...,п+1. (12)

Исследуем полученную систему. Поскольку целевая функция является линейной, то наименьшее значение она достигает на границе области, определяемой условиями (5), (6).

При Л,., = 0 из уравнений (8) получаем, что Л, * 0,* = 1,...,п. Тогда решением системы будет р,=\, I = 1

При Л„„ * 0 имеем Р^ =Пд' т-е- Условие (5) выполняется как равенство. Приравнивая к нулю различные комбинации множителей Лагранжа А,,

¿ = 1,...,л, получим конечное число (не более чем 1 + £о решений системы

£-1

(8)-( 12).

В остальных случаях система несовместна.

Вычисляя значения целевой функции в полученных точках, находим наименьшее. Это и будут искомые значения вероятностей качественного выполнения операций, получаемые при минимальных затратах.

Рассмотрим теперь случай асимптотического отклика. Предположим, что зависимость вероятности качественного завершения операции от стоимости мероприятия описывается показательной функцией (без ограничения общности будем полагать в качестве основания экспоненту) и зависимостью вида

р(с) = \-{\-ра)е-' (13)

где а > 0 - коэффициент, характеризующий кривизну функции. Тогда обратная функция будет иметь вид

С(р) = -1|П-Ь£. а 1 -р„

с(р) = 1п

'-А, 1-Я

Стоимость выполнения всех п операций будет равна

(14)

(15)

Поскольку 1п является строго возрастающей функцией на всей области определения, то вместо функции (15) будем рассматривать

"-■OíiHf

Таким образом, приходим к следующей оптимизационной задаче:

f \ и

(16)

(17)

(18)

Ур. Y[P. - Pw

i-I

р'!<р,< 1, 1 = 1,..., л. (19)

Используя схему рассуждений, как в предыдущем случае, получаем:

j.i /«і

Y[pj=p»r*

Предлагается следующий алгоритм решения задачи.

Шаг 1. Для каждой стадии я, сформировать последовательность всевозможных обобщенных мероприятий порядков 0,1,2,..., I,.. Обозначим полученные мероприятия М'„, к = 0,1.....Ц, I = 1,2,..., N.

Шаг 2. Для каждого обобщенного мероприятия М'л вычислить приращение вероятности &рл = и стоимость сл = .

Шаг 3. Получить вероятности качественного завершения стадий при выполнении обобщенных мероприятий р,к = р" + Ар1к. Если при суммировании получаем результат, превышающий 1, то рл полагается равным 1.

Шаг 4. Выбрать 1-ю стадию. Исключить из рассмотрения те обобщенные мероприятия, для которых рл < . Для оставшихся обобщенных мероприятий М'п пересчитать по формуле = .

Рн

Шаг 5. Определить наименьшее и наибольшее р™ значения вероятности . Выбрать шаг т и поделить отрезок 1аТ>р™"] на несколько частей с шагом т.

Для каждого отрезка разбиения определить те обобщенные мероприятия, вероятности которых попадают в данный отрезок. Для каждого отрезка выбрать обобщенное мероприятие с минимальной стоимостью.

Отобразить выбранное мероприятие в виде узла на дереве решений. Получим первый уровень дерева решений (рис. 2).

Рис.2. Первый уровень дерева решений

Сформировать следующий уровень дерева решений (/ = 2).

Шаг 6. Выбрать последовательно узлы предыдущего уровня М'_„. Исключить из рассмотрения те мероприятия (узлы) , у которых р,к < .

Шаг 7. Определить наименьшее д™ и наибольшее р™ значения вероятности рл. Разбить отрезок [ д"'" , рТ 1 на несколько частей с шагом т.

Для каждого отрезка разбиения определить те обобщенные мероприятия, вероятности которых попадают в данный отрезок, и найти среди них обобщенное мероприятие с минимальной стоимостью. Отобразить его в виде узла на дереве решений.

Шаг 8. Перейти к следующей стадии (увеличить / на 1). Повторять пункты 6 и 7 до тех пор, пока не будут исчерпаны все стадии.

В результате будет получено дерево решений (рис. 3).

Шаг 9. Определить узел последнего Л'-го уровня, имеющий минимальную стоимость. Последовательно поднимаясь по дереву от детей к родителям, получим значения обобщенных мероприятий для всех стадий.

1 стадия (м,'.

Рис.3. Дерево решений

Сформулированная постановка оптимизационной модели задачи оперативного управления качеством многофазной разработки интерфейсов программных систем базируется на идее вероятностного управления. Отличительной особенностью постановки является ее многоуровневый характер и возможность учета эффективности воздействия на качество разработки.

