Моделі архітектурних рішень та методи їх оцінки в процесі реінжинірингу інформаційних систем організаційного управління

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

УДК 519.876.5

01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МОДЕЛІ АРХІТЕКТУРНИХ РІШЕНЬ ТА МЕТОДИ ЇХ ОЦІНКИ В ПРОЦЕСІ РЕІНЖИНІРИНГУ ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ ОРГАНІЗАЦІЙНОГО УПРАВЛІННЯ

Ахмад Алі (Абдель Карім) Альмхерат

Харків - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Жолткевич Григорій Миколайович, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, завідувач кафедри теоретичної та прикладної інформатики

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Федорович Олег Євгенович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", завідувач кафедри інформаційних управляючих систем

- кандидат технічних наук, доцент Гуда Антон Ігоревич, Національна металургійна академія України, доцент кафедри інформаційних технологій і систем

Захист відбудеться "9" червня 2010 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.051.09 Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна за адресою: 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4, ауд. 6-52.

З дисертацією можна ознайомитись в Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна за адресою: 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4.

Автореферат розісланий " " травня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради С.І. Шматков

Анотації

Ахмад Алі (Абдель Карім) Альмхерат. Моделі архітектурних рішень та методи їх оцінки в процесі реінжинірингу інформаційних систем організаційного управління. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи. - Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна. - Харків. - 2010.

Дисертаційна робота присвячена розв'язанню актуальної науково-прикладної задачі - підвищення якості реінжинірингу архітектури інформаційних систем організаційного управління за рахунок аналізу в процесі прийняття проектних рішень розширеної множини варіантів трансформації системної архітектури, які базуються на різноманітних архітектурних шаблонах та стилях. У роботі запропоновано використовувати методи математичного та комп'ютерного моделювання для розв'язання цієї задачі.

В роботі розглянута модель життєвого циклу інформаційної системи організаційного управління та з'ясована роль реінжинірингу для сучасних інформаційних систем. Показано, що математичне моделювання дозволяє створити теоретичну базу для вирішення поставленої задачі.

Математичні моделі, що розглянуті в роботі, поділяються на два типи, по-перше - статичні моделі, призначені для опису логічної структури системи, по-друге - динамічні моделі, призначені для дослідження за допомогою імітаційного моделювання характеристик поведінки інформаційних систем.

На основі теоретичних результатів, отриманих в роботі, розроблені прототипи програмного забезпечення, що дозволяє розв'язувати практичні задачі аналізу архітектурних рішень.

Ключові слова: інформаційна система, інформаційна система організаційного призначення, архітектура, структурно-логічна модель, імітаційне моделювання.

Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат. Модели архитектурных решений и методы их оценки в процессе реинжиниринга информационных систем организационного управления. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.05.02 - математическое моделирование и вычислительные методы. - Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина. - Харьков. - 2010.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-прикладной задачи - повышению качества реинжиниринга информационных систем организационного управления за счет расширения множества анализируемых вариантов трансформации системной архитектуры. В качестве метода, обеспечивающего расширение множества анализируемых вариантов при сохранении или даже снижении уровня затрат на реинжиниринг, выбран метод математического моделирования и компьютерного эксперимента.

Решению указанной задачи в работе предшествует анализ модели жизненного цикла информационной системы и показано, что реинжиниринг становиться сегодня методом продолжения жизненного цикла. В работе рассмотрена модель подковы для реинжиниринга информационной системы и установлено, что трансформация архитектуры является доминирующим процессом в этой модели.

Исходя из этого, проведен анализ задач математического моделирования, возникающих в ходе реинжиниринга. Среди таких задач: сбор информации о существующей системе, описание ее архитектуры, описание вариантов трансформации архитектуры, изучение характеристик взаимодействия архитектурных компонентов для новых архитектурных решений.

С целью описания архитектуры в работе проанализирован язык описания архитектуры, его семантическая модель обогащена компонентами, которые позволяют изучать не только статические архитектурные модели, но и динамические характеристики взаимодействия архитектурных компонентов.

Для случая статического моделирования в работе сформулированы аксиомы целостности структуры и разработан метод верификации описания, реализованный средствами языка Prolog.

Для случая моделирования динамических характеристик разработаны и обоснованы модели потоков событий в информационных системах, на основе которых построен каркас имитационного моделирования информационных систем.

Полученные теоретические результаты применены для исследования двух архитектур информационных систем, что позволило получить рекомендации по их использованию.

Ключевые слова: информационная система, информационная система организационного управления, архитектура, структурно-логическая модель, имитационное моделирование.

Ahmad Ali (Abdel Kareem) Almherat. Models of architectural solutions and computing methods for them analysis during reengineering of information systems for organisation management. - Manuscript.

Thesis for the scientific degree of the candidate of the technical sciences on the speciality 01.05.02 - mathematical modelling and computing methods, V.N. Karazin Kharkiv National University. - Kharkiv. - 2010.

Quality improving of information system reengineering problem is considered in the paper. Quality improving is provided by extension for analysis the set of possible architectural transformations. The transformations are based on different architectural patterns and styles. Mathematical modeling is considered as instrument for system analysis.

An information systems life cycle model is studied and reengineering role for modern information systems are established in the paper.

Two kinds of models are investigated in the paper: static models for decrypting logical structure of information systems and dynamical models for studying behavioral characteristics of the systems.

Key words: information system, information system for organisation management, architecture, structural-logic model, simulation.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Характерною особливістю сучасних проектів інформатизації процесів управління організаціями є їх спрямованість не на створення нових систем з "нуля", а на трансформацію - реінжиніринг - вже існуючих систем. Цей контекст визначає важливість задачі забезпечення ефективної трансформації архітектури інформаційної системи. Добре відомо, що архітектурне проектування інформаційних систем є важливою фазою життєвого циклу процесу її розробки. Саме адекватна архітектурна модель та її послідовна реалізація в процесі розробки інформаційної системи забезпечує логічну цілісність проекту, що, за Ф. Бруксом, забезпечує його успіх. Тенденція зростання складності інформаційних систем, особливо розподілених, зумовила підвищення вимог до обґрунтованості та якості архітектурних рішень. Це призводить до підвищення вимог до архітектурного проектування в цілому. Саме цей фактор є причиною зростання уваги дослідників у галузі інформатики до проблем архітектурного проектування інформаційних систем.

Серед питань, що вивчаються в роботах, присвячених дослідженню процесів архітектурного проектування інформаційних систем, в першу чергу, необхідно відзначити наступне: визначення поняття архітектури інформаційної системи, об'єктивація архітектурних елементів та їх класифікація, створення формальної мови для опису архітектури, з'ясування співвідношення між поняттями "архітектурний стиль" та "архітектурний шаблон" (М. Шоу та Д. Гарлан, І. Грехем, І. Соммервіл та інші). В той же час частина дослідників (Е. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон, Дж. Влиссидес, Г. Буч, Дж. Коплієн та М. Дево та інші) відзначають, що зростання складності інформаційних систем призводить до здороження їх розробки. Засобом подолання зростаючої складності є використання типових верифікованих фрагментів архітектурних рішень. В цьому контексті виникає важлива науково-прикладна проблема - розробка методів оцінювання якості архітектурних рішень. Існують дослідження, автори яких пропонують використовувати імітаційне моделювання для оцінки тих чи інших характеристик систем (в тому числі й архітектурних характеристик інформаційно-управляючих систем технологічного призначення). Цей підхід розвивається в роботах В.М. Томашевського, А.О. Павлова и С.Ф. Теленика, М.В. Ткачука, Д.В. Кукленка, М.Д. Годлевського, В.А. Шеховцова, В.Є. Сокола та інших. На відміну від цього роботи, що присвячені дослідженню процесів трансформації архітектури в процесі реінжинірингу інформаційних систем, практично відсутні. Виходячи з наведеного вище можна зробити висновок про те, що задача розробки методів оцінювання характеристик інформаційних систем процесі трансформації архітектури системи під час реінжинірингу є актуальною. Забезпечення її ефективного розв'язання потребує розвитку методів математичного моделювання для опису моделей архітектурних компонентів інформаційних систем та процесів їх взаємодії, а також обчислювальних методів аналізу таких моделей з метою дослідження інформаційних систем на архітектурному рівні абстракції.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану науково-дослідних робіт Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна в рамках міжнародного проекту TEMPUS TACIS "UnIT-Net - інформаційні технології в мережі університетського управління" (проект MP-JEP-23010-2003, номер державної реєстрації 1515).

Мета і задача дослідження. Метою дослідження є розробка математичних моделей та обчислювальних методів, що забезпечують підвищення якості реінжинірингу архітектури інформаційних систем організаційного управління (ІСОУ) за рахунок аналізу в процесі прийняття проектних рішень розширеної множини варіантів трансформації системної архітектури, які базуються на різноманітних архітектурних шаблонах та стилях. Для досягнення цієї мети в роботі поставлені та вирішені такі задачі:

? з'ясувати особливості процесу моделювання архітектурних рішень в ході реінжинірингу інформаційних систем організаційного управління;

? провести аналіз моделей та методів, що використовуються для дослідження архітектурних рішень інформаційних систем;

? розробити модель, яка дозволяє системно описувати укрупнену структуру інформаційної системи організаційного управління та процеси взаємодії її структурних компонентів;

? створити каркас імітаційного моделювання процесів в інформаційній системі на архітектурному рівні її представлення;

- розробити прототип програмного забезпечення, призначеного для збирання статистичних даних про події, що відбуваються в інформаційній системі;

- розробити математичні моделі генераторів подій для моделювання взаємодії компонентів інформаційної системи;

- побудувати модель інформаційної системи з архітектурою клієнт/сервер та провести дослідження умов втрати системою ефективності за рахунок перевантаження сервера;

- побудувати модель інформаційної системи з архітектурою федеративного типу та провести дослідження умов втрати системою ефективності за рахунок десинхронізації даних.

Об'єкт дослідження ? процес реінжинірингу архітектури інформаційної системи організаційного управління.

Предмет дослідження - математичні моделі інформаційних систем організаційного управління архітектурного рівня абстракції та процесів взаємодії їх архітектурних компонентів, обчислювальні методи верифікації й аналізу цих моделей.

Методи дослідження. У роботі застосовані методи об'єктно-орієнтованого аналізу та моделювання, математичної логіки першого порядку, логічного програмування, теорії ймовірностей, теорії марківських і напівмарківських ланцюгів, імітаційного моделювання.

Наукова новизна результатів дисертаційної роботи. Наукова новизна отриманих результатів полягає у тому, що в роботі

1) вперше запропоновано та досліджено новий клас моделей генераторів випадкових потоків подій, у якого, на відміну від існуючих, статистичні властивості подібні статистичним властивостям потоків подій в інформаційних системах організаційного управління;

2) удосконалено модель вимог до мови опису архітектури програмних систем (ADL) шляхом розширення його словника за рахунок понять, що забезпечують можливість специфікації динамічних характеристик архітектури;

3) отримала подальший розвиток логічна метамодель, що базується на моделі вимог до мови опису архітектури інформаційних систем, шляхом розширення її обчислювальними методами верифікації структурно-логічної цілісності конкретних моделей, представлених засобами цієї метамоделі;

4) отримав подальший розвиток метод обчислювального експерименту для оцінювання в ході реінжинірингу динамічних характеристик інформаційної системи з модифікованою архітектурою шляхом імітаційного моделювання взаємодії архітектурних компонентів.

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи полягає у тому, що усі теоретичні розробки автором доведені до конкретних інженерних методик, алгоритмів і реалізовані у вигляді прототипів програмних засобів, які базуються на результатах дослідження побудованих у роботі математичних моделей та використанні розроблених обчислювальних методів, зокрема розроблені: програмна реалізація прототипу каркаса імітаційного моделювання інформаційних систем організаційного управління, утиліта збирання статистичної інформації про перебіг виконання програм, параметрично налагоджувані моделі генераторів потоків псевдовипадкових подій, що забезпечують необхідне для розв'язання поставленої задачі варіювання статистичних властивостей потоків подій, які генеруються; рекомендації, що отримані на основі аналізу результатів моделювання прикладів архітектурних рішень інформаційних систем організаційного управління та дозволяють під час реінжинірингу зробити вибір між архітектурою клієнт/сервер і архітектурою федеративного типу.

Результати роботи впроваджені в науково-дослідному інституті інформаційних технологій Херсонського державного університету та в компанії Екліпс-СП. Акти про впровадження наведені у додатках до роботи.

Особистий внесок здобувача. Всі результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. В публікаціях, що вийшли з друку в співавторстві, автору належать такі результати: запропонована модель компонента інформаційної системи в інформаційній системі організаційного управління [1], побудована модель капсули - архітектурного компонента інформаційної системи [4], запропонована імітаційна модель зміни стану архітектурних компонентів інформаційної системи [5], розроблений метод оцінки поведінки архітектурних компонентів інформаційної системи [6].

Апробація результатів досліджень. Основні результати дисертації доповідалися на І-й науково-практичній міжнародній конференції "Інформаційні технології в управлінні вищими навчальними закладами" (Херсон, 2004 рік), ІІ-й науково-практичній міжнародній конференції "Інформаційні технології в управлінні вищими навчальними закладами" (Херсон, 2005 рік), Міжнародній конференції з математичного моделювання "МКММ - 2005" (Феодосія, 2005 рік) и XIV-й Міжнародній науково-практичній конференції "Інформаційні технології: наука, техніка, освіта, здоров'я" (Харків, 2006 рік).

Публікації. За результатами наукових досліджень опубліковано 6 наукових статей, які входять до переліку видань, затвердженого ВАК України.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації складає 141 стор. Вона містить 23 рисунка, 8 таблиць, список використаних джерел із 132 назв на 12 сторінках, додатки на 3 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована тема дисертації, показаний її зв'язок з науковими темами, які виконуються у Харківському національному університеті імені В.Н. Каразіна, визначені мета і задачі дослідження, сформульовані наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі проведений аналіз життєвого циклу технічної системи в загальному вигляді та його особливостей у випадку інформаційних систем. Спираючись на результати аналізу для інформаційних систем організаційного управління встановлено, що системи цього типу мають розроблятися з урахуванням необхідності їх багаторазової трансформації, в том числі й на архітектурному рівні. Метою трансформації є забезпечення адекватного відображення в інформаційній системі змін, як у середовищі, в якому функціонує організація, так і змін самої організації, як об'єкту управління. Таким чином, первинне проектування ІСОУ має забезпечити можливість багаторазового реінжинірингу системи.

Реінжиніринг визначають як процес трансформації функціонуючої системи, що спрямований на підвищення її ефективності в умовах змін середовища, в якому функціонує система.

Стандартною моделлю реінжинірингу інформаційних систем є модель підкови (рис. 1), яка розглядає реінжиніринг як процес взаємодії трьох підпроцесів:

- відновлення архітектури, що полягає в аналізі існуючої системи, який базується на однин або більше її логічних описів;

- трансформація архітектури - трансформація цих логічних описів в новий, покращений логічний опис системи;

- розробка, що базується на новій архітектурі - розробка нової системи, яка відповідає новим логічним описам системи.



Рис. 1. Модель підкови для реінжинірингу

Формалізація моделі підкови призводить до IDEF0-моделі реінжинірингу, яка побудована в роботі і наведена на рис. 2.

Рис. 2. IDEF0-модель реінжинірингу інформаційної системи

Як видно з наведеної моделі реінжинірингу, останній забезпечує відновлення ІСОУ на новому рівні вимог, що склалися в процесі її експлуатації. Таким чином, процес реінжинірингу стає постійним процесом фази експлуатації системи. Він базується на механізмах:

– збирання інформації про функціонування системи,

– створення та оперування з моделями архітектури системи,

– синтезу варіантів трансформації архітектури системи,

– оцінки варіантів трансформації архітектури системи,

– розробки системи.

Серед цих механізмів в дисертаційній роботі увага сфокусована на механізмах створення та оперування з моделями архітектури системи та оцінки варіантів трансформації архітектури системи.

Підвищення ефективності цих механізмів потребує автоматизації відповідних процесів реінжинірингу інформаційних систем організаційного управління, базою для якої за умови збереження або навіть зниження витрат може бути тільки математичне моделювання та комп'ютерний експеримент. Тобто математичні моделі компонентів інформаційних систем, процесів їх взаємодії та обчислювальні методи їх аналізу утворюють теоретичну базу для побудови систем комп'ютерного моделювання архітектурних рішень ІСОУ з метою використання їх в процесі реінжинірингу.

Таким чином, розвиток методу математичного моделювання для предметної області реінжинірингу інформаційних систем організаційного управління є актуальною задачею, оскільки дозволяє забезпечити кількісну оцінку достатньо багатої множини варіантів трансформації архітектури інформаційної системи за порівняно невисоких витратах.

Другий розділ дисертації присвячено статичним аспектам моделювання архітектури інформаційних систем. Як точка відліку для дослідження визначені вимоги до мови опису архітектури програмних систем, що наведені в табл. 1.

Таблиця 1. Вимоги до мови опису архітектури програмних систем

№	ВИМОГА
1.	Композиція - забезпечення опису системи у вигляді композиції, що складається з незалежних взаємодіючих архітектурних об'єктів
2.	Абстракція - забезпечення опису архітектурних об'єктів та їх взаємодії через визначення їх абстрактних ролей в системі
3.	Повторне використання - наявність можливості багаторазового використання конструкцій мови поза контекстом конкретної системи
4.	Конфігурація - описи архітектури мають включати інформацію про структуру системи та підтримувати динамічне реконфігурування
5.	Гетерогенність - наявність можливості комбінування різних описів архітектури
6.	Аналіз - наявність можливості анализу описів архітектури

Базовими логічними елементами моделі є поняття капсули (Capsule), порту (Port) та з'єднувача (Connector). Капсула моделює логічно замкнений архітектурний об'єкт, що визначається властивими йому функціональним призначенням та нефункціональними характеристиками. Порт може бути зовнішнім (BoundaryPort) або внутрішнім (InternalPort). У першому випадку він моделює взаємодію системи з середовищем, а у другому - інтерфейс капсули, якій він належить. З'єднувач призначений для моделювання взаємодії між інтерфейсами за допомогою протоколу взаємодії. Між зазначеними основними елементами моделі визначаються відношення, які в дисертаційній роботі формалізовані з використанням логіки першого порядку у вигляді системи аксіом. Базовими предикатами є:

1) предикати класифікації архітектурних об'єктів: - є капсулою, - є зовнішнім портом, - є внутрішнім портом, - є з'єднувачем;

2) предикат "бути частиною" між портом і капсулою -

3) предикат "з'єднувати" між з'єднувачем та двійкою портів - .

Крім вказаних введений предикат

.

Система аксіом структурної моделі архітектури програмної системи:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

, (11)

Основні елементи моделі та їх зв'язки показані на концептуальній моделі (рис. 3).

Рис. 3. Концептуальна схема моделі

В роботі показано, що наведені в табл. 1 вимоги не відповідають на питання про необхідність опису динамічних властивостей архітектурної моделі.

З метою усунення цього пробілу вимогу 6 запропоновано переформулювати у такий спосіб: "Аналіз - наявність можливості виконання аналізу описів архітектури програмної системи та її поведінки на рівні взаємодії архітектурних об'єктів".

Ця зміна основних вимог до мови опису архітектури програмних систем розширює його словник шляхом введення додаткової сутності - завдання (Job). Ця сутність інкапсулює динамічні аспекти моделювання системи та відповідає логічно замкненому процесу обробки інформації, який здійснюється інформаційною системою, що моделюється. Модель завдання має включати опис порядку виконання логічно замкнених задач (Task). Критерієм виділення задачі є наявність єдиної капсули, яка призначена для її виконання, а також динамічних характеристик процесу виконання задачі капсулою. Задача моделювання динамічних аспектів архітектури призводить до необхідності зміни структурної моделі для мови опису архітектури програмних систем. В концептуальній моделі (див. рис. 3) це забезпечене за рахунок введення класів Job та Task.

У другому розділі описано також реалізацію верифікатора описів структури архітектурної моделі, що базується на перевірці виконання аксіом (1) - (11). Верифікатор реалізовано мовою логічного програмування Prolog, версія SWI-Prolog.

Третій розділ дисертаційної роботи присвячено моделюванню поведінки інформаційної системи на архітектурному рівні абстракції. В основу моделювання поведінки системи покладений метод імітаційного моделювання, орієнтований на процеси. Процес розглядається як рух завдання від капсули до капсули в порядку, що визначений переліком задач (асоціація tasks класу Task на рис. 4). Його положення в кожний момент часу фіксується за допомогою асоціації location.

Рис. 4. Модель завдання та його зв'язок з архітектурними об'єктами

Джерелами однотипних завдань є (див. рис. 4) зовнішні порти, які інкапсулюють генератори потоків подій або календарного, або випадкового типів. Внутрішні порти та з'єднувачі між ними призначені для моделювання обміну інформацією між капсулами.

У моделі виділено три процеси обробки завдання:

1) генерація завдання, що виконується об'єктом, який моделює зовнішній порт;

2) передача завдання між портами, які з'єднані з'єднувачем відповідно до протоколу, який визначено для з'єднувача; цей процес виконується об'єктами, що моделюють з'єднувач та порти, які він з'єднує;

3) виконання поточної задачі завдання в контексті обробляючої капсули, яке виконується об'єктом, що моделює завдання та обробляючу його капсулу (див. рис. 5).

4)

Рис. 5. Модель обробки завдання

Імітаційна модель кожного з цих трьох процесів є випадковою послідовністю зі скінченою множиною станів, ймовірності зміни стану для якої залежать від поточного стану та часу. Виникнення подій пов'язане з моментами зміни станів, пара "початковий стан - кінцевий стан" визначає тип події. Розрізняються два типи залежності від часу - календарний: ймовірність зміни стану залежить від глобального системного часу, та локальний - ймовірність зміни стану залежить від часу перебування в цьому стані. системний архітектура реінжиніринг інформаційний

Таким чином, можна припустити, що існує скінчена множина станів системи . Конфігурація системи зображується четвіркою , де - поточний стан системи, - поточне значення глобального системного часу, - час перебування системи в поточному стані, - загальний час перебування системи в кожному зі станів. З конфігурації системи можливі переходи до конфігурацій:

1) з ймовірністю ;

2) , де , з ймовірністю .

Очевидно, що при цьому мають виконуватися умови:

и (12)

Запропонована модель була використана для генерації

? календарних подій, в цьому випадку

,

? локальних подій, в цьому випадку

.

З'ясування характеру залежностей систем функцій , які задовольняють умовам (12) для інформаційних систем управління організаціями проводилось за допомогою утиліти EventExplorer, розробленої для фіксації подій фази виконання програми. Утиліта фіксує події, що наведені в табл. 2.

Таблиця 2 Події фази виконання програми

Ідентифікатор події	Опис події
0	нерозпізнана подія
1	виконання програми розпочалося
2	виконання програми зупинено
3	виконання програми зупинено для виконання операції введення/виведення даних
4	виконання програми відновлено
5	виконання програми завершено с помилкою
6	виконання програми завершено нормально

Структура журнала подій показана на рис. 6.

Рис. 6. Структура журнала подій

Статистична обробка журналів подій показала, що процес виконання задачі адекватно моделюється системою з трьома станами: READY (), DOING () и WAITING () (див. рис. 7).



Рис. 7. Стани та переходи задачі

При цьому ймовірності змін станів мають вигляд

та представляються такою матрицею:

,

у якої елементи визначені таким чином:

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

На базі наведеної математичної моделі був побудований генератор потоку випадкових подій. Приклад зміни станів задачі з використанням вказаного генератора наведено на рис. 8.

Рис. 8. Приклад моделювання зміни станів задачі при обробці

Четвертий розділ присвячено аналізу двох архітектурних рішень для інформаційних систем управління університетом. Перше рішення базується на архітектурі клієнт/сервер з централізацією доступу до даних та їх обробки. В основу покладена архітектура, що реалізована в інформаційно-аналітичній системі управління Херсонським державним університетом. Друге рішення базується на архітектурі федеративного типу, запропонованої як інтеграційний каркас для системи управління Харківським національним університетом імені В.Н. Каразина. Аналіз проводився в ході виконання міжнародного проекту TEMPUS TACIS "UnIT-Net - інформаційні технології в мережі університетського управління".

Структура архитектурного решения клиент/сервер представлена на рис. 9.

Рис. 9. Архітектура клієнт/сервер, що реалізована в ІАС Херсонського державного університету

Основне питання, що виникає при аналізі архітектури клієнт/сервер, полягає в визначені мінімальної інтенсивності потоків запитів, яка спричиняє вибух черги запитів для капсул-серверів. У випадку, що досліджувався, клієнтські капсули були представлені капсулами відділу кадрів (Клиент 1), планово-фінансового відділу (Клиент 2), бухгалтерії (Клиент 3), відділу материально-технічного постачання (Клиент 4) та студентського містечка (Клиент 5).

Збирання інформації про характер подій та зв'язків між ними проводилося за допомогою утиліти, описаної у розділі 3 дисертаційної роботи. Завдання, що оброблялися ІАС, були об'єднані в три групи:

? групу завдань, виконання яких обумовлено календарним планом (формування періодичних звітів);

? групу заданий, виконання яких не прив'язане до календарного плану, але самі завдання мають наперед заданий маршрут обробки (реєстрація даних в базі даних системи);

? групу нерегулярних завдань, що виникають випадково та мають випадковий маршрут обробки (формування нерегулярних звітів).

Моделлю генератора завдань першої групи є система с двома станами - ready и lock. Подія генерується переходом "ready - lock". При цьому

, ,

де - періодична функція з періодом ;

зростає на сегментах виду ;

, ;

, де - функція Хевісайда, зростає від 0 до 1 при зміні від 0 до .

Моделлю генератора завдань другої групи є звичайний генератор випадкових подій.

Імітаційне моделювання показало, що архітектурне рішення клієнт/сервер для ІСОУ такого типа задовільно працює, якщо відношення середнього часу обробки сервером всіх задач до системного часу, що пройшов при виконанні цих задач, не більше 0,8. В разі порушення цієї умови виникає необхідність у масштабуванні рішення шляхом збільшення потужності сервера застосувань.

Альтернативним є варіант медіаторної архітектури, названої в роботі [1] федеративною архітектурою. Ідея цього рішення полягає в інтеграції неоднорідних локальних рішень шляхом організації обміну даними. Структурна схема та організація взаємодії капсул для такого рішення показана на рис. 10.

Рис. 10. Архітектура федеративного типу

Аналіз протоколу взаємодії показує, що використання федеративного архітектурного рішення може призвести до двох проблем: перша з них присутня і для архітектурного рішення клієнт/сервер - можливість вибуху черги повідомлень, друга специфічна для цього рішення - ризик неправильної роботи системи в наслідок десинхронізації даних.

Проведене імітаційне моделювання показало, що перша проблема не реалізується на практиці, оскільки час обробки повідомлень, на відміну від часу виконання задачі, малий порівняно з системним часом. Друга же проблема виникає тільки у випадку, коли зростання ймовірності неправильного рішення між двома точками синхронізації перевищує 0,07. В системі управління університетом, наприклад, вдається забезпечити відсутність такої ситуації за рахунок того, що синхронізація даних проводиться раз на добу (у неробочий час), а сам процес обробки завдання, з урахуванням людського фактора, проходить від трьох до семи діб. Таким чином, це архітектурне рішення може бути рекомендовано для організацій з малою швидкістю зміни даних.

Висновки

У дисертаційній роботі шляхом розробки математичних моделей та обчислювальних методів вирішена актуальна науково-прикладна задача підвищення якості реінжинірингу архітектури інформаційних систем організаційного управління за рахунок аналізу в процесі прийняття проектних рішень розширеної множини варіантів трансформації системної архітектури, які базуються на різноманітних архітектурних шаблонах та стилях. Основні результати, які були отримані в роботі, полягають у наступному:

спираючись на аналіз життєвого циклу ІСОУ встановлено, що системи цього типу повинні розроблятися з урахуванням необхідності їх багаторазової трансформації, в тому числі й на архітектурному рівні, тобто реінжиніринг для ІСОУ є необхідним компонентом їх життєвого циклу;

виходячи з існуючих уявлень про реінжиніринг інформаційних систем та практики його проведення, в дисертаційній роботі побудовано IDEF0-модель реінжиніригу та з'ясовано роль математичного моделювання як засобу підвищення якості проектних рішень за рахунок розширення для аналізу множини варіантів трансформації архітектури без збільшення витрат;

на підставі аналізу існуючої моделі вимог до мови опису архітектури програмних систем (ADL) встановлено відсутність вимог до механізмів оцінки характеристик взаємодії компонентів архітектурного рішення та запропоновано розширення моделі вимог для усунення цього недоліку;

спираючись на розширену модель вимог, розроблено каркас системи моделювання архітектурних рішень для інформаційних систем організаційного управління, який орієнтований на використання його в ході реінжинірингу систем та призначений для збирання даних про потоки подій в існуючій системі організаційного управління, опису моделі архітектури системи після її трансформації з забезпеченням верифікації опису на структурно-логічному рівні, реалізації в моделі системи джерел подій, що забезпечують імітацію потоків системних подій адекватну статистичним даним, аналізу та оцінки характеристик взаємодії архітектурних компонентів шляхом обробки результатів комп'ютерних експериментів;

запропоновано формальну семантичну модель мови опису архітектури для ІСОУ, що дозволило розробити й обґрунтувати обчислювальний метод перевірки коректності (верифікації) опису архітектури після її трансформації;

з метою забезпечення аналізу динамічних характеристик архітектурного рішення для ІСОУ описано та досліджено клас параметрично налагоджуваних моделей генераторів потоків псевдовипадкових подій зі статистичними властивостями, що відповідають статистичним властивостям потоків в інформаційних системах на архітектурному рівні деталізації, що перевірено завдяки використанню спеціальної програмної утиліти, яка призначена для збирання статистичної інформації про системні події.

шляхом деталізації розробленого каркасу побудовано модель інформаційної системи організаційного управління з архітектурою клієнт/сервер, що дозволило дослідити умови виникнення перевантаження серверів, яку спричинює втрату ефективності системи в цілому;

шляхом деталізації розробленого каркасу побудовано модель інформаційної системи організаційного управління з архітектурою федеративного типа, що дозволило дослідити умови десинхронізації даних в системі та оцінити ризик прийняття через це помилкових управлінських рішень;

запропоновано технологію аналізу архітектурного рішення на основі використання розробленого в роботі каркасу.

Таким чином, в робота створює теоретичну базу для розробки інструментарію кількісної оцінки архітектурних характеристик інформаційних систем організаційного управління на основі обробки результатів комп'ютерних експериментів, постановка яких ґрунтується на розробленому в дисертації комплексі математичних моделей та обчислювальних методів їх аналізу, що включає моделі архітектурних компонентів ІСОУ, моделі процесів взаємодії архітектурних компонентів ІСОУ, методи верифікації структурно-логічної цілісності архітектурного рішення, методи генерації потоків подій адекватних потокам подій, що спостерігаються в ІСОУ.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат. Об одном подходе к интеграции неоднородных информационных ресурсов / Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат, Г.Н. Жолткевич, С.Ю. Игнатов // Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління: вісн. Харк. нац. ун-та. - Вип. 629(3). - Х., 2004. - С. 48 - 55.

2. Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат. Имитационное моделирование ИПС, построенных на основании архитектуры клиент/сервер / Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат // Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління: : вісн. Харк. нац. ун-та. - Вип. 703(5). - Х., 2005. - С. 5 - 12.

3. Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат. Об одной модели потока запросов в информационно-поисковых системах / Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат // Вест. Херс. нац. техн. ун-та. - Вип. 2(22). - Херсон, 2005. - С. 14 - 17.

4. Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат. Моделирование обмена информацией в информационных системах: концептуальный уровень / Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат, А.Г. Жолткевич, Г.Н. Жолткевич // Вест. нац. техн. ун-та "ХПИ". - Вип. 19. - Х., 2006. - С. 57 - 61.

5. Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат. Об одной модели механизма спонтанных изменений состояний архитектурных компонентов информационных систем / Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат, Г.Н. Жолткевич // Системи обробки інформації. - Х., 2007. - Вип. 1 (59). - С. 5 - 9

6. Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат. К вопросу выбора параметров при моделировании спонтанных изменений состояний архитектурных компонентов информационных систем / Ахмад Али (Абдель Карим) Альмхерат, Г.Н. Жолткевич // Системи обробки інформації. - Х., 2007. - Вип. 7 (65). - С. 2 - 5.

Размещено на Allbest.ru

...