close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Анализ принципы технической самоорганизации и структурно-параметрический синтез открытых информационных систем

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ЖЕВНЕРЧУК Дмитрий Валерьевич
АНАЛИЗ, ПРИНЦИПЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ САМООРГАНИЗАЦИИ И
СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ОТКРЫТЫХ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка
информации (в науке и промышленности) по техническим наукам
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Нижний Новгород 2018
Работа выполнена на кафедре “Вычислительные системы и технологии”
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего образования
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Научный консультант: доктор технических наук, профессор,
Ломакина Любовь Сергеевна
Официальные оппоненты:
Курейчик Виктор Михайлович, доктор технических наук,
профессор, ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», главный научный сотрудник, профессор кафедры систем автоматизированного проектирования Института компьютерных технологий и информационной безопасности (г. Ростов-на-Дону – Таганрог)
Виноградов Геннадий Павлович, доктор технических наук, доцент,
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»,
главный научный сотрудник, профессор кафедры информатики и прикладной математики (г. Тверь)
Затонский Андрей Владимирович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО Пермский национальный исследовательский политехнический университет, заведующий кафедрой «Автоматизация
технологических процессов» Березниковского филиала (г. Березники)
Ведущая организация АО “Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения
им. И.И. Африкантова” (АО ОКБМ Африкантов)
(г. Нижний Новгород)
Защита состоится «31» января 2019 г. в 12 00 часов в ауд. 1315 на заседании
диссертационного совета Д.212.165.05 при Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул.
К.Минина, 24.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева и на сайте
https://www.nntu.ru/structure/view/podrazdeleniya/fpsvk/obyavleniya-o-zashhitah.
Автореферат разослан «__» ноября 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
2
А.С. Суркова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования.
В настоящее время всё большее значение в области информационных технологий приобретает автоматизация построения открытых информационных систем
(ОИС), компоненты которых способны к взаимодействию, основанному на использовании современных информационно-коммуникационных технологий (ИКТ).
Современная информационная инфраструктура, состоящая из информационных и вычислительных ресурсов, объединяемых цифровыми средствами телекоммуникаций, представляет собой гетерогенную среду, построенную на разнородных
платформах – от персональных компьютеров до супер-ЭВМ, и использующих различные операционные системы. Кроме того, в последнее время существенно усложнились задачи, на решение которых нацелены открытые информационные системы,
относящиеся к объектам промышленности, крупных корпораций и к сферам государственной деятельности, отличающиеся высокой частотой изменений. При этом
адаптация к таким изменениям должна осуществляться в сжатые сроки.
В информационной инфраструктуре любого уровня – глобальной, национальной, региональной, отраслевой и т.п. в качестве основы для интеграции необходимо
использовать общие принципы открытых информационных систем, суть которых
состоит в обеспечении совместимости всех используемых компонентов системы за
счет согласованного набора стандартов. Тем не менее, в процессе создания открытых информационных систем неизбежно возникают проблемы обеспечении взаимодействия входящих в среду компонент, а также формирования многокомпонентных
структур с учетом требований и ограничений информационных процессов, т.е обеспечения их интероперабельности.
Необходимо отметить, что проблема реализации общих принципов ОИС связана с отсутствием общих методов прогнозирования внешних воздействий, а также
качественных и количественных показателей перехода информационной системы в
состояние, удовлетворяющее новым требованиям и ограничениям, и, с другой стороны, отсутствие эффективных моделей и алгоритмов синтеза многокомпонентных
структур не позволяет строить ОИС в условиях неопределенности.
Современный уровень теории искусственного интеллекта и возможности вычислительной техники создают основу для формализации, хранения и извлечения
знаний об информационных системах, их компонентах, требованиях и ограничениях, что и позволяет создавать адаптивные ОИС с позиций технической самоорганизации, при этом используя набор интеллектуальных средств, обеспечивающих
заданную работоспособность. Существующие методы синтеза ОИС, как правило,
направлены на решение задачи выбора эффективных структур из конечного набора
вариантов, а процесс формирования и формализации альтернативных вариантов остается ресурсоемкой задачей.
Актуальность выбранного направления подтверждается включением в программу фундаментальных исследований государственных академий наук на 20132020 гг. 1. проблемы развития принципов интероперабельности, стандартов и технологий открытых информационных систем, а также многочисленными теоретическими и практическими работами, выполняемыми в последнее время по тематикам открытых информационных систем. Это определяет постановку и решение актуаль1
Распоряжение Правительства Российской Федерации от 3 декабря 2012 г. № 2237-р.
3
ной научной проблемы, связанной с развитием и совершенствованием одного из
приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской
Федерации – информационно-телекоммуникационных систем, в рамках которого –
обеспечение интероперабельности и адаптивности открытых информационных систем различного назначения.
Степень теоретической разработанности темы. Концепция технической самоорганизации, предложенная в работе, базируется на идеях самоорганизации естественных систем: Дж. Генри Холланд (сложные нелинейные системы), И. Р. Пригожин, Ю.Л. Климонтович, Дж. Николис (диссипативные структуры), Андронов А.А.,
Ю.И. Неймарк, (теория колебаний, бифуркация динамических систем), Лоренц Э.Н.
(теория хаоса), Жан-Мари. Лен, М.Л. Тай, (самосборка), Дж. Фон Нейман, Т. Тоффоли, Г. Е. Цейтлин, Н. Марголус, Б. Хэйес (самоорганизация клеточных автоматов), Yuan S., Yokoo M., Dautenhahn K., Bond A., Canamero L., Edmonds B. Hexmoor
H., Castelfranchi C., Falcone R., Braun P., Rossak W. Resconi G., Jain L., Khosla R.,
Ichalkaranje N., Jain C. (самоорганизация многоагентных систем).
Существующие направления исследования открытых информационных систем представлены отечественными и зарубежными школами, в том числе: методология проектирования информационных систем (Буч Г., Рамбо Дж, Якобсон А., Ритчи
Д., Бек К., Хелм Р., Джонсон Р. и др), технология открытых систем (Ю. В. Гуляев,
Олейников А.Я., Батоврин В.К., Васютович В.В., Журавлев Е.Е., Петров А.Б., Теряев Е.Д., В.А. Сухомлин и др.).
В нашей стране в развитие методов структурного синтеза сложных систем
внесли свой вклад исследования Цыпкина Я.З., Ивахненко А.Г., Курейчика В.М.,
Батищева Д.И., Виноградова Г.П., Вашкевича Н.П., Шалыто А.А., и др.
Объектом исследований являются открытые информационные системы.
Предметом исследований являются модели и методы обеспечения свойств
открытости, адаптивности и структурно-параметрический синтез открытых информационных систем.
Целью диссертационной работы является создание методологии синтеза открытых информационных систем с позиций технической самоорганизации, направленной на повышение их адаптивности и интероперабельности.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
 выявление тенденций развития информационных систем, а также моделей,
методов обеспечения их интероперабельности и адаптивности, разработка предложений по развитию существующих подходов в сфере разработки информационных систем;
 разработка концепции и принципов, обеспечивающих расширяемость, масштабируемость, интероперабельность и адаптивность информационных систем;
 построение обобщенной модели, в рамках которой допускаются формулировки
задач компонентной сборки, структурной и функциональной реорганизации информационных систем, алгоритмической и параметрической настройки компонентов, оптимизации вычислительного ресурса;
 разработка
методологии
и
прикладных
методов
структурнопараметрического синтеза открытых информационных систем, обеспечивающих
иерархичность и этапность построения информационных систем, обладающих
4
встроенными механизмами адаптивности к внешним детерминированным и стохастическим воздействиям;
 разработка, реализация и экспериментальная проверка комплекса моделей,
алгоритмов и обобщенных методик формирования многокомпонентных интероперабельных структур (МИС), а также компонентной сборки открытых информационных систем широкого класса;
 формирование рекомендаций по внедрению разработанных методик и
средств их поддержки.
Методология и методы исследования. Теоретическая часть работы основана
на использовании теории системного анализа, классической теории множеств и абстрактной алгебре. Методологическая часть диссертации основана на дескрипционной логике, теории автоматов, семантическом моделировании, методах разработки
баз знаний онтологического типа.
Достоверность и обоснованность обеспечивается корректным применением
математического аппарата, подтверждается сопоставлением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными сравнением разработанных аналитических моделей и алгоритмов с результатами экспериментальных исследований
и опубликованными материалами других исследователей. Полученные результаты
согласуются с современными научными представлениями и данными, основные
технические решения внедрены в практическую деятельность ряда предприятий.
Область исследования соответствует пунктам 2–5,9 паспорта специальности
05.13.01. – «Системный анализ, управление и обработка информации (в науке и
промышленности)»: формализация и постановка задач, разработка моделей описания и оценки эффективности решения задач, разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа и обработки информации.
Научной новизной работы является концепция технической самоорганизации
и методология синтеза открытых информационных систем (ОИС). В отличие от известных подходов, в которых, как правило, используется выбор из конечного числа
вариантов альтернативных конфигураций, предлагается совокупность методов и алгоритмов обнаружения ранее неизвестных многокомпонентных интероперабельных
структур.
Выделены следующие основные элементы научной новизны:
1. Концепция технической самоорганизации ОИС, основанная на метасистеме, включающей в качестве своих элементов информационные процессы, преобразователи данных, требования и ограничения, представленные в форме модулей,
обладающих интерфейсами, обеспечивающая свойства открытости информационных систем (п. 2,4 паспорта специальности).
2. Принципы технической самоорганизации открытых информационных
систем (п. 2,3 паспорта специальности):
принцип самоструктурирования, особенность которого заключается в
формировании многокомпонентных структур, что
позволяет построить
обобщенные алгоритмы обеспечения расширяемости ОИС;
принцип самоконфигурирования, особенность которого заключается в
допущении о неограниченности ресурса и представлении оптимального ресурса в
виде аттрактора, что позволяет построить обобщенные алгоритмы обеспечения
масштабируемости ОИС;
5
принцип самодиагностики, особенность которого заключается в
представлении требований и ограничений внешней информационной среды
структурными элементами ОИС, что позволяет построить обобщенные алгоритмы
обеспечения интероперабельности ОИС.
3. Модель открытой информационной системы, отличающаяся способом
иерархического представления ОИС в виде алгебраических структур, позволившая
формализовать базисные элементы и процессы ОИС, обеспечивающая адаптивность
открытых информационных систем (п. 2,3 паспорта специальности).
4.
Методология
структурно-параметрического
синтеза
ОИС.
Особенность методологии состоит в разбиении процесса синтеза ОИС на четыре
этапа: синтез компонентов, синтез многокомпонентных структур, синтез
интероперабельных структур, синтез ОИС, и детализации каждого этапа на базе
обобщенных онтологических конструкций, что позволяет снизить риски и затраты
на этапах проектирования, реализации и сопровождения ОИС (п. 4,5,9 паспорта
специальности).
5. Обобщенный метод синтеза многокомпонентных интероперабельных
структур, который отличается онтологическим представлением интерфейсов,
компонентов ОИС, а также системой событий в виде конечных
недетерминированных автоматов, позволивший формализовать и реализовать
распределенные алгоритмы управления многопроцессной системой синтеза ОИС и
существенно увеличить размерность решаемой задачи (п. 4,5 паспорта
специальности).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Модели открытых информационных систем и процессов их синтеза на основе алгебраических структур, онтологических каркасов, недетерминированных конечных автоматов.
2. Концепция и принципы технической самоорганизации, обеспечивающие
свойства открытости информационных систем.
3. Методология структурно-параметрического синтеза открытых информационных систем, обобщенные онтологические конструкции синтеза компонентов,
многокомпонентных интероперабельных структур (МИС) ОИС.
4. Обобщенный метод синтеза многокомпонентных интероперабельных
структур, обобщенные алгоритмы обеспечения расширяемости, масштабируемости
и интероперабельности ОИС.
5. Комплекс прикладных методик: обобщенная методика блочноиерархической организации ОИС, методика семантического моделирования и синтеза многокомпонентных средств защиты бортовой электроники, методика компонентной сборки Web-приложений.
Теоретическая и практическая значимость работы, внедрение результатов работы.
Работа выполнена в рамках научного направления (темы) «Диагностические и
информационно-поисковые
системы»
(Номер
государственной
регистрации 01201252337, Интернет-номер И111112195013, руководитель работы д.т.н.,
профессор Ломакина Л.С.). Результаты работы использовались при выполнении СЧ
НИР по хоздоговору №16/2371 от 26.09.2016 с ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е.
Седакова», а также при разработке открытого виртуального исследовательского
6
пространства в рамках НИР «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы», шифр
«2007-4-1.4-15-03-123», по теме «Технология построения открытых виртуальных
исследовательских пространств (ОВИП)», выполненной в ФГБОУ ВО Ижевского
государственного технического университета им. М.Т. Калашникова (г. Ижевск).
Теоретическая значимость заключается в разработке концепции технической самоорганизации, принципов самоструктурирования, самоконфигурирования,
самодиагностики открытых информационных систем, а также методологии их
структурно-параметрического синтеза.
Практическая значимость заключается в том, что результаты работы доведены до инженерных решений в виде баз знаний, алгоритмов и готовы к применению в задачах поддержки принятия решений, управления и структурной оптимизации ОИС, а также при проектировании, реализации и сопровождения информационных процессов и систем, встраиваемых и интегрированных решений на основе различных программно-аппаратных средств. Создан комплекс методик, которые были
применены при решении задач компонентной сборки аппаратно-программных комплексов, имитационно-моделирующих стендов и виртуальных лабораторий, конфигурируемых многокомпонентных модулей, а также при формировании облачных баз
знаний поддержки генерации профилей открытых информационных систем. Разработаны имитационные модели и пакеты программ, применяемые для конфигурирования,
планирования
программно-аппаратного
ресурса
и
структурнофункциональной оптимизации открытых информационных систем.
Основные теоретические и практические результаты работы внедрены и используются в практической деятельности организаций: АО «ФНПЦ «ННИИРТ»
(внедрение методики формирования стандартизированных профилей технических
систем, включающих аппаратное и программное обеспечение, в частности, алгоритмы, на основе которых была создана многоуровневая интегрированная база знаний
онтологического типа, описывающая аппаратно-программную компонентную базу),
ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова» (параметризация компонент диагностической модели многофункциональной бортовой вычислительной системы),
ФНПЦ АО «НПП Полет» (реализация принципов аппаратного самоструктурирования и самоконфигурирования при разработке прикладных алгоритмов реорганизации связных систем, алгоритмической и параметрической настройки бортовой и наземной компоненты), ЦНИИ «Буревестник» (компонентная сборка имитационномоделирующих стендов и макетов для отработки систем управления артиллерийскими комплексами), Пермский ЦНТИ – филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России
(модернизация электронного каталога Единого справочно-информационного фонда
(ЕСИФ) научно-технической информации для повышения эффективности централизованного и универсального анализа документальной информации). Результаты работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВО Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева при подготовке бакалавров и
магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника».
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах
и конференциях: «Применение теории динамических систем в приоритетных направлениях науки и техники» (2й всеросс. конф. г. Ижевск, 2007), «Информационно7
математические технологии в экономике, технике и образовании» (междунар. научн.
конф., г. Екатеринбург, 2007), «Открытые информационные технологии: перспективы развития и внедрения» (росс. научно-практ. конф, Уфа, 2008), «Технологии
Microsoft в теории и практике программирования» (IV всеросс. науч.-практ. конф.
г. Томск, 2009), «Компьютерное моделирование» (междунар., науч.-техн. конф. г.
Санкт-Петербург, 2009) «Имитационное моделирование. Теория и практика.
ИММОД-2009» (всеросс. конф. г. Санкт-Петербург, 2009), «Перспективы развития
информационных технологий» (III междунар. науч.-практ. конф., Новосибирск,
2011), «Интеллектуальные системы»(X междунар. симпозиум «Интеллектуальные
системы», Москва-Вологда, 2012), SAEC 2016 (XIX международная научнопрактическая конференция «Системный анализ в проектировании и управлении», г.
Санкт-Петербург 2016), «Информационные системы и технологии» (междунар. науч.-техн. конф., Нижний Новгород, 2012, 2013, 2014, 2017), «Интелектуальные системы и информационные технологии IS&IT'17,18» (Конгресс, НовороссийскДивноморское 2017,2018), « Информационная поддержка науки и образования: наукометрия и библиометрия»(Первая международная научная конференция, МЦНТИ,
г.Москва, 2017); «Инфотех-2017»( Всероссийская научно-техническая конференция,
г. Севастополь, СГУ); Информационные технологии в науке, управлении, социальной сфере и медицине (IV Международная научная конференция, г. Томск 2017),
«Информационные управляющие системы и технологии» (VII Междунар. научнопракт. конф., ИУСТ-Одесса, 2018), на научном семинаре кафедры «Алгебры, геометрии и дискретной математики» (зав. кафедрой д.ф.-м.н. профессор Кузнецов
М.И.) Института информационных технологий, математики и механики ФГАОУ ВО
«Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет
им. Н.И. Лобачевского» был сделан доклад по теме «Алгебраические аспекты и
структурно-параметрический синтез открытых информационных систем».
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 57
печатных работах, в том числе: двух монографиях, двух учебных пособиях; 18 представлены в научных изданиях, рекомендуемых ВАК; 4 работы представлены в научных изданиях, индексируемых Scopus, 4 свидетельства о регистрации программы
для ЭВМ.
Личный вклад. Все выносимые на защиту результаты и положения, составляющие основное содержание диссертационной работы, разработаны и получены
лично автором или при его непосредственном участии. В большинстве работ, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит определяющая роль при постановке задачи, ее исследовании и получении результатов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 317-ти страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, выводов и заключения, списка
литературы и 6 приложений. Работа содержит 84 рисунка, 29 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности, описываются объект и предмет исследования, средства обеспечения достоверности и обоснованности полученных результатов и выводов, научная новизна и практическая значимость результатов, приведены основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту, а также сведения об апробации, реализации и внедрении результатов работы,
сведения о публикациях. Приведены сведения об объеме и структуре работы.
8
В первой главе (Методологические аспекты проблемы анализа и синтеза
открытых информационных систем) рассмотрены роль и место сформулированной
проблемы в современной науке, а также проведен сравнительный анализ известных
работ, посвященных архитектуре, эталонным и прикладным моделям информационных систем. Проведен анализ современного состояния подходов, концепций, методологий управления требованиями и соответствующими изменениями ИС. Выявлены их основные недостатки. На рис. 1 приведены факторы и атрибуты внешнего и
внутреннего качества информационных систем.
Рассмотрим множество задач E решаемых для достижения целей G.
Для решения задач формируется
множество процессов PE = R(E,P),
где P - универсум процессов, элементы которого имеют входную и
выходную информацию Xp, Yp , исполнителей Mp и механизмы контроля Lp. Каждый процесс может быть
представлен четверкой p=(Xp, Yp, Mp,
Lp). Элементарным процессом будем
считать однозначно интерпретируемое действие pel  P , не требующее
декомпозиции. На основе элементарных процессов могут создаваться сложные, представляющие собой
Рис. 1 – Факторы и атрибуты качества ИС
тройку pc=(PE, W, C ),
где W – множество маршрутов, C – множество условий перехода, определяющих
маршрут wi  W . В общем случае, в состав сложных процессов могут входить другие сложные процессы. Процессы P, ассоциированные с задачами E, можно разбить
на два класса: автоматизируемые и не автоматизируемые P E = P E aut  P E n _ aut . Для
автоматизируемого процесса Paut существуют связанные с ними алгоритмы
P
A aut = R(Paut , A), для которых определены входные и выходные данные Xa, Ya , A –
множество алгоритмов. Элементарным алгоритмом будем считать однозначно интерпретируемую последовательность действий a el  A , не требующую декомпозиции или дополнительного уточнения. Элементарные алгоритмы могут образовывать
P
сложные a paut = (A aut ,W,C) . В общем случае сложные алгоритмы могут входить в состав других сложных алгоритмов. Здесь подчеркнем, что понятие алгоритм применяется исключительно в контексте машинной обработки, т.е. для выполнения алгоритма a p aut , поддерживающего процесс paut, ставится в соответствие программноаппаратный ресурс J
ap
aut
=J
ap
aut
sw
J
ap
aut
hw
, где J
a p aut
sw
– программный и J
a p aut
hw
– аппа-
ap
ратный ресурсы соответственно. Сформированный ресурс J aut находится под
воздействием потока запросов Q, формируемого потребителями ресурса Scl , потока
целей G , а, следовательно, и потоков задач E и процессов P. С учетом известных
9
свойств информации (достоверность, полнота, точность, ценность, своевременность, понятность, доступность, краткость), сформулированы критерии адаптивности ИС:
1. Факт существования выходного отображения не должен зависеть от выбранного
интервала времени, системы целей, задач и приложенной нагрузки
(t i ,t j ],G, E, Q : η((t i ,t j ],  ((t i ,t j ], τ, x, ω)) ,
(1).
где η((t i ,t j ],  ((t i ,t j ], τ, x, ω)) - функция выходного отображения, существующая при
условии, что в начальный момент времени τ ИС находилась в состоянии x  x ( τ ) и
на нее действовало входное воздействие   (G ( τ ), E ( τ ), Q ( τ )) , и что при изменении
 перевод ОИС в новое состояние осуществляется переходной функцией
 ((t i ,t j ], τ, x, ω) .
2. Актуальность выходного отображения: выходное отображение должно быть
сформировано и передано по запросу qt с задержкой, не превышающей значение
критической задержки:
t tcr
qt Q, t (ti , t j ],qt : t  t  y(t  t)
(2).
3. Контролируемость перехода между соседними состояниями системы:
t k  t i , t k  ti  t cr
tk ti tcr
tk ti tcr
,  : Xti  Xtk  : Xti  Xtk
(3).
4. Минимизация стоимости перехода между соседними состояниями системы:
(t ,t  t ]
i
i
i

