авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Программно-алгоритмическое обеспечение оценки качества информационного обмена в автоматизированных системах управления железнодорожным транспортом

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Москат Наталья Александровна

ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОЦЕНКИ

КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА
В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ

05.13.06 – Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами

(на транспорте)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону

2010

Работа выполнена на кафедре «Информатика» в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

  • доктор технических наук, профессор

Бутакова Мария Александровна

  • доктор технических наук, профессор

Шабельников Александр Николаевич

  • кандидат технический наук, доцент

Мартемьянов Сергей Васильевич

Самарский государственный университет путей сообщения

Защита состоится « 28 » октября 2010 г. в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 218.010.03 при Ростовском государственном университете путей сообщения по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного ополчения, 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « 20 » сентября 2010 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью, просим направлять по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного ополчения, 2, диссертационный совет Д 218.010.03, ученому секретарю.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор М.А. Бутакова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Актуальность данного исследования обусловлена несколькими объективно существующими факторами.

Железнодорожный транспорт – важная народно-хозяйственная отрасль страны. Автоматизация железнодорожного транспорта ведется на протяжении последних десятилетий. За это время сменилось несколько поколений компьютерной техники, появились компьютерные сети. В связи с тем, что процесс перевозок невозможно остановить, модернизация оборудования и программного обеспечения (ПО) происходит поэтапно, существует несколько поколений действующих информационных систем (ИС) с разнородным оборудованием, информационным и программным обеспечением, которые непосредственно участвуют в автоматизации управления перевозками.

На начальных стадиях автоматизации перевозок информационный обмен осуществлялся только путем передачи текстовых сообщений, и к каналам связи, программному и аппаратному обеспечению автоматизированных систем управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ) не предъявлялось особых требований. От современных систем требуется поддержка видеоконференций, предоставление отчетной и другой информации по многочисленным подсистемам, в том числе с графическим материалом. Последние сложившиеся тенденции таковы, что нагрузка на сеть увеличивается, трафик становится асинхронным, разнородным, и наблюдаются всплески информационных потоков. АСУЖТ, которые были спроектированы без учета этих особенностей, не отвечают требованиям качественного предоставления данных, информация подается несвоевременно, возникают проблемы надежности при передаче информации.

В связи с этим при анализе существующих систем и синтезе аппаратных структур и программного обеспечения модулей АСУЖТ актуальны задачи оценки качества их функционирования с точки зрения информационного обмена. В работе используется вероятностные методы анализа качества функционирования АСУЖТ, базирующиеся на современных достижениях в теории массового обслуживания, теории телетрафика и математических методов теории надежности технических систем.

В настоящее время процесс обеспечения качества функционирования современных АСУЖТ трудно осуществлять без применения комплекса моделей и алгоритмов, позволяющих дать оценку и в дальнейшем оптимизировать процессы сбора, хранения и передачи информации. Каждая АСУЖТ требует, как правило, разработки специальных алгоритмов, позволяющих учесть особенности и назначение системы. В то же время АСУЖТ должны удовлетворять потребности пользователей в своевременной, безошибочной и надежной передаче информации. То, насколько выполняются данные требования, и характеризует качество работы системы с точки зрения пользователя. В то же время, сбор, обработка и передача информации АСУЖТ – процессы довольно универсальные. Поэтому возможно создание алгоритмов, позволяющих оценить качество функционирования АСУЖТ по единым функциональным показателям. Также возможны сравнение и оптимизация процессов сбора, обработки и хранения информации для различных АСУЖТ.

Рассматриваемые в диссертационной работе алгоритмы полностью соответствуют принципу универсальности и могут служить (как доказано теоретически и экспериментально) для реализации вышеперечисленных требований.

К основным математическим методам разработки моделей и алгоритмов для оценки качества относятся теория вероятностей, математическая статистика, теория очередей, имитационное моделирование, теория телетрафика. Исследуемые в диссертационной работе проблемы весьма многогранны, поэтому требуют рассмотрения с различных позиций.

Большой вклад в вопросы автоматизации железнодорожного транспорта внесли труды А.С. Гершвальда, А.Н. Гуды, С.В., Жаркова, В.Н. Иванченко, С.М. Ковалева, П.А. Козлова, Э.К. Лецкого, Н.Н. Лябаха, Э.С. Поддавашкина, А.И. Филоненкова, А.Н. Шабельникова и многих других.

Имитационным моделированием на железнодорожном транспорте занимались такие ученые как А.А. Абрамов, Е. Лещинский, В.А. Падня,
А.А. Таранцев, А.Н. Шабельников и другие, имитационным моделированием информационных систем (в аспекте данного исследования) – В. Кельтон, А.И. Костогрызов, А. Лоу и др.

