IPRI - www.ipri.kiev.ua -  IPRI - www.ipri.kiev.ua -

Теоретико-методологічні засади створення корпоративних автоматизованих інформаційно-аналітичних систем підвищеної живучості

Звіт про НДР:    492 с.,    55   рис.,   26  табл., 282 джерела.

РЕФЕРАТ

Об’єкт дослідження корпоративні автоматизовані інформаційно-аналітичні системи.

Мета роботи – розвиток методологічних засад створення корпоративних інформаційно-аналітичних систем (КІАС) підвищеної живучості, дослідження та удосконалення теоретичних засад і практичних підходів, методів і технологічних рішень, програмно-технічних засобів для КІАС, що автоматизують процеси підтримки прийняття рішень і орієнтовані на безперервне опрацювання великих обсягів інформації в умовах наявності часових обмежень на розв’язання деякої проблемної ситуації.

Методи дослідження – системний аналіз, теорія живучості систем, дослідження операцій, математичне та імітаційне моделювання, теорія гіперкомплексних обчислень.

Набули розвитку теоретико-методологічні основи створення  КІАС підвищеної живучості. Запропоновані підходи до комплексного вирішення проблеми стабільності функціонування критичних інформаційних інфраструктур, застосування інформаційних технологій у КІАС з урахуванням можливостей механізмів підвищення живучості. Розроблено  теоретичні основи проектування архітектури програмного забезпечення просторово розподілених компонентів управління КІАС та управління процесами у КІАС підвищеної живучості. Запропоновано засоби та методи адаптації компонентів інформаційної інфраструктури з автономним управлінням до ймовірних випадкових змін операційного оточення. Розроблено і досліджено методи підвищення живучості та стійкості моделей захисту цифрових сигналів з використанням алгоритмів з відкритим ключем на основі поліномів Лагранжа з використанням гіперкомплексних числових систем. Запропоновано методику експертного вибору інформаційних технологій для КІАС підвищеної живучості із застосуванням СППР та розроблено методи підвищення стійкості СППР до помилок експертів.

Результати НДР були використані при створенні широкого класу систем, зокрема, Урядової інформаційно-аналітичної системи з питань надзвичайних ситуацій,  комп’ютерних систем спеціального   призначення, СППР «Солон-3» та «Нагляд». Практикою підтверджено їх корисність під час  вибору проектних рішень для створення та розвитку інформаційної інфраструктури спільного використання в корпоративних інформаційно-аналітичних системах міжвідомчих організаційних структур державного управління, а також для організації інформаційної взаємодії державних відомчих установ з установами  недержавної форми власності.

Ключові слова. КОРПОРАТИВНІ АВТОМАТИЗОВАНІ ІНФОРМАЦІЙНО-АНАЛІТИЧНІ СИСТЕМИ,  СИСТЕМИ ПІДПРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ, ГІПЕРКОМПЛЕКСНА ЧИСЛОВА СИСТЕМА, ЗАХИСТ ІНФОРМАЦІЇ, ІНФОРМАЦІЙНИЙ КОМПОНЕНТ,  ЖИВУЧІСТЬ СИСТЕМ, МЕХАНІЗМИ ПІДВИЩЕННЯ ЖИВУЧОСТІ.

Объект исследования – корпоративные автоматизированные информационно-аналитические системы. Цель работы – развитие методологических основ создания корпоративных информационно-аналитических систем (КИАС) повышенной живучести, исследование и усовершенствование теоретических основ и практических подходов, методов и технологических решений, программно-технических средств для КИАС, автоматизирующих процессы поддержки принятия решений и ориентированных на бесперебойную обработку больших объемов информации в условиях временных ограничений на разрешение некоторой проблемной ситуации. Методы исследования – системный анализ, теория живучести систем, исследование операций, математическое и имитационное моделирование, теория гиперкомплексных вычислений. Получили развитие теоретико-методологические основы создания КИАС повышенной живучести. Предложены подходы для комплексного решения проблемы обеспечения стабильности функционирования критических информационных инфраструктур, использования информационных технологий в КИАС с учетом возможностей механизмов повышения живучести. Разработаны теоретические основы проектирования архитектуры программного обеспечения пространственно распределенных компонентов управления КИАС и управления процессами в КИАС повышенной живучести. Предложены средства и методы адаптации компонентов информационной инфраструктуры с автономным управлением к вероятным случайным изменениям операционного окружения. Разработаны и исследованы методы повышения живучести и устойчивости моделей защиты цифровых сигналов с применением алгоритмов с открытым ключом на основе полиномов Лагранжа с использованием гиперкомплексных числовых систем. Предложена методика экспертного выбора информационных технологий для КИАС повышенной живучести с использованием СППР и разработаны методы повышения устойчивости СППР к ошибкам экспертов. Результаты НИР были использованы при создании широкого класса систем, среди которых Правительственная информационно-аналитическая система по вопросам чрезвычайных ситуаций, компьютерные системы специального назначения, СППР «Солон-3» та «Нагляд». Практикой подтверждена полезность результатов при выборе проектных решений в процессе создания и развития информационной инфраструктуры общего использования в корпоративных информационно-аналитических системах межведомственных организационных структур государственного управления, а также при организации информационного взаимодействия государственных ведомственных организаций с организациями негосударственной формы собственности.