(t  t
i
nc
k ,t i  t k
n
nX
k 1
p 1
    
t  ( t 0 , t m ] j 1
где n

t
 t ]
 s tjk   t  s tjp   min
(4),
– количество точек, в которых требуется определить конечный вид функции
перехода, n X – количество точек, в которых осуществляется переходный процесс,
nc – количество типов используемых ресурсов, s tjk – объем ресурса типа j, затрачиваемого в ходе переходного процесса на интервале времени t  (t 0 ,t m ] , при котором выполняется переход к k-ой переходной функции, s tjp – объем ресурса типа j,
затрачиваемого в ходе переходного процесса на интервале времени t  (t 0 ,t m ] , при
котором выполняется переход к p-ому состоянию системы, коэффициенты α t , β t –
принимают значение 1, если на интервале времени t используются ресурсы типа j
для выработки переходной функции или для осуществления перехода к новому состоянию системы соответственно.
Показано, что свойства адаптивности ИС согласно положениям (1-4) достижимы, если выполнены следующие условия: а) архитектура ИС стоится на основе
компонентного подхода, б) ИС является открытой системой, в) обладает свойством
воспроизведения интероперабельных структур. Информационные системы, удовлетворяющие условиям а,б,в назовем самоорганизующимися.
Во второй главе (Открытые информационные системы и их анализ) Проведен анализ и выполнена формализация открытой информационной системы как совокупности алгебраических структур. Сформулированы понятия и определения, позволяющие исследовать открытые информационные системы в алгебраическом аспекте.
10
В теории открытых информационных систем в качестве базовых элементов
ОИС принято использовать подсистемы/сервисы/компоненты/модули, представляющие собой блоки (преобразователи информации), обладающие входными/выходными интерфейсами, которые должны быть стандартизированы и поддерживаться системой эталонных и прикладных моделей и спецификаций. Независимо
от масштаба элемента, его можно представить в виде абстрактного блока, обладающего свойствами.
Определение 1. Точка доступа блока – это свойство блока, определяющее направление движения данных.
Точки доступа к блокам могут быть представлены элементами множества A,
причем его элементы могут являться точкой входа a in  Ain , точкой выхода
a out  A out , а также одновременно и точкой входа и точкой выхода a dup  Ain  Aout .
Один блок может обладать двумя и более точками доступа, с которыми связываются
свойства блока.
На множестве свойств P введем отображение P → A, где A – множество точек доступа. Четверка ( b , A b , P b , M ) с отображением P → A, где M – множество способов отображения данных с входного интерфейса a in b на выходной a out b , представляет собой модель абстрактного преобразователя данных (рис. 2а). Стандартизация
свойств блоков выполняется посредством сопоставления каждого элемента множества P элементу множества стандартизированных параметров S , для которых определены доменные ограничения, а также диапазоны значений, определяющие режимы взаимодействия. Элементы множества S регламентируются открытыми
cпецификациями и могут быть разбиты по сортам n : S → D, где D – множество сортов, которое одновременно является множеством индексов доменов. Очевидно, что
свойства двух и более блоков могут отображаться на общий элемент d ∈ D Множество D является результатом прямого декартового произведения элементов нескольких множеств: T (множество базовых типов), R (множество диапазонов), Ptrn (множество морфизмов, определяющих подмножество базового типа).
Определение 2. Стандартизированное свойство (параметр) блока – это
свойство блока, для которого существует композиция f  ( p  s )  ( s  d ) .
В работе выполнен переход от теоретико-множественного описания элементов
ОИС к категорийному описанию (рис. 2б).
Морфизмы f B и f D являются проекциями свойств на абстрактные блоки и домены, причем очевидно, что в общем случае две проекции могут содержать одинаковые элементарные свойства. Если пересечение двух проекций f B не пусто и при
этом элементарные свойства, входящие в пересечение, отображаются на точки доступа разных типов, то два блока обладают способностью к обмену данными.
Определение 3. Обобщенное свойство блока – это такое подмножество элементарных свойств блока, которое может быть интерпретировано.
Обобщенные свойства, определяющие способность блоков к обмену данными,
могут интерпретироваться как обобщенные интерфейсы и вводятся для удобства
описания их представления системой элементарных свойств.
Утверждение 1. Отображения   и   являются сюръекциями, а   и   –
инъекциями.
D
B
D
B
11
Следствие. Множество D может быть использовано в качестве комплекта
элементов порождающей алгебры интерфейсов.
а)
б)
Рис. 2 – Представление элементов ОИС: а) теоретико-множественное; б) категорийное
Определение 4. Обобщенный интерфейс (О-интерфейс) блока – пара стандартизированных свойств блоков, домены которых имеют попарно равные проекции D  T , D  R, D  Ptrn , причем
 ( f A ( p1 )  )  ( f ( p2 )  )  ( f ( p2 )  )  ( f A ( p1 )  ) ,

in
Aout
 
Ain
out

где p1 и p2 – первый и второй элемент пары.
Из определения следует, что элемент, образующий интерфейс, должен обладать хотя бы одной проекцией на множество точек входа и одной – на множество
точек выхода. Это означает существование хотя бы одного блока-источника данных
и одного блока-приемника, между которыми возможен обмен данными в формате,
определяемом доменом свойства p.
На рис. 3 представлена коммутативная диаграмма, на которой введены
f A : P  A in , f A : P  A out , где Ain , Aout  A . Каждое свойство p ∈ P является
in
out
результатом проекции фактор-множества P /  A
того, с точкой доступа какого типа оно связано.
in
или P /  Aout , в зависимости от
Рис. 3 – Определение интерфейса через фактор-множество
12
Любое элементарное стандартизированное свойство блока может быть представлено проекциями на точки доступа блоков и единственной проекцией на домен,
что позволяет формализовать понятие интерфейса как проекций элементов множества P
Утверждение 2. Любой О-интерфейс является элементом множества
D /  T , R , Ptrn , но не любой элемент множества D /  T , R , Ptrn является О-интерфейсом.
Будем говорить о множестве доменов как о комплекте элементов, выступающем в качестве алфавита. Введем множество  символов операций над D , таких
что   ,  : T  T , где T – терм, который строится по следующим правилам порождающей алгебры: а) [( d , in b ), ( d , out b )]
или [( d , out b ), ( d , in b )] , где
k
l
k
l
d  D , in b , out b  A является термом; б) v – прямое декартово произведение термов,
vd является термом; в)  – взятие проекции первого элемента пары, vd является
термом. Построение О-интерфейсов по предлагаемым правилам порождающей алгебры может быть представлен в виде нескольких шагов.
На первом шаге формируется декартово произведение пар элементов [(домен,
точка доступа вход); (домен, точка доступа выход)] и их цепочек.
Для
цепочек,
формирующих
входной
интерфейс
блока
bk:
[[( d 1 , in b ), ( d 1 , out )], [( d 2 , in b ), ( d 2 , out )],...[( d n , in b ), ( d n , out )]] , выходной интерфейс блока bk: [[( d 1 , out b ), ( d 1 , in )], [( d 2 , out b ), ( d 2 , in )],...[( d m , out b ), ( d m , in )]]
На втором шаге выполняется взятие проекции первого элемента каждой пары, связанной с доменом, который определяет коммуникационные свойства блоков,
т.е. для цепочек входных интерфейсов имеем:
[[( d 1 , in bk ), ( d 1 , out )], [( d 2 , in bk ), ( d 2 , out )],...[( d n , in bk ), ( d n , out )]]  [ d 1 , d 2 ,... d n , in bk ] ,
а для цепочек выходных интерфейсов – соответственно:
[[( d1 , out b k ), ( d1 , in )], [( d 2 , out b k ), ( d 2 , in )],...[( d n , out b k ), ( d n , in )]]  [ d1 , d 2 ,... d n , out b k ]
Предложенная порождающая алгебра гарантирует, что при построении новых
термов (обобщенных интерфейсов), не произойдет выход за пределы множества доменов. Введем морфизм, отображающий точку доступа блока на интерфейс:
 : AB  I .
Утверждение 3. Два блока b i , b j  B являются совместимыми, если
Ab , Ab : ( AIb   AOb  )  ( AOb   AIb  ) .
k
k
k
k
i
j
i
j
k
i
k
j
Определение 5. Компонент – это блок, для которого определены Оинтерфейсы.
На рис. 4 представлена универсальная конструкция, основанная на известной
категории SET, представляющая собой функциональный шаблон, позволяющий перейти на уровень представления элементов открытых информационных систем, без
необходимости использовать их детализацию по свойствам, доменам и интерфейсам. Построенная универсальная конструкция Component является результатом: а)
перехода к фактор-множествам, построенным на основе выявленных эквивалентностей свойств по точкам доступа блоков и доменам, б) применения порождающей алгебры, основанной на элементах множества D как на элементах базового алфавита, а
также правилах построения термов. Компонент может быть представлен тройкой
13
in
out
– множества параметров, определяющих входной и вы( P in , P out , M ) , где P , P
ходной интерфейсы компонента, M – отображения значений параметров входного
интерфейса на параметры выходного.
Рис. 4 – Универсальная конструкция «Component»
Введем операцию одноуровневого сопряжения компонентов, определенную на множестве C :  : (C  C )  C . Поскольку компонент определяется тройкой
( P in , P out , M ) , то операция  может быть переписана следующим образом:
(ci  c j )  ( P in i , P out i , M i ) ( P in j , P out j , M j )  ( P in i , P out j , M i  M j ) . Результатом операции
сопряжения является компонент, у которого входной интерфейс совпадает с входным интерфейсом первого операнда, а выходной – с выходным интерфейсом второго операнда. Результирующее отображение может быть представлено композицией
отображений первого и второго компонентов. Полученная структура по определению является компонентом, а следовательно операция сопряжения является замкнутой относительно множества C. Если два компонента не обладают способностью
обмена данными, то результатом операции сопряжения является пустой элемент,
которым дополняется множество C, т.е.  c i , c j  C : ( c i  c j )    C . Также очевидно, что операция сопряжения ассоциативна: ( c i  c j )  c k  c i  ( c j  c k ) .
Отсюда следует, что операция сопряжения на множестве компонентов ( C ,  )
образует полугруппу. Для каждого элемента множества компонент существует нейтральный элемент. Для c j  ( P in j , P out j , M j ) нейтральный элемент определяется
следующим образом: ce  ( Pin , e  P in j  P out j , Pout , e  P in j  P out j , Pin ,e , j  Pout ,e , j ) .
Нейтральный элемент представляет собой ретранслятор данных без преобразования и является компонентом, у которого входной интерфейс представляет собой
объединение входных/выходных интерфейсов, а морфизмом является попарное отображение входов на соответствующие выходы (рис. 5а). Для обратного элемента
1
1
должно выполняться условие: (c j  c j )  ce , (c j  c j )  ce т.е. в результатом сопряжения двух элементов является нейтральный элемент или ретранслятор. Тогда
обратным компонентом будет компонент, выполняющий обратное преобразование
1
1
данных c j  ( P in j , P out j , M j )  c j  ( P out j , P in j , M j ) (рис. 5б).
Определение 6. n-компонентная структура – это многокомпонентная структура, содержащая n компонентов, включая все источники, приемники и преобразователи информации.
14
Введена операция межуровневого сопряжения компонентов (сопряжение
компонентов с фильтрацией или просто фильтрация)  : ( C   C  )  C   C  , где
C   C – базовое (фильтруемое) множество компонентов, C   C – фильтрующее
множество компонентов.
а)
б)
Рис. 5 – а) Нейтральный элемент; б) Обратный элемент.
Таким образом, любой компонент c ∈ C может являться либо фильтрующим,
либо фильтруемым для каждой выбранной пары подмножеств ( C  k  C  k ), C  k  C ,
C  k  C , что позволяет сформулировать свойство независимости результата опера


ции от перестановки фильтров: c   c   c  ( c   c  ) c  ( c   c ) c  . Кроме того,   c   c      . Операция многоуровневого сопряжения или фильтрации
может быть определена для многокомпонентных структур следующим образом:

( c  i c  j )  (( c1 ,... c m )  , (( c1 , c q ),...( c k , c l ))  ) , где (c1 ,...c m ) – подмножество компоi
j
i
j
j
i
нент комплексного компонента | c  i | m ; ((c1 , cq ),...(ck , cl )) – множество связей совместимости компонентов.
Во второй главе была построена модель ОИС на основе алгебраических структур, обеспечившая систему базовых элементов и преобразований, которые позволили ввести универсальную конструкцию "Component". Построенное на ее основе
множество компонентов с операциями сопряжения и межуровневого сопряжения с
фильтрацией представляет собой алгебру построения многокомпонентных интероперабельных структур.
Полученные в главе 2 результаты частично публикованы в работах [9,16,52].
В третьей главе (Техническая самоорганизация открытых информационных
систем. Концепция. Принципы.) сформулированы принципы технической самоорганизации открытых информационных систем.
Предложенная во второй главе алгебра позволяет рассматривать открытые
информационные системы с позиций теории самоорганизации диссипативных
структур (ДС), которые были впервые введены в работах И. Пригожина2. Диссипативная структура определяется как открытая система, устойчивое состояние которой
возникает в неравновесной среде при условии рассеивания энергии, поступающей
извне, т.е. ДС должна иметь приток энергии и вещества от внешней среды и в процессе их преобразования выходить из текущего устойчивого состояния, проявляя
2
Николис, Г. Самоорганизация в неравновесных системах. От диссипативных структур к упорядоченности через
флуктуации [Текст]: Монография / Г. Николис, И. Пригожин – М.:Наука, 1979. – 512 c.
15
новые виды структуры, и попадать в одно из новых устойчивых состояний. Внешняя
среда является неравновесной, поскольку воздействует на ДС непредсказуемо, вынуждая ДС адаптироваться и эволюционировать, а это, в свою очередь, требует
внутренней реструктуризации.
Концепция технической самоорганизации открытых информационных
систем основывается на предположении о существовании информационных процессов между ОИС и внешней средой, способных переводить ОИС между равновесными состояниями, в которых ОИС удовлетворяет системе требований и ограничений.
При этом внешняя среда может быть определена как неравновесная информационная среда, а ОИС представляется диссипативной структурой S, являющейся элементом метасистемы Σ = (S, Ω ext , Λ, I) , в которой возникает управляющий информационный процесс I, между, Ω ext и Λ, где Ω ext – гетерогенный источник внешнего воздействия и Λ – человеко-машинная система. В результате процесса I формируются информационный и материальный потоки, приводящие к новым структурам в системе S и структурной целостности и эффективности ОИС вдали от положения равновесия.
В работе доказаны утверждения, согласно которым ОИС представляет собой
класс систем, в которых возникают необратимые процессы, связанные с изменениями целей, задач, требований и ограничений прикладных областей.
Проведено исследование переходных процессов, переводящих ОИС между
равновесными состояниями, в которых она функционирует в условиях требований и
ограничений, определяемых управляющим информационным процессом внешней
среды. Поскольку переходные процессы могут быть инициированы внешней средой,
и в общем случае характер и моменты их возникновения непредсказуемы, то можно
говорить о существовании точек, в которых поведение ОИС заранее не известно и
не может быть воспроизведено на основе последовательности предшествующих
стационарных состояний. В этих точках ОИС становится неустойчивой относительно изменений системы целей, задач, требований и ограничений предметной области,
а сами точки являются точками бифуркации, что подтверждает аналогию с диссипативными структурами. В табл. 1 представлены основные виды бифуркаций ОИС.
Таблица 1. Виды бифуркации
№
Наименование
Обоснование
1 Стратегическая
aP
(G, E, P E , A PEaut , J aut )
 (G ' , E ' , P ' E , A 'P E , J
'aP
aut
)
Обусловлена внешним воздействием со стороны Ω ext .
Изменения затрагивают в первую очередь G,E, а также
все множества, определяющие состояние X.
aut
2 Нагрузочная
J
aP
aut
J
' aP
aut
3 Интеграционная
(A, J
16
aP
aut
)  (A , J
'
'
aP
aut
)
Обусловлена изменением нагрузки Q. При этом выполняется переход к новой конфигурации ресурса, которая
определяет общее состояние X. Это связано с изменением количественных характеристик ресурса и с внутренними связями между отдельными типами ресурсов
Обусловлена возникновением интеграционных процессов, в ходе которых происходит объединение подмножеств двух и более ОИС.
Согласно концепции технической самоорганизации ОИС должна быть способна принимать внешний поступающий управляющий информационный поток и
осуществлять реорганизацию своей структуры с целью перехода в новое устойчивое
состояние, удовлетворяющее новым требованиям и ограничениям внешней неравновесной среды. Кроме того, для осуществления переходных процессов ОИС должна обладать необходимым ресурсом.
В рамках концепции технической самоорганизации были сформулированы цели и принципы их достижения (табл. 2).
Таблица 2. Цели концепции технической самоорганизации ОИС и принципы их достижения
№
1
2
3
Цель
Реализующий
принцип
Обеспечение
Принцип
расширяемосамоструктусти ОИС по рирования
многокомпонентным
структурам
Обеспечение
Принцип
интероперасамодиагнобельности
стики
ОИС
Обеспечение
Принцип
масштабируе- самоконфигумости
ОИС рирования
как совокупности ресурсов
Краткая характеристика, связь с критериями адаптивности, связь с алгебраической структурой
ОИС должна быть расширяема а) по преобразователям информации, представленным в компонентной форме; б) по многокомпонентным структурам
и способна к внутренней реструктуризации.
Критерии адаптивности (1-4), алгебраическая
структура ( C ,  )
ОИС должна осуществлять сопряжение своих преобразователей информации в условиях требований
и ограничений внешней среды, которые должны
быть представлены в компонентной форме и обладать способностью быть встроенными в структуру
ОИС. Критерием адаптивности (3), алгебраической структурой (C , ,  )
Процесс планирования ресурса ОИС должен быть
адаптивен к нагрузке, связанной с объемом данных о блоках и их свойствах, стандартизируемых
параметрах и их доменах, количеством новых экземпляров структур и связей между ними каждого
уровня иерархии. Критерии адаптивности (3,4)
Принцип самоструктурирования представлен следующими положениями:
 целевая открытая информационная система описывается посредством преобразователей информационных потоков, представленных в форме компонентов,
обладающих стандартизированными интерфейсами, а также информационными связями между ними, в форме правил сопряжения через их интерфейсы;
 отдельные аспекты поведения ОИС на разных уровнях описываются в виде
совокупности параметров, режимов, определяемых комбинациями параметров
и диапазонами их значений;
 процесс формирования многокомпонентных структур является иерархическим, причем каждый уровень иерархии: а) уровень блочного представления и
стандартизации; б)уровень компонентного представления; в)уровень представления многокомпонентными структурами описывается базовым набором
типов объектов и семантическими связями между ними;
 переход к следующему уровню выполняется на основе системы фактов и аксиом, определяющих локальные связи между структурами текущего уровня;
17
 расширяемость системы обеспечивается построенной универсальной конст-
рукцией «Component», к которой сводятся преобразователи информации;
 за счет стандартизированных интерфейсов обеспечивается автоматическое построение многокомпонентных структур.
Принцип самодиагностики представлен следующими положениями:
 все интерфейсы компонентов делятся на две группы: фильтрующие и не
фильтрующие. Компоненты могут содержать интерфейса как одного, так и
двух типов. В общем случае компонент является фильтрующим и/или фильтруемым по отношению к разным компонентам;
 информационные процессы, требования и ограничения внешней среды должны быть представлены в унифицированной компонентой форме, что обеспечивает их встраивание в структуру ОИС;
 все компоненты ОИС относятся к одному из трех вариантов: информационный процесс, преобразователь информации, требование/ограничение внешней
среды;
 компоненты требований/ограничений являются фильтрующими по отношению к компонентам информационных процессов и преобразователей информации. Компоненты информационных процессов являются фильтрующими по
отношению к компонентам преобразователей информации.
Принцип самоконфигурирования представлен следующими положениями:
 введены три типа объектов: источники ресурсов, потребители ресурсов, поставщики ресурсов: источник ресурсов моделирует программно-аппаратный
сервис, используемый для обработки запросов потребителей, потребитель ресурса моделирует вычислительный процесс, связанный с формированием многокомпонентных интероперабельных структур, поставщик ресурса моделирует коммуникационную среду, связывающую потребителей с источниками ресурсов;
 в процессе планирования ресурсов потребители могут принимать решение о
добавлении или уничтожении источников ресурсов, т.е. происходит самоорганизация ресурса;
 целевой ресурс для обработки процессов формирования многокомпонентных
интероперабельных структур представим аттрактором.
Также в главе описаны особенности реализации сформулированных принципов на основе онтологических каркасов, недетерминированных автоматов.
Полученные в главе 3 результаты частично публикованы в работах
[14,19,41,42,50,53].
В четвертой главе (Структурно-параметрический синтез открытых информационных систем) предложен обобщенный метод синтеза многокомпонентных
интероперабельных структур, реализующий принципы технической самоорганизации ОИС, основанный на онтологическом представлении стандартизированных
компонентов, их интерфейсов и формируемых цепочек совместимых компонентов.
Показано, что синтез МИС может быть сведен к задаче управления взаимодействующими процессами для организации распределенной обработки онтологии как
разделяемого ресурса. Предложена система событий, представленная в виде недетерминированных автоматов, позволяющая формализовать и реализовать алгоритмы
управления многопроцессной системой синтеза МИС.
18
На (рис. 6) представлен обобщенный алгоритм синтеза многокомпонентных интероперабельных структур и целевой открытой информационной системы.
Реализация принципов технической самоорганизации ОИС основывается на предложенном обобщенном методе синтеза многокомпонентных интероперабельных
структур, включающем систему онтологических каркасов и недетерминированные
автоматы, формализующие событийную модель обработки онтологических аксиом.
Рис. 6 – Обобщенный алгоритм синтеза многокомпонентных интероперабельных
Реализация принципа самоструктурирования
На рис. 7 представлен фрагмент семантической модели, иллюстрирующий
применение онтологического каркаса регистрации и стандартизации блоков. Для
простоты рассматривается множество, состоящее из четырех блоков b1 ...b4 , каждый
из которых обладает двумя свойствами с определенными доменами.
Рис. 7 – Регистрация и стандартизация блоков и свойств
19
В табл. 3 описаны основные концепты, роли, аксиомы регистрации и стандартизации блоков. В результате стандартизации между свойством и его базовым блоком появляется свойство hasSTProp (свойство было сопоставлено с параметром спецификации, и поэтому оно стандартизировано).
Таблица 3. Концепты, роли, аксиомы регистрации и стандартизации блоков
№
пп
1
2
3
Формула
4
hasProp (b new , pib )
5
specificated ( pib , p spec
)
q
6
7
d new
hasDomain ( p spec
, d kss tan dard )
q
8
hasSTProp (b new , pib )
9
hasDomain ( p ib
10
новый домен определяется k-ым доменом спецификации s
аксиома осуществления стандартизации блоков и свойств
specificat ed ( pib , p spec )  hasDomain ( p spec , d ks tan dard ) 
11
Комментарий
b new
p1b
new
,..., p nb
new
new
in(bnew, pib ) ,
out ( b new , p ib
new
)
new
new
new
new
new
новый блок
новое свойство нового блока
связь i-го свойства блока с точкой доступа блока типа
вход/выход
свойство pib принадлежит блоку b new
i-ое свойство нового блока определяется q-ым параметром s-ой спецификации
новая область определения свойства блока
q-ый параметр s-ой спецификации определен на k-ом
домене спецификации s
new
, d new )
обозначение факта, что свойство pib блока b new является стандартизированным
i-ое свойство нового блока определено на новом домене
specificat ed ( d new , d ks tan dard )
new
q
b new
i
hasDomain( p
,d
new
q
)  specificated (d
new
new
, d ks tan dard )  hasSTProp (b new , pib )
На следующем уровне выполняется переход от блоков с доменными ограничения по
входу и выходу к компонентам и их интерфейсам (рис. 8).
Рис. 8 – Синтез интерфейсов и компонентов
20
Домен, привязанный к точке входа/выхода, отображается на интерфейс лишь в
том случае, если через связанную с ним точку доступа существует канал обмена
данными между двумя и более блоками.
Для каждого блока, у которого хотя бы один домен был преобразован в интерфейс, формируется объект компонент c. На основании связывающих интерфейсов синтезируется роль compatible, отражающая связь-сопряжение между компонентами через интерфейсы. Роль compatible отражает направление передачи сигналов/данных/информации от выходного интерфейса одного компонента к входному
интерфейсу другого, причем для выполнения запросов к такой структуре нет необходимости в детальном описании слоя интерфейсов и доменов.
В табл. 4 описаны некоторые концепты, роли, аксиомы формирования интерфейсов и компонентов на основе стандартизированных блоков и их свойств.
Таблица 4. Концепты, роли, аксиомы формирования интерфейсов и компонентов
№
пп
1
Формула
Комментарий
in (b new , d pi )
домен d pi связан с точкой доступа типа вход/выход
нового блока b new
блок b new поддерживает домен d pi
новый интерфейс itrf new связан с точкой доступа
out (b new , d pi )
2
3
hasDomain (b new , d pi )
in ( c new
, itrf
i
out
( c new
j
new
, itrf
)
new
типа вход/выход нового компонента c new
)
i
4
based ( c new
, bi )
i
новый компонент
5
compatible ( ci , c j )
компонент c i сопряжен с компонентом c j в направ-
c new
i
основывается на блоке bi
лении от c i к c j
6
аксиомы ассоциации доменов с блоками
а) out (b new , p ib )  hasDomain ( p ib , d p )  out (b new , d p )  hasDomain (b new , d p
б) in (b new , p ib )  hasDomain ( p ib , d p )  in (b new , d p )  hasDomain (b new , d p )
new
new
new
new
i
i
i
i
i
)
i
аксиомы синтеза интерфейсов и компонентов
b
а)
b
in(bi , dkbi )  out(b j , dq j )  specificated(dkbi , d s )  specificated(dq j , d s ) 
new
specificated(itrf new, d s )  in(cinew, itrf new )  out(c new
)  based(cinew, bi )  based(c new
, bj )
j
j , itrf
b
б)
b
in(bi , d kbi )  out(bi , d q j )  specificated (d kbi , d s )  specificated(d q j , d s ) 
specificated (itrf new , d s )  in(c new
, itrf new )  out(cinew , itrf new )  based(c new
, bi )
i
i
аксиомы сопряжения компонентов
а) in (ci , itrf )  out (c j , itrf )  compatible (ci , c j )
б) in(ci , itrf )  out (ci , itrf )  compatible(ci , ci )
Синтез n-компонентных структур осуществляется посредством поиска подструктур построенной структуры compatible-связности компонентов (рис. 9).
В табл. 5 описаны некоторые концепты, роли, аксиомы формирования интерфейсов и компонентов на основе стандартизированных блоков и их свойств.
21
Рис. 9 – Синтез многокомпонентных структур
Синтез целевой МИС описывается независимой системой событий, представленной автоматными моделями: а) регистрации, стандартизации блоков и свойств
(рис. 10); б) синтеза интерфейсов и компонентов; в) синтеза многокомпонентных
структур, подробное описание которых приводится в полном тексте диссертации.
Таблица 5. Концепты, роли, аксиомы формирования многокомпонентных структур
№
пп
1
Формула
Комментарий
hasDetailComponent (cir , c rj 1 )
i-ый компонент на r-ом уровне иерархии связан
с j-ым компонентом на r-1 уровне иерархии.
2
аксиома формирования компонента на r-ом уровне иерархии, связей его с компонентами r-1 уровня и их интерфейсами
compatible ( c ir 1 , c rj 1 )  in ( c ir 1 , itrf i )  out ( c rj 1 , itrf j ) 
hasDetailC omponent ( c kr , c ir 1 )  hasDetailC omponent ( c kr , c rj 1 )  in ( c kr , itrf i )  out ( c kr , itrf j )
Рассмотрим подробнее НДА регистрации, стандартизации блоков и их свойств
и синтеза доменов. В начальный момент времени автомат обладает активными со
бытиями ожидания поступления данных о блоках и свойствах q . Индекс i в обозначении состояния является идентификатором ожидающего процесса. Если в этом состоянии автомат на входе получает вектор данных о компоненте (о свойствах блоков), то он переходит к нескольким событиям: 1. Событие Reg связано с синтезом
индивидов, а также с формированием роли, соединяющие точки доступа блока со
свойствами. 2. Событие W p связано с активизацией следующего потока в очереди
i
22
потоков (Если существуют свободные потоки); 3. Событие Wbuff связано с буферизацией входящих запросов (Если все потоки выполняют алгоритмическую обработку
онтологии, нет ожидающих).
По завершению регистрации свойств компонент i-ым потоком автомат переходит к событию St, связанному с поиском блока sp спецификации. Также событие может быть инициировано в результате
пользовательского
ввода данных о части спецификации, содержащей описание необходимых параметров,
ограничений и правил интерпретации. На выходе передается индекс потока, завершившего регистрацию свойств. Далее
инициируется событие DS синтеза доменов стандартизироРис. 10 – НДА регистрации и стандартизации блоков
ванных параметров, из которои их свойств.
го автомат может вернуться к
событию Reg, если на входе наблюдается значение буфера заявок > 0 или к событию
W p , если буфер пуст. При этом, в случае пустого буфера, автомат сбрасывает собыi
тие W buff . Другие НДА используются на этапах синтеза интерфейсов и многокомпонентных структур. В табл. 6 представлены некоторые функции переходов и выходов
НДА.
Построены НДА синтеза интерфейсов, компонентов, а также многокомпонентных структур, подробное описание которых приводится в полном тексте диссертации.
Таблица 6. Функции переходов и выходов НДА регистрации, стандартизации
блоков и свойств
№
пп
1
2

x1 : q new При
Функция
перехода
Результат функции
выхода
поступлении заявки y1 : n  n  1

(данных о блоках и свойствах q new ) Корректируется значение количества ожидающих процессов в очереди.

x2 : q new При поступлении заявки
(данных о блоках и свойствах q new )
Возвращается дескриптор i занятого процесс;
x3 : endRe g
y3 : b new ; p1b ,..., p nb ; has Pr op (b new , pib );
При завершении регистрации блока
и свойств
in (b new , pib ); out (b new , pib ), i
Возвращается новый блок, связанные с ним
свойства, а также связь свойств с точками
доступа блока, дескриптор занятого процесса

3
y2 : i
new
new
new
new
new
23
4
y 4 : hasST Pr op (b new , p1b ,..., p nb ), i
При завершении стандартизации Создается роль, связывающая блок со станблока и свойств
дартизированным свойством
5
x5 : end Ds ; | qbuff | 0
new
x4 : end St
new
new
y 5 :| q buff || q buff |  1, hasDomain ( p ib , d new )
При завершении формирования домена и если в буфере есть заявка
Уменьшается длина очереди заявок, формируется новый домен и связь его с соответствующим свойством блока
6
x6 : end Ds ; | qbuff | 0
y6 : n  n  1, i
При завершении формирования до- Увеличиваем на единицу число процессов,
ожидающих заявку, передаем дескриптор осмена и если в буфере нет заявок
вобождающегося процесса
7

y7 : q new; | qbuff | 1

x7 : q new ; n  0
При поступлении заявки (данных о Передаем заявку в очередь заявок, устанавли
блоках и свойствах q new ), при этом ваем длину буфера заявок на 1
все процессы заняты обработкой
предыдущих заявок
8

x8 : q new
9
При поступлении заявки (данных о Увеличиваем длину буфера заявок на 1

блоках и свойствах q new )
x7 :| qbuff | 0
y 7 :| qbuff || qbuff | 1
Если в после изъятия заявки из буфера в буфере нет заявок
Реализация принципа самодиагностики
Пусть C  C – n-компонентная структура, построенная на основе информационного процесса; C R  C – n-компонентная структура, построенная на основе
требований/ограничений; C M  C n-компонентная структура, построенная на основе преобразователей данных, тогда возможны следующие операции межуровневого сопряжения:  : (C M  C I )  C M ,  : (C I  C R )  C I ,  : (C M  C R )  C M (рис. 11а).
I
а)
б)
Рис. 11 – Синтез n-компонентных структур
24
Интероперабельная
структура
является
отображением
вида:
((cM cI ) cR )  cM CM  C . Фильтрующие компоненты могут быть встроены в
структуру системы как и компоненты преобразователей данных.
Синтез МИС заключается в применении операции межуровневого сопряжения
компонентов, в результате которого происходит формирование F-compatible связанных компонентов (рис. 11б).
В табл. 7 описаны некоторые концепты, роли, аксиомы формирования интерфейсов и компонентов на основе стандартизированных блоков и их свойств.
F-compatible связанность позволяет выделить из многокомпонентных структур
подструктуры, удовлетворяющие интерфейсным ограничениям компонентовфильтров. Таким образом, в результате формируются многокомпонентные структуры, функционирующие в условиях требований/ограничений предметной области,
представленных в компонентной форме.
Таблица 7.Концепты, роли, аксиомы формирования многокомпонентных интероперабельных структур
№ пп
Формула
1
in(cj , itrf F )
out ( c i , itrf
F
)
Комментарий
F
фильтрующий интерфейс itrf связан с точкой доступа ти-

па вход фильтруемого компонента c j ;
фильтрующий интерфейс itrf F связан с точкой доступа ти
2
3
па выход фильтрующего компонента c i
Fcompatii-ый фильтрующий компонент сопряжен с j-ым фильтруе

мым компонентом (фильтрующий компонент может быть
ble (ci , c j )
требованием/ограничением), фильтруемый компонент может быть преобразователем данных
аксиомы фильтрующего сопряжения компонентов
in(cj , itrf F )  out(ci , itrf F )  Fcompatible(ci , cj )
Реализация принципа самоконфигурирования
Согласно сформулированному принципу самоконфигурирования выделим источники, потребителей и поставщиков ресурсов:
 источник ресурсов обладает параметром, значение которого определяет уровень загруженности источника (интерпретация параметра: концентрация феромона, определяющего степень привлекательности источника для поставщиков);
 источник ресурсов обладает параметром, значение которого определяет частоту обращений к источнику со стороны поставщиков (интерпретация параметра: энергия, поддерживающая источник в активном состоянии, при падении
уровня энергии ниже критического источник ресурса уничтожается);
 потребитель ресурса обладает параметром, значение которого определяет качество обслуживания (интерпретация параметра: уровень ресурсного голодания, вызванного отказами и задержками в обслуживании, в случае высокого
уровня голода у нескольких потребителей, они могут образовать формировать
новые источники ресурса);
25
 поставщик ресурса обладает параметром, значение которого характеризует
интервалы задержки поставщика на источнике ресурсов (интерпретация параметра: уровень неудовлетворенности обслуживанием на источниках ресурсов,
в случае высокого уровня неудовлетворенности поставщика, он переходит к
следующему наиболее привлекательному источнику ресурсов).
Все ресурсы могут быть разделены на две группы: пространственные и временные.
Потребители существуют за счет ресурсов, для получения которых они формируют запрос и пересылают его со своим поставщиком. Запрос включает требова
q
d

q
t
ния к пространственным R , временным R ресурсам, а также время потребления
ресурсов в монопольном режиме. Поставщики ориентируются в пространстве источников с помощью выделяемых ими феромонов. При попадании на сервер агент
уменьшает объем пространственного ресурса согласно требованиям Rd  Rd  q r .
Потребление временного ресурса в общем случае определяется дополнительными
параметрами источника. Все поставщики, запрашивающие временной ресурс, разделяются источником на приоритетные группы. Приоритет определяет квант времени
потребления ресурса типа Rt и зависит от таких характеристик как оплата ресурсов

клиентом, тип запроса (краткосрочный, долгосрочный) и от других: P ( S , TQ , OP ) ,
где S – размер оплаты ресурсов клиентом; TQ – тип запроса агента; OP – вектор
параметров, характерных при планировании обслуживания источником.
В табл. 8 приведены основные виды взаимодействия между источниками, потребителями и поставщиками ресурсов. Предложенный обобщенный метод синтеза
открытых информационных систем, включающий реализацию принципов технической самоорганизации открытых ОИС, является основой для создания алгоритмического комплекса структурно-параметрического синтеза ОИС.
d

Таблица 8.Основные виды взаимодействия между источниками, потребителями и поставщиками ресурсов
№ Виды взаимоФормула
действия
1 Увеличение/
  1  
Sinc ( x)  a *  
 d 
уменьшение
(b*xc ) 
1 e
 

концентрации
феромона ис- S ( x)  a *   1   d 
  1  e(b*xc)  
точника
ре- dec
 

сурсов
2 Концентрация
феромона
привлекательности
временного
ресурса
26
Cr (t  1, p)  Cr (t )  S dec   pi   vC
 i1 

Краткая характеристика
a, b, c, d – параметры, позволяющие
гибко настроить вид зависимости.
Величина загрузки равна сумме при-
m
r
оритетов
m

i 1
p i поставщиков, кото-
рые обслуживаются источником.
Разные источники могут обладать
разной скоростью испарения феромона vCr .
3 Изменение
уровня энергии источника
Уменьшение уровня энергии со вре-

E j t  1  E j t   vE j VR 
 
E j  E j  E


m
 E R  0, если  R k  R A
t
t
m
 E R  E A , если  R k  R A
t
4 Уровень
сурсного
лодания
рего-
k 1
t



gh t 1, b, t   gh t    * T



g h  t  1, b, t  


g h t    (T ) *  * T  S inc n 
 (  T )  1 , если  T   T crit
(T)  SincT ,
еслиT  Tcrit


ния энергии j-го источника.
Передача энергии от поставщиков
источнику ресурсов, объем которой
определяется параметром E A . В слу-
R
k 1

менем. vE j VR  – скорость измене-
чае, если поставщик не может получить ресурс в требуемом объеме, то
энергия источнику не передается.
Каждая заявка должна быть реализована в течение интервала времени
T для i - го агента. В начальном состоянии клиент обладает концентрацией активного вещества голода gh0.
В момент отправки агента концентрация вещества увеличивается на
величину  *  T . Если агент возвращается в течение требуемого периода времени, то уровень гормона
голода понижается на величину
f (  T ) . В противном случае эта величина уменьшается за счет  , причем коэффициент определен на интервале [0;1] и стремится к 0 с ростом T .  (  T ),  – параметры, определяющие величину изменения
концентрация активного вещества.
Полученные в главе 4 результаты частично публикованы в работах [1113,17,38,39,45].
В пятой главе (Практическая реализация результатов работы) предложена
обобщенная методика блочно-иерархической организации ОИС, а также комплекс
прикладных методик компонентного синтеза ОИС.
Обобщенная методика блочно-иерархической организации ОИС
Основная идея методики состоит в унифицированном блочном представлении
информационных процессов, программных и аппаратных модулей программного
кода, а также конструктивных, электрических/оптических, информационных ограничений как элементов информационных систем, обладающих интерфейсами. В ходе семантического моделирования каждый блок дополняется системой элементарных свойств, на основе которых формируются обобщенные свойства, определяющие
поведение и интерфейсы блока (рис. 12).
Предлагаемая методика может быть использована в качестве базовой при построении прикладных методик для решения следующих задач:
 создание высокодетализированных цифровых моделей сложных систем;
 унификация базы ресурсов предприятия;
27


проектирование единых информационных пространств на уровне предприятия,
группы предприятий, отрасли, на межотраслевом уровне;
синтез структуры информационных систем, определяющих физическую,
конструктивную, электро-оптическую и информационную совместимость
компонент, а также их интероперабельность.
Рис. 12 – Проверка совместимости и интероперабельности компонент
Методика компонентной сборки Web-приложений
Предложены этапы информационных преобразований процесса компонентной
сборки Web-приложений, осуществляемых системами: формализации входного воздействия SF, формирования семантической сети процессов и компонент (SSN), формирования компонентной модели Web-приложения (SM). Представлена общая схема
системы управления компонентной сборкой, в которой существо систем SF,SSN, SM
28
раскрывается через подсистемы первичного анализа и форматирования данных,
подсистемы управления хранилищем данных о процессах и компонентах, а также
подсистем, формирующих компонентный состав M Web-приложения. Предложена
модель, которая описывает: а) индивидуальные свойства процессов и компонент
Web-приложений; б) иерархии процессов ("целое"-"часть"); в)комбинации процессов, которые были успешно применены при разработке Web-приложений; г) компоненты, реализующие процессы и взаимодействующие друг с другом посредством
множества интерфейсов.
Для описания компонент введены два класса: C - компонент и I - интерфейс.
Каждый компонент определяется свойствами hasName, версией hasVer, идентификатором разработчика hasDev_id, фрагментом кода, для конфигурационных файлов
систем сборки проектов hasConfig_code и ссылкой на ресурс, на котором компонент
физически расположен. В единой структуре формализованы 2 типа межкомпонентных связей: а) зависимость (hasDependency); б) совместимость по внешним интерфейсам (hasExtInterface).
Каждый интерфейс описывается следующими свойствами: уникальным идентификатором hasI_id, ссылкой на открытую спецификацию hasSpec_link.
Компонент рассматривается в контексте процесса как механизм IDEF0. Для формализации
связи «Процесс-Компонент» введено свойство hasMechComponent. Один процесс
может реализовываться несколькими компонентами, каждый из которых поддерживает один и более интерфейсов На рис. 13 представлен фрагмент модели
компонентов
Webприложения. Компоненты
являются
интероперабельными, если они поддерживают один и тот же
интерфейс I, причем возможны следующие варианты: а) если интерфейс I
для одного компонента
является входным, а для
другого - выходным; б)
Рис. 13 – Фрагмент модели компонентов Web-приложения
если существует цепочка
интероперабельных компонент, сопрягающих интерфейсы целевых компонент через
свои интерфейсы.
Методика компонентного синтеза средств защиты бортовой электроники
В процессе проектирования систем бортовой электроники (БЭ) приходится
решать вопросы обеспечения конструктивной, электронной, информационной совместимости с другими компонентами космических аппаратов.
Была поставлена задача, которая заключается в разработке компонентного
представления средств защиты бортовой электроники от ионизирующего излучения
различной природы, а также создания их семантической модели. Каждый компонент
БЭ и источников ионизирующего излучения дополняется интерфейсами, посредством которых сопрягается с компонентами защиты и компонентами-источниками из29
лучения. Интерфейсы, как обобщенные свойства компонент, синтезируются на основании анализа выявленных элементарных свойств, таких как уровни накопленной,
поглощенной, допустимой дозы ионизирующего излучения. На рис. 14 приведена
зависимость (проекция) получаемой дозы ионизирующего излучения от высоты орбиты и толщины защиты за год. Оценка стойкости бортовой электроники, основана
на расчете частоты сбоев микросхем за счет действия заряженных частиц космического пространства и частоты возникновения возможных катастрофических отказов.
Полученная проекция может быть представлена блоками:
1) ионизирующее излучение, связанное с накоплением радиационной дозы за
год;
2) элементы защиты, понижающей уровень передаваемой радиации;
3) микросхемы, с известными допустимыми характеристиками приема дозы
радиации не влияющей на ее функционирование.
Рис. 14 – Проекция накопленной дозы от высоты орбиты и толщины защиты за год
Блок ионизирующего излучения включает встроенные компоненты, описывающие две группы орбит, каждая из которых обладает свойствами минимальной
hmin и максимальной hmax высоты, а также минимальной dmin и максимальной dmax дозы накапливаемой радиации за год. Рассмотрим орбиту шириной 3556 км, на которой можно определить взаимодействие с компонентом защиты бортовой электроники через интерфейс, включающий два основных параметра, один из которых задан
линейной функцией, а второй — плотностью защитного слоя, характеризующей
степень искажения диапазона дозы накапливаемой радиации (рис. 15) – верхняя
часть рисунка 14. Компонент защиты характеризуется тем, что обладает как минимум одной парой входного и выходного интерфейсов с одинаковым составом
свойств, но разными диапазонами значений и является компонентом сопряжения
микросхемы и орбиты ионизирующего излучения, и корректирует диапазон значений параметров интерфейса, определяющих накапливаемую дозу радиации за год.
I, II, III, IV, V - номера выделенных компонентов защиты бортовой электроники
Рис. 15 – Исследуемая орбита ионизирующего излучения
30
Для выбранной орбиты ионизирующего излучения были выделены пять компонентов защиты, отмеченные на рис. 15 римскими цифрами, каждый из которых, в
свою очередь, определяется интервалами значений плотности защитной примеси.
На рис. 16 приведен фрагмент семантической сети, описывающей синтез интерфейса, обеспечивающего радиационную совместимость орбиты ИИ с интегральными схемами, включающий взаимодействие микросхем 1645РУ5У и 1645РТ2У с
компонентом ОИ через компонент защиты №4.
Ионизирующее
излучение
Бортовая
электроника
Компонент
защиты
Является
частным
случаем
Является
частным
случаем
Радиационное
излучение
Является
Внутренним
Компонентом
(Композиция)
1645РУ5У
Совместимые
Объекты
1645РТ2У
Обладает
элементарными
свойствами
Верхняя группа
орбит
радиационного
излучения
Является
Внутренним
Компонентом
(Композиция)
dminБЭ = 0
dmaxБЭ = 1,3* 106
Компонент
защиты IV
Обладает
элементарными
свойствами
dminБЭ = 0
dmaxБЭ = 105
Имеет
Интерфейс
И
Является
частным
случаем
Защищенный
Компонент
dminЗ = 0; dmaxЗ =107
hminОИ = 32444
hmaxОИ = 36000
a = -27353,84615
b = 59797,8462
min = 0,87; max = 1
И
Орбита
радиационного
излучения
Свойства и компоненты,
определенные аналитиком
Обладает
элементарными
свойствами
dminОИ = 106
dmaxОИ = 107
hminОИ = 32444
hmaxОИ = 36000
Синтезированные свойства
и компоненты
И
Синтезированные
интерфейсы
Рис. 16 – Схема синтеза интерфейса, обеспечивающего радиационную совместимость орбиты
ИИ с интегральными схемами
Перечень решенных прикладных задач, подтвержденный актами о внедрении,
приведен в табл. 9.
На основании внедренных методик были построены базы знаний онтологического типа, применявшиеся при решении задач компонентной сборки базовых прототипов: а) Web-приложений; б) проектов имитационно-моделирующих стендов. В
31
табл. 10 приведены оценки показателей процесса компонентной сборки с применением предложенных методик и баз знаний.
Таблица 9. Внедрение результатов диссертационной работы
№
1
2
3
4
5
6
32
Отрасль
Росатом
Организация
(НИИ, НПО,
НПП и т.д.)
ФГУП "ФНПЦ
НИИИС им. Ю.Е.
Седакова"
(г. Н. Новгород)
ФНПЦ АО "НПП
Полет" (г. Н.
Новгород)
Задача
параметризация компонент диагностической
модели многофункциональной бортовой вычислительной системы (х/д №16/2371 от
26.09.2016)
Связь
реализация принципов аппаратного самоконфигурирования и самопрофилирования
(самоструктурирования) при разработке
прикладных алгоритмов реорганизации
связных систем, алгоритмической и параметрической настройки бортовой и наземной
компонент
Машиностроение ЦНИИ Буревест- компонентная
сборка
имитационноник
моделирующих стендов и макетов для отра(г. Н. Новгород)
ботки систем управления артиллерийских
комплексов
Радиоэлектроника АО "ФНПЦ
методика формирования стандартизирован"ННИИРТ"
ных профилей технических систем, вклю(г. Н. Новгород)
чающих аппаратное и программное обеспечение, в частности, алгоритмы, на основе которых была создана многоуровневая интегрированная база знаний онтологического
типа, описывающая аппаратно-программную
компонентную базу
НТИ
Пермский центр
модернизация электронного каталога ЕдиноНТИ филиал
го
справочно-информационного
фонда
ФГБУ "РЭА"
(ЕСИФ) научно-технической информации
Минэнерго Росдля повышения эффективности централизосии
ванного и универсального анализа докумен(г. Пермь)
тальной информации
Наука и образо- ФГБОУ ВО НиПри создании научно-исследовательской лавание
жегородский гоборатории "Диагностические и информацисударственный
онно-поисковые системы" ФГБОУ ВО Нитехнический уни- жегородского государственного техническоверситет им. Р.Е. го университета им. Р.Е. Алексеева (г. НижАлексеева
ний Новгород).
(г. Н. Новгород)
В учебном процессе ФГБОУ ВО Нижегородского государственного технического
университета им. Р.Е. Алексеева при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Информатика и вычислительная техника» (г. Нижний Новгород).
Таким образом, среднее время подготовки/изменения компонентной структуры
базового прототипа а) Web-приложения сократится в 20,2 / 40,4 раз; б) проектов
имитационно-моделирующих стендов сократится в 265,7 / 330,7 раз. При этом разовые затраты на подготовку предварительного справочника компонентов окупятся
при подготовке а) 28 прототипов Web-приложений; б) 2 проекта имитационномоделирующих стендов. В перспективе создание единого информационного пространства для решения задач компонентной сборки сложных кроссплатформенных
систем позволит снизить риски стартапов и сократить проектные затраты разработчиков встраиваемых систем и интегрированных комплексных технических решений.
Таблица 10. Оценки показателей процесса компонентной сборки
Задачи
Показатели
Время подготовки компонентной структуры прототипа с помощью существующих методик, мес.
Время изменения компонентной структуры прототипа с помощью существующих методик, мес.
Время, затрачиваемое на подготовку предварительного справочника компонентов производителями компонентов, мес.
Время, затрачиваемое на подготовку новой системы требований/ограничений, час.
Время поиска многокомпонентных ранее неизвестных
интероперабельных структур, час.
ранее обнаруженных
Время реорганизации многокомпонентных интероперабельных
структур, час.
Общее
компонентной сборки прототипа с помощью
время
предлагаемого комплекса методик, час.
компонентной пересборки прототипа с помощью предлагаемого комплекса методик, час.
а
б
0.25-1
3-6
0.5 - 3
4-8
4-6
2-8
0.2-0.3
0.4-2
0.05 - 0.1
0.2-0.3
0.3-1
2.05 - 8.3
2.05 - 8.4
2.2 - 8.3
2.3 - 9
Было проведено экспериментальное исследование зависимости числа альтернативных вариантов интероперабельных структур от числа фильтрующих интерфейсов, в результате которого установлено, что при решении прикладных задач (Табл.
3) существуют компоненты, поддерживающие [5; 8] фильтрующих интерфейсов, ограничивающие синтезирующие [2; 17] альтернативных конфигураций.
Полученные в главе 5 результаты частично публикованы в работах
[7,8,10,15,18,20-22,30,31,47].
В заключении диссертации приведены основные результаты и выводы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Сформулированы принципы технической самоорганизации ОИС в том
числе: а) принцип самоструктурирования (обеспечение расширяемости ОИС по
многокомпонентным интероперабельным структурам), б) принцип самоконфигурирования (планирование и диспетчеризация ресурса при допущении о неограниченном ресурсе и представлении оптимального ресурса в виде аттрактора, обеспечение масштабируемости ОИС), в) принцип самодиагностики (представлением
критериев эффективности структурными элементами ОИС, обеспечение интеропе33
рабельности ОИС). Концепция и принципы технической самоорганизации обеспечивают основные свойства открытости информационных систем.
2. Модель открытой информационной системы на основе алгебраических
структур. Введена и теоретически обоснована универсальная конструкция "Component" (Компонент), а также операции одноуровневого и многоуровневого (фильтрующего) сопряжения компонентов.
3. Предложена методология структурно-параметрического синтеза ОИС, позволяющая с единых позиций развивать и совершенствовать прикладные методы
решения задач синтеза интерфейсов, как обобщенных свойств компонент информационных систем, воспроизведения интероперабельных структур, компонентной
сборки открытых информационных систем. Предложенная методология отличается
возможностью синтеза открытых информационных систем, обладающих свойствами
адаптивности за счет встраиваемых механизмов воспроизведения интероперабельных структур.
4. Предложен и теоретически обоснован обобщенный метод синтеза многокомпонентных интероперабельных структур, который отличается онтологическим
представлением интерфейсов, компонентов ОИС, а также системой событий в виде
конечного недетерминированного автомата, позволивший формализовать и реализовать распределенные алгоритмы управления многопроцессной системой синтеза
ОИС и существенно увеличить размерность решаемой задачи.
5. Построен алгоритмический комплекс формирования интерфейсов, компонентов, многокомпонентных интероперабельных структур и конфигурирования ресурса, обеспечивающий компонентную сборку, интерфейсную и алгоритмическую
настройку ОИС, а также обобщенная и прикладные методики компонентного синтеза ОИС, которые были успешно внедрены на ряде предприятий таких отраслей как
Связь, РосАтом, Машиностроение, Радиоэлектроника, НТИ, Наука и Образование.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ
Публикации в изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ:
1. Жевнерчук, Д.В. Методика построения адекватных имитационных моделей
сложных дискретных систем [Текст] / Д.В. Жевнерчук, И.Н. Ефимов, С.С. Кензин //
Вестник ИжГТУ. – Ижевск. – 2007. – №1. – С. 18-22.
2. Жевнерчук, Д.В. Открытый инструмент проведения дистанционного имитационного эксперимента [Текст] /Д.В. Жевнерчук, А.В. Николаев // Вестник ИжГТУ. –
Ижевск. – 2008. – №2. – С. 103-108.
3. Жевнерчук, Д.В. Система планирования оптимального функционирования программно-аппаратного комплекса [Текст] /Д.В. Жевнерчук, А.В. Николаев// Вестник
ИжГТУ. – Ижевск. – 2009. – №3. – С. 131-135.
4. Жевнерчук, Д.В. Web 2.0 среда моделирования динамических систем [Текст] /
Д.В. Жевнерчук, А.В. Аристов // Программные продукты и системы. Москва-Тверь.
– 2011. – №2. – С. 16-19.
5. Жевнерчук, Д.В. Моделирование трафика открытой информационной системы с
трансляцией GUI в потоковом виде [Текст]/ Д.В. Жевнерчук // Инфокоммуникационные технологии. – Самара. 2011. – №4 – С. 46 – 52.