Ведущую роль в постановке и решении классических проблем теории очередей наряду с первыми исследованиями А. Эрланга сыграли работы Т.О. Энгсета и позднее исследования Э. Молины, Т. Фрая, а затем А.Н. Колмогорова, Ф. Поллачека, В. Феллера, А.Я. Хинчина, Б.В. Гнеденко, К. Пальма, Д. Кендалла, Ф. Морзе, Л. Такача, Р. Сайски, П. Бёрка. Большое количество ученых внесли вклад и в развитие данной теории. Среди них В.М. Вишневский, Г.П. Башарин, В.А. Ивницкий, Л. Клейнрок, И.Н. Коваленко, Д. Литтл.

Изучениею самоподобия трафика посвящены работы М.А. Бутаковой, В.В. Крылова, Д.В. Ландэ, В.И. Неймана, Д.Ю. Пономарева, С.С. Самохваловой, среди иностранных авторов следует выделить И. Добеши, И. Мейера. Исследования поведения сетевого трафика широко проводятся некоторыми западными исследовательскими и образовательными учреждениями, такими как Университет в Бостоне, Университет Беркли, Университет Северной Каролины и другие.

При решении задач анализа качества обслуживания в телекоммуникационных системах, на базе которых строятся современные АСУЖТ, важнейшими характеристиками становятся законы распределения случайных величин и случайные процессы, в соответствии с которыми происходит поступление требований в систему и их обслуживание. В этой области следует отметить работы А.Н. Колмогорова, Б. Мандельброта, Ю.В. Прохорова, В. Феллера, А.Я. Хинчина, А.Н. Ширяева.

Практические аспекты реализации предложенных в работе алгоритмов оценки показателей качества воплощены в комплексе программных средств, разработка которых выполнялась с учетом сложившейся теории и языков компьютерного моделирования. Такие работы выполнялись Г. Бучем, Дж. Гордоном, В. Кельтоном, А. Лоу, Е. Сейджвиком и в дальнейшем позволили использовать объектно-ориентированные принципы при создании систем имитационного моделирования и программирования.

Таким образом, в диссертационной работе выявлены основные задачи, связанные с созданием системы оценки качества информационного обмена в АСУЖТ, для решения которых необходима разработка теоретических основ и прикладных методов анализа и повышения эффективности и надежности на этапах их проектирования, внедрения и эксплуатации.

В качестве объекта исследования в работе выступают информационные системы железнодорожного транспорта, в частности, Автоматизированная система оперативного управления перевозками (АСОУП).

Цель и задачи исследования. Основной целью работы является разработка методологии исследования процессов передачи информации и проектирования надежных автоматизированных систем управления, обеспечивающих устойчивый информационный обмен, а также создание комплекса алгоритмов по оценке качества АСУЖТ и адаптация данного комплекса к АСОУП.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач.

  1. Разработка системы показателей, позволяющих оценить качество функционирования АСУЖТ с позиций технологических процессов информационного обмена с учетом его своевременности и надежности.
  2. Разработка алгоритмов оценки показателей, указанных в п. 1.
  3. Выявление наличия свойств самоподобия и сильного последействия в телекоммуникационном трафике сети передачи данных на железной дороге и оценке степени влияния этих свойств на качество функционирования АСУЖТ.
  4. На основе теоретических результатов анализа телекоммуникационного трафика АСУЖТ разработка модели трафика АСОУП.
  5. Разработка методики анализа информационного обмена, позволяющей повысить эффективность и надежность АСУЖТ на этапе их проектирования.
  6. Создание программного комплекса для оценки качества функционирования и анализа трафика АСУЖТ.
  7. Экспериментальная проверка разработанных теоретических подходов и положений на адекватность в практических задачах (в частности, применительно к АСОУП).

Методы исследования основываются на использовании фундаментальных исследований в области теории вероятностей, в частности, теории массового обслуживания, математической статистики, теории телетрафика, теории надежности. При разработке алгоритмов и программного комплекса использовалась объектно-ориентированные технологии.

Исследования в диссертационной работе проводились согласно следующим пунктам паспорта специальности 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте):

  • п.4 – «Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация».
  • п.8 – «Формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУТП, АСУП, АСТПП и др».
  • п.9 – «Методы эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включая базы и банки данных и методы их оптимизации».
  • п.13 – «Теоретические основы и прикладные методы анализа и повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатации».

Научная новизна диссертационной работы состоит в обобщении вопросов, связанных с оценкой качества мультисервисного информационного обмена в АСУЖТ, применении полученных результатов к отраслевой системе АСОУП, разработкой новых алгоритмов для оценки своевременности информации и синтеза надежных структур устойчивого информационного взаимодействия с возможностями анализа абонентских задержек. Предложенная методика и алгоритмы комплексной оценки качества информационных услуг используют способы анализа её телетрафика, базирующиеся на современных научных методах.

