CC BY
23
5. Hautamaki, V. Improving Speaker Verification by Periodicity Based Voice Activity Detection [Текст]/У Hautamaki [et al.]// In Proc. 12th International conf. on Speech and Computer. -M., 2007.-Vol. 2. -P. 645-650.
6. Sohn, J. A statistical model-based voice activity detection. [Текст]/! Sohn, N.S. Kim, W. Sung//IEEE Signal Proc. Lett.-1999.-№ 6.-P. 1-3.
7. Labutin, P. Speaker identification based on the statistical analysis of f0 [Текст]/!5. Labutin, S. Koval, A. Raev//In Proc. IAFPA. -2007, Plymouth, UK.
8. Капустин, А.И. Система верификации дикторов по голосу на основе использования СГР-SVM подхода
[Текст]/А.И. Капустин, К.К. Симончик//Тр. XII Между -нар. конф. «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (DSPA-2010).-M.-T. 2.-С. 207-210.
9. Beritelli, F. Performance Evaluation and Comparison of G.729/AMR/Fuzzy Voice Activity Detectors. [Текс^/F. Beritelli [et al.]//IEEE Signal Proc. Lett.-2002.-Vol. 9.-№ 3.
10. Tuononen M., Hautamaki R. G., Franti P. Automatic voice activity detection in different speech applications [Текст]/М. Tuononen, R.G. Hautamaki, P. Franti//In Proc. 1st international conf. on Forensic Applications and Techniques in Telecommunications, Information, and Multimedia Workshop.-2008.-P. 1-6.
УДК 658.310.11:681.3.06
Л.И. Гололобов
МОДЕЛИ СОВМЕСТИМОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДСИСТЕМ «ЧЕЛОВЕК» И «ТЕХНИКА»
Исследование и разработка автоматизированных систем управления (АСУ) основывается на эргономическом и техническом подходах, дополняющих друг друга и направленных на решение одной и той же проблемы обработки и передачи данных. Эргономический связан с изучением работы человека на технике и созданием оптимальных условий деятельности [1-3], технический исследует функционирование техники с учетом требований обеспечения деятельности, где на передний план выступают проблемы производительности технических средств [4, 5].
Математические модели, разработанные в рамках каждой теории, воспроизводят сложные процессы деятельности и функционирования техники в определенном диапазоне условий, требований и локальных критериев. Причем одна группа фактов объясняется одной теорией, а другая - другой. Необходимо отметить, что подход, основанный на выделении подсистем «человек» и «техника», усиливает стремление проигнорировать факты одной теории в рамках другой и приводит к недостаточной проработке математических моделей подсистем «человек» и «техника». Это порождает многочисленные и трудноразрешимые проблемы совместимости математических методов исследования этих подсистем. В то же время деятельность человека и функциониро-
вание техники в АСУ настолько взаимосвязаны, что их моделирование раздельно на уровне указанных подсистем не позволяет в полной мере исследовать деятельность операторов и функционирование техники в совместной обработке и передаче данных как целостный процесс, выявить его закономерность и свойства.
АСУ, в которой исследуется целостная технологическая среда «человек-техника», предназначена для управления объектами, функционирующими в экстремальных по времени условиях. АСУ представляет собой совокупность технических средств автоматизации и связи для обработки и передачи данных об обстановке и по функциям управления объектами, иерархической организационной структуры системы и методов управления, в которой работы должны выполняться в темпе проводимых мероприятий.
Рассматривается работа операторов на технике и функционирование техники (объект исследования) для установления закономерности совместной обработки и передачи данных операторами и техническими средствами и разработки моделей совместимости (предмет исследования), через которые объединяются (цель) математические методы исследования подсистем «человек» и «техника».
Для решения поставленной задачи подсистема «человек» в АСУ представлена операторами с иерархической организацией взаимодействия и жестко регламентированными сроками исполнения. В качестве подсистемы «техника» исследуется компьютерная сеть из трех ЛВС (Ethernet, Token Ring и FDDI) с протоколами, сетевыми и информационными технологиями, характерными для Интернет. Передача данных между сетями Ethernet и Token Ring организована через сеть FDDI. Исходными данными моделей совместимости служат результаты моделирования деятельности и функционирования техники на уровне подсистем «человек» и «техника», а выходными данными становятся результаты функционирования подсистем, объединенные через модели совместимости, в процессе совместной обработки и передачи данных.
В табл. 1 приведены показатели качества и производительности обработки и передачи данных. Продуктивность имеет размерность объем данных
-, реактивность - размерность вре-
время
мени. Загруженность характеризуется безразмерным коэффициентом использования ресурсов подсистем «человек» и «техника» в системе «человек-техника». Коэффициент использования - отношение временных затрат подсистемы «человек» или подсистемы «техника» к суммарным временным затратам системы «человек-техника». Временные затраты зависят от объема
Показатели качества и производител
обрабатываемых и передаваемых данных и производительности. Объем данных зависит от размаха проводимых мероприятий. Продуктивность и загруженность ресурсов интересует администратора системы. Реактивность важна тем, кого система обслуживает.
Реактивность и загруженность являются внешними характеристиками производительности, продуктивность - внутрисистемная характеристика подсистем и системы. За критерий оценки эффективности совместной обработки и передачи данных операторами и техникой выбрана реактивность (время отклика системы «человек-техника»).
Сдерживающим фактором оценки производительности целостной системы «человек-техника», выявления закономерности и свойств совместной обработки и передачи данных операторами и техникой, разработки моделей совместимости являются проблемы нагрузки, границ, меры объема и объекта совместной обработки и передачи данных.
В [4, 5] подчеркивается, что практически не существует исследования по оценке производительности, для которого не встает вопрос о нагрузке. В [4] отмечается, что люди воздействуют на производительность системы, создавая входные сигналы (программы, данные, команды), которые обозначаются термином «рабочая нагрузка». Это определение рабочей нагрузки считалось бы неполным, если бы не были точно определены
Таблица 1
ости компонентов и системы в целом
Показатели качества Показатели производительности Общее определение
Продуктивность Интенсивность обслуживания, пропускная способность Объем информации, обрабатываемой подсистемой или системой в единицу времени
Реактивность Время обработки, прохождения, отклика Время между предъявлением подсистеме или системе входных данных и появлением соответствующей выходной информации
Загруженность Коэффициент использования подсистем «человек» и «техника» системы «человек-техника» Отношение временных затрат подсистемы «человек» или «техника» к суммарным временным затратам системы «человек-техника»
временные границы. Так, в недалеком прошлом в вычислительных центрах рабочая нагрузка определялась временем обработки данных в течение часа, дня, недели и т. д. Определялась также рабочая нагрузка за время существования вычислительной системы. При уменьшении длительности периода времени становится необходимым дальнейшее уточнение определения рабочей нагрузки, поскольку возрастает важность временных граничных условий. Поэтому в определении рабочей нагрузки появилась временная составляющая. Под рабочей нагрузкой стали понимать набор всех входных сигналов, получаемых системой от своего окружения за заданный период времени [5]. Из последнего определения следует, что нагрузка характеризуется объемом и временем.
Очевидно, что для определения рабочей нагрузки на уровне оператора и используемых им технических средств должны быть уточнены границы системы. Многие исследователи пришли к выводу о необходимости включения человека в состав вычислительной системы. Так, Д. Фер-рари [4] акцентирует внимание на том, что хотя среда вычислительной системы и не определяется точно в виду граничных трудностей самого понятия системы, однако она всегда включает коллектив пользователей. Для проектирования деятельности оператора Г.В. Суходольский видит необходимым описание и оценку этой деятельности как «человеческой» управляющей подсистемы в системе «человек-техника» [1]. Бринч Хансен [10] считает, что операционную систему можно определить как «набор ручных и автоматических процедур», которые позволяют эффективно использовать вычислительную установку.
Следовательно, для исследования деятельности операторов и функционирования техники как целостного процесса, границы вычислительной системы данных должны быть расширены включением в ее состав человека.
В зависимости от уровня ресурсов, на котором анализируется их производительность, используются различные меры объема. Наиболее распространенные меры объема - шаг задания, программа, процесс, сообщение, взаимодействие (обмен сообщениями), транзакция, сценарий, команда, пакет в сетях с коммутацией пакетов и т. п. В [4] отмечается, что ни одна из этих мер объема данных не обладает независимостью от самой нагрузки и системы. Эти два свойства необходимы, чтобы установить некую меру объема данных в
качестве универсальной и перейти к моделированию совместной обработки и передачи данных.
Очевидно, что каждая из перечисленных мер объема состоит из символов для оператора и байтов для технических средств, которые обрабатываются оператором и ЭВМ и передаются в сетях. Поэтому предлагается на уровне оператора и технических средств взять символ за минимальную меру объема, нагрузку, единицу информации и объект совместной обработки и передачи данных, а время обработки и передачи символов - за характеристику их функционирования. Клавиатурный, дисплейный или озвученный символ - реальная нагрузка и универсальная мера объема для оператора и (в виде байтов) для технических средств. Символы существуют в системе «человек-техника» и вне системы в виде распечатанного текста, записи на компакт-диске и т. п. Из-за дисбаланса между быстродействием оператора и производительностью технических средств за одно и то же время подсистемы «человек» и «техника» обрабатывают различные объемы данных. Для подсистемы «техника» данными являются не только символы, обрабатываемые оператором, но и программный код. Например, Web-страница передается по сети от сервера клиенту и содержит как данные для оператора, так и программный код Web-формы, на которой представлены данные.
На уровне оператора и техники обрабатываются символы, представленные графическим пространством имен, которое инкапсулирует основные графические функции. В терминах Microsoft эти функции известны как GDI+ (Graphical Device Interface). Класс Graphics является фундаментальным для GDI+, т. к. определяет графическую поверхность, на которой отображаются обрабатываемые данные, и действует как посредник между человеком и техникой, объединяя трудовой процесс и процесс функционирования техники. Оператор в работе использует клавиатуру, экран дисплея, и мышь. На экране дисплея размещаются и используются графические символы собственно экрана (экранных форм, панели задач, панели инструментов, выпадающего меню кнопки «Пуск», главного меню), контекстного меню мыши, отображаются и редактируются алфавитно-цифровые и специальные символы клавиатуры.
Учитывая изложенное выше, установим закономерность совместной обработки и передачи данных операторами и техническими средствами.
Рис. 1. Структурная схема совместной обработки и передачи данных операторами
и техническими средствами
Совместная обработка и передача данных операторами и используемыми ими техническими средствами в общем виде представлена на рис. 1.
Суммарное время Т ]'-го оператора и используемых им технических средств описываются системой уравнений:
Т = (Т., + Тп + ... + Т + ... + Т,) + 2.
(1)
или
T, = YT + Z,
j ¿—i j¡ j-
где Т., — элементы матрицы |Т..| представляют вре-
Jг J1
менные затраты технических средств на взаимодействие .-го с г-м оператором;.', г = 1, 2, ..., /; 2. - временные затраты .-го оператора; / - число включенных рабочих станций, число операторов меньше или равно /. Если . = г и Т = 0, то .-й оператор не работает, но .-я рабочая станция включена. Если. =г и Т. ф 0, имеет место индивидуальная работа .-го оператора. Для случая. Ф г и Т ф 0.-й оператор взаимодействует с г-м оператором (групповая работа).
Введем в (1) коэффициент а.. = Т/Т. использования технических средств в процессе взаимодействия .-го с г-м оператором. После подстановки в (1) Т = а Т. система уравнений (1) принимает вид:
(2)
T = Y a.. T + Z.
J ji i J
Представим (2) в матричном виде: T=AT+Z,
(3)
где
т, ап а12 ■ •• а1, ■ au
Т2 а а а22 . ■ а2 i • ■ °2l z2
Т = TJ ,А = ап a j2 .. afi ... aj, , Z =
T¡ ап а12 • ■ au .. a u
Если в (3) неотрицательная квадратная матрица А невырожденная, то для любого положитель-
ного вектора Z имеет место отношение T = (I-A)-1Z ,
(4)
где А - квадратная матрица коэффициентов использования технических средств; I - единичная матрица размерности /х/:
0 1
0 0
0
0
1
о
В отношении (4) присутствуют такие показатели производительности, как время отклика T системы «человек-техника», время отклика Z подсистемы «человек», коэффициент использования (I-A) подсистемы «человек» и коэффициент использования A подсистемы «техника», которые в совокупности характеризуют процесс совместной обработки и передачи данных на уровне операторов и используемых ими технических средств.
Следовательно, закономерность совместной обработки и передачи данных человеком и техническими средствами состоит в том, что реактивность T системы «человек-техника» и Z подсистемы «человек» связаны между собой через их загруженность, т. е. T = BZ , где B = (I-A)-1, A — загруженность подсистемы «техника», (I-A) — загруженность подсистемы «человек» и I — единичная матрица.
На основании (4) раскроем закономерность совместной обработки и передачи данных и определим место (2) и (3) в этом процессе. С этой целью выполним некоторые преобразования для (4). Так как для матриц (I-A) и (I-A)-1 существует равенство (I-A)(I-A)-1 = I, то Z = (I-A)T. Для A = 0 имеем T = Z. Это значит, что все действия по обработке и передаче данных выполняет человек. Технические средства не используются. Если Z = 0, то имеет место (I-A)T = 0. Так как временные затраты F операторов равны нулю,
i=1
Таблица 2
Режимы совместной обработки и передачи данных
Работа оператора без технических средств автоматизации деятельности Автоматизированный режим обработки и передачи данных Автоматический режим обработки и передачи данных
1 ;=1 7}, = 0, ^ = 7}/Г„ ап = 0, 7} = i í=i Zj ф 0, Тц ф 0, ají ф 0 i tJ - Z алт1 + zJ ' 1=1 l Zj = 0,aj^0,Tj^ajiTi í=í
т = лт+г, А = о,т=г т=АТ + г,гф0,АФ0 T = A+Z,Z = 0,A= I,T = T
то очевидно, загруженность трудовых ресурсов (I-A) = 0. Это значит A = I и T = T, что соответствует автоматическому режиму обработки и передачи данных без участия человека. Наконец, если F ф 0 и A Ф 0, то T = AT + Z, т. е. выполняется автоматизированная обработка и передача данных. Таким образом, (2) и (3) охватывают ручной, автоматизированный и автоматический режимы обработки и передачи данных. Полученные результаты содержатся в табл. 2.