6. Жевнерчук, Д.В. Моделирование нагрузки на сервер трансляции GUI в потоковом виде [Текст] /Д.В. Жевнерчук, А.А. Сергачев, Д.Н. Моисеев // Системы управления и информационные технологии. – Воронеж. – 2011. – №4(46) – С. 50-53.
34
7. Жевнерчук, Д.В. Методика моделирования нагрузки на сервер в открытых систе-
мах облачных вычислений [Текст] / Д.В. Жевнерчук, А.В. Николаев // Информатика
и ее применения. – Москва. – 2012. – т. 6, вып. 2 – С. 99–106.
8. Жевнерчук, Д.В. Программный генератор трафика пользователей ресурса виртуальных лабораторий [Текст] / Д.В. Жевнерчук, А.В. Николаев // Программные продукты и системы. – Москва-Тверь. – 2012. – №3– С. 31–38.
9. Жевнерчук, Д.В. Информационное обеспечение поддержки семантической интероперабельности [Текст] / Д.В. Жевнерчук, В.В. Магафуров// Информационные технологии и вычислительные системы. – Москва. – 2012. – №4 – C. 16-21.
10. Жевнерчук, Д.В. Web-онтологии окружения открытой системы поддержки диалоговых сервисов [Текст]/ Д.В. Жевнерчук, А.В. Аристов, В.Л. Чепкасов // Системы
управления и информационные технологии. – Воронеж. 2013. – №3(53). – С. 50-55.
11. Жевнерчук, Д.В. Мультиагентная среда исследования алгоритмов балансировки
нагрузки в гетерогенных информационных системах [Текст] / Д.В. Жевнерчук, В.Л.
Чепкасов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – Н.
Новгород. 2014. – №1. – С.280-287.
12. Жевнерчук, Д.В. Онтологический каркас поддержки профилирования вычислительных систем [Текст] / Д.В. Жевнерчук // Системы управления и информационные
технологии. – Воронеж. 2014.– №2.1 (56). – С. 187-190.
13. Жевнерчук, Д.В. Моделирование процессов самоорганизации распределенных
пространственно-временных ресурсов в открытых вычислительных системах
[Текст] / Д.В. Жевнерчук // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – Н. Новгород. – 2014. – № 2(1). – С.218-222.
14. Жевнерчук, Д.В. Применение методов теории самоорганизации в задачах управления профилированием и конфигурированием вычислительных систем [Текст] /
В.В.Кондратьев, Д.В. Жевнерчук // Доклады академии наук. – 2014. – т. 459. – №4. –
С. 409-412.
15. Жевнерчук, Д.В. Открытая вычислительная платформа обеспечения интероперабельности объектов военной сферы / В.В.Кондратьев, Д.В. Жевнерчук // Оборонный
комплекс научно-техническому прогрессу России. – 2015. – № 1. – С. 1-7.
16. Жевнерчук, Д.В. Синтез открытых информационных систем с использованием
алгебраических структур как моделей / Л.С.Ломакина, Д.В. Жевнерчук // Фундаментальные исследования. – 2017. – № 10. – с. 29-33.
17. Жевнерчук, Д.В. Модели стандартизированного профиля открытых информационных систем на основе онтологического каркаса / Д.В.Жевнерчук, А.В.Аристов,
А.С. Захаров // Системы управления и информационные технологии. – Воронеж. –
2017. – №4(70). – С. 83-87.
18. Жевнерчук, Д.В., Захаров А.С. Семантическое моделирование генераторов программного кода распределенных автоматизированных систем / Д.В.Жевнерчук, А.С.
Захаров // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – Н.Новгород. – 2018. – №1. – С. 23-31.
Публикации в изданиях, индексируемых в международных базах данных
(Web of Science и Scopus)
19. Zhevnerchuk, D.V. Application of Methods of Self Organization Theory to Problems
of Profiling and Configuring Computational Systems / V.V.Kondrat'ev, D.V. Zhevnerchuk
// Doklady Mathematics. – 2014. – Vol. 90, No. 3. – P. 788-790.
35
20. Zhevnerchuk, D.V. Text structures synthesis on the basis of their system-forming cha-
racteristics [Text] / L.S.Lomakina, A.S.Surkova, D.V.Zhevnerchuk, I.D. Chernobaev // IV
International Research Conference "Information Technologies in Science, Management,
Social Sphere and Medicine". Advances in Computer Science Research (ACSR). – 2017. –
vol.72. – P. 108-113.
21. Zhevnerchuk, D.V. Semantic modeling of the program code generators for distributed
automated systems [Text] / D.V.Zhevnerchuk, A.S.Zakharov, L.S.Lomakina, A.S.Surkova
// IV International Research Conference "Information Technologies in Science, Management, Social Sphere and Medicine". Advances in Computer Science Research (ACSR). –
2017. – vol. 72. – P. 266-270.
22. Zhevnerchuk, D.V. Semantic modeling and structural synthesis of onboard electronics
protection means as open information system [Text] / D.V.Zhevnerchuk, A.S.Surkova,
L.S.Lomakina, A.V.Golubev // Journal of Physics: Conference Series. – Volume 1015. –
Issue 3. – article id. 032157 (2018). doi :10.1088/1742-6596/1015/3/032157.
Монографии и учебные пособия
23. Жевнерчук, Д.В. Методика проектирования имитационных моделей [Текст]: монография / Д.В. Жевнерчук. – Екатеринбург. – 2006. – 139 с.
24. Жевнерчук, Д. В. Открытые виртуальные исследовательские пространства. Аналитический обзор [Текст]: монография / Д.В. Жевнерчук, А.В. Николаев, И.Н. Ефимов, С.Ж. Козлова. – Екатеринбург. – 2008. – 83 с.
25. Жевнерчук, Д.В. Открытые виртуальные исследовательские пространства. Технология построения [Текст]: учеб. пособие /Д.В. Жевнерчук, А.В. Николаев, И.Н.
Ефимов, С.Ж. Козлова. – Н.Новгород: Изд-во. Нижегородского гос. унив. им. Н.И.
Лобачевского. – 2008. – 203 с. (гриф ГОУ ВПО МГТУ имени Н.Э. Баумана).
26. Жевнерчук, Д.В. Семантическое моделирование открытых информационных систем [Текст]: учеб. пособие / Д.В. Жевнерчук, Л.С. Ломакина, А.С. Суркова. –
Н.Новгород: Изд-во. Нижегородского гос. техн. унив. Им. Р.Е. Алексеева. – 2018. –
144 с.
Публикации в других изданиях, трудах и материалах конференций
27. Жевнерчук, Д.В. ER-модель среды имитационного моделирования [Текст]/ И.Н.
Ефимов, Д.В. Жевнерчук // Интеллектуальные системы в производстве. – Ижевск. –
2005. – №2. – С. 92-98.
28. Жевнерчук, Д.В. Механизм настройки системных событий и условий с помощью
DSQL в процессно-ориентированной реляционной среде имитационного моделирования [Текст]/ И.Н. Ефимов, Д.В. Жевнерчук// Интеллектуальные системы в производстве. Ижевск, 2006. – №2.– С. 121-126.
29. Жевнерчук, Д.В. Представление фактов состояний очередей и функционирования
устройств обслуживания с помощью OLAP структур [Текст]/ Д.В. Жевнерчук, И.Н.
Ефимов // Научная жизнь. – М.: Изд-во «Наука». – 2006. – №6. – С. 22-27.
30. Жевнерчук, Д.В. Методика построения модели открытого виртуального исследовательского пространства [Текст] / Д.В. Жевнерчук, А.В. Николаев // Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании: Сб. тезисов
междунар. науч. конф. – Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2007. – С. 232-233.
31. Жевнерчук, Д.В. Технология web-сервисов в интеграции виртуальных лабораторий [Текст]/ Д.В Жевнерчук, А.В. Николаев // Открытые информационные техноло36
гии: перспективы развития и внедрения: Сб. мат. российской. науч.- практич. конф.
– Уфа: Изд-во Восточный университет, 2008. – C. 236-240.
32. Жевнерчук, Д.В. Открытый справочник моделей динамических систем [Текст]
/Д.В. Жевнерчук, А.В. Аристов, Ю.В. Герасимов // Компьютерное моделирование
2009: Сб. трудов международной научно-технической конференции – СанктПетербург: Изд-во Политехнического университета, 2009. – С.193-200.
33. Жевнерчук, Д.В. OLAP – основа виртуального аналитико-ориентированного пространства систем [Текст] /Д.В. Жевнерчук // Технологии Microsoft в теории и практике программирования: Сб. трудов VI всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – С.
150-152.
34. Жевнерчук, Д.В. Структурная оптимизация программно-аппаратного комплекса
виртуальных лабораторий с применением методов имитационного моделирования и
нечеткой логики [Текст]/ Д.В. Жевнерчук, В.В. Девятков, А.В. Николаев // Имитационное моделирование. Теория и практика. ИММОД-2009: Сб. докладов всероссийской научно-практической конференции. – СПб., 2009. – С. 246-251.
35. Жевнерчук, Д.В. Прикладные программы как основа информационного обеспечения Web 3.0/ Д.В. Жевнерчук, А.В. Аристов// Перспективы развития информационных технологий: сб. материалов III международной научно-практической конференции. – Новосибирск. – 2011. – С. 195-200.
36. Жевнерчук, Д.В. Семантическая интероперабельность в диалоговых информационных системах [Текст]/ Д.В. Жевнерчук, А.В. Аристов, Ю.В. Герасимов// Труды
Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.
Н. Новгород. – 2012. – №2 (95). – С. 76–83.
37. Жевнерчук, Д.В. Открытая сервис-ориентированная платформа для интеграции
информационных систем [Текст] / Д.В. Жевнерчук // Материалы XVIII Междунар.
научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» (ИСТ2012). – Н Новгород. – 2012. – С. 117-119
38. Жевнерчук, Д.В. Мультиагентная модель открытой информационной системы
[Текст]/ Д.В. Жевнерчук // Сб. трудов десятого международного симпозиума «Интеллектуальные системы» (INTELS’2012). – Москва-Вологда. – 2012. – С. 240–243.
39. Жевнерчук, Д.В. Моделирование процессов формирования и предоставления однородного динамического ресурса в открытых вычислительных систем [Текст] /Д.В.
Жевнерчук // Материалы XIX Междунар. научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» (ИСТ-2013). – Н Новгород – 2013. – С. 225.
40. Жевнерчук, Д.В. Модель интерфейса командной строки (CLI) [Текст] /Д.В. Жевнерчук, В.В. Магафуров // Материалы XIX Междунар. научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» (ИСТ-2013). – Н Новгород –
2013. – С. 226.
41. Жевнерчук, Д.В. Исследование интероперабельности систем мониторинга вычислительных процессов и ресурсов [Текст] / Д.В. Жевнерчук, П.А. Родионов, А.С.
Захаров// Труды Нижегородского государственного технического университета им.
Р.Е. Алексеева: Нижний Новгород: Изд-во НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2014. – №1
(103). – С. 66–73.
42. Жевнерчук, Д.В. Поддержка жизненного цикла вычислительных систем как диссипативный процесс [Текст] /Д.В. Жевнерчук// Материалы XX Междунар. научно37
технической конференции «Информационные системы и технологии» (ИСТ-2014). –
Н Новгород. – 2014. – С. 218-219.
43. Жевнерчук, Д.В. Методика самотестирования исполняемого кода [Текст]/ Д.В.
Жевнерчук, П.А. Родионов, А.С. Захаров // Материалы XX Междунар. научнотехнической конференции «Информационные системы и технологии» (ИСТ-2014). –
Н Новгород. – 2014. – С. 220.
44. Жевнерчук Д.В. Многоцелевая интернет система управления нормативной документацией и ее приложения для решения задач компетентностного моделирования //
Материалы Всероссийской научно-методической конференции «Инновационные
технологии в образовательной деятельности». – Н Новгород. – 2016. – С. 18-26.
45. Жевнерчук, Д.В. Средства интеллектуальной поддержки компонентной сборки
открытых информационных систем на основе иерархического автомата и мультиагентной системы / А.В. Аристов, Д.В. Жевнерчук //Сборник научных трудов XX
Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении». – СПб. – 2016. – С. 346-352.
46. Жевнерчук, Д.В. Моделирование адаптивных графических интерфейсов пользователя / Д.В.Жевнерчук, П.С.Кулясов // Материалы XXIII Международной научнотехнической конференции «Информационные системы и технологии» (ИСТ-2017). –
Н Новгород. – 2017. – С. 118-123.
47. Жевнерчук, Д.В. RESTful-сервис обработки текстов / Д.В.Жевнерчук,
А.С.Суркова, Е.В.Цыбульская, И.Д Чернобаев // Материалы XXIII Международной
научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» (ИСТ2017). – Н Новгород. – 2017. – С. 348-352.
48. Жевнерчук, Д.В. Обеспечение информационной безопасности при создании автоматизированных систем анализа и обработки текстов / Л.С.Ломакина,
Д.В.Жевнерчук, А.С.Суркова // Сборник статей всероссийской научно-технической
конференции «Информационные технологии и информационная безопасность в
науке, технике и образовании» (ИНФОТЕХ – 2017). – Севастополь. – 2017 г. – С.6970.
49. Жевнерчук, Д.В. Синтез текстовых структур на основе их системообразующих
характеристик / Л.С.Ломакина, А.С.Суркова, Д.В.Жевнерчук, И.Д.Чернобаев //
Сборник трудов IV Международной научной конференции «Информационные технологии в науке, управлении, социальной сфере и медицине». – Томск. – 2017. –
Часть 1. – С. 135-137.
50. Жевнерчук, Д.В. Принципы технической самоорганизации и структурнопараметрический синтез открытых информационных систем / Д.В.Жевнерчук //
Труды Конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям
«IS&IT’17». 2017. Т.2. – С. 167-175.
51. Жевнерчук, Д.В. Открытая система обработки текстов в наукометрии и библиометрии / Л.С.Ломакина, А.С.Суркова, Д.В.Жевнерчук, О.С.Рассадин // Информация
и инновации. – М. – 2018. – №1. – С.34-38.
52. Жевнерчук, Д.В. Алгебраические аспекты и структурно-параметрический синтез
открытых информационных систем / Д.В.Жевнерчук, Л.С.Ломакина // Труды Конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям
«IS&IT’18». 2018. Т.2. – с. 133-141.
38
53. Жевнерчук, Д.В. Проблемы открытых информационных систем. Пути их реше-
ния / Л.С.Ломакина, Д.В.Жевнерчук, А.С.Захаров // Труды VII Междунар. научнопракт. конф. «Информационные управляющие системы и технологии». – ИУСТ. –
Одесса. – 2018. – С.93-96.
Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ
54. Жевнерчук, Д.В. Система имитации распределенного вычислительного ресурса /
Д.В. Жевнерчук // Свидетельство о государственной регистрации программы для
ЭВМ № 2014615434; дата регистрации в Реестре программ для ЭВМ 27.05.2014.
55. Жевнерчук, Д.В. Открытая система поддержки диалоговых сервисов в Web /
Д.В.Жевнерчук, В.Л.Чепкасов, А.В. Аристов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014615446; дата регистрации в Реестре программ для ЭВМ 27.05.2014.
56. Жевнерчук, Д.В. Открытый программный комплекс самотестирования вычислительных процессов / Д.В.Жевнерчук, П.А.Родионов, А.С.Захаров, Д.А. Лопатин //
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014617751.
дата регистрации в Реестре программ для ЭВМ 01.08.2014.
57. Жевнерчук, Д.В. Программа синтеза моделей аппаратных ресурсов микросервисов / Д.В.Жевнерчук, О.С. Рассадин Свидетельство о государственной регистрации
программы для ЭВМ № 2018616006. дата регистрации в Реестре программ для ЭВМ
21.05.2018.





В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат:
в[1-4, 6-8,11,27-30, 32, 40, 45 ] – постановка задачи, разработка имитационных
моделей, интерпретация результатов;
в[9, 10, 14, 17, 19, 53] – постановка задачи, разработка концептуальных положений, моделей, алгоритмов;
в[18, 21, 22, 31, 34-36, 41, 43, 46 ] – постановка задачи, формализация, модификация обобщенных методик к различным предметным областям;
в[47-50] – разработка прикладных решений;
в[53] – разработка теоретических положений, формализация.
Список сокращений
БЭ – бортовая электроника
ДС – диссипативная структура
ИС – информационная система
МИС – многокомпонентная интероперабельная структура
НДА – недетерминированный конечный автомат
ОИС – открытая информационная система
39
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа