автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Способы и модели формирования интегральных показателей в системах обработки информации образовательных структур

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЗАКОНЫ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМАМИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР

1.1 Информационные процессы в образовательных структурах при реализации принципов децентрализованного управления.

1.2 Модели функционирования систем обработки и представления информации образовательных структур.

1.3 Задача моделирования процессов автоматизированной обработки информации в образовательных структурах.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 2 МОДЕЛИ ОЦЕНКИ СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В СИСТЕМАХ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР

2.1 Формализованная математическая постановка.

2.2 Концептуальная модель процессов обработки запросов.

2.3 Аналитико-численные модели оценки показателей эффективности функционирования СОИ.

2.4 Исследование функционирования СОИ методом имитационного моделирования.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3 МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОПТИМАЛЬНОГО ВЫБОРА СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ОЦЕНКА ИХ ПАРАМЕТРОВ 3.1 Обобщенная методика синтеза структурных характеристик информационных подсистем СОИ образовательных структур.

3.2 Методика статистического анализа характеристик входных потоков информации для моделирования процессов СОИ.

3.3 Определение оптимальных периодов обновления интегральных показателей.НО

3.4 Методика выбора способов формирования интегральных показателей.

3.5 Модели оптимального размещения информационных ресурсов в системах обработки информации.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 4 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ

РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ АНАЛИЗА ПОДСИСТЕМ КАДРОВОГО И ФИНАНСОВОГО КОМПЛЕКСОВ АСДУ ЮРГТУ(НПИ)

4.1 Архитектура программно-инструментального комплекса "МОДЕЛЬ".

4.2 Реализация способов формирования интегральных показателей в подсистеме УПРАВЛЕНИЕ СТУДЕНЧЕСКИМ КОНТИНГЕНТОМ АСДУ ЮРГТУ (НПИ).

4.3 Поиск стратегий управления процедур обработки запросов для подсистем организационно кадрового и финансового комплексов типовой корпоративной информационной системы вуза.

ВЫВОДЫ

В настоящей работе рассматривается подход, предполагающий включение процедур представления интегрированной информации в состав систем оперативной обработки транзакций без создания отдельной информационной системы на основе ОЬАР-технологии. Анализ доступных автору отечественных и зарубежных публикаций, а также опыт, полученный при разработке и внедрении распределенных систем обработки информации (СОИ), позволил установить отсутствие систематизированной классификации способов формирования интегральных показателей; ограниченность технических характеристик известных способов, а также неадекватность существующего инструментария, применяемого для получения оценок критериев эффективности СОИ. Это предопределяет своевременность и необходимость исследовательских работ, направленных на конструирование эффективных способов формирования интегральных показателей и методики оценки их характеристик.

Целью диссертационной работы является разработка новых способов и моделей формирования интегральных показателей, повышающих эффективность систем управления образовательными структурами. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

- провести комплексное исследование информационных и вычислительных процессов в СОИ образовательных учреждений и центров профессиональной подготовки персонала, классифицировать и предложить новые способы формирования интегральных показателей;

- разработать математические модели для получения точных или приближенных оценок критериев эффективности предложенных способов формирования интегральных показателей;

- провести численные эксперименты и установить зависимости между критериями эффективности СОИ, способами формирования интегральных показателей и параметрами информационно-вычислительной среды;

- разработать методику выбора способа формирования интегральных показателей, повышающего эффективность функционирования СОИ образовательного учреждения;

- предложить архитектуру и осуществить программную реализацию системы моделирования процессов обработки информации в одноранговых и файл-серверных СОИ.

Рассмотренные в диссертации задачи решаются на основе использования математического аппарата методов теории массового обслуживания и имитационного моделирования, методов нелинейного целочисленного и непрерывного программирования, методов теории вероятностей и математической статистики.

Научную новизну представляют следующие результаты диссертационной работы:

- событийно-контролирующий способ формирования интегральных показателей, основанный на использовании внутренней логики контроля соответствия между агрегированными данными и источниками интегрированной информации;

- новые методики расчета интенсивностей обслуживания в узлах замкнутой экспоненциальной сети массового обслуживания с квазипоследовательными типами запросов;

- система имитационного моделирования, содержащая инструментарий автоматизированной настройки параметров информационно-вычислительной среды, позволяющая устанавливать зависимости между способами формирования интегральных показателей и критериями эффективности транзактных СОИ;

- алгоритм выбора оптимальных периодов обновления интегральных показателей, сочетающий метод деформируемого многогранника и комплексный метод Бокса и учитывающий особенности вычисления целевой функции и критерия останова на имитационной модели;

- модифицированный алгоритм размещения информационных ресурсов, включающий новые аналитические соотношения для расчета объема передаваемой информации по каналам связи применительно к . выбранному способу формирования интегральных показателей.

Первая глава диссертации посвящена вопросам классификации способов формирования интегральных показателей в системах обработки информации (СОИ) образовательных учреждений. На основе проведенной классификации выделено четыре способа, проведен их сравнительный анализ, показаны их преимущества и недостатки. Сформулирована задача моделирования процессов автоматизированной обработки информации в образовательных учреждениях. Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке и конструированию моделей оценки критериев эффективности СОИ образовательных учреждений. Представлены результаты численных экспериментов. В третьей главе диссертации рассматриваются вопросы синтеза структурных характеристик информационных подсистем СОИ образовательных учреждений. В четвертой главе приводится описание архитектуры программно-инструментального комплекса, который представляет собой обновленную версию системы автоматизированного проектирования "МОДЕЛЬ".

Основные положения, выносимые на защиту:

- классификация способов формирования интегральных показателей;

- событийно-контролирующий способ формирования интегральных показателей;

- аналитико-численная модель экспоненциальной сети массового обслуживания с квазипоследовательными типами запросов;

- проблемно-ориентированная имитационная модель;

- алгоритм поиска периодов обновления интегральных показателей;

- модифицированный алгоритм размещения информационных ресурсов в узлах локальной сети с учетом выбранного способа формирования интегральных показателей;

- программа моделирования и оценки способов получения интегральных показателей в ОЬТР-системах. 1 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЗАКОНЫ

УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМАМИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР

ВЫВОДЫ

1. Разработанные модели функционирования систем обработки информации и алгоритмы оптимизации были реализованы в среде Delphi 3.0, включены в состав САПР "МОДЕЛЬ" и представляют собой законченный продукт - "Программа моделирования и оценки способов получения интегральных показателей в OLTP-системах" ("ПК ИНТЕГРМОД"), при реализации которого применялась методология объектно-ориентированного программирования.

2. Выполнено конструирование баз данных, процедур обработки функциональных и информационных запросов для подсистемы УПРАВЛЕНИЕ СТУДЕНЧЕСКИМ КОНТИНГЕНТОМ, которая внедрена и успешно эксплуатируется в ЮРГТУ (НПИ) с 1994 года в составе АСДУ.

3. На основании данных мониторинга подсистем кадрово-финансового комплексов АСДУ ЮРГТУ(НПИ) и результатов имитационного моделирования получены рекомендации по совершенствованию процедур обработки запросов, составу и структуре отношений БД. Установлено, что наилучшие характеристики системы достигаются при использовании механизма оперативного обновления интегральных показателей, а при увеличении числа групповых операций в итоговых документах для систем, использующих механизмы контроля соответствия агрегированных данных реальным значениям требуемым показателям, получены наиболее предпочтительные результаты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследованы информационные процессы в системах управления образовательных структур, по результатам которых разработана классификация способов формирования интегральных показателей в системах оперативной обработки транзакций.

2. Предложен новый событийно-контролирующий способ формирования интегральных показателей, основанный на использовании внутренней логики контроля соответствия между агрегированными данными и источниками интегрированной информации, применение которого позволит повысить эффективность СОИ образовательных структур в условиях децентрализованного управления.

3. Разработаны новые методики расчета интенсивностей обслуживания в узлах экспоненциальной СеМО с квазипоследовательными типами запросов применительно для систем класса СПД и САИ/ОП.

4. Разработана система имитационного моделирования, содержащая инструментарий автоматизированной настройки параметров информационно-вычислительной среды, позволяющая устанавливать зависимости между способами формирования интегральных показателей и критериями эффективности транзактных СОИ.

5. Сформулирована и решена задача поиска стратегий управления процедурами обработки запросов, определяемых способами формирования интегральных показателей.

6. Разработана методика применения имитационных моделей в поисковых алгоритмах нелинейной оптимизации, использование которой позволило решить задачу выбора периодов обновления интегральных показателей в системах класса САИ/ПО.

7. Модифицирован алгоритм размещения отношений по узлам ЛВС. Получены аналитические соотношения, позволяющие рассчитывать объем передаваемой информации по каналам связи с учетом способа формирования интегральных показателей.

8. Использование программно реализованных моделей позволило получить рекомендации по совершенствованию процедур обработки запросов, составу и структуре отношений БД подсистем кадрово-финансового комплексов АСДУ ЮРГТУ(НПИ) и типовой корпоративной информационной системы вуза.

1. Агранович Б.Л., Валентинов В.В., Коваленко В.Е. и др. Типовые средства автоматизации управления вузом. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1988.-190с.

2. Агранович Б.Л., Чучалин И.П. Типовая автоматизированная система управления высшим учебным заведениям Минвуза РСФСР.-Сб.:Кибернетика и вуз,- Томск: Ротапринт ТПИ, 1984.-Вып.19.-С.47-73.

3. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.Наука, 1976.

4. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. М.:Мир, 1976,- 755с.

5. Антомошкин А.Н. Оптимизация функционалов с булевыми переменными. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1987-104с.

6. Антонова Г.М. Реализация оптимизационно-имитационного подхода при выборе алгоритмом функционирования систем передачи данных //Автоматика и телемеханика, 1996,- №9,- С167-174.

7. Афанасьев В.Н., Владимиров Л.Б. Об одном частном критерии оценки эффективности АИС //Управляющие системы и машины, 1975,- №4,-С.22-25.

8. БазараМ., ШетиК. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы. М.:Мир, 1982.-583с.

9. БендатДж., ПирсолА. Прикладной анализ случайных данных. М.:Мир, 1989,- 540с.

10. Богуславский Л,Б., Ляхов А.И. Оценка производительности распределенных информационно-вычислительных систем архитектуры "клиет-сервер" //Автоматика и телемеханика 1995, №9,- С160-175.

11. Бутрименко A.B. Разработка и эксплуатация сетей ЭВМ,- М.: Финансы и статистика, 1981.-256с.

12. ВалиевТ.А., НибашевТ.Н., ЛосекийИ.О. Оптимизация информационно-вычислительных систем методами имитационного моделирования на ЭВМ. Ташкент; Фан.1991.-132с.

13. ВентцельЕ.С. Исследование операций. М:Советское радио, 1972-552с.

14. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные применения. М:Наука, 1991 384с.

15. Гуляев А.И. Временные ряды в динамических базах данных. М.: Радио и связь, 1989,- 128с.

16. Гутник Г.В. Информационное обеспечение системы управления качеством образования в регионе. //Информатика и образование.-1999.-№4.

17. ДейтДж. Введение в системы баз данных, 6-е издание. М.;СПб.:-"Вильямс", 1999,- 848с.

18. Жожикашвили В.А., Вишневский В.М. Сети массового обслуживания. Теория и применение к сетям ЭВМ.-М.: Радио и связь, 1988.-192с.

19. Зайцев К.С., СавкинМ.А. Определение оптимальных периодов обновления информации в системах с повышенной динамикой изменения данных /КопьюЛог,- №5-6,1999.- С46-50.

20. Зиновьев Э.В., Стрекалев A.A. Методы управления сетевыми информационными системами. Рига: Зинатне, 1991 308с.

21. Калашников В.В., Лутков В.И. и др. Вопросы разработки имитационных систем //Электронная техника. Сер. Экономика и системы управления. 1983- вып. 1.-С.71-87.

22. Каменская H.A., Лямкин A.A., Микуленко Н.П., Тревога Т.Ф. Анализ вариантов концептуальной модели функционального программного обеспечения систем обработки информации и управления //Приборы и системы управления. 1998. №12.-С.29-31.

23. Клейнрок Дж. Теория массового обслуживания. М: Машиностроение, 1979.-430с.

24. Ковалевский В.Н., Тищенко С.Н., Панфилов А.Н. Реализация имитационных моделей распределенных СОИ на языках GPSS и Си. Автоматизированные системы обработки информации и управления: Межвуз. сб. науч. тр. Новочеркасск, изд. НПИ, 1993.-С.30-37.

25. Когаловский М.Р. Статистические базы данных // Программирование 1995,- №2.-С.35-53.

26. Козлик Г.А и др. Оптимизация обработки информации в системах управления. Киев:Техника, 1989,- 158с.

27. Кокс Д., Льюис П. Статистический анализ последовательности событий. М.:-Мир, 1969.- 312с.

28. Костогрызов А.И. Математические модели функционирования информационных систем //Информатика Машиностроение. 1998.-№3(21) С. 16-23.

29. Кристин Комафорд. Корпоративная отчётность. Серверная архитектура для распределённого доступа //Открытые системы. 1999.-№1,-С.37-46.