К наиболее значимым научным результатам диссертационной работы следует отнести следующие:

  • разработана структура показателей качества для оценки многомашинной модульной автоматизированной системы оперативного управления перевозками;
  • разработаны алгоритмы анализа качества функционирования АСУЖТ, предназначенные для оценки своевременности предоставления информации, анализа абонентских задержек;
  • разработана методология оценки надежности АСУЖТ на этапе проектирования с учетом показателей информационного обмена;
  • разработаны формализованные методы анализа качества обслуживания в сетевых автоматизированных системах управления с неоднородным трафиком;
  • произведена проверка адекватности модели трафика АСОУП.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в разработке программного обеспечения по каждому из созданных теоретических алгоритмов, применении рассмотренных теоретических методов к отраслевой информационной системе АСОУП. Достигнуты следующие практические результаты:

  • разработан программный комплекс по оценке качества автоматизированной системы;
  • разработана программа для анализа телетрафика;
  • проведены экспериментальные исследования имеющейся статистики трафика АСОУП;
  • разработанные автором программы применены для оценки качества отраслевой системы АСОУП.

Достоверность научных и практических результатов работы. Полученные в диссертационной работе выводы и результаты строго аргументированы. Разработанные алгоритмы основываются на известных методах теории вероятности, теории массового обслуживания, фрактальной теории. Экспериментальные исследования и имитационные эксперименты, проведенные в работе, позволяют подтвердить достоверность достигнутых теоретических результатов и выводов.

Реализация результатов работы. Результаты работы прошли успешную апробацию в центре специальных перевозок на Северо-Кавказской железной дороге (СКЖД), получено свидетельство об отраслевой регистрации разработки программы для анализа трафика.

Диссертационная работа и её отдельные разделы докладывались и обсуждались на семинарах кафедр «Информатика», «Вычислительная техника и автоматизированные системы управления» Ростовского государственного университета путей сообщения (РГУПС), на Всероссийских научно-практических конференциях «Транспорт-2005», «Транспорт-2008» (г. Ростов-на-Дону); Восьмой Международной научно-практической конференция «Моделирование. Теория, методы и средства» (г. Новочеркасск, 2008 г.); Седьмой Международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (г. Пенза, 2008 г.). По результатам теоретических исследований диссертационной работы издано учебное пособие.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК. Программное обеспечение зарегистрировано в отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, приложения, списка литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, обозначены цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность.

В главе 1 произведен анализ современного состояния автоматизации, информатизации железнодорожного транспорта. Разработана система показателей качества функционирования АСУЖТ и выявлены наиболее значимые для исследования факторы. Дано описание объекта исследования, рассмотрена теоретическая база систем массового обслуживания и фрактальной теории. Выявлены особенности построения алгоритмов.

Объектом исследования настоящей работы являются АСУЖТ, в качестве частного случая выступает АСОУП.

Комплекс АСОУП содержит данные обо всех основных эксплуатационных событиях с грузами, вагонами, поездами, локомотивами и локомотивными бригадами. Ресурс был создан в 1983 году и в настоящее время постоянно обновляется, пополняется новыми данными.

Структурная схема АСОУП представлена на рис. 1.

АСОУП является центром всей системы управления перевозками на дороге и обеспечения оперативной и достоверной информации аппарата ОАО «РЖД».

По понятным причинам качество АСУЖТ во многом зависит от того, насколько грамотно были отслежены возможные дефекты на этапе проектирования системы. Все «упущения» проявляются в дальнейшем в процессе эксплуатации – в результате комплексной работы технических и программных средств, персонала. Развитием иерархического подхода является представленная на рис. 2 обобщенная структура показателей качества АСУЖТ.

 Структурная схема АСОУП -1

Рис. 1. Структурная схема АСОУП

  Обобщенная структура показателей-2

Рис. 2. Обобщенная структура показателей качества АСУЖТ

В рамках проводимой работы нет необходимости для детального рассмотрения существующих различных способов классификации информации. Выделим только те признаки информации, которые существенно влияют на эффективность управленческих решений: своевременность, надежность, эффективность работы телекоммуникационных каналов. Наличие этих признаков обусловливает, как правило, и эффективность АСУ в целом.

Задержка в поступлении информации к конкретному пользователю приводит к потере основного ее свойства – ценности. Более того, несвоевременно полученная информация может оказаться не только бесполезной, но и привести к принятию неверных решений. Важным качеством функционирования любой системы является её надежность. Очевидно, что недостаточно надежно работающая система не может качественно выполнять свои функции, особенно в задачах управления перевозочными процессами.

Эффективная работа телекоммуникационных каналов напрямую обусловливает качество информационного обмена и во многом – качество функционирования системы в целом.

Глава 2 посвящена разработке адекватных алгоритмов для оценки качества информационной системы. Созданы алгоритмы для оценки своевременности представления информации (включая анализ абонентских задержек) и оценки надежности функционирования сетей передачи данных на транспорте.

Своевременность представления запрашиваемой информации – свойство информационной системы обеспечить представление требуемой информации в заданные сроки, гарантирующие выполнение соответствующей функции согласно целевому назначению системы.

Для оценки своевременности представления информации предлагается в общем виде процессы информационного обслуживания формализовать как процессы массового обслуживания со следующими предположениями:

  1. Поток заявок на обслуживание является пуассоновским.
  2. Буфер имеет бесконечное число мест для ожидания (не переполняется).
  3. Система функционирует надежно (безотказно).

Каждое из данных предположений может быть обосновано.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.