Object of research – corporative automatic information analytical systems. Aim of the work – the development of the methodology of creation the heightened survivability corporative information analytical systems (CIAS), research and improvement of the theoretical basis and practical approaches, methods and technological decisions, software and hardware for CIAS that automate the processes of decision support and oriented on uninterrupted workout of large information volumes in the conditions of time restrictions for problem solving. Methods of research – system analysis, theory of systems’ survivability, operational research, mathematical and imitation modeling, theory of hypercomplex computing. The methodology of creation the heightened survivability corporative information analytical systems was developed. The approaches to complex solving the problem of critical information infrastructures stabile functioning and informational technologies exploitation in CIAS with consideration the possibilities of mechanisms of heightening survivability were proposed. The theoretical basis of the design the software architecture for CIAS distributed control components and basis of processes’ control in CIAS of heightened survivability were worked out. The means and methods of adaptation the information infrastructure components with autonomous control to probable hazard changes of the operational environment were proposed. The methods of heightening the survivability and stability for models of numeral signal defense with algorithms of open key on the basis of Lagrange polinoms on Hypercomplex Numerical Systems. The methodic of expert selection the information technologies for CIAS of heightened survivability with DSS was proposed and methods for heightening the DSS stability to expert errors. The results of the SRW were used for creation the wide range of systems, especially the Government Information Analytical System on Emergency Situations, special computer systems, DSS “Солон” and “Нагляд”. The practice confirms theirs usefulness for choosing the design decisions for creation and developing the information infrastructure of joint using in corporative information analytical systems for department organization structures of government control and also for the organization the information interconnection of government departments with business companies.

Презентация>>

ЗМІСТ

Перелік умовних позначень…………………………………………

ВСТУП……………….………………………………………………………….

ЧАСТИНА  І  Методологічні основи розробки  корпоративних інформаційно-аналітичних систем

на засадах теорії живучості …………………………………….....

 

 

Розділ 1 Корпоративні автоматизовані інформаційно-аналітичні системи (КІАС): призначення, методологічні питання розробки, показники якості функціонування……………………………………………………..................

1.1 Функціональне призначення  КІАС, архітектура та сутність сучасних методологій  розробки………………………………………………

1.2 Особливості комп’ютерних інформаційно-аналітичних систем та  організація аналітичної діяльності у КІАС...............................................

1.3 Ресурси аналітичної складової КІАС та вплив на їх формування  завдань аналітичної діяльності ..………………………………………...

1.4 Живучість як інтегральний показник якості функціонування склад- них комп’ютерних систем ……………………………………………….

1.5 Проблеми підвищення живучості інфраструктури та їх трансформа-ції у питання методології створення КІАС ……………………………..

 

 

Розділ 2 Теоретико-методологічні основи створення КІАС на засадах теорії живучості систем…..….…….................................................................

2.1 Методологія функціональної стандартизації при створенні КІАС підвищеної живучості……………………………………………………..

2.2 Врахування механізмів забезпечення живучості при проектуванні функціональних профілів ………………………………………………...

2.3 Вибір варіантів структури КІАС за критерієм живучості ...…………...

2.4 Архітектурні та технологічні рішення для підвищення живучості КІАС………………………………………………….…………………….

