Исследование вариантов построения информационно-управляющих систем на основе сетевых моделей систем массового обслуживания
Ключевые слова:
информационно-управляющая система, математическое моделирование, сетевая многоканальная система массового обслуживания, выбор варианта построения, критерии оптимальностиАннотация
Одним из направлений дальнейшего совершенствования и повышения эффективности применения технических объектов при решении ими целевых задач является применение информационно-управляющих систем (ИУС) для управления сложными техническими объектами. Существующие современные ИУС представляют собой комплекс аппаратно-программных средств, предназначенных для сбора, обработки и хранения информации и управления. В условиях наличия большого количества информации, противоречивых факторов, влияющих на качество управления, принятие обоснованных и своевременных решений в процессе управления невозможно без применения ИУС. Разрабатываемые ИУС, как правило, являются специализированными системами и проектируются для решения конкретных задач. В связи с этим разработка и проектирование ИУС должны проводиться с учетом взаимосвязи с целевыми показателями и особенностями объектов управления, а также результатами всестороннего анализа информации о параметрах ИУС, влияющих на показатели их эффективности. Использование математических моделей для исследования вариантов построения ИУС является основой проектирования и разработки устройств и подсистем ИУС. Разрабатываемые в настоящее время модели ИУС, как правило, позволяют проводить исследования для одностадийных процессов управления с наличием в системе однотипных объектов обслуживания. В то же время современные технические объекты и системы управления представляют собой сложные комплексы с циклически повторяющимися процессами управления разнотипными средствами. Как правило, в таких комплексах имеется набор параллельно работающих устройств (каналов управления), обеспечивающих управление разнотипных объектов на различных стадиях обработки информации. В этом случае структуру ИУС необходимо представлять в виде многофазной многоканальной технической системы, в которой происходит процесс одновременного управления несколькими объектами различных типов. В связи с этим целью статьи является разработка и исследование математической модели ИУС с двумя фазами обработки и наличием определенного количества обслуживающих разнотипных устройств. Основой модели является многофазная сетевая модель системы массового обслуживания. Исследование модели позволяет выбрать вариант построения ИУС, в частности выбрать оптимальное количество каналов обработки для различных типов объектов по критерию оптимальности с учетом ограничений по стоимости и времени обслуживания. Разработан алгоритм выбора варианта построения ИУС и приведен пример расчета количества каналов обработки в двухфазной системе при управлении тремя типами объектов.
Литература
2. Лясковский В.Л., Бреслер И.Б., Алашеев М.А. Методические и программные средства выбора решений по созданию (развитию) автоматизированных систем управления // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2021. Т. 13. № 3. С. 48–59.
3. Байсеитов М.Н., Ескибаев Е.Т., Избасов А.Г., Мельничук А.И., Юрков Н.К. К проблеме синтеза информационно-управляющей системы сложных технических объектов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2022. № 4(64). С. 57–76.
4. Иванов С.А. Элементы информационной поддержки принятия решений при управлении лесным хозяйством // Актуальные вопросы лесного хозяйства. Материалы V международной молодежной научно-практической конференции. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, 2021. С. 138–141.
5. Фрейман В.И. К вопросу о проектировании и реализации элементов и устройств распределенных информационно-управляющих систем // Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2019. № 30. С. 28–49.
6. Ашарина И.В., Гришин В.Ю., Сиренко В.Г. Отказоустойчивые системы управления перспективными группировками космических аппаратов как основа построения сетецентрических систем. Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2023. Т. 194. № 3. С. 17–23.
7. Шумилина Н.А. Информационно-управляющая система для решения управленческих задач проектов промышленных предприятий с учетом риска отказа оборудования // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2018. № 2(46). С. 48–63.
8. Воеводин В.А. Модель оценки функциональной устойчивости элементов информационной инфраструктуры для условий воздействия множества компьютерных атак // Информатика и автоматизация. 2023. Т. 22. № 3. С. 691–715.
9. Козлов В.В., Лагун А.В., Харченко В.А., Коноплев М.Д. Применение иерархической системы оценивания целенаправленных процессов синтеза сложных технических систем // Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. № 8. С. 364–374.
10. Мустафаев М.Г. Анализ эффективности функционирования и управления производственной системой предприятия // Автоматизация. Современные технологии. 2018. Т. 72. № 11. С. 499–501.
11. Онуфрей А.Ю., Разумов А.В., Какаев В.В. Метод оптимизации структуры в иерархических распределенных системах управления // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23. № 1. С. 44–53.