В моделях (1)—(4) совмещены деятельность операторов и функционирование техники в процессе обработки и передачи данных человеком и техникой, поэтому назовем их «моделями совместимости».
Совмещение математических моделей подсистем «человек» и «техника» назовем «методом перехода от потока задач на решение к потоку символов на обработку и передачу».
В работеj-го оператора можно выделить информационную (содержательную) и компьютерную (манипуляторную) составляющие деятельности. Информационная деятельность оператора связана с решением следующих задач: вход в систему, ведение базы данных, формирование документов на основании информации из баз данных, получение и отправка документов и т. д. Компьютерная деятельность при решении задач сводится к действиям оператора над символами при помощи клавиатуры, экрана дисплея и манипулятора мышь.
Пусть объем данных в процессе работы j-го оператора с клавиатурой, экраном дисплея и мышью равен N. = ns. + np. + nd. + nw. + nr. + mi + r j j -O j j j j
+ m2 + m3 + m4 + m5 , где количество символов,
jjjj
обрабатываемых оператором с помощью клавиатуры и экрана: т — при входе в систему, пр. — во время работы с базой данных, пй. — в ходе формирования документа, nw . — на этапе отправки документа, пг . — при получении документа; на экране дисплея манипулятором мышь: ш1. — во время входа в систему, т2. — при работе с базой данных, т3. — в ходе формирования документа; т4. — в процессе передачи документа, т5. — на этапе приема документа.
Временные затраты .-го оператора на обработку 5-го символа клавиатурой обозначим через пкЬ. , (пркЬ. , tnwklv. ШгкIV. на экране
через Ы55СГ , Ыр5ег , tndscг , tnwscг , ЫГ5СГ и манипулятором мышь через Ш1. , Ш2., Ш3 .,
¿Г Г }ц ■> }!р
т4 , т5 .
¿к . ~
Временные затраты 2. ]-го оператора на информационную деятельность состоят из времени, затраченного на вход в систему (В.), работу с данными (и), формирование (О), передачу (№), получение документа (Я) и косвенных временных затрат (И), не связанных с обработкой и передачей данных. Величина И. рассматривается как среднее время согласования (координации) действий .-го с г-м оператором в иерархии взаимодействия. Например, в режиме тренировок может быть уточнение задания, определение порядка действий и т. д. В рабочих ситуациях, жестко регламентированных временем, косвенные временные затраты И. сводятся к нулю. Будем считать И = 0.
Тогда суммарные временные затраты 2 .-го оператора на информационную деятельность равны:
Z=B+U+G + W+R+И, (5)
}}}}}}}
где В = шШч. + Хжясг. + Хш1, tnsk.lv, = У*и
. . . . 1 £-1 ]'' т1 ""Ь 5=1
1=1 "Р;
и = Мрк/у. + tnpscr. + Ш2, ШркЩ = ^ргрЫук, Ырясг. = ^йгртст^, йи2у =
5=1 5=1
О = + tndscr + Ш3, ¿жШУ, = У
] ] ]]> 1
пй] тЪ; 5=1
ШбсГ) — ^йиксг^, тЪ1 — УйиЗ,.,;
5=1 5=1
= Шм>к/у. + tnwscr. + Ш4, = У*п\\>кЬи,
nWj т4 ] 5=1
итзсГ] = ^йгууясг^, 1тА} =
5=1 5=1 "П
Я = Мгк/у + tnrscr + Ш5 , ЫгкЪ. = У tnrk.lv., тгасг,. = ^¿тагат^, - Н. = 0.
5=1 »=1
Так как информационная и компьютерная деятельность - две стороны одного процесса, то для определения временных затрат ¥. г-го оператора на компьютерную деятельность необходимо перераспределить временные затраты компонент 2. между компонентами ¥,
Компонентами временных затрат ¥г-го оператора на компьютерную деятельность являются временные затраты на обработку символов клавиатурой (К.), на экране (Б.), манипулятором мышь (М) и косвенные временные затраты (Е.), не связанные с обработкой и передачей данных. Так же, как и для информационной составляющей временных затрат, будем считать Е . = 0. Тогда временные затраты -го оператора на компьютерную деятельность равны
F= K +D +M +E, (6)
i lili 4 '
где K = tnsklv + tnpklv + tnwklv + tnrklv,
I I + I I r
лл, npi
tnsklv ¡ = У\tnsklv ¡s, tnpklv i = У tnpklv^,
5=1
nd¡
5=1 nW:
tndklv¡ = ^tndklvis, tnwklv¡ = ^tnwklv
5=1 5=1
nr¡
tnrklv ¡ — У tnrklv h-
M. = tm1+ tm2 + tm3 +tm4 + tm5 , тЬ=У tmh
i i i i i i 1 ^^
5=1
m2¡ m3¡ m4¡
tm2¡ = Y,tmйиЗ, = , tm4t = £í/n4,,:
5=1 5=1 5=1
mS,
tm5¡ - ^tm5is. E. = 0.
Из полученных математических зависимостей видно, что составляющие К, Б,, М , Е . временн^1х затрат ¥ . г-го оператора на компьютерную деятельность формируются из составляющих В ,и, О, WJ, Я., Н.. временн^1х затрат 2. на информационную деятельность, т. е. компоненты временных затрат 2 перераспределяются между компонентами ¥.. Во взаимодействии г-го с .-м оператором временные затраты технических средств на компьютерную деятельность описываются матрицей |Т.
V
которая является результатом транспонирования матриц^1 \Т.\ временн^1х затрат на информационную деятельность. Равенство временных затрат на компьютерную и информационную деятельность назовем свойством взаимной однозначности.
Следовательно, модели (1)-(4) преобразуются / / к виду Т =У Т + ¥, Т, =Уа..Т. + ¥, Т = АТ + ¥
г ¿—¡у Р г ¿—! у ] г г=1
j=1
и T = (I-A)-1F. Это преобразование является результатом перехода от потока задач на решение к потоку символов на обработку, что отражено на рис. 2.
Суммарн^1е временные затраты T. i-го оператора состоят из временных затрат Fi на компьютерную деятельность и временн^1х затрат X , ис-пользуем^1х им технических средств T. = F . +X . ,
где и для l операторов:
7=1
¿=i ¡=i ;=i
Суммарн^1е временные затраты Tj J-го оператора состоят из временных затрат на информационную деятельность ZJ и временных затрат Yj , используемых им технических средств T=Z.+Y. , где
(7)
D. = tnsscr. + tnpscr. + tnwscr. + tnrscr,, и для l операторов:
ínsíc/;. = ^tnsscr^, tnpscr¡ = ^tnpscr^,
5=1 5=1
nd¡ m>¡
tndscr¡ - ^tndscr^, tnwscr¡ = ^tnwscr^.
5=1 nr¡
tnrscr¡ = ^tnrscris;
5=1
(8)
В матричной форме модель (7) записывается как Т = ¥ + X или Т = К + Б + М + Е + X и модель (8) в виде Т = 2 + У или Т = в + и + в + Ж + Я + Н + У.
Модели системы «человек-техника» для потока задач на решение
т, = X тй + г,,г, = X айт\ + г,, т=лт+г, т=ц-А)1г
Таблица перехода от потока задач к потоку символов
г+т 1+2 1+3 1+4 1+5 1+6 1+1 1+8 1+9
Та
Та
А_
Ух Сг
Ях Я
Та
Та
Та У2 В2
Ж с2
У/2
Ж. я2
¿2
Т-1"
Те
в, г/,
/г, я,
Га
Тц
B,
и,
C, \У1
ж
я
¿7
УУ
д я
/г.
а:,
АГ/
о,
Д.
А
Ж я
М1
м2
м,
М;
£
Я
Рис. 2. Переход от потока задач на решение к потоку символов на обработку и передачу
Т1 = Е Та + + Т = АТ+Р,Т = (1-А)-1
г=1 /=1
+ А , I V А
Исходными данными для моделей совместимости (7) и (8) служат временные затраты подсистем «человек» и «техника». Погрешности исходных данных и порожденные ими погрешности конечных временных показателей, полученных на моделях подсистем «человек» и «техника», переносятся в исходные данные моделей совместимости. После их выполнения процедуры суммирования на этих моделях представляют результат совместной обработки и передачи данных на уровне системы «человек-техника». Для моделирования подсистем «человек» и «техника» существует большой набор средств моделирования систем, анализ достоинств и недостатков которых дан в [3]. Из средств моделирования работы человека на технике (подсистема «человек») широкое применение получили алгоритмическая алгебра и нелинейные регрессионные модели [2], функциональные сети [3]. Для моделирования обработки и передачи данных в компьютерных сетях (подсистема «техника») используются как аналитические [4, 6, 7], так и имитационные методы [8, 9] теории массового обслуживания. В [5] для расчета временных затрат различных категорий ресурсов (центральный процессор, диск, дисковые массивы сервера, маршрутизаторы, сеть) Web-систем, т. е. компьютерной сети с сетевыми и информационными технологиями Интернет, предлагаются аналитические модели. Для наглядного представления сложных процессов деятельности и функционирования техники и объединения их через модели совместимости, используются упрощенные аналитические модели подсистем «человек» и «техника».
Временные затраты ¥. на компьютерную и Х на информационную деятельность (подсистема «человек») в моделях совместимости (7) и (8) вычисляются через временные затраты /-го оператора на работу с клавиатурой ШкЬ., ШркЬ.,, tndklv , Ым>к1у , ШгкЬ , экраном Хтъег , tnpscr ,
13 13 13 А 13 х 137
tndscr., Шм>3сг., Шг3сг. и манипулятором мышь
/э' 3 13 ¿г
Ш1 , Ш2 , Ш3 , Ш4 , Ш5 . Исходными данны-
13 7 3 3 3 13
ми для вычисления временных затрат на работу с клавиатурой, экраном и мышью служит время обработки 3-го символа /-м оператором. Для моделирования обработки 3-го символа /-м оператором вводится обобщенная рабочая операция А3 обработки 3-го символа и используется аппарат функциональных сетей, вероятностно-временные зависимости описания действий оператора в рабочих, контрольных и диагностических опера-
Рис. 3. Алгоритм Я выполнения технологической операции А 3
циях и нелинейные регрессионные зависимости [2, 3]. Вероятностно-временные модели на функциональных сетях с нелинейными регрессионными зависимостями моделирования трудовых операций сочетают в себе возможности описания функционирования, оценки быстродействия и безошибочности с учетом врабатываемости, утомляемости и других факторов.
Оператор, работая с символами, обрабатывает каждый из них: вводит, контролирует и, при появлении ошибки, устраняет ее. Алгоритм Я действий оператора над символом в технологической операции А 3 показан на рис. 3.
В алгоритме Я технологическая операция А.3 обработки /-м оператором 3-го символа представлена в виде блок-схемы: работа - визуальный контроль - доработка.
Средствами алгоритмической алгебры технологическая операция А3 описывается функциональной сетью:
А 3 = Ар(¥ и С)П, (9)
где А - рабочая функциональная единица обработки символа; Р - условие (функциональная единица контроля), проверяемое при контроле результата выполнения рабочей функциональной единицы А (Р = 1, если А выполнена без ошибки, и Р = 0, если А выполнена с ошибкой); ¥ - функциональная единица, интерпретируемая как фиксация на экране дисплея результата выполнения рабочей функциональной единицы А; С — функциональная единица доработки, выполняемая при устранении ошибки, обнаруженной при контроле Р; П - функциональная единица, интерпретирующая передачу символа.
Входящие в (9) элементарные действия моделируются функциональными сетями:
А=(А/., С=(А/^. , П=А., (10)
где А- обобщенная операция взаимодействия оператора с клавиатурой, экраном и мышью при обработке 5-го символа; N. - число символов, обрабатываемых .-м оператором; 0 - безразмерный коэффициент, характеризующий долю перенабираемых оператором символов при обработке данных объема N.
При переходе от алгоритмических формул (9) и (10) к их вероятностно-временным эквивалентам имеют место следующие зависимости [2]:
РА„ = [рА к;1+(РА К10+ р А К00) рС ] П;
ТА„ - та + тк + (рА К10+ р А К00) тс ] р-
РА = (р/'; рА = 1 - РА; Т = ^; Тк = NTв; (11)
РС = (р Г'; Тс = 0ЖТ ; Ри = Р;ТГ> = Т,
С 4 ' С г 5 ' и ^ и 5'
где Р1 - вероятность и Т - математическое ожидание времени безошибочного выполнения технологической операции А ; Р— вероятность и Т. — математическое ожидание времени безошибочного выполнения операции А., 5 = 1, 2, ...,N. ; Тк — среднее время визуального контроля; Крп (Кр10) -вероятность отсутствия (наличия) ошибок при визуальном контроле N. обрабатываемых символов, Кв1 + Кр10 = 1; Кр°° (К»1) - вероятность наличия (отсутствия) ошибок при визуальном контроле N. обрабатываемых символов, К°° + К^1 = 1.
Для учета факторов, влияющих на безошибочность и быстродействие оператора при выполнении алгоритма Я над символом, используем регрессионные модели. Наиболее удобны нелинейные регрессионные модели, которые в отличие от традиционных полиномиальных моделей допускают содержательную интерпретацию параметров. В вычислениях Р. и Т. обобщенной операции Адля (11) используются нелинейные регрессионные модели в виде пары взаимосвязанных зависимостей [2]:
Р, = +
хе-4з(*2-*з)]} х е-«4(*4-*5).
Т, = (а0 + а2е-"л )[1 + (а3 -1)] +
+ але
~а5х4
+ (е 6 4 -1)-а7,
где х1 - квалификация оператора; (х2— х3) дефицит времени, оцениваемый разностью предельно допустимого (х2) и фактически затрачиваемого (х3) времени на выполнение элементарной операции; х4 - продолжительность работы оператора; а0 -
математическое ожидание времени выполнения операции As неутомленным оператором высшей квалификации, т. е. высший достижимый уровень быстродействия оператора; a a4 - максимальные добавки к затратам времени на выполнение операции при необученности и врабатываемости соответственно; a3 - коэффициент изменения времени выполнения операции в условиях наибольшей операционной напряженности; av a5, a6 - параметры, характеризующие скорость изменения времени выполнения операции из-за необученности, врабатываемости и утомляемости соответственно; a7 - параметр, имеющий размерность времени и обеспечивающий выход на стационарный режим, характеризующий быстродействие оператора от продолжительности его безошибочной работы; qv q3, q4 - параметры, характеризующие скорость изменения безошибочности оператора в зависимости от роста квалификации xv отклонения времени (x2—x3) и продолжительности работы x4; q2 - вероятность совершения ошибки при наибольшей операционной напряженности; q5 - параметр, имеющий ту же размерность, что и x4, и по физическому смыслу соответствующий моменту наибольшей безошибочности оператора.