2.5 Методологічні питання застосування механізмів реорганізації, ре- конфігурації та реконструкції у КІАС…………………………………...

2.6 Адміністрування, управління та моніторинг у КІАС підвищеної живучості ………………………………………..………………………...

2.7 Адаптивні технології захисту інформаційно-телекомунікаційного се- редовища КІАС……………………………………………………………

2.8  Технології віртуалізації, «хмарні обчислення» та їх використання у   КІАС підвищеної живучості ……………………………………………..

2.9 Методологічні аспекти вибору компонентів КІАС та створення корпоративної інфраструктури з урахуванням критерію живучості ....

 

 

Розділ 3 Практичне застосування методик підвищення живучості та безпеки функціонування КІАС ……..……………………………………….

3.1 Методичні рекомендації щодо підвищення живучості інформаційних компонентів  та аналітичної складової КІАС …………………………..

3.2 Вирішення завдань забезпечення сталості функціонування УІАС НС на основі механізмів підвищення живучості……………………………

3.3 Особливості відпрацювання механізмів підвищення живучості засобами   моделюючих комплексів АСУ спеціального призначення...

3.4 Вирішення завдань підвищення функціональної живучості у банків-

      ських  КІАС………………………………………………………………...

 

 

Висновки до частини І...................................................................

 

 

Перелік посилань до частини І……………………………………   

 

 

 

ЧАСТИНА  ІІ  Аналіз та синтез моделей адаптації до виникнення ймовірних впливів на рівень живучості

КІАС ……………………………………………………………………………                                                     

 

 

Розділ 1 Дослідження та визначення показників якості функціонування інформаційних компонентів КІАС для інформаційної підтримки процесів прийняття рішень..................................

1.1 Показники, що визначаються призначенням..........................................................................

1.1.1 Класифікація інформаційних компонентів КІАС за призначенням...................................

1.2 Показники, що визначаються використанням.........................................................................

1.2.1 Показники продуктивності систем...............................................................................

1.2.2 Показники корисності інформаційних компонентів КІАС для кінцевого споживача.........

1.3 Показники, що визначаються споживчими характеристиками.................................................

1.3.1 Основні засади тестування продуктивності.................................................................

1.3.2 Способи тестування продуктивності............................................................................

1.3.3 Якість кінцевого інформаційного продукту...................................................................

Висновки до розділу 1................................................................................................................

 

 

Розділ 2 Дослідження технологічних підходів та засобів адаптації інформаційних компонентів КІАС підвищеної живучості до непередбачуваних змін операційного середовища.......................

2.1 Дослідження, визначення та класифікація можливих конфліктів у операційних вузлах інформаційних ресурсів, що спричиняються еволюційними змінами операційного оточення..

2.1.1 Зміни, пов’язані зі зростанням функціонального навантаження....................................

2.1.2 Зміни, пов’язані зі зростанням  ресурсів зберігання....................................................

 

2.2 Дослідження технологій протидії конфліктам та визначення  наявно- сті факторів і механізмів, що сприяють адаптації інформаційних компонентів до впливу несприятливих факторів.........

2.2.1 Технології кластеризації..............................................................................................

2.2.2 Типи кластерів............................................................................................................

2.2.3 Технології GRID-обчислень.........................................................................................

2.2.4 Технології віртуалізації................................................................................................

2.2.5 Побудова адаптивної інфраструктури..........................................................................

2.3 Дослідження та визначення критеріїв вибору релевантного механізму адаптації до несприятливих впливів, математична постановка задачі вибору механізму адаптації............

2.3.1 Адаптація як керування..............................................................................................

2.3.2 КІАС як об'єкт адаптації..............................................................................................

2.3.3 Рівні адаптації інформаційних компонентів КІАС..........................................................

2.4 Аналіз та вибір підходів до аналітичного розв’язання задачі вибору механізму адаптації........

2.4.1 Види адаптації...........................................................................................................

2.4.2 Адаптація обчислювальних систем як оптимізація.......................................................

2.4.3 Метод і алгоритм адаптації.........................................................................................

2.4.4 Загальні постановки задач адаптації ІКС.....................................................................

2.4.4.1 Загальна постановка задачі адаптації дисципліни обслуговування в ІКС...................

Висновки до розділу 2 …………………………………………………….......