12. Кротов К.В. Математическое моделирование процессов выполнения пакетов заданий в конвейерных системах с промежуточными буферами ограниченных размеров // Информатика и автоматизация. 2023. Т. 22. № 6. С. 1415–1450.
13. Клеванский Н.Н., Перетятько А.В., Леонтьев А.А., Мавзовин В.С., Воронкова И.В. Функциональная модель интегрированной системы управления учебным процессом вуза // Современные наукоемкие технологии. 2023. № 6. С. 48–55.
14. Mayr H.C., Thalheim B. The triptych of conceptual modeling // Software and Systems Modeling. 2021. vol. 20. pp. 7–24.
15. Заяц О.И., Кореневская М.М., Ильяшенко А.С., Мулюха В.А. Система массового обслуживания с абсолютным приоритетом, вероятностным выталкивающим механизмом и повторными заявками // Информатика и автоматизация. 2024. Т. 23. № 2. С. 325–351.
16. Choi B.D., Shin Y.W., Ahn W.C. Retrial queues with collision arising from unslotted CMSA/CD protocols // Queueing systems. 1992. vol. 11. pp. 335–356.
17. Кротов К.В. Математическая модель и алгоритм метода ветвей и границ для оптимизации решений по составам пакетов в многостадийных системах // Информатика и автоматизация. 2022. Т. 21. № 1. С. 5–40.
18. Андреев С.Ю., Трегубов Р.Б., Миронов А.Е. Задача выбора пропускных способностей каналов связи транспортной сети, учитывающая разбалансировку трафика различного приоритета // Труды СПИИРАН. 2020. Т. 19. № 2. С. 412–442.
19. Courtois P.J. Decomposability, instabilities, saturation in multiprogramming systems // Communications of the ACM. 1975. vol. 18. no. 7. pp. 371–377.
20. Kuhn P. Analysis of complex queuing networks by decomposition // 8th International Teletraffic Congress. 1976. pp. 236-1.
21. Qu L., Assi C., Shaban K. Network function virtualization scheduling with transmission delay optimization // IEEE/IFIP Network Operations and Management Symposium. 2016. pp. 638–644.
22. Divakaran D.M., Gurusamy M. Towards flexible guarantees in clouds: Adaptive bandwidth allocation and pricing // IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. 2014. vol. 26. no. 6. pp. 1754–1764.
23. Draxler S., Karl H., Mann Z.A. Jasper: Joint optimization of scaling, placement, and routing of virtual network services // IEEE Transactions on Network and Service Management. 2018. vol. 15. no. 3. pp. 946–960.
24. Luizelli M.C., da Costa Cordeiro W.L., Buriol L.S., Gaspary L.P. A fix-and-optimize approach for efficient and large scale virtual network function placement and chaining // Computer Communications. 2017. vol. 102. pp. 67–77.
25. Андреев А.А., Шабаев А.И. Модели и методы выявления структуры локальной вычислительной сети при неполных данных // Информатика и автоматизация. 2021. Т. 20. № 1. С. 160–180.
26. Hussain T.H., Habib S.J. Capacity planning of network redesign – A case study. Proceedings of the International Symposium on Performance Evaluation of Computer and Telecommunication Systems (SPECTS’10). 2010. pp. 52–57.
27. Zhu Z. et al. Data flow monitoring and control of LAN based on strategy. International Conference on Networking and Digital Society. 2010. vol. 2. pp. 225–228.
28. Sivakumar L, Balabaskaran J., Thulasiraman K., Arumugam S. Virtual topologies for abstraction service for IP-VPNs. 17thInternational Telecommunications Network Strategy and Planning Symposium (Networks). 2016. pp. 213–220.
29. Wang C., Huang N., Bai Y., Zhang S. A method of network topology optimization design considering application process characteristic. Modern Physics Letters B. 2018. vol. 32. no. 07. DOI: 10.1142/S0217984918500914.
30. Zhou S., Cui L., Fang C., Chai S. Research on Network Topology Discovery Algorithm for Internet of Things Based on Multi-Protocol. 10th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC). 2018. pp. 1–6. DOI: 10.1109/ICMIC.2018.8529955.
31. Пименов В.И., Пименов И.В. Анализ и визуализация данных в задачах многокритериальной оптимизации проектных решений. Информатика и автоматизация. 2022. Т. 21. № 3. С. 543–571.
32. Плескунов М.А. Теория массового обслуживания: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2022. 264 с.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) Сергей Зосимович Куракин, Андрей Юрьевич Онуфрей, Александр Владимирович Разумов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).