Разработка специального математического и программного обеспечения многозвенных интранет-ориентированных систем обработки транзакций

Актуальность темы

.

В последние годы стремительное развитие получили web-технологии, под которыми понимают группу форматов и технологий передачи мультимедийных документов, используемых в крупнейшей электронной информационной системе WWW, интегрированной в Интернет. WWW является распределенной средой существования разнородных информационных ресурсов, обмен информацией между которыми возможен только благодаря Web-технологиям. Web-технологии нашли применение в локальных сетях и корпоративных интранет-ориентированных системах обработки данных, где выполняют роль универсального посредника между пользователями и различными типами информационных ресурсов.

Проектирование и эксплуатация корпоративных интранет-ориентированных систем сталкиваются с рядом проблем, среди которых: оптимизация функционирования мультисерверной многоуровневой структуры обработки транзакцийобеспечение инвариантной с точки зрения пользователей работы программных интерфейсовреализация комплекса мероприятий, направленных на повышение производительности системы при штатных и нерегламентированных потоках входящих запросов.

Как правило, корпоративные интранет-ориентированные системы являются частично сформированными и постоянно развиваются, что, с одной стороны, связано с непрерывно меняющимися потребностями корпораций и внешней среды, а с другой — с несовершенством теоретических положений и концепций, лежащих в основе обработки транзакций.

Оптимизация функционирования таких систем исследована достаточно детально для задач управления потоками, параметры которых близки к стационарным (Тимофеев А.В., Алексеев Е. Б., Митрофанов Ю. И., Иванников А. Д., Корячко В.П.), однако задачи учета и оптимизации обслуживания потоков путем выбора количества уровней обработки запросов в клиент-серверных системах в литературе практически не представлены.

Традиционно в научных и прикладных исследованиях идентификация параметров обслуживающих систем проводится с позиций возможностей самих систем (Колин К.К., Ботуз С. П., Попов В. В., Макаревич О. Б., Пяткин В.П.), однако возрастающая роль оконечных приложений порождает необходимость обеспечения инвариантной работы программных интерфейсов с системными компонентами, что является малоисследованной проблемой.

Естественным следствием оптимизации параметров системы управления является необходимость реализации комплекса мероприятий, направленных на разработку специального математического и программного обеспечения многозвенных интранет-ориентированных корпоративных систем управления для повышения их эффективности при обслуживании входящих потоков заявок, что полностью определяет актуальность диссертационного исследования.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Вычислительные системы и программно-аппаратные комплексы».

Цель работы.

Целью работы является разработка специального математического и программного обеспечения многозвенных интранет-ориентированных корпоративных систем обработки транзакций для повышения их эффективности при обслуживании входящих потоков заявок.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать проблемы использования' интранет-технологий как современного инструмента применения специального программного обеспечения для повышения производительности многозвенных клиент-серверных систем.

2. Провести аналитическое моделирование двухи трехзвенных архитектур клиент-серверной обработки транзакций с целью выявления условий для общего снижения интенсивности конечного потока, поступающего на сервер приложений, за счет снижения" интенсивностей потоков, поступающих из каждого звена многозвенной системы.

3. Провести исследование потоков и средств обработки информации' в локальной вычислительной сети центрального узла управления системой распределения сжиженного углеводородного газа на основе теории систем массового обслуживания, осуществить идентификацию параметров сервера и самой сети.

4. Разработать математическое обеспечение для" управления удаленными диспетчерскими модулями, инвариантное к интерфейсам объектов, с которыми работают модули, на основе контейнерных классов для данных абстрактного типа и методов для обмена этими данными.

5. Создать специальное программное обеспечение технологических компонент системы управления Воронежской базой сжиженного газа для* участков газонаполнения и учета реализации.

Методы исследования.

В работе использованы методы системного анализа, математического моделирования, теории систем массового обслуживания, реляционной алгебры, объектно-ориентированного программирования, проектирования информационных систем.

Научная новизна работы.

К результатам работы, отличающимся научной новизной, относятся:

1. Аналитические модели двухи трехзвенных архитектур клиент-серверной обработки транзакций, отличающиеся учетом предварительной фильтрации потоков и обеспечивающие получение точного выражения для среднего времени ответа системы.

2. Критерий эффективности трехзвенной системы по сравнению с двухзвенной, отличающийся возможностью численного анализа и обеспечивающий выявление граничных условий интенсивностей потоков, при которых удается добиться выигрыша в производительности системы при добавлении промежуточного сервера.

3. Процедура рекуррентной идентификации параметров локальной вычислительной сети центрального узла системы управления, обеспечивающая учет нескольких центров обслуживания и нескольких классов заявок и отличающаяся использованием нормализующей константы, рассчитанной с применением метода Бузена.

4. Специальное математическое обеспечение для управления удаленными диспетчерскими модулями, инвариантное к интерфейсам объектов, с которыми работают модули, отличающееся применением контейнерных классов для данных абстрактного типа.

Практическая значимость работы.

1. Разработаны системные компоненты управления данными на газонаполнительных станциях в виде независимых исполняемых модулей, предназначенных для сбора, хранения и экспорта данных об отвесах на газовых постах. Компоненты обеспечивают получение и сохранение данных об отвесах с постов, подключенных к компьютеру по интерфейсу 118−485, а также отображения данные из БД.

2. В составе клиент-серверной системы управления Воронежской базой сжиженного газа разработано специальное программное обеспечение учета процессов реализации газа в баллонах.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты, исследований используются в работе Воронежской базы-сжиженного^ газа. Эффект от внедрения разработанного программного обеспечения за'2009 год составил 224 000 руб. за счет уменьшения задержек между подачейг баллонов на посты газонаполнения и тем самым увеличения производительности системы управления в целом.

Апробацияработы.

Материалы представлены и обсуждены на Международной’научно-практической" конференции «Социально-экономические проблемы России и перспективы их решения» (Краснодар, 2007) — Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектированииуправлении, производстве» (Воронеж, 2008), X Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы * современных информационных технологий» (Улан-Удэ— 2008) — XVI-.Всероссийской научно-методической конференции^ Телематика'2009 (Санкт-Петербург, 2009) — Х11-ХУ Международных открытых научных конференциях «Современные проблемы информатизации» (Воронеж, 2007;2010), а. также на конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ в 2007;2010 годах.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 17 публикациях, в том числе двух статьях в изданиях, рекомендованных ВАК России [19, 50]. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в списке литературы, лично соискателю принадлежит: в [38, 39," 40] — аналитические модели двухи трехзвенных архитектур клиент-серверной обработки транзакцийв [19, 41] - критерий' эффективности трехзвенной системы" по-сравнению с двухзвеннойв [38, 50] — идентификация параметров локальной вычислительной сети центрального узла системы управленияв [45, 47, 75] — процедуры и результаты тестирования информационной инфраструктурыв [19, 42, 48] — математическое обеспечение для управления удаленными диспетчерскими модулямив [44, 46] - системные компоненты управления данными на газонаполнительных станциях в виде независимых исполняемых модулейв [42, 43, 74] - специальное программное обеспечение учета процессов реализации газа в баллонахв [38, 41] - методология снижения потоков, поступающих из каждого звена, приводящая к общему снижению интенсивности конечного потока, поступающего на сервер приложений.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего в себя 118 наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 152 страницах, содержит 14 таблиц и 55 рисунков.

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задачи исследования, их научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены сведения об апробации, и внедрении работы.

В первой главе проведен анализ проблем проектирования многозвенных клиент-серверных интранет-систем для увеличения скоростиобработки транзакций.

Показано, что проблемы проектирования многозвенных клиент-серверных систем являются весьма многообразными и сложными. В исследовании основное внимание уделено теоретическому обоснованию рационального проектирования многозвенных систем и созданию соответствующего специального программного обеспечения. Исследованы проблемы использования интранет-технологий как современного инструмента применения специального программного обеспечения многозвенных клиент-серверных систем.

Изучены особенности создания специального программного обеспечения для управления распределенными программным и комплексами с использованием СОМ/ОСОМ-технологий. Рассмотрены варианты технологий интеграции компонент «1С: Предприятие» и весового оборудования > в системе управления приемом и распределением сжиженного газаПоставлен ряд задач проектирования специального программного обеспечения компонент системы управления приемом и распределением сжиженного газа.

Отсутствие общей идеологии и обобщенной модели многозвенных клиент-серверных Интранет-систем в значительной мере сдерживает разработку эффективных методов проектирования специального математического и программного обеспечения таких систем, что в значительной мере обуславливает актуальность исследования.

Во второй главе проведен теоретический, анализ многозвенных архитектур как средства увеличения скорости обработки транзакций многозвенных клиент-серверных архитектур с позиций установления «точки» эффективности перехода на архитектуру следующей размерности.

Для этого многозвенные архитектуры «клиент — сервер» рассмотрены как средство повышения производительности обработки транзакций с позиций теории систем массового обслуживания. В частности, показано, что поскольку конечная очередь событий, поступающая на сервер базы данных, складывается из независимых очередей событий каждой ветви (звена многозвенной системы), снижение потоков, поступающих из каждой ветви, должно привести к общему снижению интенсивности конечного потока, поступающего на сервер приложений.

Далее построены аналитические модели двухи трехзвенных архитектур клиент-серверной обработки транзакций. Получено точное выражение для среднего времени ответа, определенного как среднее время между поступлением данного задания в систему и его уходом.

Приведен пример численного анализа ситуации, когда действительно удастся добиться выигрыша в производительности системы при добавлении промежуточного сервера. В частности, для получения выигрыша при добавлении промежуточного сервера его производительность должна быть выше производительности сервера БД. Также исследованы граничные условия для интенсивностей потоков.

Получено выражение для расчета необходимых параметров клиент-серверных систем высших размерностей. Кроме того, приведен пример численного анализа граничных нагрузок многозвенных клиент-серверных систем.

В третьей главе рассматриваются особенности параметрической идентификации локальных компонент системы управления транзакциями распределенной информационной системы Воронежской базы сжиженного газа.

Осуществлено построение математических моделей потоков и средств обработки информации в локальной* вычислительной сети центрального узла управления системой распределения сжиженного углеводородного газа на основе теории систем массового обслуживания.

Проведена идентификация с использованием итерационных методов параметров локальной вычислительной сети центрального узла системы управления как замкнутой смешанной стохастической сети, состоящей из нескольких центров с дисциплинами обслуживания FIFO, PS, IS, в которой циркулируют заявки нескольких классов клиентов. Осуществлена аналитическая идентификация параметров сервера как многокомпонентной системы.

Реализовано тестирование разработанной сетевой инфраструктуры для проверки сбалансированности спроектированной сети.

Четвертая глава посвящена описанию специального математического и программного обеспечения, реализованного в процессе работы и внедренного в деятельность Воронежской базы сжиженного газа.

Рассмотрены структура и функции специального программного обеспечения в составе клиент-серверной системы управления Воронежской базой сжиженного газа исходя из особенности объектной области.

Описано математического обеспечения специальных инструментов на основе стандартных SQL запросов, алгоритмы их обработки и вывода, а также контейнерные классы для данных абстрактного типа и методы для обмена этими данными.

Приведен алгоритм, позволяющий получать данные из удаленных диспетчерских модулей, не имея сведений об интерфейсах объектов, с которыми работают модули.

Представлены разработанные системные компоненты управления данными на газонаполнительных станциях в виде независимых исполняемых модулей, работающих под управлением MS Windows, выполненные в виде утилит, предназначенных для сбора, хранения и экспорта данных об отвесах на газовых постах. Компоненты обеспечивают получение и сохранение данных об отвесах с постов, подключенных к компьютеру по интерфейсу RS-485, а также отображения данные из базы данных.

Даны особенности специального программного обеспечения учета процессов реализации газа в баллонах в составе клиент-серверной системы управления Воронежской базой сжиженного газа.

В заключении приведены основные результаты работы.

В приложении представлен акт внедрения разработанного специального математического и программного обеспечения.

4.5. Выводы.

1. Разработаны инструменты на основе стандартных SQL запросов, алгоритм их обработки и вывода, а также контейнерные классы для данных абстрактного типа и методы для обмена этими-данными.

2. Разработаналгоритм, позволяющий получать данные из. удаленных диспетчерских модулей, не имея сведений об интерфейсах объектов, с которыми работают модули.

3. Разработаны системные компоненты управления данными на газонаполнительных станциях, в виде независимых исполняемых модулей, работающих под управлением ОС MS Windows, выполненные в виде утилит, предназначенных' для сбора, храненияи экспорта данных об отвесах^ нагазовых постах. Компоненты обеспечиваютполучение и? сохранениеданных об отвесах с постовподключенных к компьютеру по интерфейсу RS-485, а также отображения данные из БД.

4. В составе клиент-серверной системы управления Воронежской базойсжиженного газа разработано специальное программное обеспечение учета процессов^ реализации газа в баллонах. Эффект от внедрения* разработанного программного обеспечения за 2009 год составил 224 000- руб. за счет уменьшения задержек между подачей баллонов на посты газонаполнения и тем самым увеличения производительности системы управления в целом:

Заключение

.

Целью работы являлась разработка специального математического Ипрограммного обеспечения многозвенных интранет-ориентированных корпоративных систем обработки транзакций для повышения их эффективности при обслуживании входящих потоков заявок. В процессе выполнения работы получены следующие основные результаты:

1. Показано, что поскольку конечная очередь событий, поступающая на сервер базыданных многозвенной" архитектуры «клиент — сервер», складывается из’независимых очередей событий’каждого звена, снижение потоков, поступающих из каждого звена, должно привести к общему снижению интенсивности конечного потока, поступающего на сервер приложений.

2. Построены аналитические модели двухи трехзвенных архитектур клиент-серверной обработки транзакций, отличающиеся учетом предварительной фильтрации потоков и обеспечивающие получение точного выражения для среднего времени ответа системы.

3. Получен аналитический критерий* эффективности трехзвенной системы по сравнению с двухзвенной, отличающийся возможностью численного анализа и обеспечивающий выявление граничных условий интен-сивностей потоков, при которых действительно удастся добиться выигрыша в производительности системы при добавлении промежуточного сервера.

4. Проведена с использованием рекуррентных методов идентификация параметров локальной вычислительной сети центрального узла системы управления, обеспечивающая учет нескольких центров обслуживания и нескольких классов заявок и отличающаяся использованием нормализующей константы, рассчитанной с применением метода Бузена.

5. Разработано математическое обеспечение для управления удаленными диспетчерскими модулями, инвариантное к интерфейсам объектов, с которыми работают модули, отличающееся применением контейнерных классов для данных абстрактного типа.

6. Разработаны системные компоненты управления данными на газонаполнительных станциях в виде независимых исполняемых модулей, предназначенных для сбора, хранения и экспорта данных об отвесах на газовых постах. Компоненты обеспечивают получение и сохранение данных об отвесах с постов, подключенных к компьютеру по интерфейсу 118−485, а также отображения данные из БД.

7. В составе клиент-серверной системы управления Воронежской базой сжиженного газа разработано специальное программное обеспечение учета процессов реализации газа в баллонах, зарегистрированное в ФАП ВНТИЦ. Эффект от внедрения разработанного программного обеспечения за 2009 год составил 224 000 руб. за счет уменьшения задержек между подачей баллонов на посты газонаполнения и тем самым увеличения производительности системы управления в целом.