Базовые положения профилирования и тестирования распределенных управляющих систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Базовые положения профилирования и тестирования распределенных управляющих систем

Annotation

In the report the basic rules of the theory of function standardization allocated managing systems are considered. The initial parcels are formulated, the ways are proved and the structure of the decision of a scientific problem is developed.

Построение современных средств информационного обмена основано на протоколах, представляющих собой совокупность формализованных (синтаксических и семантических) правил, определяющих формат, процедуры обмена и преобразования информации между процессами или устройствами. Протоколы информационного обмена (ПИО) позволяют описать статические и динамические свойства взаимодействия протокольных объектов (функциональных модулей одного уровня), алгоритмов достижения надежности информационного обмена, служат основой документирования, позволяют осуществлять контроль за состоянием всех процедур обработки и доставки информации и обеспечить поддержание устойчивости телекоммуникационной среды распределенных управляющих систем (РУС).

Анализ известных подходов к реализации приемов и способов информационного обмена в современной телекоммуникационной среде показывает, что при организации ее мероприятий появляется ряд противоречий [2,3,4,5,6 - 9]:

действующие принципы и методы информационного обмена ориентированы на традиционные возможности доставки сообщений. Возможности воздействия на них через транспортную среду учитываются не в полном объеме;

динамическое изменение технологий обработки в среде РУС не находит своего отражения в модернизации средств обмена;

существующие подходы к процессам информационного обмена игнорируют системный эффект проектирования и на практике логическая корректность и надежность реализаций ПИО на системном уровне не достигается и в них обнаруживаются дефекты разной степени тяжести.

Указанные противоречия, в первую очередь, выступают как результат основного конфликта между традиционными принципами и методами информационного обмена и изменившимся содержанием процессов ее обработки в современных РУС и вызывают необходимость исследования путей решения проблемы - в условиях возрастания масштабности и разнородности телекоммуникационной среды, увеличения спектра предоставляемых услуг, количества и качества информационных ресурсов, а также вероятности возможных несанкционированных воздействий на них, - выявить и описать закономерности профилирования и тестирования протоколов информационного обмена, определить пути конструктивного разрешения основного противоречия.

В основе используемого структурно-функционального подхода к построению средств информационного обмена лежит возможность воспроизвести модели структуры, объектами которых выступают функции информационно обмена (определенным образом выделенные части деятельности протокольных реализаций). Для их исследования наиболее целесообразно применение математико-лингвистические средства, как более удобных и наглядных. Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между протокольными объектами и их компонентами (подсистемами), которые мало подвержены изменениям, обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Применение системных принципов и использование достаточного набора функций позволяет сформировать профили протоколов информационного обмена (ППИО) - взаимоувязанную упорядоченную совокупности базовых стандартов на ПИО. В свою очередь, ППИО и связи между ними формируют функциональные стандарты путем определения общих и специфических частей. Общая структура теории функциональной стандартизации РУС представлена на рисунке 1.

Существующая форма знаний в области функциональной стандартизации (ФС) ПИО в основном носит описательный и директивно-рекомендательный характер, как совокупность известных фактов с результатами их простейшей логической обработки, на базе которых формулируются эмпирические закономерности в предметной области. В результате, на практике, подход к организации процессов информационного обмена осуществляется традиционно, без учета развития современных информационных технологий. Попытки исследования частных вопросов организации информационного обмена в рамках других известных теоретических конструкций к решению проблемы не приводят. В качестве основного и необходимого условия разрешения противоречий, возникающих при организации информационного обмена на практике, выступает разработка теоретической формы знаний в предметной области.

Анализ ретроспективы развития информационных технологий, используемых в телекоммуникационных системах, показывает, что разработка их теоретических конструкций, как правило, опирается на два основных метода - аксиоматический и гипотетико-дедуктивный [1].

При разработке теоретических разделов информационного обмена наибольшее применение нашел гипотетико-дедуктивный, обладающий большим спектром возможностей, поскольку базируется на системном подходе.

Суть метода состоит в доказательстве правомерности выдвигаемых гипотез и использования соответствующих формализованных схем для решения практических задач. Основная трудность в его использовании лежит в формализованной схеме доказательства дедуктивных посылок. Проблему предлагается решать путем количественного обоснования правильности гипотез и аппроксимации результатов по определенным логико-методологическим правилам. Система получаемых на их основе методик и правил, по сути дела, и будет составлять основное содержание теории ФС РУС.

Первоначально выдвигаются гипотезы, составляющие полную группу условий, при которых возможна или целесообразна организация ФС РУС для функционирования РУС. Каждая из гипотез отражает конкретную плоскость или контур исследуемой предметной области и выступает в форме прогностического, вероятностного знания. В этом смысле гипотезы образуют один из элементов теории, выполняющий систематизирующую функцию исходной (описательной) формы знаний. Формирование блока гипотез в основном осуществляется эвристическими методами, которые базируются на результатах исследований предметных областей, изучающих закономерности и тенденции развития информационных технологий. Следует отметить, что гипотезы определяют цели и выполняют роль дополнительных ограничений по объекту и предмету исследований.

Основным отличительным признаком теоретической формы знаний для ФС РУС является наличие таких элементов, как методологические основы профилирования, концепция обнаружения логических ошибок в реализациях ППИО, теоретические основы тестирования средств информационного обмена и блок закономерностей системного характера, позволяющих, исходя из заданных требований, синтезировать систему (процесс). Специфика теории ФС РУС состоит в том, что наличие всех четырех элементов для нее обязательно, в противном случае нарушаются ее функции как инструмента развития знаний и аппарата их актуализации к вопросам практической реализации.

В соответствии с содержанием решаемой проблемы элементы теории ФС РУС разрабатывались исходя из следующих требований: системность, максимальная общность, простота, проверяемость и предсказательная сила. По сути дела, перечисленные требования выступают в качестве наиболее общих методологических правил и принципов, в рамках которых решается теоретический аспект проблемы.

Первый принцип предполагает наличие обоснованного компромисса между двумя взаимоисключающими тенденциями: с одной стороны, это сосредоточение усилий на решении наиболее актуальных задач ФС РУС, а, следовательно, сужении области исследований; с другой - это учет по возможности большего количества внешних факторов, определяющих условия и внутренние процессы использования ППИО. На практике эта проблема решается посредством введения многоуровневой системы ограничений, позволяющих при решении конкретных задач фиксировать область исследований в ограниченной плоскости, не нарушая при этом наиболее существенных системных связей исследуемого объекта, как внутренних, так и внешних.

Принцип максимальной общности реализуется по двум направлениям. Во-первых, посредством выбора и обоснования формы теории как процесса развития знаний в предметной области и, во-вторых, через функции связи и частичное взаимное поглощение теоретических конструкций, предлагаемых и существующих в других разделах естественных наук.

В рамках второго направления отчасти реализуется и третий принцип построения теории. В этом отношении следует отметить, что открытый характер исследуемой системы не позволяет разработать теорию ФС РУС, как самодостаточную систему знаний. Вместе с тем предложенные методология исследований и концепция обнаружения и коррекции логических ошибок остаются неизменными и при любых изменениях внешнего фактора выступают как инвариант теоретической конструкции. Принцип простоты не отменяет сложности построения теоретических конструкций, однако, предполагает возможность их декомпозиции в ряд более простых категорий (элементов) независимо от длины и сложности логической или теоретической цепочки. И, наконец, введение последнего принципа, предсказательной силы, обусловлено спектром задач, для решения которых разрабатывается теория ФС РУС. При этом требуемая глубина прогноза достигается соответствующей композицией математических моделей, а точность прогноза - объемом статистики, получаемой при моделировании процесса использования ФС РУС. В отношении функций теории ФС РУС следует отметить, что «требование - функция» в этом аспекте составляют дуальную пару.

Резюмируя приведенный выше анализ, можно выделить следующие функции теории ФС РУС: описательная, объяснительная, информативная, систематизирующая, синтезирующая и прогностическая.

На втором этапе используются методологические основы профилирования ПИО. Они представлены [3]: обобщенной описательной моделью, в вербальной форме отражающей связи и отношения между материальными носителями процесса ФС РУС, формализованными схемами отношений, алгоритмов и комплексом математических моделей. Комплекс математических моделей разрабатывается в соответствии с выделенными уровнями общности гипотез, что значительно облегчает и систематизирует проверку их адекватности и обеспечивает чувствительность показателей отклика различной физической природы к изменяющемуся входному воздействию. Математические модели носят частный характер и отражают аспекты отношений между средствами информационного обмена в интересах РУС и обеспечивают проверку гипотез, объединенных по общности содержания, природе проявления, глубине и логической силе.

На третьем этапе разрабатывается концепция обнаружения и коррекции логических ошибок в реализациях ППИО, включающая: математические модели возникновения логических ошибок, процедуры обнаружения, коррекции столкновений процессов и процедуры проверки синтаксиса. В качестве метода формального описания для математических моделей логических ошибок в реализациях ППИО) выбраны конечные автоматы, ввиду своей наглядности и адекватности природе протоколов. Применение конечных автоматов основано на том, что в ПИО содержится очень мало вычислений по сравнению с большим числом событий: команд верхнего уровня; сообщений, получаемых от взаимодействующих элементов; внутренних событий. Реакции протокольного объекта зависят от предыстории входных событий, кодируемой состояниями памяти. Это позволяет сопоставить входные состояния ПИО входным состояниям конечного автомата, реакции - выходным состояниям, а предысторию представить в виде внутренних состояний. Особенностью разработанных моделей является использование примитивов - абстрактного описания взаимодействия через точку доступа, указывающих какого рода информация передается между поставщиком и пользователем услуги обмена информацией.

Реализация ПИО, как совокупности взаимодействующих процессов позволяет представить его в виде древовидной структуры, где индекс вершины соответствует состоянию протокола, а ветви направлениям переходов. Определение логического времени пути, как числа переходов процесса из корня дерева позволяет сформулировать принцип организации механизма синхронизации и процедур обнаружения логических ошибок.

Логические ошибки в реализациях ППИО известным образом связаны с понятием “синтаксис” и “семантика”. Поскольку столкновения процессов нарушают формальные внешние правила построения протокола, они могут быть отнесены к синтаксическим логическим ошибкам. Что же касается ситуаций неопределённости, то они не входят в противоречие с формальными правилами и не блокируют процессы протокола, однако могут приводить к созданию более сложных воздействий на его функционирование.

К решению задач четвертого этапа привлекается теория тестирования реализаций ППИО. В этом плане она, сохраняя самостоятельное значение, структурно входит в методологию функциональной стандартизации, и обеспечивает функцию связи между теоретической формой знания и вопросами практики. В России аттестационное тестирование только начинает внедряться в практику создания средств информационного обмена. В связи с этим существует целый комплекс проблем, в числе которых проблемы стандартизации и совершенствования нормативной документации, состоящие в разработке, выборе и адаптации документов, описывающих процедуры, критерии и методики ее проведения.

В отношении требований, предъявляемых к теории тестирования реализаций ППИО, и ее функционального действия в работе использован подход, базирующийся на анализе содержания основных естественнонаучных теорий и теоретических конструкций, применяемых для решения задач информационного обмена.

Методика АТ реализации ППИО предусматривает два вида тестирования: на соответствие стандартам и на взаимодействие. Тестирование на соответствие осуществляется путем оценки реализации и должно стать обязательным для поставщиков. Тестирование соответствия должно подтвердить, что протокольные реализации ведут себя в соответствии со стандартами. Анализ соответствия реализации ППИО связан не с оценкой качественных характеристик исполнения протоколов, а с их логической правильностью. Все методы анализа логической правильности разделяются на две большие группы - методы анализа корректности и методы верификации. Определено, что большинство сценариев этого вида тестирования акцентирует внимание на одноуровневом тестировании. Первоначально с помощью методов анализа корректности исследуют свойства, которыми должны обладать протоколы и сервисы информационно обмена. Полагая, что ПИО при исполнении какой-либо функции содержит ситуации неопределенности или столкновения процессов, то он некорректен.

В методике предлагается формальные спецификации ПИО и сервисов анализировать независимо друг от друга для выявления того, как выполняются ли эти свойства. После того, как анализ корректности выполнен, требуется показать, что спецификации протокольных объектов, совместно со спецификацией, используемого сервиса нижних уровней соответствуют спецификации сервиса, предоставляемого уровнем, т.е. осуществить верификацию. В исследовании процесс оценки соответствия рассматривается, как выполнение всех действий по аттестационному тестированию, необходимых для оценки соответствия реализации или системы одному или нескольким стандартам.

Тестирование взаимодействия относится к реализации ППИО, охватывает равноправные объекты (процессы, программы, рабочие станции, серверы, локальные вычислительные сети), имитирует реальные условия, в которых будет функционировать средство информационного обмена и позволяет обнаружить несовместимые факультативные возможности конфигураций, предусматривая, с учетом того, что любая пара равноправных объектов использует одни и те же стандарты информационного обмена.

В основе методики анализа гарантированности реализаций ППИО, лежит выборочный метод, основанный на модели, которая разработана, с учетом основных свойств испытаний реализаций и использует методы теории вероятностей в тех случаях, когда невозможно получение полной информации о том или ином факторе.

В качестве ограничения на применение методики используется посылка о том, что принятие решения о степени пригодности реализации для использования в РУС и осуществляется на основании аттестационного тестирования. Кроме того, у рассматриваемой системы аппаратное, системное и прикладное программное обеспечение, коммуникационное оборудование сконфигурировано соответствующим образом.

На основе разработанной методики получены нижние доверительные границы гарантированности. Результаты оценки, полученные в результате исследований с помощью предлагаемого метода, неймановского и байесовского подходов, дали весьма близкий результат. Полученные нижние доверительные границы разработанного метода являются более заниженными, чем нижние неймановские и байесовские. Выявлено, что при значении динамической переменной, характеризующей обнаружение логических ошибок, достаточно близкой к единице (0,95 - 0,97), вероятность правильного функционирования реализации ППИО довольно высока. Определено, что при фиксированных значениях всех других количественных характеристик с ростом числа прогонов увеличивается вероятность у того, что при любом наборе входных данных результат функционирования реализации ППИО будет находиться в пределах допустимых отклонений.

Методика оценки неопределенности данных испытаний реализаций ППИО базируется на определении функционального разреза, при выполнении прогонов на входных наборах данных, выбранных случайным образом, в соответствии с распределением вероятностей. Следует заметить, что реальные условия испытаний реализаций всегда существенно отличаются от тех, которые требуются для представительного измерения гарантированности. Это обусловливает то, что тестовые прогоны выполняются на входных наборах данных, формируемых со стохастической детерминированностью.

Предлагаемый методологический подход к разработке теории ФС РУС позволяют специфицировать поведение, осуществить модульное построение средств РУС и обеспечить на практике эмпирико-теоретическое и организационно-техническое разрешение имеющихся противоречий.

Литература

управляющий система информационный

1. Баженов Л.Б. Строение и функции естественнонаучной теории. - М.: Наука, 1978. - 231 с.

2. Гуляев Ю.В., Олейников А.Я. Продвижение проблемы "Развитие и применение открытых систем в России". // Вестник Российского общества информатики и вычислительной техники, М. 1996, с.10 - 16.

3. Еременко В.Т., Туякбасарова Н. А. Теоретические основы построения распределенных управляющих систем с использованием структурно-функционального подхода. - Курск: Курский институт менеджмента, экономики и бизнеса, 2003. - 124 с.

4. Еременко В.Т., Баранов А.К. Построение функциональной среды для современных информационных систем на основе профилей протоколов // Сборник научных трудов ученых Орловской области. Вестник науки. Выпуск 5. В 2-х томах. Т.1. - Орел: ОрелГТУ, 1999. - с.225 - 228.

5. Козлов В.А. Создание единого информационного пространства России путем применения международных стандартов // Стандарты и качество - 1996. - № 2. - с. 74 - 79.

6. Козлов В.А. Построение Госпрофиля ВОС России на принципах концепции открытых систем // Сборник докладов IV международной конференции «Развитие и применение открытых систем РАПРОС-97” - 1997. - с. 55 - 65.

7. Сухомлин В.А. Методологический базис открытых систем // Открытые системы. - 1996. - № 4. - С. 48 - 51.

8. Щербо В.К., Козлов В.А. Функциональные стандарты в открытых системах. Часть 1. Концепция открытых систем. Справочное пособие. - М.: Международный центр научной и технической информации, 1997. - 124 с.

9. Щербо В.К. Стандарты вычислительных сетей. Взаимосвязи сетей. Справочник - М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2000. - 268 с.

Приложение

Размещено на Allbest.ru