Представление системы разработки как конвейерной системы обеспечивает возможность раздельного влияния на составляющие процесса разработки в зависимости от приоритетности.

Теперь необходимо перейти от задачи проектирования последовательностей интерфейсов к задаче их согласования с наименьшими потерями.

В третьей главе основное внимание уделено исследованию и развитию задачи минимизации потерь при разработке программных систем с последовательным соединением интерфейсов.

Несмотря на одинаковую функциональность, большое количество сетевых служб может требовать применения разных интерфейсов, и эта проблема становится актуальней с широким применением распределенной вычислительной среды. Один из выходов - использование модуля, который согласовывает работу разных интерфейсов. Объединение этих модулей в цепочки позволяет добиться гибкости при согласовании, применяя меньше модулей, но здесь следует учитывать возникающие потери.

Будем придерживаться подхода, при котором службы, которые обеспечивают одинаковые функции, могут быть доступны через разные интерфейсы. Это лучше, чем если бы интерфейсы использовались самой службой через уже существующий модуль интерфейса. Доступ к каждому интерфейсу обеспечивается через методы, а модуль интерфейса может предоставить альтернативный интерфейс путем внедрения внешних методов через методы, уже доступные в первичном интерфейсе.

Однако согласование интерфейсов может быть не идеальным, так как некоторые методы в принимающем интерфейсе просто не могут быть применены, используя только лишь методы в первичном интерфейсе, что в результате приводит к потерям.

Дадим определение графа модуля интерфейса Это биграф, где интер-

фейсы - узлы, а модули - ребра. Если есть интерфейсы I, и 12 с модулем А, который согласует первичный интерфейс I, с принимающим интерфейсом 12, то I, и 12 будут узлами в графе модуля интерфейса, а А будет ориентированным ребром графа от I, к 12.

Определим матрицу метода зависимости {а^ } для модуля А тем, как модуль зависит от доступности метода в первичном интерфейсе для введения метода в принимающем интерфейсе ({ а^ }= Лерепс1(А)):

= (.1 применим в приним. интерф.) л (1 доступен в перв. интерф.)

Определим булев вектор метода доступности { р,} для интерфейса:

Р| = (1 доступен в перв. интерф.)

Вектор используется, чтобы представить потери при согласовании так, чтобы метод / в принимающем интерфейсе мог использоваться только если значение р, истинное. Обозначим число истинных компонентов в векторе метода доступности { р,} как |р,|.

Получим вектор метода доступности {<?(} из выражения:

Определим формальный «метод 1», который никогда не бывает доступен для каждого интерфейса: р, всегда имеет ложное значение для любого вектора метода доступности. Расширим определение матрицы метода зависимости на «метод 1»:

• =Пгие, а^а^е V/ * 1.

• если метод у всегда можно ввести в принимающий интерфейс, то о^ГаЬе V/.

• если метод у никогда нельзя ввести в данный первичный интерфейс, то ал =1гие и аг =Га1зе V / * 1.

• если метод у зависит от доступности актуальных методов в первичном интерфейсе, то а„ =Га1зе.

Введем {1;} - вектор метода доступности для интерфейса /, который показывает, что все методы доступны, когда компонент формального метода ложный, а все другие компоненты истинные. Определим оператор ®:

Пусть также 1. - единичная матрица с п строками. Пусть даны интерфейсы 1,,12 и с соответствующими векторами метода доступности { p¡}, {4j> и {гк}. Пусть А, и А2 - модули интерфейса,

'і^Ь' А2: ь^'з. с соответствующими матрицами метода зависимости { a;¡} и {bkj}. Из уравнения (21) получаем:

q, = л(ал ->р,) = лЬа^ vPl)

(21)

а^®Рі = Л(-,а)і vPi)

(22)

rk = (~w(bkj v aji) v Pj); bkj 0 Bjj = v(btj л л.)

(23)

Оператор ® является ассоциативным, когда применяется к матрицам метода зависимости и вектору метода доступности:

Ь,® (а„® Р,) = {Ь,® а,,)® р„ т.е. с точки зрения потерь, объединенные в цепочку модули и последующее их применение к первичному интерфейсу эквивалентно применению каждого модуля один за другим к первичному интерфейсу.

Аналогично, матрица метода зависимости является ассоциативной:

Чем длиннее последовательность модуля интерфейса, тем хуже в плане потерь - р, = ® 1; и р| = Ьк) ® ц ® Г,,:

Рк = ("А, V г) л ЛЬью V 0 = -.Ьи

р'к = Л(-,Ьцу( (-■а-.уПлЛЬа^) ) = Л(-.Ьк] у->ал) =

^лЛЬ^а,). (24)

Отсюда

|К®1!1||-К®а)'®,'1|| (25)

и расширение последовательности модуля интерфейса хуже в плане потерь.

Представим алгоритм для получения субоптимальной последовательности модулей. Пусть имеется граф модуля ({/,},{Л,)), где {/,} - набор интерфейсов, а {Л,} - набор интерфейсных модулей. Пусть {а*}- матрица метода зависимости с модулем Л,. Пусть \е{/,} - первичный интерфейс, а Ге{/,} -принимающий интерфейсом. Задача заключается в том, существует ли последовательность модулей 1ЛЙ1,,ЛП:,,-..Л„.,] такая, что источник АПи - это Б,

цель Ап , - это Т, а рц = !</"' ®а'1'""' ®аг"' ®1'5.| с длиной, не меньшей чем

некий параметр N. В работе показано, что задача является ЫР-полной.

Исключая разработку алгоритма с полиномиальной оценкой времени для ИР-полной задачи, в реальных условиях приходится прибегать к эвристическим алгоритмам или алгоритмам с экспоненциальной оценкой времени. Алгоритм 1 (рис. 4) - это «жадный» алгоритм, который находит оптимальную последовательность интерфейсных модулей между данным первичным и конечным интерфейсом. На графе интерфейсного модуля С алгоритм работает, рассматривая каждый возможный ациклический путь с произвольным источником, который в результате находит свое отражение в принимающем интерфейсе /, для увеличения потерь.

Воспользуемся уравнением (25), пока не найдем последовательность, которая начинается с желаемого первичного интерфейса 5. Потеря означает число недоступных методов в конечном интерфейсе при данной полностью функциональной службе первичного интерфейса, которая вычисляется в алгоритме 2 (рис. 5), поэтому алгоритм гарантирует нахождение оптимальной последовательности интерфейсных модулей. Однако, в худшем случае, алгоритм становится экспоненциальным по времени, так как может иметь место

экспоненциальное число ациклических последовательностей в графе интерфейсного модуля.

procedure Greedy-Chain (G = i.r..E).s.r)

С <- О ; последовательности для расширения

М = -' отброшенные последовательности

£>«-}]-> | : матрицы метода

while С г ' do

с <~ element of С minimizing Loss (c.D) if с г [ ]л j<wrff(r[l]) = s then return с

else if no acyclic chain not in С ..'M extends с then

M <- il и (<•} else

if I- = [ J then В *- Ji'Ji e £.; arai>/(.p) = i\ else В <- ¡с: ф e £./argc?/(c| = soi(rcc(f[lJ)i end if

remove cyclic chains from В C<-C>->3

D D ¡с: с i-> £>[<-]® depend ie^e :ceS)]

end if end while end procedure

Рис. 4. Алгоритм 1: «Жадный» алгоритм для последовательности интерфейсных модулей

function LOSS (г, D)

$ «- so«rr<4<"[lJ> / <-iaigrf(r|r[J)

return dun(i; I-[£>[<•]«1;|| end function

Рис. 5. Алгоритм 2: Вычисление потерь в последовательности интерфейсных модулей

Таким образом, объединяя набор интерфейсных модулей в единую последовательность, оказывается возможным для клиента одного интерфейса использовать широкий ряд служб других интерфейсов, не требуя огромного количества интерфейсных модулей.

Разработан полиномиальный по времени алгоритм, который может создать максимальную покрывающую последовательность интерфейсных модулей, которая может включать гораздо большее число интерфейсных модулей, чем это необходимо. Также показано, что минимизация числа интерфейсных модулей, включенных в максимально покрывающую сеть интерфейсных модулей, является NP-полной задачей.

Четвертая глава посвящена описанию специального математического и программного обеспечения, реализованного в процессе работы.

На основе теоретических результатов главы 2 разработана система оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения при дискретных функциях отклика (функциональная структура приложения, отражающая взаимодействия между основными процедурами и функциями, изображена на рисунке 6, структурная схема работы представлена на рисунке 7)._

UnítComb

GetComb

ReplaceNullGidData

I

CalcClick

Form Shortcut

UnitMain

GetGiidData

MenuClean

NullGridData

Sav«Click

OpenClick

Unit Data

DeleteData

CreateOata

PrintData

DeleteEqualC

FindWay

SortP

Рис.6. Функциональная структура: UnitData - процедуры и функции, реализующие основной алгоритм; UnitComb - процедуры и функции генерации всех возможных комбинаций мероприятий; UnitMain - интерфейс и подготовка данных

Исходные данные могут задаваться непосредственно в окне приложения или считываться из текстового файла.

Работа приложения протестирована на различных примерах. Результаты работы программы на исходных данных малой размерности полностью совпадают с результатами, полученными при ручном подсчете.

С целью исследования скорости сходимости разработанного алгоритма была проведена серия тестов на компьютере следующей конфигурации:

Процессор IntelCore 2 Duo х 2.00 GHz.

Оперативная память 2 Gb.

Видеокарта GeForce 9300 (память 512 Mb).

Операционная система Windows ХР.

Предельное значение вероятности бралось равным 0,9. Диапазоны изменения числа стадий и мероприятий были выбраны от 2 до 11. Для каждой пары (/,», где / - количество стадий, j - число мероприятий, были произведены расчеты при 10 различных наборах исходных данных. Исходные данные задавались при помощи датчика случайных чисел. Затем для каждой пары вычислялось среднее время расчета.

^ начало ^ Цикл по числу стадий

Формирование последовательности обобщенных мероприятий для 1 -й стадии

мероприятиям ¿ = 1.....£,

Определение приращения вероятности Ар,к и стоимости с .

Определение вероятностей качественного завершения

стадии при выполнении обобщенных мероприятий Р* = +

т

Номер стадии / := 1

<Цикл по обобщенным V мероприятиям >—

Выбор шага Т

Цикл по отрезкам разбиения с шагом Гу

Определение мероприятий, вероятности которых принадлежат отрезку разбиения

I

Определение обобщенного

мероприятия с минимальной стоимостью для каждого отрезка

м;.

<Цикп по мероприятиям

_ лс

I Определение ] рГ И рГ

Цикл по отрезкам разбиения с шагом Г/

Определение мероприятий, вероятности которых принадлежат отрезку разбиения

Определение обобщенного

мероприятия с минимальной стоимостью для каедого отрезка М'

Рис.7. Структурная схема работы системы

На рисунках 8, 9 приведены графики зависимостей времени расчета от числа стадий и мероприятий. Приведенные зависимости позволяют сделать вывод об экспоненциальном увеличении времени расчета в зависимости от числа мероприятий и полиномиальном - в зависимости от числа стадий. Экспоненциальный характер зависимости времени расчета от числа мероприятий объясняется таким же характером увеличения числа обобщенных мероприятий в зависимости от числа исходных мероприятий м = 2і, где £ - число исходных мероприятий, М - число обобщенных мероприятий.

ЇКЮ І600 !йСЮ ЮТ

£<ооо

| Е» 0>

О. 630 а

4Х 2X1 С

/

_______і ......і......__________________ і /.........

і /

!

—•— Ю мероприятии -■••-9 мероприятий - в мероприятий

..............-......................................-......................................-..........-—................../

/ число стадий

. _____«......її-'......■

С а 4 6 8 1С 12

Рис.8. Графики зависимости времени расчета от числа стадий при фиксированном числе мероприятий

к 600 2

к

/

* /

/ л ■ * - в стадий | —•—(■«стадии ! і - * - 10 стадий і

: ш т и мероприятий

О 2 4 6 8 1С 12

Рис.9. Графики зависимости времени расчета от числа мероприятий при фиксированном числе стадий

Однако, несмотря на довольно быстрый рост времени расчета, предложенный алгоритм и программный продукт являются вполне приемлемыми для практического применения, т.к. время расчета для 20 стадий и 20 мероприятий составило 33000 мс, а в условиях реального производства программного обеспечения число мероприятий и число стадий редко более 20.

Далее в главе представлено разработанное информационное обеспечение многофазной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью.

Таким образом, разработана система оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения при дискрет-

ных функциях отклика. Система позволяет с использованием полученных теоретических результатов оптимально выбрать мероприятия влияния на фазы разработки. В основе работы системы лежит эвристический алгоритм, основанный на методе ветвей и границ. Ветви представляют собой последовательный выбор того или иного обобщенного мероприятия на каждой стадии. Границами являются предельные вероятности, которые пересчитываются для каждой ветви.

Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде компонент информационного и программного обеспечения системы контроля и управления предпроизводственной стадией разработки программных компонент управления связью. Эффект от внедрения заключается в осуществлении необходимой функциональности и реализации информационного обеспечения модулей. Внедрение осуществлено в НПФ «Радиокомпоненты» (г.Воронеж), Центре специальной связи и информации ФСО России в Воронежской обл.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Получены следующие основные результаты:

1. Создано представление системы разработки как конвейерной системы, обеспечивающее возможность раздельного влияния на составляющие процесса разработки.

2. Осуществлена постановка оптимизационной задачи оперативного управления качеством многофазной разработки интерфейсов программных систем, обеспечивающая возможность учета эффективности воздействия на качество разработки.

3. Получена теоретико-множественная модель последовательностей связанных интерфейсных модулей на основе матриц метода и векторов метода доступности, использующаяся для анализа потерь и разработки алгоритма поиска таких последовательностей.

4. Разработан эвристический алгоритм оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения при дискретных функциях отклика, обеспечивающий сокращение числа итераций на каждом этапе работы за счет выбора мероприятия, обладающего наименьшей стоимостью.

5. Осуществлено создание многофазной информационной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью, использующей Интранет-техноло-гию и позволяющей разделить всю работу на неограниченное количество фаз с разграничением задач между должностями или специализациями.

6. Компоненты математического и программного обеспечения прошли государственную регистрацию в ФГНУ «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти».

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. . Инструментальные средства обеспечения взаимодействия между гетерогенными БД в процессе проектирования информационной системы / Ю.Б. Тебекин, А.Э. Говорский, A.A. Соляник, О.Я. Кравец // Системы управления и информационные технологии. 2011. № 1.1(43). С. 203-208.

2. Особенности управления потоками нестационарного трафика в корпоративных системах территориального мониторинга / А.Э. Говорский. О.Я. Кравец, A.A. Соляник, Ю.Б. Тебекин // Системы управления и информационные технологии. 2010. №2 (40). С. 76-81.

3. Тебекин Ю.Б. Анализ потерь при последовательном соединении программных интерфейсов / Ю.Б. Тебекин // Системы управления и информационные технологии. 2011. № 3.2(45). С. 289-292.

Статьи и материалы конференций

4. К постановке задачи оптимизации проектирования систем специальной связи / О.В. Авсеева, А.Э. Говорский, Ю.Б. Тебекин, О.Я. Кравец // Информационные технологии моделирования и управления. 2009. № 7 (59). С. 945-948.

5. Говорский А.Э. Исследование особенностей оптимизации процесса и результатов многостадийного автоматизированного проектирования системы специальной связи / А.Э. Говорский, О.Я. Кравец, Ю.Б. Тебекин // Информационные технологии моделирования и управления. 2010. № 4 (63). С. 420-427.

6. Тебекин Ю.Б. Концепция вероятностного конвейерного подхода к управлению качеством в среде автоматизации проектирования многокомпонентных систем / Ю.Б. Тебекин, А.Э. Говорский, О.Я. Кравец // Современные проблемы информатизации в анализе и синтезе технологических и программно-телекоммуникационных систем: сб. тр.- Воронеж: «Научная книга», 2010. Вып. 15. С. 360-364.

7. Авсеева О.В. Управление качеством системы специальной связи при автоматизированном проектировании / О.В. Авсеева, Ю.Б. Тебекин, О.Я. Кравец // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2010. С.64 - 65.

8. Кравец О.Я. Особенности конвейерной технологии проектирования программных и телекоммуникационных систем для оптимизации качества и сбыта / О.Я. Кравец, A.A. Соляник, Ю.Б. Тебекин // Телематика 2010: труды XVII Всерос. науч.-метод, конф. - СПб.: СПбГУ, 2010. Т. 2. С.263 - 265.

9. Тебекин Ю.Б. Процесс проектирования системы управления связью как вероятностная многофазная система / Ю.Б. Тебекин, О.В. Авсеева, О.Я. Кравец; под общ. ред. П.П. Олейника // Объектные системы - 2010 (Зимняя сессия): материалы II Междунар. науч.-практ. конф. - Ростов-н/Д., 2010. С.113-116.

10. Тебекин Ю.Б. Подходы к постановке и решению задач оптимизации многозвенных систем / Ю.Б. Тебекин // Современные проблемы информатизации в экономике и обеспечении безопасности: сб. тр.- Воронеж: «Научная книга», 2011. Вып. 16. С. 126-132.

11. Повышение качества систем управления связью в процессе проектирования на основе системного подхода / О.В. Авсеева, А.Э. Говорский, О.Я. Кравец, Ю.Б. Тебекин// Современные проблемы информатизации в анализе и синтезе технологических и программно-телекоммуникационных систем: сб. тр.- Воронеж: «Научная книга», 2011. Вып. 16. С.354-360.

12. Говорский А.Э. Формализация задачи минимизации потерь при последовательном соединении программных интерфейсов / А.Э. Говорский, Ю.Б. Тебекин // Информационные технологии моделирования и управления. 2011 № 2 (67)

С. 170-179.

13. Говорский А.Э. Проблемы объединения интерфейсных модулей с потерями при согласовании в цепочки / А.Э. Говорский, Ю.Б. Тебекин, О.Я. Кравец; отв. ред. д-р техн. наук, проф. А.И. Шиянов // Критические технологии вычислительных и информационных систем: сб. тр. I Всерос. конф - Воронеж 2011 С.120- 126.

14. Тебекин Ю.Б. Лингвистические компоненты и алгоритмизации задачи последовательного соединения программных интерфейсов с минимизацией потерь / Ю.Б. Тебекин, О.Я. Кравец // Информационные технологии моделирования и управления. 2011. № 5 (70). С. 557-565.

15. Tebekin Y.B. Estimated Quality of Multistage Process on the Basis of Probabilistic Approach with Continuous Response Functions / Y.B. Tebekin, O.V. Avseeva // European Researcher. 2011. №11. - P. 1467-1473.

16. Тебекин Ю.Б. Алгоритмы и NP-полнота задачи минимизации потерь в последовательности программных интерфейсов /Ю.Б. Тебекин // Информационные технологии моделирования и управления. 2011. № 6 (71). С. 682-688.

17. Тебекин Ю.Б. Контроль и управление предпроизводственной стадией проектирования программных компонент систем управления связью / Ю.Б. Тебекин, О.Я. Кравец // Современные проблемы информатизации в моделировании и социальных технологиях: сб. тр. - Воронеж: Издательство "Научная книга" 2012 Вып. 17.-С. 216-225.

18. Тебекин Ю.Б. Информационное обеспечение многозвенной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью / Ю.Б. Тебекин, О.Я. Кравец // Современные проблемы информатизации в анализе и синтезе технологических и программно-телекоммуникационных систем: сб. тр. - Воронеж: Издательство "Научная книга" Вып. 17. 2012.-С. 285-294.

19. Тебекин Ю.Б., Кравец О.Я., Говорский А.Э. Программный модуль "Программная оптимизация управления качеством многокомпонентных систем". - М • ФГНУ ЦИТИС, 2010. - № госрегистрации 50201001622 от 03.11.2010.

20. Кравец О.Я., Тебекин Ю.Б. Программный модуль "Минимизация потерь многофазных программных интерфейсов". - М.: ФГНУ ЦИТИС 2011 - № госрегистрации 50201151282 от 13.10.2011.

Подписано в печать 16.03.2012. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 80 экз. Заказ № ¿9

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14

61 12-5/3313

Воронежский государственный технический университет

На правах рукописи

ТЕБЕКИН Юрий Борисович <^¡№(7

СПЕЦИАЛЬНОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИНИМИЗАЦИИ МЕЖИНТЕРФЕЙСНЫХ ПОТЕРЬ ПРИ МНОГОФАЗНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Специальность: 05.13.11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Кравец Олег Яковлевич

Воронеж 2012

Содержание

Введение.................................................................................................4

1. Проблемы создания математического и программного обеспечения минимизации межинтерфейсных потерь при многофазной разработке информационных систем...............................................................................11

1.1. Системный анализ проблемы повышения качества проектирования специального математического и программного обеспечения систем управления связью...................................................11

1.2. Процесс разработки математического и программного обеспечения системы управления как вероятностная многофазная система........................................................................................................26

1.3. Анализ подходов к постановке и решению задач оптимизации многофазных систем..................................................................................33

1.4. Постановка задач работы..........................................................42

2. Моделирование и алгоритмизация повышения качества проектирования специального математического и программного обеспечения в многофазных системах разработки......................................44

2.1. Проблема оценки качества разработки математического и программного обеспечения........................................................................44

2.2 Оценка качества многофазного процесса разработки программного обеспечения при непрерывных функциях отклика.........50

2.3. Оценка качества многофазного процесса разработки программного обеспечения при дискретных функциях отклика............55

2.4 Оптимизационная задача оперативного управления качеством процесса многофазной разработки программного обеспечения.............68

2.5.Вывод ы........................................................................................80

3. Исследование задачи минимизации потерь при разработке программных систем с последовательным соединением интерфейсов......82

3.1. Формализация задачи минимизации потерь при последовательном соединении программных интерфейсов....................82

3.1.1. Множественность интерфейсов.........................................82

3.1.2. Согласование интерфейсов................................................83

3.1.3. Маршрутизация интерфейсов............................................85

3.1.4. Математические основы решения проблемы потерь при согласовании интерфейсов....................................................................88

3.2. Лингвистические компоненты и алгоритмизация задачи последовательного соединения программных интерфейсов с минимизацией потерь................................................................................95

3.2.1. Оптимальное объединение модулей в цепочку................95

3.2.2. Значения литералов и дизъюнктов....................................96

3.2.3. Анализ редукции...............................................................100

3.2.4. «Жадный» алгоритм.........................................................101

3.3. Алгоритмы и NP-полнота задачи минимизации потерь в последовательности программных интерфейсов...................................104

3.3.1. Сеть модулей с возможностей потери.............................105

3.3.2. Минимизация количества модулей..................................108

3.3.3. Варианты исследования...................... ...............................112

3.4. Выводы.....................................................................................112

4. Реализация механизмов оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения..............................114

4.1. Система оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения при дискретных функциях отклика......................................................................................................114

4.2. Информационное обеспечение многофазнной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью.........................................126

4.2.1. Алгоритмические свойства системы...............................126

4.2.2. Структура базы данных....................................................128

4.3. Контроль и управление предпроизводственной стадией проектирования программных компонент систем управления связью. 136

4.3.1. Назначение и возможности программного комплекса... 136

4.3.2. Структура программного комплекса...............................138

4.3.3. Схема взаимодействия модулей, сервера, базы данных и пользователей.......................................................................................141

4.4. Выводы.....................................................................................149

Основные результаты работы............................................................151

Список использованных источников................................................152

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

В соответствии с задачей повышения эффективности системы разработки специальных многокомпонентных программных комплексов (системы управления специальной связью, производственные системы и т.п.) необходимо решить, что эффективнее для повышения качества на каждом этапе функционирования и цепочки исполнения принятых решений, что позволяет определить не только фокус финансирования и его пути, но и оценить достигаемый уровень повышения качества. В одних случаях он может быть оптимальным, в других, несмотря на многократные ресурсные вложения, только приближаться к нему.

Несмотря на одинаковую функциональность, большое количество сетевых служб может требовать применения разных интерфейсов, и эта проблема становится актуальней с широким применением распределенной вычислительной среды. Один из выходов - использование интерфейсного модуля, который согласовывает работу разных интерфейсов. Объединение этих модулей в цепочки позволяет добиться гибкости при согласовании, применяя меньше модулей, но здесь следует учитывать возникающие потери.

Задача разработки последовательностей интерфейсных модулей при минимизации межинтерфейсных потерь в процессе многофазного проектирования фактически существует с момента появления распределенных, в т.ч. Интранет-систем. Совершенствование аппаратных средств, программного обеспечения, средств телекоммуникаций приводит к постоянному появлению новых сложнейших информационно-вычислительных систем, для которых известные методы исследования зачастую становятся неприменимыми.

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы продиктована необходимостью улучшения процессов разработки последователь-

ностей интерфейсных модулей при минимизации межинтерфейсных потерь в процессе многофазного проектирования за счет совершенствования технологий и инструментов их разработки.

Тематика диссертационной работы соответствует научному направлению ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования. Целью работы является создание математического и программного обеспечения разработки последовательностей интерфейсных модулей при минимизации межинтерфейсных потерь в процессе многофазного проектирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

провести системный анализ задачи многофазного проектирования программных систем с минимизацией межинтерфейсных потерь;

осуществить моделирование и алгоритмизацию повышения качества проектирования специального математического и программного обеспечения в многофазных системах разработки;

провести исследование и развитие задачи минимизации потерь при разработке программных систем с последовательным соединением интерфейсов;

разработать математическое и программное обеспечение многофазной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью;

создать приложение для реализация механизмов оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения.

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, теории множеств, математического и имитационного моделирования, реляционной алгебры, теории графов, объектно-ориентированного

программирования.

Тематика работы соответствует п. 1 «Модели, методы и алгоритмы проектирования и анализа программ и программных систем ...» и п. 3 «Модели, методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем» паспорта специальности 05.13.11 - «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей».

Научная новизна работы. К результатам работы, отличающимся научной новизной, относятся:

представление системы разработки как конвейерной системы, обеспечивающее возможность раздельного влияния на составляющие процесса разработки, отличаясь учетом приоритетности фаз системы на каждый временной период;

оптимизационная задача оперативного управления качеством многофазной разработки интерфейсов программных систем, основанная на концепции вероятностного управления, отличающаяся многоуровневым характером постановки задачи и обеспечивающая возможность учета эффективности воздействия на качество разработки;

теоретико-множественная модель последовательностей взаимодействующих интерфейсных модулей, отличающаяся применением матриц метода и векторов метода доступности, использующаяся для анализа потерь и разработки алгоритма поиска таких последовательностей.

эвристический алгоритм оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения при дискретных функциях отклика, основанный на методе ветвей и границ и обеспечивающий сокращение числа итераций на каждом этапе работы за счет выбора мероприятия, обладающего наименьшей стоимостью.

структура многофазной информационной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью, использующей Интранет-технологию и позво-

ляющей разделить всю работу на неограниченное количество фаз с разграничением задач между должностями или специализациями.

Практическая значимость работы. Практическая значимость результатов диссертации заключается в создании многофазной информационной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью, использующей Интранет-технологию и позволяющей разделить работу на неограниченное количество фаз с разграничением задач между должностями или специализациями.

Компоненты математического и программного обеспечения прошли государственную регистрацию в ФГНУ «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти».

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде компонент информационного и программного обеспечения системы контроля и управления предпроизводственной стадией разработки программных компонент управления связью. Эффект от внедрения заключается в осуществлении необходимой функциональности и реализации информационного обеспечения модулей.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях и семинарах: XVI Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в экономике и обеспечении безопасности» (Воронеж, 2011), Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2010), ХУ-ХУП Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в анализе и синтезе технологических и программно-телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2010-2012), XVII Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2010» (Санкт-Петербург, 2010), XVII Международной

открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в моделировании и социальных технологиях» (Воронеж, 2012), II Международной научно-практической конференции «Объектные системы -2010» (Ростов-на-Дону, 2010), Всероссийской конференции «Критические технологии вычислительных и информационных систем» (Воронеж, 2011), а также на научных семинарах кафедры автоматизированных и вычислительных систем ФГБОУ ВПО ВГТУ (Воронеж, 2010-2012).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 20 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем предложены: в [4, 5, 9, 11] - представление системы разработки как конвейерной системы, ее анализ и оптимизация; [6, 7, 8] -оптимизационная задача оперативного управления качеством многофазной разработки интерфейсов программных систем; в [1, 12, 13, 14, 20] - теоретико-множественная модель последовательностей взаимодействующих интерфейсных модулей; в [15, 19] - эвристический алгоритм оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения и его реализация; в [2, 17, 18] - математическое и программное обеспечение многофазной информационной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 105 наименований. Основная часть работы изложена на 162 страницах, содержит 45 рисунков, 36 таблиц.

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задачи исследования, их научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены сведения об апробации и внедрении работы.

В первой главе исследованы проблемы создания математического и программного обеспечения минимизации межинтерфейсных потерь при многофазной разработке информационных систем. Основное внимание уделено теоретическому обоснованию необходимости создания моделей и методов анализа таких систем и созданию соответствующего специального программного обеспечения.

Проведен системный анализ проблемы повышения качества разработки специального математического и программного обеспечения систем управления связью. Показано, что повышения эффективности разработки можно достигнуть путем четкого разделения процессов разработки на операции (фазы) с достижением необходимого уровня качества.

Процесс разработки математического и программного обеспечения системы управления представлен как вероятностная многофазная система. Проанализированы достоинства и недостатки существующих систем. Показано, что такое представление облегчает анализ и оптимизацию процесса разработки, особенно для последовательностей интерфейсных модулей.

Во второй главе представлены методы моделирования и алгоритмизации повышения качества проектирования специального математического и программного обеспечения в многофазных системах разработки.

Сформулированная постановка оптимизационной модели задачи оперативного управления качеством многофазной разработки интерфейсов программных систем базируется на идее вероятностного управления. Отличительной особенностью постановки является ее многоуровневый характер и возможность учета эффективности воздействия на качество разработки.

Представление системы разработки как конвейерной системы обеспечивает возможность раздельного влияния на составляющие процесса разработки в зависимости от приоритетности.

В третьей главе основное внимание уделено исследованию и развитию задачи минимизации потерь при разработке программных систем с

последовательным соединением интерфейсов.

Показано, что объединяя набор интерфейсных модулей в единую последовательность, оказывается возможным для клиента одного интерфейса использовать широкий ряд служб других интерфейсов, не требуя огромного количества интерфейсных модулей.

Разработан полиномиальный по времени алгоритм, который может создать максимальную покрывающую последовательность интерфейсных модулей, которая может включать гораздо большее число интерфейсных модулей, чем это необходимо. Также показано, что минимизация числа интерфейсных модулей, включенных в максимально покрывающую сеть интерфейсных модулей, является ИР-полной задачей.

Четвертая глава посвящена описанию специального математического и программного обеспечения, реализованного в процессе работы.

Представлено разработанное информационное обеспечение многофазной системы контроля и управления предпроизводственной стадией проектирования программных компонент управления связью.

Таким образом, разработана система оценки качества многофазного процесса разработки специального программного обеспечения при дискретных фун