Разработка и исследование метода проектирования транспортного узла распределенной информационной вычислительной системы

Современный этап развития общества характеризуется расширением и наращиванием его технико-экономического базиса, важнейшим компонентом которого является информатизация. В период информатизации общества важное значение придается регионам. В связи с этим получили широкое развитие распределенные информационные вычислительные системы (РИВС). Такие системы необходимы для объединения в единое целое предприятий, находящихся в различных регионах страны.

Одной из компонент информатизации является правовая информатика. Правовую информатику можно определить, как прикладную науку, изучающую проблемы сбора, регистрации, хранения, обработки и использования правовой информации в обществе.

Задача получения адекватного (точного), полного, непротиворечивого (с формально логической точки зрения) ответа на сформулированный на привычном для пользователя языке вопрос с использованием глобального информационного ресурса, распределенного на территории страны, представляет собой непростую задачу как в чисто техническом, так и в научном аспекте. Попытки реализовать подобные системы на основе традиционных подходов предпринимались неоднократно и приводили к осознанию того, что достигнутые промежуточные результаты, даже после многочисленных доработок, не ведут к кардинальному решению проблемы. Особенно остро задача предоставления достоверной, полной, непротиворечивой информации в реальном масштабе времени стоит в системе юстиции, где информационный голод непосредственно сказывается на работе судов и органов юстиции и в центральных регионах и, особенно, на периферии.

Изменения, происходящие в России в последние годы, требуют переосмысления многих явлений и устоявшихся взглядов, смещения акцентов и приоритетов. Так, если еще несколько лет назад о проблемах информатизации говорили как о перспективных и важных, то сегодня эта область, затрагивая интересы общества, государства, регионов и каждого человека в отдельности, объективно стала одной из определяющих культурный, технический, технологический уровень страны.

Как констатируется в «Концепции правового обеспечения информационных процессов и информатизации в России», утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 28 июня 1993 года N 966 «О концепции правовой информатизации России», «В настоящее время законодательное регулирование информационных процессов и проблем информатизации нельзя назвать удовлетворительным. Необходимо срочно создать правовую основу информационных процессов и информатизации России, законодательно обеспечить эффективное использование информационных ресурсов общества, урегулировать правоотношения на всех стадиях и этапах информатизации, защитить человека в условиях информатизации, сформировать механизм информационной безопасности в ходе удовлетворения потребностей общества в информации» .

Согласно «Концепции.» «идеология правового обеспечения информатизации в Российской Федерации предусматривает признание права на информацию естественным и закрепленным в законе правом граждан, правом организаций, государства и ограничение его исключительно законом или международными нормамиупорядочение отношений в области информационных процессов и информатизации на основе учета права собственности на информацию, авторства и собственности на автоматизированные информационные системы и средства их обеспечения, специфики функций субъектов в информационных процессахвключение информации в систему важнейших ресурсов страны, а индустрии информатизации — в научно-технический и производственный потенциал страныформирование и использование этих ресурсов в условиях равенства всех форм собственности, через разные формы организации производства, услуг, обмена, создание рынка и проведение антимонопольной политики государстварешение задач создания информационного пространства Российской Федерации, СНГ и активного информационного обмена в системе международного сотрудничества в целомобеспечение условий безопасности информации, интересов и прав всех физических и юридических лиц, государства в процессе информатизации» .

Информация о наших правах, содержащаяся в законодательных актах (или нормативная правовая информация), является особо важным видом информации, так как она лежит в основе нормального функционирования общества, в фундаменте его экономической и политической жизни, используется или принимается во внимание при подготовке любых решений. Отсутствие, неполнота или неточность правовой информации влекут моральные и материальные потери, способствует разбалансированности экономики, деформирует правосознание граждан, повышает уровень преступности, существенно осложняет переход к правовому государству и рыночной экономике.

С целью решения вопросов о том, какими правовыми нормами регулируется затронувшая гражданина или организацию ситуация, создаются и поддерживаются в актуальном состоянии базы данных по нормативной правовой информации.

Проблемы построения систем обработки правовой информации обладают определенной спецификой, определяемой следующими моментами:

1. Законодательные акты представляют собой тексты, у которых объективно не может быть рефератов или краткого изложения содержания. Нормативный акт содержит одну или несколько норм права, регулирующих общественные отношения. Структура акта не стандартизована. Нормы права, содержащиеся в акте, и структурные единицы акта часто не увязаны между собой. Изложение норм права в актах не упорядочено, для толкования нормы часто приходится изучать не только отдельный пункт акта, но и акт в целом, а также другие акты.

2. Действующий законодательный акт подвержен постоянным изменениям и дополнениям. При изменении актов они, как правило, не переиздаются в новой редакции. Примерно 8% вновь принятых нормативных актов вносят изменения в ранее принятые акты.

3. Терминология законодательных актов не упорядочена и не стандартизована, нормы права на одну и ту же тему излагаются по-разному.

4. Характерным свойством текстов нормативных актов является наличие в их составе, так называемой латентной (т.е. скрытой, подразумеваемой) информации.

5. В части построения баз данных специфика проблемы заключается также в постоянной изменяемости текстов, что накладывает определенные технологические ограничения на структуру файлов и режимы передачи данных в информационных сетях.

Очевидно, что расчет параметров баз данных для обработки правовой информации необходимо вести с учетом указанных особенностей.

Все виды деятельности и услуг не могут быть успешно организованы, правомерными и компетентными без их правовой поддержки, то есть взаимодействия с системами правовой информации, содержащими базы данных (БД). Взаимодействие с такими системами подразумевает наличие возможности у субъекта общества (предприятие, учреждение, человек) получения актуальной и достоверной информации в области права в любое время и в любом регионе страны.

Обновление технико-экономического базиса во всех сферах общественной жизни требуют разработки гибких систем доведения правовой информации до конечного пользователя, построенных на основе новейших достижений информатики и вычислительной техники. Это необходимо для совершенствования информационно-правовой деятельности общества, опирающейся на автоматизированные информационно-поисковые системы по законодательству, системы информации о правонарушениях, вычислительную технику, находящуюся на службе у судей, прокуроров, других работников органов юстиции и образующих вместе распределенную информационную вычислительную систему правовой информации.

В связи с возросшим объемом законотворческой деятельности и, как следствие появление новых нормативно-правовых актов встал вопрос о доведении информации до любого гражданина и любого района из эталонного центра — хранилища информации с использованием новейших видов связи. Таким образом, речь идет о появлении нового вида деятельности — законораспространительного.

В процессе работы необходимо решить важные вопросы по распространению баз данных в удаленные районы с последующим поддержанием их в контрольном состоянии. Ввиду большой удаленности регионов от эталонного центра и необходимости актуализации базы данных в кратчайшие сроки необходимо решить задачу сочетания юриспруденции с современными методами и способами связи.

Актуальность темы

работы обусловлена задачами, поставленными в области правовой информатизации и предусмотренными в постановлениях Правительства Российской Федерации, Указах Президента Российской Федерации и ряда других нормативных актов. В частности, в них сказано «.ускорить работы по созданию Российской автоматизированной системы информационно-правового обеспечения и правореализационной деятельности, правового образования и воспитания как неотъемлемой составной части межгосударственной системы правовой информации Содружества Независимых Государств.» — «Признать целесообразным использование созданного в Научном центре правовой информации при Министерстве юстиции Российской Федерации банка данных ведомственных нормативных актов для информационно-правового обеспечения деятельности федеральных органов исполнительной власти.» .

Концепция (Указ Президента Российской Федерации от 28.06.93 № 966) предусматривает создание государственной глобальной «эталонной децентрализованной правовой базы», имеющей центральный и региональные узлы. Согласно Концепции, «предоставление информационно-юридических услуг гражданам и организациям» начнется уже в 2000 г.

Базовыми звеньями РИВС системы юстиции являются центральный узел системы — аппаратно-программный комплекс «ФОНД» Научного центра правовой информации при Министерстве юстиции РФ (НЦПИ) и региональные центры правовой информатизации (РЦПИ). Базы данных правовой информации, расположенные в региональных центрах должны своевременно актуализироваться.

В процессе анализа метода актуализации баз данных с использованием каналов связи требуется проанализировать такие задачи как плотность передаваемой информации, скорость, коррекцию ошибок, достоверность передаваемой информации и стоимостные характеристики.

Разработка аппаратно-программного комплекса средств поддержания в контрольном состоянии баз данных по каналам связи осуществляется в соответствии с Государственной Программой Правовой информатизации России.

Анализ и использование таких сложных комплексов и систем представляется новыми и перспективными направлениями в науке, и требуют особых методов и теорий, которые до сих пор недостаточно разработаны. От успешного решения этих задач в значительной степени зависит выполнение современных требований, предъявляемых к компьютерным системам передачи данных правовой информации по каналам связи.

Использование компьютерных систем приводит к большому разнообразию способов построения и организации систем передачи данных правовой информации. Поэтому необходимо ввести параметры.

10 качества, по которым определяется векторная матрица их взаимодействия и проводится ее оптимизация. Подобного рода задача в правовой информатизации решается впервые.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка метода проектирования транспортного узла РИВС юстиции на базе аппаратно-программного комплекса для передачи правовой информации по каналам связи, обеспечивающих эффективное использование технических средств и повышающих надежность и достоверность передаваемой информации. Комплекс аппаратных и программных средств позволяет более точно и подробно анализировать и исследовать потребность в правовой информации и пропускную способность этой сложной машинной системы, автоматизировать процесс получения оценки производительности доступа к данным.

В диссертационной работе для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

— Разработан метод проектирования и построения транспортного узла РИВС юстиции для передачи правовой информации по каналам связи. — Предложен эффективный метод управления доступом к правовой информации в компьютерных сетях.

— Определена система параметров для метрологической оценки производительности и отказоустойчивости комплекса передачи информации по каналам связи.

— Выбран оптимальный состав технических средств для обеспечения успешного функционирования транспортного узла РИВС при минимальной стоимости аппаратных средств.

— Определены характеристики состояний модели транспортного узла РИВС для любого момента времени, при которых показатели качества функционирования системы приобретают оптимальные значения.

— Разработана процедура и программное обеспечение оценки пропускной способности, отказоустойчивости комплекса передачи данных правовой информации и производительности доступа к данным правовой информации.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы анализа сетей, методы имитационного моделирования, теории графов, теория вероятностей и математической статистики, теория массового обслуживания, теория однородных вычислительных структур.

Научная новизна.

1. Использование математических методов теории массового обслуживания в сочетании с методом имитационного моделирования позволило разработать метод проектирования транспортного узла РИВС, отличающийся от известных расширенным набором параметров для описания категорий заявок входного потока, а именно: требования от правотворческих органов, требования за пакетами обновлений, тематические запросы по правоприменению. На основе разработанного метода создан аппаратно-программный комплекс передачи данных правовой информации по каналам связи в системе юстиции, что позволило производить сравнительную количественную оценку таких комплексов и оптимизировать их аппаратный состав.

2. Разработана операторная схема алгоритма имитационной модели, отличающаяся от известных тем, что в состав исходных данных введены дополнительные переменные, описывающие связи в группе элементов при реализации фазы процесса моделирования и описывающие связи между группами элементов. За счет увеличения объема исходных данных в 2.3 раза отпадает необходимость затрат на построение новой модели, что увеличивает производительность труда в 3 раза. Таким образом, новизна разработанной имитационной модели транспортного узла РИВС заключается в том, что она по принципам своего построения является универсальной, т. е. может быть использована для исследования систем различной сложности. На основе разработанного алгоритма предложен моделирующей процесс функционирования транспортного узла РИВС и определены характеристики состояний системы для оптимизации показателей качества ее функционирования.

3. Разработана процедура обмена данными между хост-ЭВМ транспортного узла РИВС и удаленным компьютером по каналам тональной частоты, отличающаяся от известных тем, что при использовании протокола EMSI (Electronic Mail Standards Interface) на первом этапе проверяется наличие пакета информации с помощью специального набора бит-флагов. Контрольная сумма пакета информации проверяется на втором этапе. Благодаря этому в случае отсутствия или поступления искаженной последовательности бит-флагов удаленному компьютеру посылается запрос на повторную передачу пакета информации, что сокращает время на прием пакета информации в целом.

4. На основе полученных математических соотношений и данных имитационной модели транспортного узла РИВС стало возможным применить разработанный при участии автора модуль электронной реверсивной нагрузки, отличающийся от известных тем, что введение в состав модуля новых элементов дает возможность расширить функциональные возможности электронной реверсивной нагрузки, исключить самоблокировку и потерю данных, проводить анализ каналов связи с внешними устройствами без их подключения. Добавление в конфигурацию персональных компьютеров транспортного узла РИВС платы транспьютерного типа с модулем электронной реверсивной нагрузки позволило в 2.1 раза сократить среднее время отклика системы без применения более производительных процессоров, что приводит к более оперативному и качественному обслуживанию при использовании существующих аппаратных средств.

Личный вклад автора. Все исследования, изложенные в диссертационной работе, связанные с ними расчеты, теоретические выводы и практические рекомендации получены лично автором. На основе математических методов и метода имитационного моделирования сложных систем автором спроектирован и построен комплекс передачи данных центрального узла РИВС юстиции, а также разработаны и внедрены пакеты программ на языках высокого уровня. Имеются соответствующие регистрационные свидетельства.

Практическая ценность работы. Использование метода, предложенного автором, дало возможность решить задачи, поставленных в Приказах министра юстиции РФ, Постановлениях Правительства РФ, Указах Президента РФ, Программе правовой информатизации, в которых предусматривается создание центрального узла и региональных центров правовой информатизации без дополнительного привлечения бюджетных средств. Собираемая из субъектов с помощью центрального узла РИВС информация используется для подготовки оперативных аналитических материалов, направляемых в Администрацию Президента РФ, Правительству РФ, Генеральную прокуратуру РФ.

Предложено и обосновано научно-техническое решение целесообразности построения аппаратно-программного комплекса для передачи правовой информации по каналам модемной связи в информационной вычислительной системе юстиции.

На основе разработанного метода построен многомашинный комплекс и созданы процедура и программные средства для обслуживания запросов к аппаратному комплексу передачи данных для доведения правовой информации и оценки производительности доступа к данным правовой информации.

Реализация результатов работы. Результаты работы нашли отражение в научных отчетах по НИР, проводимых в НИЧ МТУСИ, и Научно-технического совета НЦПИ. Все программные пакеты функционируют в составе транспортного узла РИВС юстиции на базе аппаратно-программного комплекса Научного центра правовой информации «ФОНД» — компьютерном многомашинном комплексе для обработки правовой информации. Предложенный метод оценки позволяет сократить в 3 раза затраты при проектировании и построения регионального транспортного узла. Эффективность предложенного метода экспериментально проверена при проектировании и построении транспортных узлов Самарского и Липецкого центров правовой информатизации. Программа LastRead применена для ежедневного формирования обновления базы данных по законодательству «Эталон» НЦПИ. Прикладной пакет MakeUpdt используется для подкачки и формирования пакета обновления баз данных правовой информации. Программа Host функционирует в НЦПИ для обработки запросов на получение правовой информации, передачи пакета обновления конечным пользователям и обмена электронными почтовыми сообщениями по каналам модемной связи и внедрена в проекты информатизации Министерства юстиции РФ. Программа DialUp используется для автоматического дозвона и приема информации удаленным абонентом. Пакет программ PowerAdvisor применен для оптимизации поведения комплекса передачи правовой информации по.

15 каналам связи с учетом изменения нагрузки. Работа пакета Ром>егАсЬ180г позволяет прогнозировать нагрузку на приборы комплекса и эффективно распределять ресурсы центрального процессора без участия человека, что значительно снижает трудовые затраты и сокращает время для реконфигурации комплекса.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 1992 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МТУ СИ (Москва, 1993, 1994, 1995, 1996 гг.), на заседаниях Научно-технического и Ученого советов в Научном центре правовой информации при Министерстве юстиции. (Москва, 1994,1995,1996 гг.), на Семинаре по проблемам правовой информатизации (Челябинск, 1995), на Международном семинаре «Принципы компьютеризации системы уголовного судопроизводства», Москва, 1997 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ. Результаты исследований отражены в трех отчетах по результатам научно-исследовательских работ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованной литературы и 4 приложений. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, 25 страницах рисунков и таблиц. Библиография включает 213 наименований. Приложения на 43 страницах.

4.5 Выводы.

1. На основе полученных математических соотношений и данных имитационной модели транспортного узла РИВС стало возможным применить разработанный при участии автора метод электронной реверсивной нагрузки, отличающийся от известных тем, что введение в состав нагрузки новых узлов дает возможность расширить функциональные возможности электронной реверсивной нагрузки, исключить самоблокировку и потерю данных, проводить анализ каналов связи с внешними устройствами без их подключения.

2. Разработанный комплекс программ для поддержания в контрольном состоянии правовой базы данных у удаленного пользователя эффективно функционирует на многомашинном комплексе однородных вычислительных машин в центральном узле РИВС юстиции и в региональных центрах правовой информатизации.

3. Добавление в конфигурацию персональных компьютеров транспортного узла РИВС платы транспьютерного типа с разработанным при участии автора модулем электронной реверсивной нагрузки позволило в 2.1 раза сократить среднее время отклика системы без применения более производительных процессоров, что приводит к более оперативному и качественному обслуживанию при использовании существующих аппаратных средств.

4. При работе по коммутируемым аналоговым каналам тональной частоты использование программы автоматического приема обновлений для базы данных правовой информации в 1.4 раза сокращает рабочее время оператора, необходимое для приема пакета обновления и оптимизирует его работу. Возможность приема пакета обновления в ночное время сокращает затраты на междугородные переговоры в 3 раза, а прием обновления при малом трафике позволяет повысить достоверность.

12 передаваемой информации до 10.

5. Разработана процедура обмена данными между хост-ЭВМ транспортного узла РИВС и удаленным компьютером по каналам тональной частоты, отличающаяся от известных тем, что время ожидания начала передачи пакета обновления увеличено до 1000 сек. и введен дополнительный информационный бит-флаг окончания формирования пакета обновления и подтверждения готовности передачи пакета удаленному компьютеру. При использовании протокола EMSI (Electronic Mail Standards Interface) на первом этапе проверяется наличие пакета информации с помощью специального набора бит-флагов. Контрольная сумма пакета информации проверяется на втором этапе. Благодаря этому в случае отсутствия или поступления искаженной последовательности бит-флагов удаленному компьютеру посылается запрос на повторную передачу пакета информации, что сокращает время на прием всего пакета информации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Разработаны основные теоретические соотношения для анализа, моделирования и проектирования транспортного узла распределенной информационной вычислительной системы юстиции для локальных региональных сетей различной мощности с применением положений теории систем массового обслуживания.

2. Использование математических методов теории массового обслуживания в сочетании с методом имитационного моделирования позволило разработать метод проектирования транспортного узла РИВС, отличающийся от известных расширенным набором параметров для описания категорий заявок входного потока, а именно: требования от правотворческих органов, требования за пакетом обновлений, тематические запросы по правоприменению. Это позволило производить сравнительную количественную оценку таких комплексов и оптимизировать их аппаратный состав.

3. Полученные основные соотношения между такими параметрами аппаратно-программного комплекса передачи правовой информации по каналам связи, как число требований, поступающих в систему, вероятность поступления требований за фиксированный промежуток времени, вероятность поступления более одного требования за малый промежуток времени, среднее число требований, поступающих в систему за среднее время обслуживания одного требования одним прибором, вероятность обслуживания требования, среднее число занятых каналов. Система оценки этих параметров дает возможность проектирования и создания комплекса аппаратных средств для обслуживания запросов на получение правовой информации и отвечающего требованиям на вероятность отказа менее 0.015.

4. На основе метода имитационного моделирования с применением универсальной автоматизированной имитационной модели определены характеристики состояний модели транспортного узла РИВС для любого момента времени, при которых показатели качества функционирования системы приобретают оптимальные значения.

5. Разработана операторная схема алгоритма имитационной модели, отличающаяся от известных тем, что в состав исходных данных введены дополнительные переменные, описывающие связи в группе элементов при реализации фазы процесса моделирования и описывающие связи между группами элементов. Это увеличило объем исходных данных в 2.3 раза. За счет этого отсутствует необходимость затрат на построение новой модели, что увеличивает производительность труда в 3 раза. Это позволяет использовать одну и ту же модель для различных по структуре и процессах систем. Таким образом, имитационная модель по принципам своего построения является универсальной, т. е. может быть использована для исследования систем различной сложности, как системы в целом, так и отдельных подсистем РИВС. На основе этого разработан моделирующей процесс функционирования транспортного узла распределенной информационной вычислительной системы и определены характеристики состояний системы для оптимизации показателей качества функционирования.

6. Разработана процедура и программные средства оценки производительности доступа к данным правовой информации.

7. Предложено и обосновано научно-техническое решение целесообразности построения аппаратно-программного комплекса для передачи правовой информации по каналам модемной связи в информационной вычислительной системе юстиции, на основе которого создан аппаратно-программный комплекс передачи данных правовой информации по каналам связи в системе юстиции.

8. Разработано программное обеспечение для обеспечения доступа к центральному транспортному узлу РИВС юстиции на языке высокого уровня Borland Pascal 7.0.

9. Предложен метод статистического анализа входного потока требований на запрос правовой информации от конечного пользователя, который дает возможность оптимизировать совокупность аппаратных средств для создания транспортного узла в региональных центрах правовой информатизации и сократить затраты на его построение.

10. Разработан вероятностно-статистический метод анализа для комплекса передачи данных правовой информации по каналам связи для анализа процесса поступления и обработки требований (запросов) и получения точных оценок объема запрашиваемой информации и производительности комплекса в целом.

11. Разработан пакет программ для реализации задач получения правовой информации с центрального узла РИВС юстиции с использованием подходов и средств имитационного моделирования для прогнозирования нагрузки на приборы комплекса и эффективного распределения ресурсов центрального процессора.

12. Практически реализованы результаты исследования. Построенный с учетом результатов работы транспортный узел РИВС юстиции в НЦПИ обеспечивает обработку запросов и передачу обновлений по модемным каналам связи для локальных баз данных правовой информации более 2500 пользователям. Эффективность предложенного метода экспериментально проверена при проектировании и построении транспортных узлов Самарского и Липецкого центров правовой информатизации.