Технология управления гетерогенными системами обработки информации

Описаны подходы к интеграции и оптимизации гетерогенных распределенных систем 
обработки информации. Рассмотрена методология, включающая не только технологии 
объединения таких систем в единое информационное пространство, но и методы оптимального управления техническими и программными ресурсами объединенной системы.

О.А. Антамошкин

ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ 
ГЕТЕРОГЕННЫМИ СИСТЕМАМИ  
ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

О.А. Антамошкин
ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫМИ СИСТЕМАМИ   
ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
О.А. Антамошкин 
 
 
ТЕХНОЛОГИЯ  УПРАВЛЕНИЯ 
ГЕТЕРОГЕННЫМИ  СИСТЕМАМИ  
ОБРАБОТКИ  ИНФОРМАЦИИ 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2017 

ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫМИ СИСТЕМАМИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 

 

УДК 004.6 
ББК 32.81 
А720 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
И.В. Ковалев, доктор технических наук, ректор Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева; 
С.А. Качанов, доктор технических наук, профессор, заместитель начальника Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России (федеральный центр 
науки и высоких технологий), генеральный конструктор АИУС РСЧС 
 
 
 
Антамошкин, О.А. 
А720  
Технология управления гетерогенными системами обработки 
информации : монография / О.А. Антамошкин. – Красноярск : Сиб. 
федер. ун-т, 2017. – 238 с. 
ISBN 978-5-7638-3566-3 
 
 

Описаны подходы к интеграции и оптимизации гетерогенных распреде
ленных систем обработки информации. Рассмотрена методология, включающая 
не только технологии объединения таких систем в единое информационное пространство, но и методы оптимального управления техническими и программными ресурсами объединенной системы. 

Предназначена для специалистов в области системного анализа и про
граммной инженерии, а также может быть рекомендована проектировщикам 
сложных информационных систем. 
 
 
 
 
Электронный вариант издания см.:  
 
 
 
 
УДК 004.6 
http://catalog.sfu-kras.ru   
 
 
 
 
 
ББК 32.81 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-3566-3 
 
 
© Сибирский федеральный университет, 2017 

ВВЕДЕНИЕ 

3 

 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 

 
 
 
Успех в реагировании и предотвращении критических ситуаций  
в значительной мере зависит от наличия необходимой и достаточной информации о состоянии контролируемых объектов и процессов, скорости ее 
преобразования в директивы, планы, проекты и действия. При изучении 
связи управления и информации появляются такие понятия, как информационные системы, автоматизированные системы управления, системы 
управления базами данных и т. д. Принятие эффективных решений проблематично в ситуации, когда имеющихся данных не хватает или они  
неадекватно характеризуют объект, поскольку степень полноты и точности 
имеющихся данных чаще всего определяет эффективность принимаемого 
решения. 
Информация – один из ключевых ресурсов, без которого невозможна 
эффективная деятельность. В теории управления целесообразно применять 
определение информации как совокупности сведений об изменениях, совершающихся в системе и окружающей ее среде, которые уменьшают степень неопределенности наших знаний о конкретном объекте, это обмен сведениями (данными) между людьми, человеком и автоматом, автоматом  
и автоматом. Информация используется как ресурс для исполнения служебных функций, а также как средство служебных коммуникаций, поскольку 
последние осуществляются в процессе передачи различных сведений. Главное то, что информация есть предмет, средство и продукт управленческого 
труда. Действительно ценной является только та информация, которая 
уменьшает неопределенность в конкретной управленческой ситуации. 
Принятие решений с использованием информационно-коммуникационных технологий оказывает существенное влияние на уровень экономической конкурентоспособности и национальной безопасности государства. 
Информационные инфраструктуры государственных учреждений и частных предприятий в основном организованы на базе разрозненных 
платформ, а для соединения сегментов системы используют глобальную 
сеть Интернет, функционирующую на основе стека протоколов TCP/IP  
и широко распространенную по всему миру. Однако данные технологии 
имеют ряд недостатков. Сетевое взаимодействие базируется на алгоритмах 
протоколов различного уровня взаимодействия на основе «жесткой» логи

ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫМИ СИСТЕМАМИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 

4 

ки. Интерфейсы программных платформ не позволяют в должной мере 
распределять технические ресурсы предприятия, а зачастую даже обмен 
данными между ними происходит в ручном режиме, что в конечно итоге 
приводит к возникновению задержек и ошибок. Необходимость оптимизации загрузки каналов связи и вычислительных мощностей в корпоративных вычислительных сетях (в том числе и географически распределенных) 
является одной из приоритетных задач современных IT-технологий. Другим немаловажным аспектом является защита процесса передачи данных. 
Уровень обеспечения информационной безопасности является следствием 
эффективности методов управления трафиком. Для достижения данных 
целей разрабатываются специальные методы управления трафиком вычислительных сетей.  
Показательным примером является структура управления реагированием и предотвращением ЧС, в которую помимо МЧС входят региональные и территориальные центры мониторинга чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в составе соответствующих органов 
управления, сеть наблюдения и лабораторного контроля ГОЧС, единая государственная система экологического мониторинга и прочие структуры. 
Структурная разрозненность порождает гетерогенность ее информационной среды, а принадлежность к разным ведомствам исключает переход  
на единую программную платформу. При этом в контексте эффективных 
решений по прогнозированию и ликвидации ЧС они имеют единую цель  
и схожие требования, предъявляемые к консолидированной информационной системе, которые можно сформулировать как получение максимально 
адекватного представления о ситуации в минимально возможные сроки. 
В результате проведенного анализа предоставления ресурсов в глобальных межведомственных информационных системах выявлено: 
– глобальные межведомственные информационные системы представляют из себя гетерогенные системы, состоящие из подмножества информационных систем, частично связанных информационными потоками. Это не 
позволяет оптимизировать программные и технические ресурсы глобальных 
сетей, что в конечном итоге приводит к недопустимому сроку поставки информации для принятия решений в заданные временные параметры; 
– использование существующих методов распределения ресурсов 
приводит к проблемам отказа в обслуживании конечных пользователей 
или простою вычислительных ресурсов; 
– использование существующих методологий построения гетерогенных межведомственных информационных систем не позволяет глобально 
применять методы распараллеливания процессов. 
Возникает актуальная задача инкапсуляции ресурсов глобальных 
межведомственных информационных систем с целью оптимизации скоро

ВВЕДЕНИЕ 

5 

сти обработки информации для принятия на её основе взвешенных  
решений. 
Объектом проведенного исследования являются гетерогенные распределенные системы обработки информации, предметом исследования – 
технологии их оптимизации. 
Целью исследования является повышение производительности гетерогенных систем обработки информации за счет оптимизации использования распределенных технических и программных ресурсов их компонентов. 
Поставленная цель достигается путем решения следующих задач: 
1) проанализировать класс гетерогенных систем обработки информации и существующие подходы к повышению их производительности; 
2) обосновать целесообразность применения мультиагентного подхода к построению системы управления ресурсами гетерогенных систем 
обработки информации; 
3) построить обобщенную формальную модель гетерогенной системы обработки информации, включающую вычислительные, программные 
и сетевые ресурсы составляющих ее элементов; 
4) в рамках парадигмы мультиагентного подхода построить формальные модели компонентов системы управления ресурсами гетерогенной системы обработки информации; 
5) разработать метод и алгоритмы оптимизации управления утилизацией ресурсов гетерогенной системы обработки информации; 
6) адаптировать методы параллельной обработки данных для их 
применения в мультиагентной системе управления ресурсами гетерогенной системы обработки информации; 
7) классифицировать предложенные модели агентов по функциональности для сокращения времени проектирования мультиагентной системы 
управления ресурсами гетерогенной системы обработки информации; 
8) построить структурную модель мультиагентной системы управления ресурсами гетерогенной системы обработки информации; 
9) программно реализовать и апробировать предложенную технологию в мультиагентной системе управления ресурсами гетерогенной системы обработки информации. 
Результаты исследования расширяют набор эффективных инструментов моделирования и оптимизации информационных управляющих 
систем, дополняют методологию гармонизации гетерогенных информационных систем поддержки принятия решений. Предлагаемые методы оптимизации актуальны в области управления сетевыми и вычислительными 
ресурсами. Кроме того, результаты работы систематизируют знания в области применения алгоритмов параллельной обработки данных для гетерогенных информационных систем. 

ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫМИ СИСТЕМАМИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 

6 

Практическая ценность результатов работы заключается в подготовке и доведении до практической реализации технологии управления гетерогенными системами обработки информации. Методы построения и разработанные программные средства внедрены в практику ряда предприятий  
и организаций. 
Применение результатов работы позволяет повысить интеллектуальный уровень гетерогенных систем и тем самым сократить время на решение задач управления в изменяющейся информационной среде. 
Подготовленный программный комплекс позволяет автоматизировать процесс управления ресурсами гетерогенных систем обработки информации, учесть специфику предметной области и характер решаемых 
задач, сократить затраты на разработку и повысить эффективность использования информационных ресурсов. 
 

1. ГЕТЕРОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 

7 

 
 
 
1. ГЕТЕРОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ  
ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 

 
 
 
Приведем анализ класса гетерогенных систем обработки информации и существующие подходы к повышению их производительности. Определим состав систем как совокупность территориально-распределённых 
аппаратных и программных средств, осуществляющих обмен информацией различными средствами и информационными языками. Рассмотрим 
подходы к их построению и проектированию.  
Сосредоточим внимание на распределенных системах обработки 
информации, для которых характерно функционирование в гетерогенной 
информационной среде, под которой понимается множество территориально-распределенных источников и приемников информации, осуществляющих информационный обмен посредством различных информационных языков, обеспечивающих соответствующие уровни и подуровни 
взаимодействия открытых систем. Будем называть эти источники и приемники АИО. 
Вместе с тем, современные КИС (SAP, Baan, PeopleSoft, Oracle, 
iRenaissance, «1С: Предприятие») в основном автоматизируют массовые 
рутинные операции, которые могут составлять до 80 % трудозатрат в КС.  
Автоматизация процессов принятия решений остается наиболее наукоемкой и сложной задачей, как с технической, так и с организационной 
точек зрения: разработанные эффективные алгоритмы поддержки принятия решений часто не могут быть внедрены из-за неразвитости корпоративной информационной структуры. Это видно на примере рассматриваемой информационной системы управления реагированием и предотвращением ЧС. Структура ее неоднородна и динамична вследствие сложности 
подчинения и разделения зон ответственности.  
РСЧС строится по территориально-производственному принципу, 
включает в себя территориальные и функциональные подсистемы и имеет 
пять уровней: федеральный, региональный, территориальный, местный  
и объектовый. Ее структура показана на рис. 1. 
 

ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫМИ СИСТЕМАМИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 

8 

 
 
Рис. 1. Единая государственная система предупреждения и ликвидации 
чрезвычайных ситуаций 
 
АИУС РСЧС построена как территориально распределенная система 
расположенных по всей стране региональных, республиканских, краевых, 
областных информационно-управляющих центров, городских и районных 
абонентских пунктов, объединенных государственными и ведомственными 

Финансовые 
и материальные 
резервы 

1. ГЕТЕРОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 

9 

каналами связи и передачи данных (рис. 2). Такая структура обеспечивает 
возможность управления действиями в чрезвычайных ситуациях на уровне 
республик, краев, областей, городов и районов Российской Федерации,  
не исключая возможности рационального сочетания централизованного  
и децентрализованного управления. 
 
 

 
 
Рис. 2. Функциональная схема АИУС РСЧС