 

 

Розділ 3 Дослідження та розробка процедур підтримки заданого рівня живучості інформаційних компонентів КІАС........................................................................................................................

3.1 Розробка процедур підтримки заданого рівня живучості компонентів КІАС під час незапланованих сплесків функціонального навантаження.....................................................

3.1.1. Підтримка заданого рівня живучості вузлів інформаційних компонентів КІАС..............

3.2 Розробка процедур адаптації  компонентів КІАС під час різкого зростання вимог до ресурсів зберігання...........................................................................................................................

3.2.1 Модель зберігання даних...........................................................................................

3.2.2 Віртуалізація ресурсів систем зберігання даних..........................................................

3.2.3 Процедури консолідації серверів БД...........................................................................

3.2.4 Процедури консолідації пристроїв зберігання даних....................................................

3.2.5 Процедури управління ресурсами зберігання..............................................................

Висновки до розділу 3 …………………………………………………...........

 

 

Розділ 4  Розробка аналітичного апарату для дослідження інформаційних компонентів КІАС з адаптацією до негативних впливів операційного середовища на показники функціонування.........

4.1 Дослідження сучасного стану систем аналітичних обчислень випад- кових режимів компонентів динамічних систем та вибір аналітичної системи моделювання випадкових режимів...............................................................................................................................

4.2 Побудова апарату та методів моделювання випадкових режимів функціонування інформаційних компонентів КІАС..........................................................................................

4.2.1 Параметри моделей...................................................................................................

Висновки до розділу 4................................................................................................................

 

 

Розділ 5 Розробка аналітичних моделей для дослідження показників функціонування інформаційних компонентів КІАС з адаптацією до негативних впливів на операційне середовище ..................................................................................................................................................

5.1 Модель двопріоритетної системи обслуговування з ненадійним при- ладом і перериванням обслуговування ..................................................................................................... …………

5.2 Модель двопріоритетної системи з ненадійним приладом без перери-вання обслуговування..

Висновки до розділу 5................................................................................................................

 

 

Висновки до частини ІІ……...................................................................

 

 

Перелік посилань до частини ІІ……………………………………   

 

 

 

ЧАСТИНА  ІІІ  Розвиток аналітичної складової КІАС. Розробка методів аналізу і підвищення стійкості СППР

кіас до помилок експертів ………………………………………...                                                  

 

 

Розділ 1 Розробка методу визначенння кількісної оцінки показників стійкості СППР у складі КІАС до помилок експертів, як показника якості функціонування систем, який є визначальним фактором забезпечення живучості цих систем.............................................................................

1.1. Підґрунтя для проведення дослідження………………………………..

1.1.1 Сутність методу динамічного цільового оцінювання альтернатив

1.1.2 Методи експертного оцінювання ………………………………….

1.2 Основні поняття, щодо теми досліджень………………………………..

1.3 Моделювання досліджуваних процесів …………………………………

1.3.1 Постановка задачі …………………………………………………..

1.3.2 Застосування методу половинного ділення для знаходження      максимальної девіації ЧКВ……………………………………………….

1.3.2 Проблема можливого не виявлення порушення стійкості ……….

1.3.4 Повний перебір значень ЧКВ – гарантоване виявлення  порушення стійкості……………………………………………………...

1.3.5 Застосування генетичного алгоритму для пошуку порушення стійкості…………………………………………………………………...

1.3.5.1 Сутність класичного варіанту генетичного алгоритму……

1.3.5.2 Задача пошуку за допомогою генетичного алгоритму……

1.3.5.3 Функція корисності для генетичного алгоритму………….

1.3.5.4 Особливості застосування генетичного алгоритму……….

1.3.5.5 Висновок відносно застосування генетичного алгоритму..

1.3.6 Висновок щодо результатів визначення кількісної оцінки показників стійкості……………………………………………………...

1.4 Програмні інструменти для аналізу стійкості рішень…………………..

1.4.1 Перелік вихідних даних для проведення розрахунків …………...

Висновки до розділу 1 …………………………………………………………

 

 

Розділ 2 Експериментальне дослідження точності методів агрегації експертних оцінок, що застосовуються в СППР у складі КІАС з метою підвищення достовірності і точності експертного оцінювання та гарантованого отримання результатів експертизи на заданому часовому інтервалі і, тим самим, підвищення показника якості функціонування та живучості КІАС.............................

2.1 Сутність методу …………………………………………………………..

2.2 Реалізація методу …………………………………………………………

2.3 Експериментальне дослідження методів ………………………………..

2.3.1 Сутність методів агрегації експертних оцінок ……………………

2.3.1.1 Сутність методу сум елементів рядків МПП ……………...

2.3.1.2 Сутність методу середнього геометричного ………………

2.3.1.3 Сутність методу ступеня ……………………………………

2.3.1.4 Сутність методу нормалізації елементів стовпців ………...

2.3.2 Вихідні дані для експерименту …………………………………….

2.3.3 Особливості застосування алгоритму ……………………………..

2.3.4 Результати експериментального дослідження ……………………

2.3.5 Висновки за результатами експериментального дослідження …..

Висновки до розділу 2 ………………………………………………………..

 

 

Розділ 3 Розробка методу підвищення стійкості ієрархії цілей СППР у складі КІАС до помилок експертів з метою підвищення живучості систем.........................................................................

3.1 Метод підвищення стійкості баз знань за рахунок структурних змін ...

3.2 Метод підвищення стійкості баз знань за рахунок зміни кількісних параметрів…………………………………………………………………

3.2.1 Сутність методу …………………………………………………….

3.2.2 Особливості реалізації методу …………………………………….

3.2.2.1 Проблеми, пов'язані зі збільшенням відмінності в парі ЧКВ…………………………………………………………………..

3.2.2.2 Обмеження на збільшення показника відмінностей ЧКВ ..

3.2.2.3 Спосіб збільшення мінімальної відмінності між ЧКВ …....

3.2.2.4 Стратегія виконання збільшення мінімуму серед відно- шень сусідніх ЧКВ…………………………………………………..

3.2.3 Погодження змін з експертами …………………………………….

Висновки до розділу 3…………………………………………………………

 

 

 

Розділ 4 Розробка методу визначення впливу параметрів ієрархій цілей СППР у складі КІАС на показники стійкості до помилок експертів, як елемент методології комплексного вирішення проблеми забезпечення живучості КІАС ……………………………………………………………….

4.1 Сутність предметної області ……………………………………………..

4.2 Параметри ієрархії цілей …………………………………………………

4.2.1 Числові параметри ………………………………………………….

4.2.2 Структурні параметри ……………………………………………...

4.3 Експериментальне дослідження …………………………………………

4.3.1 Методика дослідження ……………………………………………..

4.3.2 Розроблені програмні інструменти для проведення дослідження.

4.3.2.1 Вихідні дані для аналізу стійкості рішень …………………

4.3.3 Отримані результати ………………………………………………..

4.3.3.1 Аналіз впливу числових параметрів ……………………….

4.3.3.2 Аналіз впливу структурних параметрів ……………………

4.3.3.2.1 Експериментальний аналіз ……………………….

4.3.3.2.2 Теоретичний аналіз ………………………………..

Висновки до розділу 4................................................................................................................

 

 

Розділ 5 Розробка алгоритму вибору стійкого методу одержання експертної інформації в процесі забезпечення підвищення живучості систем...............................................................................

5.1. Постановка задачі ………………………………………………………..

5.2 Опис алгоритму вибору МОКЕО ………………………………………..

Висновки до розділу 5................................................................................................................

 

Розділ 6  Методика експертного вибору інформаційних технологій для КІАС підвищеної живучості з допомогою СППР.....................................................................................................

6.1. Актуальність задачі та обґрунтування вибору експертної методики для вибору………………………………………………………………….

6.2 Ідея методики ……………………………………………………………..

6.3 Опис методики ……………………………………………………………

6.3.1 Введення множини альтернатив …………………………………..

6.3.2 Визначення відносної компетентності експертів ………………...

6.3.3 Введення ієрархії критеріїв оцінки альтернатив …………………

6.3.4 Введення індивідуальних експертних оцінок альтернатив та вагомості критеріїв………………………………………………….

6.3.5 Побудова групових та багатокритеріальних оцінок альтернатив .

6.3.6 Кінцевий результат експертизи ……………………………………

Висновки до розділу 6................................................................................................................

 

 

Розділ 7 Напрямки практичного застосування результатів НДР..................................................

