Методы оптимального управления качеством сервиса информационных систем в открытых сетях

В настоящее время наиболее динамично развивающимся направлением компьютерной индустрии являются телекоммуникации. Развитие аппаратных и программных средств, предназначенных для передачи данных, сделало использование глобальных компьютерных сетей доступным практически каждому. Наиболее популярной и доступной глобальной сетью в данный момент является сеть Internet [83]. Существующая как сообщество независимых организаций, Internet получила широкое распространение по всему миру. На базе этой сети существуют серьезные корпоративные решения, обеспечивающие работу организаций, нуждающихся в оперативном доступе к информации из любой точки земного шара. Помимо решений, ориентированных на узкий круг специалистов, Internet содержит много информации, доступной всем ее пользователям. Но то, что сейчас представлено в сети, является лишь незначительной частью огромного количества информации, накопленного за время существования компьютерной индустрии и обслуживаемого в данный момент информационными системами, не предназначенными для работы в сетевом окружении (в дальнейшем будет использоваться термин legacy systems — унаследованные системы [6,71]). Одной из наиболее существенных проблем, значительно замедляющих процесс интеграции подобных систем в мировое информационное пространство, является недостаточная проработка методологии обеспечения качества предоставляемых информационной системой сервисов при работе в открытых сетях. Действительно, в большинстве случаев недостаточно просто расширить функциональность уже существующей системы с целью предоставить пользователям сети доступ к имеющимся сервисам, а необходимо также обеспечить удаленному пользователю качество обслуживания, сравнимое с качеством, гарантированным локальному 5 пользователю. Под обеспечением качества предоставляемых сервисов в данном контексте следует, прежде всего, понимать возможность конечного пользователя в любой момент времени обращаться к сервисам информационной системы и возможность получения ответа системы в течение заранее заданного временного интервала. Несмотря на огромное количество технологий разработки Internet систем, в настоящее время нет общего подхода к решению проблем, связанных с обеспечением качества сервиса информационных систем в открытых сетях, как нет и четкой формализации понятия «качество сервиса». Устоявшиеся стандарты в этой области [4,5,9,11,28,41,83] не уделяют достаточно внимания этому вопросу. Такое положение дел вынуждает разработчиков искать собственные решения, что влечет за собой появление различных, плохо сочетаемых друг с другом подходов, затрудняющих интеграцию систем в единое информационное пространство.

Актуальность работы состоит в необходимости выработки общих подходов к решению проблем обеспечения качества работающих в открытых сетях информационных систем. Работа в открытых сетях имеет свою специфику, определяемую, прежде всего, неограниченным числом потенциальных пользователей системы и гораздо меньшей пропускной способностью и надежностью каналов передачи данных. Поэтому методы, прекрасно зарекомендовавшие себя при построении локальных информационных систем, зачастую оказываются непригодными при попытке их применения в открытых сетях, как следствие, качество предоставляемых системой сервисов попадает в зависимость от трудно предсказуемых внешних факторов. Отсутствие четкой классификации общих проблем, с которыми сталкиваются разработчики информационных систем, и методологии их решения приводит к значительному увеличению времени создания новой или реконструкции унаследованной системы. 6.

Цель работы состоит в необходимости создания подобной классификации и разработке базисного набора методов решения задач по обеспечению качества сервиса, общих для всех работающих в открытых сетях информационных систем. Эта цель достигается посредством решения следующих задач:

1. конкретизация понятия «качество сервиса», определение основных показателей качества и их базисного набора.

2. выявление и классификация общих для всех работающих в открытых сетях информационных систем проблем, связанных с обеспечение качества сервиса.

3. разработка концепции и математической модели универсальной серверной оболочки, обеспечивающей оптимальное управление показателями качества сервиса.

4. разработка и реализация на основе предложенной концепции программного продукта Unis, реализующего общие подходы к обеспечению качества сервиса и пригодного для использования в различных информационных системах.

Решение этих задач должно позволить значительно сократить время на разработку информационных систем и обеспечить оптимальное использование вычислительных ресурсов в процессе эксплуатации этих систем.

Объектом исследования в рамках настоящей работы выступает информационная система, спроектированная для работы в открытых сетях.

Предметом исследования является моделирование работы информационной системы как основа для управления показателями качества предоставляемого сервиса.

В основу методологии исследования положены теория вероятностей, теория массового обслуживания, технология программирования.

Научная новизна работы связана с введением классификации общих проблем, возникающих при проектировании информационных систем, на основе которой 7 предложен общий подход к решению данных проблем. Кроме этого, приводится обоснование использования методов теории массового обслуживания для моделирования информационных систем, на основе которых предложен алгоритм выбора оптимального числа обработчиков, реализованный в универсальном сервере Unis — программном продукте, обеспечивающем управление показателями качества сервиса информационной системы. Основное отличие разработанного алгоритма от предлагавшихся ранее, состоит в методах вычисления и оценки показателей качества сервиса.

Краткое содержание работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Первая глава содержит обзор различных технологий, применяемых для создания информационных систем в открытых сетях. Вторая глава посвящена описанию предлагаемых подходов к классификации общих проблем, возникающих при работе в открытых сетях, выявлению базисных показателей качества сервиса и описанию предлагаемой концепции универсального сервера. Третья глава содержит математическое обоснование предложенной концепции, основанное на математическом моделировании информационной системы с использованием методов теории массового обслуживания. Четвертая глава посвящена описанию практическому воплощению концепциипрограммному продукту Unis и особенностям его реализации. Пятая глава содержит типовые схемы и примеры практического применения программного продукта Unis. В заключении сформулированы основные выводы по результатам проведенной работы. Также определяются основные направления дальнейшего развития как концепции универсального сервера, так и программного продукта Unis. 8.

1. Обзор.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, состоят в следующем:

1. Разработана классификация основных проблем обеспечения качества сервиса, возникающих при создании информационных систем, ориентированных на работу в открытых сетях. Рассмотрены различные аспекты этих проблем и общие подходы к их разрешению.

2. Разработана концепция универсального сервера для архитектуры клиент-сервер, одновременно обеспечивающего функциональность сервера приложений и монитора транзакций и позволяющего обеспечить централизованное управление компонентами информационной системы с целью оптимизации процесса распределения вычислительных ресурсов и обеспечения надлежащего качества сервиса.

3. Для предложенной концепции разработан и математически обоснован алгоритм оптимального распределения вычислительных ресурсов, основанный на методах теории массового обслуживания. Отличительной особенностью разработанного алгоритма являются методы вычисления показателей качества сервиса без решения в реальном времени систем дифференциальных уравнений, что позволяет применять этот алгоритм в информационных системах реального времени.

4. На основе предложенной концепции разработан и реализован программный продукт Unis, обеспечивающий функциональность универсального сервера.

5. Для повышения эффективности использования Unis в масштабных информационных системах разработан и реализован специализированный протокол доступа к СУБД.

6. Разработаны и реализованы несколько библиотек программ для различных языков программирования, обеспечивающие интерфейс клиента универсального сервера.

7. Произведено всесторонне тестирование и ввод в промышленную эксплуатацию разработанного программного продукта в ЗАО «Демос-Интернет» и нескольких других организациях.

Предложенные в данной работе подходы к построению информационных систем позволяют существенно снизить трудозатраты как на разработку новых масштабных информационных проектов, так и на реконструкцию унаследованных систем. При этом дополнительный экономический эффект от внедрения концепции обеспечивается более гибким по сравнению со стандартными методами распределением ресурсов, что позволяет задействовать для реализации проекта меньшее количество вычислительных мощностей.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке различных информационных систем, ориентированных на работу в открытых сетях передачи данных. Проведенная теоретическая работа и полученные классификации могут послужить базой для дальнейших исследований в данной области.

Открытая архитектура разработанного программного продукта позволяет вести работы по его совершенствованию как в сторону расширения функциональности, так и в сторону интеграции с современными стандартами разработки программного обеспечения.

По теме диссертации опубликовано шесть работ.

Заключение

.