Исходными данными для вычисления временных затрат T. (T) технических средств (подсистема «техника») в моделях совместимости (7) и (8) являются временные задержки в компьютерной сети. Для вычисления временных затрат используется аналитическая модель функционирования компьютерной сети с Web-технологией из [1]. В аналитической модели определены объемы передаваемых данных и раскрыт физический смысл передачи. Время T. состоит из времени tiJcpu использования центрального процессора и t'j работы диска сервера, времени j передачи данных по сетям и времени tу , затраченного на определение маршрута движения дейтаграмм. Сообщение в сети от клиента к серверу обычно проходит стек протоколов и передается через одну или большее количество сетей. Протокольные объекты каждого уровня общаются между собой за счет обмена протокольными единицами обмена (Protocol Data Utit, PDU), состоящими из заголовка и области данных. В PDU обычно отводится максимально возможный размер под область данных. Максимальный размер области данных в байтах носит название максимального передаваемого блока (maximum transmission unit, MTU). Маршрутизаторы фрагментируют дейтаграммы при переходе к
сети с более низким значением MTU. Фрагменты собираются заново на уровне Internet-протокола IP на хосте места назначения. Каждый уровень протокола к данным добавляет свой собственный заголовок, а иногда и «хвост», т. е. заключительную часть.
Время процессора равно tcpu = а / U
г г —. г г . cpm cpuM
где а — коэффициент использования и
cpuki
U — быстродействие процессора по клас-
°РиИ
су запросов kl, kl=\, 2, 3 (rf - размер файла, 1 — rf < 20 Кб, 2 — 20 Кб < rf < 1Мб, 3 — rf > 1 Мб). Время обслуживания для диска составляет d N-dxRbd
h = V + Ud + —-—, где tPä - среднее время по-d
иска на диске; td - средняя задержка; Nibd - количество считываемых с диска блоков; Rbd - размер блока (в байтах); Vd - скорость считывания с диска. Временные затраты сети tj состоят из времени t'j затраченного сетью на запрос клиента к серверу, и времени на ответ сервера ts.: tne'= tc. + ts..
ПУПУ
Запрос от ¡-го клиента к серверу размещается в области данных TCP-сегмента, который поступает в область данных IP-дейтаграммы. Дейтаграмма инкапсулируется кадрами Ethernet, FDDI и Token Ring по мере ее продвижения по сетям. Таким образом, по мере перехода от одной сети к другой Nы -байтовый клиентский запрос преобразуется в Nc -байтовый кадр p-й сети: Nc = Nы
+ RTCP + RIP + ^ где RIP и - размеры
заголовков (служебной информации) протоколов
TCP, IP и p-й сети. Время на передачу запроса от
Nc. х8
i-го клиента по p-й сети равно t„ = —¿т— , V -
cip l&xvp p
г « Мбит г-р
пропускная способность p-й сети, —-—. Тогда временные затраты на запрос клиента равны р
tjj - ^tc ,p = 1, 2, ..., P, P - общее количество се-р=1
тей, через которые проходит запрос. Определим временные затраты tj на ответ сервера i-му клиенту. Чтобы после появления TCP-соединения исключить фрагментирование данных, между сервером и клиентом, устанавливается максимальный размер сегмента MSS в байтах, меньшим или равным MTU для всех сетей, т. е. MSS < minp MTU - R - R,p, MTU, как отме-
— p=1 TCP P '
чалось, максимальный размер области данных в сетевых протоколах. Установив для N -байто-
А serveri
вого ответа сегмент из N байт, серверу по-
segmenti ^ 1 1 J
требуется KTCP сегментов, чтобы по сетям пере-
дать г-му клиенту N -байтовый ответ. Тогда
время t на передачу данных с учетом служебной
"¡р
информации равно
[Ктср ,.х(ЛГ
segment {
ч =
10 XV „
где Rsip RTCP RIP Rradarp , ^dop Nserver^ KTCFj
P
x N . Время ответа ti = Yf. .
......i A v ^^ Hp
segmenti
p=i
=
Общее время обработки сообщения на М
г М' Г
маршрутизаторах равно ^ = ^it¡r, где Т.г = К.
т=1 "
х 2 , К — количество дейтаграмм, 2 — задержка
гт Ш гт
маршрутизатора (в мкс/пакет), задержка указывается производителем.
Итак, временные затраты технических средств равны Т = ^ + Р. + + . Значения ¥ и Т
А г. cpu ( неТ Г I .
I I I
определены для Т = ^^ + Аналогично
¡=1 ;=1 ¡=1 / I I
нах°дят 2. и Т..
¡=1 ¿=1 ]=\ Свойство совместимости показывает, что законы функционирования подсистем «человек» и «техника» не противоречат установленной закономерности, трансформируются и проявляются в системе «человек-техника» через параметры совместной обработки и передачи данных.
Модели (3) и (4) получены без ограничения на сроки S исполнения работ и описывают устойчивый процесс совместной обработки и передачи данных, подразумевая под этим время S окончания работ совпадающим с суммарными временными затратами Т операторов и технических средств, т. е. Q = Т- S, Q = 0. Но в реальных условиях у операторов имеют место различные по времени исходы работ, т. е. как Q = 0, так и Q Ф 0. Для учета сроков исполнения работ соотношение Т = AT + ¥, взаимооднозначные Т = AT + Z, представим в виде
T*= AT* + F*R+ F*E — Q
(12)
где * указывает, что имеет место общий случай Ф 0), Е*=¥*к+ Е*Е; — временные затраты операторов в работе на технике, Е*Е- косвенные временные затраты. Чтобы матричное уравнение (12), как и уравнение (3), соответствовало устойчивому процессу совместной обработки и передачи данных, временные затраты в (12) должны быть сбалансированы. Это значит, что в (12) Q < 0 (избыток времени) при Т* < S и Q > 0 (не-
достаток, дефицит времени), если Т* > S, что отражает физический смысл процесса.
Тогда (Т=АТ + В) принимает вид Т*=АТ*+ВЛ+ + В*Е - М (АТ + Вл). После преобразований
Г = (1-(1-М)А)-1 ((/-М)ВД+ВЕ), (13)
где
М =
m 1 О
О
О
m 2
О
О О
m
i
и т. - доля временных затрат Т—Б. 1-го оператора по отношению к суммарным временным затратам операторов и технических средств на обработку
и передачу данных:
Yt*¡J+FÍ*R i=i
Анализ совместной обработки и передачи данных проводится на модели (12) для выявления узких мест производительности, синтез - на (13) по схеме M ^ 0, T = (/-(/-M)A)-1 ((/-M}F*R+F*E) ^ T = (I-A)-1 F и Q = 0.
На основе предлагаемых технологических решений в виде моделей совместимости предоставляется возможность комплексного решения проблем в области инженерной психологии, эргономики, сетевых и информационных технологий как на уровне подсистем «человек» и «техника» в общем цикле функционирования системы, так и на уровне системы «человек-техника».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Суходольский, Г.В. Структурно-алгоритмический анализ и синтез деятельности. [Текст]/Г.В. Суходольский. -Л.: ЛГУ, 1976. 120 с.
2. Ротштейн, А.П. Проектирование бездефектных человеко-машинных технологий [Текст]/А.П. Ротштейн, П.Д. Кузнецов. —К.: Техника, 1992.— 180 с.
3. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: исследование, проектирование, испытания; справочник [Текст]/А.Н. Адаменко, А.Т. Ашеров, И.Л. Бердников [и др.]; под общ. ред. А. И. Губинского и В. Г. Евграфова.-М.: Машиностроение, 1993.-528 с.
4. Феррари, Д. Оценка производительности вычислительных систем [Текст]/ Д. Феррари; пер. с англ. А.И. Горлина, Ю.Б. Котова и Л.В. Ухова; под ред. В.В. Мартынюка.-М.: Мир, 1981. 576 с.
5. Менаске, Д. Производительность Web-служб. Анализ, оценка и планирование. [Текст]/Д. Менаске,
В. Алмейда; пер. с англ.-СПб.: ООО «ДиаСофтЮП», 2003.-480 с.
6. Вишневский, В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей [Текст]/ В.М. Вишневский.-М.: Техносфера, 2003.-512 с.
7. Жожикашвили, ВА. Сети массового обслуживания. Теория и применеие к сетям ЭВМ [Текст]/ В.А. Жожикашвили, В.М. Вишневский. -М.: Радио и связь, 1988.-192 с.
8. Бусленко, Н.П. Моделирование сложных систем [Текст]/Н.П. Бусленко. -М.: Наука, 1975.
9. Майоров, С.А. Основы теории вычислительных систем. учеб. пособ/ [Текст]/С.А. Майоров, Г.И. Новиков [и др.]; под ред. С.А. Майорова. -М.: Высш. шк., 1978.-408 с.
10. Brinch, Hansen P. Operating System Principles. [Текст]/Нашеп P. Brinch. -Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1973.
УДК 621.39
И.А. Кулешов, Ю.А. Малахов, М.А. Дуплинский К ВОПРОСУ О ФОРМИРОВАНИИ КАНАЛА УТЕЧКИ НАРУШИТЕЛЯ
За последнее время в теории и практике весь- мации с различных абонентских линий связи. В ма актуальными стали проблемы съема инфор- статье рассматривается процесс преобразования