7.1 Застосування методів оцінювання та підвищення стійкості ієрархій цілей СППР у складі КІАС у системі визначення рейтингів вищих навчальних закладів ………………………………………………………

 

7.2 Врахування аспектів підвищення живучості систем технічного нагляду за потенційно небезпечними обєктами у системі оцінки персоналу за кількісними критеріями «Нагляд»………………………..

 

 

Висновки до частини ІІІ …....................................................................

 

 

Перелік посилань до частини ІІІ……………………………………   

 

 

 

ЧАСТИНА  ІV  захист інформаційних компонентів кіас та підвищення продуктивності обчислень із застосуванням нетрадиційних методів представлення інформації   379

 

 

Розділ 1 Аналіз стану використання нетрадиційних методів представлення інформації для вирішення проблем підвищення живучості і продуктивності обчислень та розробки практичних моделей цифрової обробки сигналів............................................................................................

1.1 Основні визначення та базові поняття гіперкомплексного числення........................................

1.2 Аналіз методів виконання операцій в системах залишкових класів.........................................

1.3 Аналіз методів ізоморфних переходів в різних системах........................................................

1.4 Аналіз застосування нетрадиційних методів представлення

інформації для побудови концептуальних та інформаційних систем....................................... ..................................................................................................................................................

 

 

 

Розділ 2 Розвиток теоретичних підходів, пов’язаних з використанням

нетрадиційного представлення інформації до розробки практичних моделей цифрової обробки сигналів.....................................................................................................................................

2.1 Дослідження множини комутативних гіперкомплексних числових

систем.......................................................................................................................................

2.2 Дослідження множини некомутативних гіперкомплексних числових

систем.......................................................................................................................................

2.3 Підвищення продуктивності обчислень шляхом створення

інструментарію виконання операцій в ГЧС............................................................................

2.4 Забезпечення живучості моделей за допомогою модулярних методів....................................

 

 

Розділ 3 Розробка методів автоматизованого проектування пристроїв

цифрової обробки сигналів..........................................................................................................

3.1 Розробка методів побудови передавальних функцій цифрових

фільтрів з гіперкомплексними коефіцієнтами.........................................................................

3.2 Розробка структур цифрових фільтрів з гіперкомплексними коефіцієнтами..............................

3.3 Розробка програмної реалізації на Verilog опису цифрових фільтрів з гіперкомплексними коефіцієнтами......................................................................................................................

3.4 Побудова цифрових фільтрів з гіперкомплексними коефіцієнтами на базі ПЛІС …………………………………………………………………..

 

Розділ 4  Розвиток методів 3D-реконструкції в алгоритмах інтегрального

перетворення підвищеної ефективності.......................................................................................

4.1 Розробка методу 3D-реконструкції з застосуванням інтегрування

в заданому напрямку..........................................................................................................

4.2 Підвищення продуктивності обчислень при 3D-реконструкції з використанням алгоритмів швидкого перетворення Фур’є.............................................................................................

4.3 Розробка програмного забезпечення томографічної 3D-реконструкції......................................

4.4  Оцінка складності та  трудомісткості обчислень в алгоритмах 3D-реконструкції ………....

 

 

Розділ 5 Розробка практичних моделей для цифрової обробки сигналів

за допомогою нетрадиційного представлення інформації.............................................................

5.1 Розробка методу підвищення живучості та продуктивності

обчислень на основі синтезу оптимальної за чутливістю структури цифрових фільтрів з нетрадиційним представленням інформації...........................................................................

5.2 Дослідження методу підвищення живучості та продуктивності обчислень на основі синтезу оптимальної за чутливістю структури цифрових фільтрів з нетрадиційним представленням інформації...........................................................................................................................

5.3 Розробка методу підвищення живучості на основі побудови моделей захисту цифрових сигналів з використанням алгоритмів з відкритим ключем за допомогою нетрадиційного представлення даних..........................................................................................................

5.4 Моделювання алгоритмів захисту цифрових сигналів на основі поліномів Лагранжа з використанням гіперкомплексних числових систем ……………………………………………………………...............

 

 

Висновки до частини ІV….....................................................................

 

 

Перелік посилань до частини ІV……………………………………   

 

Висновки та рекомендації  ................................................................

 

 

Умови отримання звіту:  за договором.

03113, м.Київ, вул. М. Шпака, 2, ІПРІ НАН України.