30. Кубышкин A.B., Житков М.Ю., Мухин О.И. Пермский Государственный Технический Университет: Интеграция через информационную среду. //Информатика и образование. -1999.-№4.

31. Курбацкий А.И., Листопад Н.И., Воротницкий Ю.И. Информационные технологии в системе высшего образования. //Информатика и образование.-1999.-№3.

32. Ладыженский Г.М. Системы управления базами данных коротко о главном //СУБД - 1995.-№2 С.125-142.

33. Локальные вычислительные сети: Справочник. В 3-х кн. Кн.З: Организация функционирования, эффективность, оптимизация /С.В.Назаров, Н.В.Ашихмин, А.В.Луговец и др.; Под редакцией С.В.Назарова. -М,-Финансы и статистика, 1995.- 248с.

34. Макаров A.A. Моделирование информационно вычислительных процессов. М.: Изд.-во МГУ, 1999.- 360с.

35. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. М.:Радио и связь, 1988.-232с.

36. Мамиконов А.Г. Принятие решений и информация. М.:Наука, 1976,- 263с.

37. Мамикоцов А.Г., КульбаВ.В. Оптимизация структур распределенных баз данных в АСУ. М.:Наука, 1990.- 240с.

38. Модели управления учебным процессом вуза /Чучалин И.П., Чудинов В.М., Агранович Б.Л. и др.:Том. политех, ун-т. Томск: Изд-во Том. ун-та., 1992.-178с.

39. Никитин П.И. Автоматизированные системы обработки и поиска документальной информации. М.:-Статистика, 1977.

40. Новиков Д.А., Петраков С.Н., Федченко К.А. Децентрализация механизмов планирования в активных системах //Автоматика и телемеханика, 2000,- №6,- С.143-155.

41. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. 2-е изд., -Л.: Энергоатомиздат, 1991,- 304с.

42. Оптимизация структур данных в АСУ /Мамиконов А.Г., Кульба В.В., Ашимов A.A., и др. М.:Наука, 1988.- 256с.

43. ОранЭ., Борис Дж. Статистическое моделирование реагирующих потоков. М.:Мир, 1990,- 390с.

44. Отраслевой стандарт Госкомвуза Российской Федерации. Информационные технологии в высшей школе. ОСТ ВШ Термины и определения 01.002-95 //Проблемы информатизации высшей школы, 1996.№1.

45. Панфилов А.Н. Моделирование процедур обработки запросов для одноранговых информационных систем. Южн.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). -Новочеркасск, 1999.-20с. Деп. в ВИНИТИ. 23.09.99, №2912-В99.

46. Панфилов А.Н., Черноморов Г.А., Скоба А.Н Математическая модель процессов автоматизированной обработки информации при внедрении интегрированных информационных систем на предприятиях //Известия вузов. Электромеханика. 2001. №1.-С.77-80.

47. Панфилов А.Н., Черноморов Г.А., Скоба А.Н Реализация оптимизационно-имитационого подхода при выборе периодов обновления интегральных показателей в системах обработки информации //Известия вузов. Электромеханика. 2000. №4.-С.65-67.

48. Печинкин A.B., Рыков П.В. О декомпозиции замкнутых сетей с зависимым обслуживанием //Автоматика и телемеханика. №11,1999.- С58-68

49. Прохоров А. "Университет" управляет университетом //Компьютер прес.- №5, 2000.- С. 173-177.

50. Разработка САПР: В 10 кн. Кн. 8: Математические методы анализа производительности и надежности САПР: Практ. пособие /В.И.Кузовлев, П.Н.Шкатов; Под ред. А.В.Петрова.- М.:Высш.шк., 1990,- 144с.

51. Рузанова Н.С., Запольская J1.C. Телекоммуникационные технологии в системе образования Карелии //Тез. Докладов 7-ой Межд. выставки конф. "Информация в непрерывном образовании ИНО-97". Москва, 3-6 ноября 1997г.

52. Сахаров A.A. Концепция построения и реализация информационных систем, ориентированных на анализ данных //СУБД, 1996.-№4 С.55-70.

53. Сервис открытых информационно-вычислительных сетей: Справочник /С.С.Зайцев, М.И.Кравцунов, С.В.Ротанов. М.:Радио и связь, 1990,- 240с.

54. Сергеева М.В. О старении информации в системах оперативного управления //Управляющие системы и машины, 1990. №6.-С.83-91.

55. Сизов В.А. Проектирование программного и информационного обеспечения комплекса связных задач в сети ЭВМ //Автоматика и телемеханика, 1995.№5,- С. 161-173.

56. Сиротюк В.О. Модели и методы синтеза оптимальных логических структур и базы метаданных репозитария распределенных баз данных в АСУ //Автоматика и телемеханика, 1999.- №1,- С. 166-179.

57. Скоба А.Н., Черноморов Г.А. Модель оптимального размещения распределенной базы данных в локальных вычислительных сетях при внедрении интегрированных систем на предприятиях. //Изв. Вузов. Электромеханика, 1991. № 7. - С.52-60

58. Смит Дж.М. Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей. М.Машиностроение, 1980,- 271с.

59. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем,- М.:Высш.шк., 1995.-271с.

60. Соколовская Т.Б. Моделирование работы информационных систем с помощью Е-сетей //Информационный анализ. НТИ Сер.2,- №1, 1988,-С.21-25

61. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных: В 2-х кн. -М.:Мир, 1985.

62. Ульман Дж. Основы систем баз данных. М: Финансы и статистика, 1983,-334с.

63. Финкельштейн Ю.Ю. Приближенные методы и прикладные задачи дискретного программирования. М.:Наука, 1976.- 263с.

64. Фролов A.B., Фролов Г.В Локальные, сети персональных компьютеров. Использование протоколов IPX, SPX, NETBIOS.- М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1993.- 160с.

65. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.:Мир, 1975,- 535с.

66. Цвиркун А.Д., Акинфиев В.К., Филиппов В.А. Имитационное моделирование в задачах синтеза структуры сложных систем (оптимизационно-имитационный подход). М.:Наука, 1985.

67. Цегелик Г.Г. Организация и поиск информации в базах данных.-Львов: Вища шк. Изд. при Львов, ун-те, 1987,- 176с.

68. Черноморов Г.А., Скоба А.Н. Модель оптимального размещения распределенной базы данных в локальных вычислительных сетях при внедрении интегрированных информационных систем на предприятиях. //Известия вузов. Электромеханика, 1991,- №7,- С.52-60.

69. Черноморов Г.А., Зуев В.А. Моделирование вычислительных систем тренажерных комплексов и ГАП. Учебное пособие. Новочеркасск, изд. НПИ, 1987,- 88с.

70. Численные методы условной оптимизации /Под ред. Гилла Ф., Мюррея У. М.:Мир, 1977,- 293с.

71. Шайморданов Р.Б. Моделирование и автоматизация проектирования структур баз данных. М.: Радио и связь, 1984.-120с.

72. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем. Искусство и наука. - М.:Мир, 1978. - 417с.

73. Шукшунов В.Е. Системная модель организационно-экономической реформы образования в России. М.: Машиностроение, 1991.-256с.

74. Щавелев JI.B. Способы аналитической обработки данных для поддержки принятия решений. //СУБД, 1998,- № 4-5,- С.34-41

75. Экономика и организация управления вузом. /Васильев Ю.С., Глухов В.В., Федоров М.П, и др. Под ред. Глухова В.В. СПб.:Изд. «Лань», 1999.-448с.

76. Юдаев Г.С. Алгоритмы и программы нелинейной оптимизации. Новочеркасск, 1992.-205с.

77. Bagrodia R., Meyer R. A parallel simulation environment for complex system //Comput.- 1998,- Vol.31, №10.- P77-85.

78. Drakopoulos E., Merges M.J. Performance analysis of client-server storage system//IEEE Trans. Сотр. 1992. V.41. №11 P. 1442-1452.

79. Simulations systems: Design and application /Bertseva L., Magariu G.

80. Computer Sci J. of Moldova, 1996.- Vol.4.- №2.- P223-238.i <

81. Souza E. et al. A clustering approximation technique for queueing network models with a large number of chains //IEEE Trans. Сотр. 1986. V.35. №5 P.419-430.

82. Черноморов Г.А., Воробьев П.С., Панфилов А.Н. и др. Принципы, методы и модели автоматизированного проектирования распределенных специализированных систем обработки информации в среде ЛВС. ГР 01.99.0006730, ИН 02.99.0004513. Новочеркасск, 1998,- 223с.

83. Черноморов Г.А., Шестаков С.А., Панфилов А.Н. и др. Методы и модели оптимизации архитектуры и организации функционирования корпоративных информационных систем для образовательных структур. ГР 01.2.00010680, ИН 02.2.00005419. Новочеркасск, 1999,- 239с.