Методика оперативного решения информационно-расчетных задач программно-техническим комплексом на основе рационального распределения информационно-вычислительных ресурсов Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Khvostov Anatoliy Anatolyevich, doctor of technical sciences, professor, khvtol1974@yandex. ru, Russia, Voronezh, Military Educational Scientific Center Air Force «Äir force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin»

Ryazhsk Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, chief researcher, ryazhskih viamail.ru, Russia, Voronezh, Military Educational Scientific Center Air Force «Air Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin»,

Sinyukov Viktor Vasilyevich, candidate of technical sciences, head of Department, sinukovhome@,mail.ru, Russia, Voronezh, Military Educational Scientific Center Air Force «Äir Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin»

Zhuravlev Aleksei Aleksandrovich, candidate of technical sciences, professor, research associate, zhuraa1@rambler. ru, Russia, Voronezh, Military Educational Scientific Center Air Force «Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin»

УДК 002; 004.056

МЕТОДИКА ОПЕРАТИВНОГО РЕШЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ НА ОСНОВЕ РАЦИОНАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

А.В. Емельянов, И.В. Левко, К.Е. Легков

В современных условиях при планировании различных организационных операций увеличивается потребность должностных лиц, принимающих решение, в своевременном и полном информационном обеспечении. Это приводит к увеличению количества решаемых информационно-расчетных задач, что в условиях ограниченных информационно-вычислительных ресурсов программно-технических комплексов с учетом внешних воздействий может создать предпосылки к увеличению продолжительности (а в некоторых случаях и к срыву) планируемой операции. Именно этот факт обуславливает актуальность разработки новых способов распределения информационно-вычислительных ресурсов программно-технических комплексов.

Ключевые слова: программно-технический комплекс, информационно-расчетная задача, информационно-вычислительные ресурсы, планирование, распределение ресурсов.

Задачи распределения разнородных информационно-вычислительных ресурсов играют большую роль при оптимизации процессов планирования и управления. Одним из множества классов задач распределения ресурсов являются задачи математического программирования. В соответствии с общими приемами решения подобных задач разрабатываются частные алгоритмы и методики [1].

129

Для оперативного решения комплекса ИРЗ необходимо вначале определить перечень решаемых ИРЗ, необходимых для информационной поддержки конкретной планируемой операции. Затем необходимо распределить информационно-вычислительные возможности ИВР, определяемые производительностью вычислительных модулей по предоставлению необходимой информации (результаты решения ИРЗ) [2] (рис. 1, 2).

Пусть ПТК обеспечивает информационную поддержку планирования различных операций 01,02,...,О. Определен перечень решаемых ИРЗ

В = {Ву,у = 1,2,...,т}, каждая из которых обеспечивает определенный вклад в информационное обеспечение процесса планирования: - вклад,

который вносит результат решения у-й ИРЗ в информационное обеспечение планирования 1-й операции.

Известны также потребности должностных лиц, осуществляющих планирование в ИРЗ: с у - потребность в у-й ИРЗ при обеспечении планирования / -й операции [3].

Таким образом, исходными данными для алгоритма является множество ИРЗ В = {Ву,у = 1,2,...,т}, матрица весовых коэффициентов ИРЗ

при информационной поддержке операции Ь = , матрица потребностей должностного лица ПТК (лица, принимающего решение) в предоставляемой информации С = с у .

Необходимо найти такой план х* = х у , в котором ху = 1, если у-я ИРЗ обеспечивает информационную поддержку / -й операции, ху = 0 - в противном случае, при котором значение целевой функции

т п

ж=ЕЕхуьу ® тах.

1=1 у=1

При этом определены ограничения:

- для обеспечения конкретной операции каждая ИРЗ может быть решена только один раз [4];

- время решения всего перечня ИРЗ не должно превышать Ттах.

Шаг 1. Ввод исходных данных.

Шаг 2. Формирование ограничений по привлечению результатов решения каждой ИРЗ в информационном обеспечении операции:

Е х =1 у=1 т.

г=1

Шаг 3. Формирование целевой функции, определяющей максимум эффективности информационной поддержки принятия решения:

W=ЕЁ xb j ® max-

i=\ j =1

Шаг 4. Проверка условия баланса задачи

max {j} = max { i} .

Если условие баланса задачи не соблюдается, то переход к шагу 5, на котором вводятся фиктивные ИРЗ или фиктивные операции. В частном случае назначения ИРЗ для информационной поддержки конкретной операции вводятся фиктивные операции, не требующие привлечения ни одной ИРЗ.

Шаг 6. Решение «задачи о назначениях» венгерским методом, по*

зволяющим гарантированно получить оптимальное решение x = xtj

После получения решения осуществляется переход к шагу 7, который реализует второй этап методики [5].

Целью второго этапа является при заданном перечне ИРЗ, опреде-

ляемом планом x

xj

, получение плана распределения к вычислительных модулей, обеспечивающих решение ИРЗ. Шаг 8. Ввод исходных данных.

Шаг 9. Формирование плана распределения ИВР для начального

состояния x0 =

xijk

0

ijk

Qjk = —

с учетом потенциала доступности ВМ 0 =

Шаг 10. Расчет значений показателя качества решения ИРЗ 1

obs

Tjk

Шаг 11. Формирование матрицы качества Q = Qjk

Шаг 12. Проверка условия соответствия полученных значений показателя качества требуемым показателям для каждого типа ИРЗ. Если показатели качества соответствуют требуемым, то окончание работы алгоритма. Если нет, то переход к следующему шагу 13.

п m

Шаг 13. Формирование целевой функции W = ^^Qijxj ® max.

i=1 j=1

Шаг 14. Формирование ограничений на количество привлекаемых

п k

ВМ ^^xtj £ Ntj и время предоставления информации t £ ttrpi. i=1 j=1

Шаг 15. Формирование ограничений на целочисленность и положительность решения xij > 0, xij е □ .

Рис. 1. Блок-схема первого этапа методики

(8>

М

V

1 исходных данных

*=1Ы1

^^Формирование плана распределения задач для начального состояния, исходных данных и с учетом

е=Ы

*0=11411

(10Ь

^Расчет длительностей решения ИРЗ различными ВМ .

с учетом е=||ек|| и воздействий О = 5.

V1 Формирование матрицы качества предоставления информации

= {0, к = 1,2,...т..}

13>-

Формирование целевой функции

*=II 0

ормирование ограничений на количество привлекаемых ВМ и время предоставления информации

1 £ г £ г.

О5)

Формирование ограничений на целочисленность и положительность решения

х . > 0, х . е □

Нахождения плана задействования модулей ВК симплекс-методом

х* =11 Х.к||

Выбор переменной по которой будет осуществляться ветвление

[х* ] < х < [х* ] + 1

а Р .1

Разделение основной задачи на две задачи с ограничением на целочисленность переменных

х £ [х*] х > [х*] +1

20у-

Нахождение планов распределения ИВР по каждой подзадаче

х\ X*

/21 1_1_

-СУ Выбор плана по максимальному значению

целевой функции

Рис. 2. Блок-схема второго этапа методики

132

= 1=1

Шаг 16. Нахождение плана распределения вычислительных моду-

лей симплекс-методом х =

х

ук

Шаг 17. Проверка условия целочисленности полученного решения. Если решение целочисленное, то окончание работы алгоритма. Если нет, то переход на следующий шаг.

Шаг 18. Выбор переменной, по которой будет осуществляться ветвление.

Шаг 19. Разделение основной задачи на две задачи с ограничением

на целочисленность переменных х £

х

х >

х

+1.

Шаг 20. Нахождение планов распределения ИВР по каждой подза-

* *

даче х1, х2.

Шаг 21. Выбор плана распределения ИВР по максимальному значению целевой функции.

Разработана двухэтапная методика, позволяющая перераспределять имеющиеся информационно-вычислительные ресурсы ПТК, направленая на совершенствование специального программного обеспечения ПТК, осуществляющего поддержку планирования организационных операций. Особенностью методики является использование методов линейного программирования для решения целочисленной задачи распределения вычислительных модулей при обеспечении функционирования ПТК с требуемыми показателями по оперативности решения ИРЗ.

*

*

*

Список литературы

1. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Советское радио, 1972. 552 с.

2. Буренин А.Н., Легков К.Е. Обеспечение эффективного функционирования информационных подсистем автоматизированных систем управления сложными организационно-техническими объектами на основе процедур оперативного управления ресурсами информационных служб // Информация и космос. 2017. №3. С. 64 - 72.

3. Юдин Д.Б., Гольштейн Е.Г. Линейное программирование. Теория, методы, приложения. М.: Наука, 1969. 424 с.

4. Лазарев А.А., Гафаров Е.Р. Теория расписаний. Задачи и алгоритмы. М.: МГУ имени М.В. Ломоносова, 2011. 222 с.

5. Буренин А.Н., Легков К.Е. Современные инфокоммуникацион-ные системы и сети специального назначения. Основы построения и управления: монография. М.: ООО «ИД Медиа Паблишер», 2015. 348 с.

Емельянов Александр Владимирович, адъюнкт, slash1@jnЪox.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,

Левко Игорь Владимирович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,

Легков Константин Евгеньевич, канд. техн. наук, доц., начальник кафедры, constlamail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского

METHODOLOGY OF OPERATIONAL SOLUTION OF INFORMATION AND CALCULATION TASKS BY THE PROGRAM-TECHNICAL COMPLEX BASED ON RATIONAL RESOURCE ALLOCATION

A. V. Emelyanov, I. V. Levko, K.E. Legkov

In modern conditions, when planning various organizational operations, the need for decision-makers in timely and complete information support is increases. This leads to an increase in the number of solved information and calculation tasks (ICT), which, under conditions of limited information and computing resources (ICR) of program-technical complexes (PTC) and taking into account external influences, may create the prerequisites for an increase in the duration (and in some cases also for a breakdown) planned operation. This fact that determines the urgency of developing new ways of allocating ICR of PTC.

Key words: program-technical complex, information and calculation tasks, information and computing resources, planning, resource allocation.

Emelyanov Alexandr Vladimirovich, postgraduate, slash1ainbox.ru, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy,

Levko Igor Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, levko ivamail. ru, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy,

Legkov Konstantin Evgenyevich, candidate of technical sciences, docent, head of the department, constla mail. ru, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy