автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему: Оптимизация корпоративных информационных систем с использованием методов тензорного анализа
Автореферат диссертации по теме "Оптимизация корпоративных информационных систем с использованием методов тензорного анализа"
На правах рукописи
Беловатый Евгений Александрович
ОПТИМИЗАЦИЯ КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ТЕНЗОРНОГО АНАЛИЗА
Специальность 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации (связь и информатизация)
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Работа выполнена на кафедре передачи дискретных сообщений и метрологии ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ).
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент, Треногин Николай Геннадьевич
Официальные оппоненты: Хабаров Валерий Иванович,
доктор технических наук, профессор, декан факультета «Бизнес-информатика» ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения» Платонов Юрий Георгиевич, кандидат технических наук, младший научный сотрудник лаборатории САПР и А СБИС ФГБУН «Институт систем информатики им. А.П. Ершова» СО РАН
Ведущая организация: ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнёва»
Защита состоится 26 июня 2015 г. в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 219.005.03 при ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» по адресу 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, ауд. 625.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», а также на сайте http://www.sibsutis.ru/science/postgraduate/dis_sovets/
Автореферат разослан «» -^чЗ-. 2015 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 219.005.03
Полетайкин Алексей Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В настоящее время во всех компаниях связи внедряется и эксплуатируется широкий набор корпоративных информационных систем. В компании ОАО «Ростелеком» это: ERP-система управления предприятием Oracle E-Business Suite R12, система электронного документооборота «Documentum», система бюджетирования Oracle Hyperion Planning, система управления взаимоотношениями с клиентами Amdocs CRM. Актуальными являются задачи анализа работы и оптимизации систем. Решение данных задач влияет на эффективность использования систем при выполнении бизнес-процессов и, в конечном итоге, на сам бизнес.
Проблема поиска универсального средства описания и анализа, для последующей оптимизации информационных систем, известна давно. Очень сложно найти подход, который позволил бы описать и анализировать различные по назначению и принципу работы информационные системы. С ростом сложности растет роль характеристик информационных процессов, являющихся общими для различных систем. Это позволяет получать и использовать аналогии между системами различной природы.
В представляемом диссертационном исследовании для описания корпоративных информационных систем, исследования их характеристик и оптимизации предлагается использовать тензорный метод анализа систем, который позволяет представить систему в виде удобного для анализа набора величин.
Автором тензорного метода анализа систем является американский ученый и инженер Г.Крон. В своих работах он использовал тензорный анализ в приложении к теории электротеских сетей. Дальнейшее развитие тензорный метод Г.Крона получил в работах В.В. Лебедянцева, который нашел определенные аналогии теории связи и теории электрических сетей и использовал тензорный метод для построения модели каналов и сетей связи, определяя важнейшие характеристики этих объектов. М.Н. Петров использовал тензорный метод для анализа вероятностно-временных характеристик в сетях связи. Позже Е.В. Веревкиной, О.А. Корякиной, Д.Н. Левиным, Н.Г. Треногиным, Д.ТО. Пономаревым данные подходы были применены к информационным сетям, бизнес-процессам, распределенным информационным системам.
Целью диссертационной работы является разработка и обоснование методики анализа и оптимизации корпоративных информационных систем с использованием тензорного метода анализа систем, а также разработка и использование автоматизированного средства анализа.
Для достижения поставленной цели ставятся следующие задачи:
1. Анализ современных подходов к построению информационных систем, методик измерений и расчетов параметров информационных систем.
2. Разработка методики для исследования и расчета параметров информационных систем на основе методов тензорного анализа.
3. Разработка алгоритма и программная реализация методики системного
анализа и расчета параметров информационных систем на основе разработанной методики.
4. Разработка системы имитационного моделирования, основанной на тензорном методе анализа, в качестве доказательства достоверности аналитических результатов, полученных с применением тензорного метода анализа систем.
5. Анализ и оптимизация корпоративных информационных систем с применением разработанной методики анализа на основе тензорного метода.
Методы исследования. Для решения поставленных задач и достижения намеченной цели проводились теоретические и экспериментальные исследования, основанные на использовании методов системного анализа, теории массового обслуживания, имитационного моделирования, теории математической статистики, а также прикладного программирования.
1. Предложена методика на основе тензорного метода анализа, позволяющая выполнять анализ сложных информационных систем с большим количеством составляющих элементов. Впервые показана возможность применения предложенной методики на основе тензорного метода для анализа корпоративных информационных систем.
2. Впервые проведен анализ нескольких корпоративных информационных систем с применением предложенной методики.
3. Впервые предложен способ оптимизации рассмотренных корпоративных информационных систем с применением предложенной методики.
Теоретическая значимость. Предложена и обоснована методика описания и оптимизации информационных систем с использованием тензорного метода анализа. Данный аналитический способ позволяет решать задачи анализа и оптимизации систем с большим количеством элементов наименее трудоемким способом.
Практическая значимость. Предложенная методика и созданное на её основе программное обеспечение для описания информационных систем с использованием тензорного метода анализа позволяет выполнять анализ сложных систем с большим количеством элементов. Полученные результаты исследований имеют практическую значимость при построении, анализе и оптимизации систем.
Полученные в диссертационной работе результаты и разработанное программное обеспечение используются в Макрорегиональном филиале «Сибирь» ОАО «Ростелеком».
Внедрение результатов исследования.
Разработанная методика использована для анализа информационных процессов в системах ОАО «Ростелеком», таких как: ERP-система управления предприятием Oracle E-Business Suite, OSS/BSS систем, а также для анализа ряда существующих бизнес-процессов. Результаты исследований отражены в публикациях.
Достоверность полученных результатов подтверждается проведенным имитационным моделированием. Величина отклонения от среднего значепия величины, полученной с применением тензорного метода анализа находится в пределах доверительного интервала.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях: Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций», VI-я Международная научная конференция «Актуальные вопросы современной техники и технологии», IX Молодежная международная научно-практическая конференция «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания», VII Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития информационных технологий».
По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, включая 4 статьи в журналах из списка ВАК, 1 свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Методика анализа и оптимизации информационных систем на основе тензорного метода анализа систем.
2. Архитектура и алгоритмы программной системы, реализующей автоматизацию анализа и связанные процессы: загрузку схем систем из файлов в формате BPWin, визуализацию представления, аналитический расчет параметров системы, проведение имитационного моделирования.
3. Результаты аналитического моделирования и оптимизации корпоративных информационных систем, выполненного с использованием тензорного метода анализа: интеграционной архитектуры системы управления предприятием связи на базе Oracle E-Business Suite, технической архитектуры системы управления предприятием связи, технической архитектуры системы поддержки операционной и бизнес деятельности предприятия связи.
Струюура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемых источников из 101 наименования. Общий объем работы - 135 страниц, в том числе 2 страницы приложений. Работа содержит 29 рисунков и 4 таблицы.
Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе изложены основы современных подходов к построению корпоративных информационных систем. В главе приведен обзор платформенных решений для серверов баз данных и приложений, основные понятия распределённых систем и баз данных. Также приведены основные принципы построения информационных систем предприятий связи исходя из
концепции N0088. В данной главе представлены современные методы системного анализа информационных систем, а также методики измерений и расчёта параметров. Описаны методики измерения параметров нагрузки в информационных системах. Приведены методы описания компонентов информационных систем.
Во второй главе изложены основы тензорного метода анализа информационных систем. Дано понятие тензорного метода анализа систем. Описаны контурный и узловой методы анализа сети.
Уравнение состояния элемента сети массового обслуживания представляет собой формулу Литтла: _ „
Т—время задержки обработки заявок в системе; Н-количество заявок в системе (в очереди и на обслуживании); Я -интенсивность поступления заявок.
Уравнение состояния сети, выраженное в терминах тензорного анализа, записанное в матричной форме, имеет тот же вид, что и для элемента этой сети.
X — вектор, компоненты которого представляют собой интенсивности потоков заявок, протекающих в соответствующих ветвях.
N — вектор, компоненты которого представляют собой объем заявок (в очереди и на обслуживании) в соответствующих ветвях.
Т — квадратная матрица размерностью п-строк на п-столбцов. Элементы главной диагонали представляют собой значения времени обработки заявок в системе массового обслуживания, соответствующей данной ветви. Остальные элементы матрицы отражают взаимное влияние элементов друг на друга. Матричные объекты, описывающие сеть:
А = т = Т2, Т2.2 . ■■ тг
Матричное уравнение состояния сети:
Оно эквивалентно системе п уравнений:
^2 = 7*2.1 • Л + ТХ2 ■ ¿2 + . + Тх„ ■ Я„
Тензор преобразования - объект, связывающий переменные систем. Переменными в контурных сетях являются интенсивности потоков сообщений. Уравнение преобразования принимает вид, указанный в формуле (3):
X — вектор интенсивности поступления заявок для примитивной сети;
А' — вектор интенсивности поступления заявок для исходной сети;
С- матрица преобразования интенсивностей между примитивной и исходной
Выражение интенсивностей потоков заявок в ветвях примитивной сети через интенсивности контурных потоков исходной сети:
л\+су 2 ■ л'2+. +с1Л ■л\
Л2 = С21 • Л\ +С., 2 ■ Л'2 +. + С-, к ■ Л\ (4)
Матрица тензора преобразования:
(5) ЪГ=ТЯ-С = С -ТЯ (6)
Матрица значений времени задержки в исходной сети: Т'=С -Т-С (7)
Компоненты матрицы времен задержек Т' исходной сети находятся по компонентам матрицы Т примитивной сети с помощью формулы преобразования (7) умножением Т на транспонированную и прямую матрицы тензора преобразования С.
Уравнение состояния исходной сети в матричной форме:
Результатом решения системы уравнений (8) является вектор интенсивностей контурных потоков сообщений. Интенсивности поступления заявок в отдельных ветвях исходной сети находятся по формуле (9). Число заявок в отдельных ветвях находятся по формуле (10).
Аналогично для случая узловой сети:
Матрица значений интенсивности выхода обслуженных сообщений из систем массового обслуживания в исходной сети:
Компоненты /' исходной сети находятся по компонентам матрицы / примитивной сети с помощью формулы преобразования (11).
Уравнение состояния исходной сети в матричной форме представлено в формуле (12).
В третьей главе приведено описание разработанного программного обеспечения, являющегося средством автоматизации расчета параметров и имитационного моделирования.
В ходе выполнения диссертационного исследования была разработана и использована компьютерная программа, как средство автоматизации описания и анализа систем с использованием тензорного метода.
Алгоритмы, используемые в программе, соответствуют методике, описанной в главе 2. Программа является инструментом построения модели системы, автоматизации расчетов, имитационного моделирования.
Все процессы построения моделей систем, аналитическое описание и имитационное моделирование являются связанными:
• схема системы загружается в интерфейс программы из файлов в формате ВР\Ут либо описывается непосредственно в программе в виде визуального представления;
• автоматически выполняется аналитическое описание системы путем программного расчета всех параметров;
• производится автоматическое формирование имитационной модели и имитационное моделирование.
Кроме того, в данной главе описана система имитационного моделирования — часть программы, позволяющая моделировать процесс прохождения потока заявок по устройствам системы (одноканальным СМО с неограниченной очередью, закон распределения времен обслуживания Пуассоновский) с возможностью ветвления, объединения потоков. Программа позволяет на основании результатов моделирования рассчитать основные характеристики сети массового обслуживания (СеМО), а также рассчитывает средние показатели СеМО.
С помощью программы проведен ряд экспериментов для различных систем. Получены результаты имитационного моделирования и расчета аналитическим способом, на основании сравнения которых сделаны выводы о возможности применения разработанной методики для различных вариантов систем. Пример анализа модели приведен на рисунке 1.
Коэффициент загрузки системы
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 р 1,00
|-1 Рис. 1. Результаты имитационного моделирования и расчета аналитическим способом для случая системы из трех устройств
Полученные результаты моделирования соответствуют аналитическим моделям, построенным с использованием тензорного метода анализа систем. Отклонение значений находится в пределах доверительного интервала. Результат соответствует описанному в источниках (Клейнрок Л. Теория массового обслуживания.).
В четвертой главе приведено описание и анализ ряда исследованных корпоративных информационных систем с применением тензорного метода анализа систем. Тензорный метод и описанные подходы, в том числе разработанная программа, используются для описания различных корпоративных информационных систем компании ОАО «Ростелеком». Произведен анализ систем и их описание.
Методика, разработанная на основе тензорного метода анализа систем, была применена для описания, анализа и оптимизации:
• интеграционной архитектуры системы управления предприятием связи на базе Oracle E-Business Suite;
• технической архитектуры системы управления предприятием связи;
• технической архитектуры системы поддержки операционной и бизнес деятельности предприятия связи.
В процессе внедрения ERP-системы Oracle E-Business Suite в ОАО «Ростелеком» возникла проблема периодического кратковременного снижения производительности системы. Было выявлено, что замедления происходят в момент выполнения интеграционных процессов передачи данных между модулями. Была поставлена задача устранения проблемы.
На рисунке 2 представлена схема внутренней интеграционной архитектуры системы Oracle E-Business Suite. Клоками на схеме обозначены разделы учета на предприятии (бухгалтерского, управленческого, кадрового и пр.) -модули системы. Направленными связями обозначены потоки информации между модулями — точки интеграции. Для каждой точки интеграции характерны определенные объемы передаваемой информации и периодичность, с которой данная информация передается. Например, точка интеграции FA4 отражает передачу из модуля «Основные средства» в модуль «Главная книга» бухгалтерской информации по учету объектов основных средств (поступление, ввод в эксплуатацию, амортизация, списание). Ежемесячно передается около 100000 заявок по каждому из филиалов компании. В каждом из модулей информация обрабатывается некоторое время, и при поступлении нескольких заявок одновременно, образуется очередь обработки.
Таким образом, система может быть представлена как сеть массового обслуживания и к ней могут быть применены методы тензорного анализа систем. На рисунке 3 приведена ранее рассмотренная схема внутренней интеграции, представленная в виде модели.