СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК G06Q10/63 

Изобретение относится к области функционирования автоматизированных систем управления и может быть использовано при управлении распределением ресурсов автоматизированной системы управления, на основе анализа текущей ситуации, в интересах информационного обеспечения автоматизированной системы управления и обработки информации системы управления специального назначения.

Толкование терминов, используемых в заявке

Под автоматизированной системой (АС) понимается система из комплекса средств автоматизации, реализующего информационную технологию выполнения установленных функций, и персонала, обеспечивающего его функционирование (ГОСТ Р 59853-2021).

Под техническим обеспечением АС понимается совокупность всех технических средств, используемых в АС при ее функционировании (ГОСТ Р 59853-2021).

Под информационным обеспечением (ИО) АС понимается упорядоченная по структуре и формам представления и предназначенная для использования в АС информация, а также совокупность методов и средств ее формирования, хранения, актуализации и предоставления для использования в АС (ГОСТ Р 59853-2021).

Под информационным ресурсом (ИР) АС понимается совокупность идентифицируемой информации в АС, обладающей смысловым содержанием (ГОСТ Р 59853-2021).

Под базой данных понимается совокупность взаимосвязанных данных, организованных в соответствии со схемой базы данных таким образом, чтобы с ними мог работать пользователь (ГОСТ 34.321-96).

Под распределенной базой данных (РБД) понимается база данных, которая физически распределяется на две или более компьютерные системы (ГОСТ 34.321-96).

Под информационно-аналитическим обеспечением понимается деятельность, направленная на своевременное представление руководству исчерпывающей и достоверной информации о внешних и внутренних факторах, влияющих на деятельность предприятия, для принятия обоснованных управленческих решений (Власенко М.Н., Унижаев Н.В. Информационно-аналитическое обеспечение принятия решений - значимый фактор повышения экономической безопасности хозяйствующих субъектов в условиях развития рыночной системы хозяйствования // Национальные интересы: Приоритеты и безопасность №33 (90), 2010. - С. 59-69).

Под распределенной сетью связи (РСС) понимается сеть связи, интегрированная с единой сетью электросвязи, в которой аппаратные и программные компоненты, расположенные в сетевых компьютерах, взаимодействуют и координируют свои действия только путем посылки сообщений (Бабичев СЛ. Распределенные системы: учеб. Пособие для вузов / СЛ. Бабичев, К.А. Коньков. -М.: Юрайт, 2020. - 507 с, стр. 15).

Известен способ, реализованный в изобретении «Информационно-аналитический комплекс наземного подвижного объекта», патент РФ №2428660, G01C 23/00, опубликованный 10.09.2011, бюл. №25. Способ функционирования предлагаемого комплекса заключается в создании магистрали информационного обмена, объединяющей средства спутниковой навигации, инерциальной навигационной системы и обзорные средства, данные с которых поступают в вычислительную систему с целью точного определения местоположения подвижного объекта в пространстве путем анализа данных от всех источников.

Недостатком данного способа является его направленность только на определение местоположения в пространстве.

Известен способ, реализованный в изобретении «Способ управления объектом, система управления (варианты) и способ обработки сигналов (варианты)», патент РФ №2627964, G01S 17/00, опубликованный 14.08.2017, бюл. №23. Способ управления объектом заключается в выделении сигнала ошибки управления, формировании сигнала компенсации ошибки управления, а при наличии признака недостоверности сигнала ошибки управления проводится прогнозирование сигнала ошибки управления и формирование по ней команд управления.

Недостатком данного способа является то, что его функционирование является рефлексией на появление ошибок управления и не позволяет осуществлять их заблаговременное устранение.

Известен способ, реализованный в изобретении «Система и способ для динамического управления дескрипторами функций виртуализированной сети», патент РФ №2690201, G06F 9/50, опубликованный 31.05.2019, бюл. №16. Способ динамического управления дескрипторами функций виртуализированной сети заключается в передаче функции создания и поддержания виртуальной сети из специальных аппаратных средств в программное обеспечение с применением в сети администратора функций виртуальной сети, который управляет конфигурированием сети путем взаимодействия с объектом управления на основе параметров дескриптора его функций.

Недостатком данного способа является его сложность и необходимость в постоянной отправке дескрипторов управляющему элементу, что повышает нагрузку на сеть передачи данных. Кроме того, данный способ позволяет управлять квотами ресурсов только одной конкретной виртуальной сети и не позволяет обменяться квотами ресурсов между виртуальными сетями.

Известен способ, реализованный в изобретении «Способ адаптивного управления по ПИД-закону и система для его реализации», патент РФ №2510956, G05B 13/00, опубликованный 10.04.2014, бюл. №10. Способ адаптированного регулирования заключается в том, что система-регулятор каким-либо образом отслеживает и диагностирует как внутреннее состояние объекта управления, так и внешние возмущения, поступающие на объект, и приспосабливает процесс регулирования с применением пропорционально-интегрально-дифференцирующего (ПИД) регулятора под изменяющееся состояние объекта. При этом необходимо знать начальные параметры, характерные для каждого из объектов управления, так как если параметры объекта не меняются, то все параметры ПИД-регулятора остаются неизменными.

Недостатком данного способа является его сложность и применимость только на физическом уровне к сигналам.

Наиболее близким по своей технической сущности и выполняемым функциям прототипом к заявленному способу, является способ, реализованный в изобретении «Система для проактивного контроля за деятельностью предприятия», патент РФ №2584453, G06Q 40/00, опубликованный 20.05.2016, бюл. №14.

Способ-прототип, который реализует система для проактивного контроля за деятельностью предприятия, заключается в сборе и анализе данных о денежных потоках предприятия с их анализом по каждому субъекту производственной деятельности предприятия, включая расчет текущего отклонения фактических технико-экономических показателей и/или текущей (фактической) себестоимости произведенного продукта/услуги и/или фактического хозрасчетного дохода от плановых показателей, с возможностью сохранения и накопления расчетных значений, формирования отчетов и прогнозом показателей производственной и экономической деятельности каждого субъекта предприятия и всего предприятия в целом.

Недостатком способа-прототипа является то, что он производит прогноз показателей, но никаким образом не позволяет их повысить путем упреждающего автоматизированного управления параметрами предприятия.

Технической проблемой в данной области является необходимость обеспечения требуемой оперативности представления исчерпывающих и достоверных ИР, необходимых руководству для принятия обоснованных управленческих решений и исполнителям для выполнения неплановых задач, путем анализа условий обстановки и упреждающего управления элементами СУ СН (РСС, РБД, стратегия информационного обмена). Отсутствие требуемых ИР (требуемого качества) приводит к задержкам выполнения задач и может привести к срыву выполнения комплекса работ.

Техническая проблема решается созданием способа функционирования СИАО СУ СН, предназначенного для упреждающей адаптивной перестройки элементов ИО СУ СН в зависимости от условий обстановки, выражающейся в динамическом определении: выделяемого ресурса пропускной способности каналов связи в соответствии с приоритетами функционирования виртуальных сетей, плана размещения ИР по элементам РБД СУ СН в зависимости от размера и активности ИР, стратегии отправки источникам ИР заявок на предоставление данных с учетом анализа текущей обстановки и прогноза ее развития. Способ представляет собой целенаправленный процесс осуществления управляющих воздействий на материальные элементы СИАО СУ СН путем отправки электрических сигналов.

Технический результат изобретения заключается в том, что реализация (осуществление) способа функционирования СИАО СУ СН в действующей СУ СН позволит обеспечить требуемый уровень оперативности представления исчерпывающих и достоверных ИР руководству и исполнителям при выполнении плановых и неплановых задач.

Сущность изобретения заключается в том, что предложен способ функционирования СИАО СУ СН основанный на том, что в ходе примене-ния прикладной СУ осуществляется постоянный сбор и анализ параметров ее функционирования с выводом результата анализа поступающей информации, отличающийся тем, что на основе анализа условий функционирования СУ размещают ИР в РБД СУ СН в соответствии с текущей и прогнозируемой потребностью конкретных пользователей в конкретном ИР, формируют (уточняют) стратегию обновления ИР в РБД в соответствии с текущими условиями функционирования СУ СН и прогнозом их изменения, планируют и осуществляют упреждающее перемещение ИР по элементам РБД на основе прогноза изменения потребностей пользователей СУ СН в ИР, определяют (прогнозируют) потребность элементов СУ СН в каналах связи, устанавливают (уточняют) приоритеты в выделении ресурса пропускной способности каналов связи для виртуальных частных сетей, осуществляют прогноз изменения условий функционирования СУ СН и уточнение распределения работ между пользователями СУ СН.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

«Промышленная применимость» способа обусловлена возможностью его применения при функционировании СУ различного назначения, построенных с применением распространенных аппаратных средств и наличием элементной базы и серийно выпускаемых устройств, на основе которых могут быть построены элементы СИАО СУ, реализующие данный способ при функционировании.

Сущность изобретения и возможность его осуществления поясняются на фиг. 1, где приведена схема алгоритма способа функционирования СИАО СУ СН.

В блоке 1 задают (вводят) исходные данные условий функционирования СУ СН, включающие: перечень пользователей (исполнителей) СУ СН, план выполнения комплекса работ, перечень требуемых для выполнения работ ИР, характеристики выделенного ресурса средств автоматизации, вероятности появления внеплановых задач.

В блоке 2 планируют ИО пользователей (исполнителей) СУ СН для исключения простоя работы из-за отсутствия требуемых ИР, формируют и уточняют стратегию обновления ИР в РБД в соответствии с текущими условиями функционирования СУ СН и прогнозом их изменения.

Своевременность предоставления и актуальность ИР, необходимых для принятия решения и (или) проведения расчетов обеспечивается загрузкой соответствующих ИР в РБД. Для предотвращения «простоя» из-за ожидания получения ИР от источника данных применяется методика упреждающего планирования информационного обеспечения. Результатом ее применения является оптимальная стратегия отправки заявок источникам данных на предоставление ИР с учетом затрат времени на их подготовку и передачу исполнителю. Данная стратегия представляет собой вектор времен требуемой готовности ИР к отправке источниками ИР.

Исходными данными для составления являются требования к ИО пользователей СУ СН и планирующие документы, определяющие перечень информационно-расчетных задач и потребность в ИР для их своевременного выполнения. Данные формализуют и сводят в следующие вектора:

- потребности в ИР i-го типа;

- наличия ИР i-го типа в РБД СУ;

- периодичности загрузки (обновления) ИР i-го типа в РБД СУ;

- актуальности ИР i-го типа, загруженного в РБД СУ;

- требуемого времени поступления ИР i-го типа исполнителю;

- времени, необходимого для подготовки ИР i-го типа;

- времени, необходимого для передачи ИР i-го типа исполнителю.

Тогда состав вектора стратегии определяется

при

где К_Рез - коэффициент резервирования времени, который зависит от условий обстановки, интенсивности информационного обмена и технических возможностей РСС.

Решение (1) уточняется с периодичностью соответствующей минимальной периодичности обновления ИР.

Более частое обновление ИР приведет к повышению доступности, актуальности и своевременности ИО. Однако при этом значительно возрастают требования к пропускной способности каналов связи РСС, а источники ИР только и будут собирать и уточнять данные в ущерб другим функциям. Поэтому для нахождения оптимальной стратегии обновления ИР, не допускающей дефицита ИР и минимизирующей нагрузку на РСС и источники ИР, решается оптимизационная задача любым из известных способов.

В блоке 3 решают задачу оптимального упреждающего адаптивного размещения и перемещения ИР в РБД СУ СН в соответствии с текущей и прогнозируемой потребностью пользователей в конкретном ИР.

Основными характеристиками ИР являются его размер и активность. Под активностью понимают частоту использования или математическое ожидание количества обращений за ИР за определенный промежуток времени функционирования комплекса программ. Общее время обращений к ИР при решении комплекса задач СУ существенно зависит от того, каким образом распределены ИР по уровням РБД. Поэтому возникает задача их оптимального распределения.

Активность ИР рассчитывается наперед с учетом планируемых к выполнению СУ СН задач. Изменение активности ИР в ходе функционирования СУ СН приводит к перемещениям ИР по уровням РБД. В следствии чего на «ближайшем» уровне РБД, только что примененные (устаревшие) ИР, замещаются ИР, потребность в которых появится в следующем цикле выполнения задач. Таким образом, упреждающее адаптивное управление РБД заключается в итерационном решении оптимизационной задачи после изменения активности ИР.

Постановка задачи оптимизации распределения ИР по элементам РБД математически формируется следующим образом:

минимизировать

при ограничении

где М - общее количество элементов на всех уровнях РБД;

X - вектор распределения ИР по РБД;

V_i t_i, - емкость и быстродействие i-го элемента

N - количество ИР;

- размер и активность

Для получения оптимального решения применяется метод ветвей и границ. Построение дерева решений, соответствующее распределению ИР в РБД, производится по уровням иерархии в порядке нумерации ИР.

Каждой вершине n-го уровня РБД соответствует множество которое определяет распределение n первых ИР на уровне РБД. На n-м уровне ветвление осуществляется из той вершины, которой соответствует минимальное значение нижней границы решения

где - вариант заполнения j-го элемента РБД,

при ограничениях

Введя обозначение

задачу сводят к виду транспортной задачи с неправильным балансом и для ее решения используют процедуры метода потенциалов или венгерского метода. Особенность задачи, заключающаяся в том, что для всех можно записать условие что позволяет упростить решение задачи, сведя ее к последовательному заполнению уровней РБД упорядоченными по отношению

Если для некоторой вершины дерева решений справедливо соотношение

то она из дальнейшего рассмотрения исключается, а величина нижней границы для этой вершины полагается равной ∞.

Вершина n-го уровня, для которой выполняется условие

определяет допустимое решение задачи и приближенное значение целевой функции

Вершины дерева возможных вариантов, нижняя граница которых

из дальнейшего рассмотрения исключаются как бесперспективные.

Если условие (7) выполняется для всех вершин, то найденное значение целевой функции Т* является оптимальным. В противном случае осуществляется ветвление из перспективных вершин и производится поиск лучшего решения до тех пор, пока условие (7) не будет выполняться для всех оставшихся вершин.

В блоке 4 определяют потребность элементов СУ СН в каналах связи и пропускную способность каналов связи создаваемых виртуальных частных сетей, соответствующей части общего ресурса пропускной способности физического канала, выделенной для функционирования конкретной виртуальной частной сети.

Величина выделенной части ресурса пропускной способности определяется приоритетом функционирования данной виртуальной частной сети, который определяется в зависимости от выполняемых задач:

1 (наивысший) - данные для принятия решения по критически важной задаче;

2 (высокий) - информационный обмен в ходе выполнения критически важной задачи;

3 (средний) - внеплановый сбор данных и актуализация ИР;

4 (низкий) - выполнение типовой задачи, плановый сбор данных и актуализация ИР.

Первые три уровня приоритета более характерны для выполнения внезапно возникающих задач в ходе завершения проекта. Они характеризуются внезапностью и скоротечностью, поэтому предъявляют большие требования к оперативности управления. Четвертый уровень приоритета, как правило подразумевает ведение информационного обмена прогнозируемого объема в плановые сроки.

Для виртуальных частных сетей 1, 2 и 3 приоритетов всегда выделяется требуемый ресурс РСС в соответствии с их приоритетом, но не более 80% от общего ресурса пропускной способности РСС. Объем выделяемого ресурса пропускной способности определяется

где d_п - объем информационного обмена приоритетной задачи;

t_п - предельно допустимое время выполнения информационных задач.

Для адаптивного управления распределением оставшихся ресурсов РСС между создаваемыми виртуальными частными сетями информационно-расчетных контуров в условиях ограниченного ресурса пропускной способности решается оптимизационная задача, которая сводится к решению минимаксной задачи динамического программирования. Задача решается с периодичностью, соответствующей средней периодичности решения информационных задач.

Задача формулируется следующим образом: имеется N виртуальных сетей, по которым необходимо передать объем данных D. Передача данных по различным сетям ведется параллельно, и время передачи данных t_i(x_i) зависит от характеристик выделенного для i-й сети ресурса r_i(x_i). Требуется распределить общий ресурс РСС R по создаваемым виртуальным частным сетям таким образом, чтобы общее время передачи Т_СС было бы минимально.

при ограничении

С учетом

функциональное уравнение примет вид

Особенностью решения этой задачи является обязательное составление функционального уравнения, позволяющего последовательно, шаг за шагом решить задачу. Эффективность решения функциональных уравнений в основном определяется числом и величиной заданных ограничений.

В блоке 5 производят прогноз изменений условий функционирования СУ СН.

Для прогноза применяется математический аппарат теории систем массового обслуживания и прогнозирования. Основными показателями при прогнозе выступают характеристики входных потоков заявок и размеры очередей на обслуживание задач по типам. Для выработки упреждающих воздействий определяют тренд способами прогнозной экстраполяции. С учетом динамически поступающей информации о состоянии системы предпочтительным является метод экспоненциального сглаживания и скользящей средней. Данный метод учитывает уменьшения информативности ретроспективных значений параметров за счет применения дисконтирующих коэффициентов.

В блоке 6 определяют, завершен ли текущий цикл выполнения задач или нет. Если не завершен, то мероприятия способа повторяются с начала до его завершения.

В общем случае, функционирование СИАО СУ СН представляет собой процесс осуществления действий над такими материальными объектами, как источники ИР, банки данных, средства связи и коммутации, с помощью передачи материальных управляющих воздействий различного характера.

Таким образом в материалах заявки на изобретение предложен способ функционирования СИАО СУ СН, результатом реализации которого являет-ся получение технического результата в виде обеспечения требуемого уровня оперативности представления исчерпывающих и достоверных ИР руководству и исполнителям при выполнении плановых и неплановых задач.

Изобретение относится к области функционирования автоматизированных систем управления и может быть использовано при управлении распределением ресурсов на основе анализа текущей ситуации в интересах информационного обеспечения системы управления специального назначения. Технический результат заключается в оперативном представлении исчерпывающих и достоверных информационных ресурсов руководству и исполнителям при выполнении плановых и неплановых задач. В способе формируют стратегию обновления информационных ресурсов в распределенной базе данных в соответствии с прогнозом изменения условий функционирования системы управления, планируют и осуществляют упреждающее перемещение информационных ресурсов по элементам распределенной базы данных на основе прогноза изменения потребностей пользователей системы управления в информационных ресурсах, определяют потребность элементов системы управления специального назначения в каналах связи для построения виртуальных частных сетей между ними, на основе приоритетов выполняемых абонентами виртуальной частной сети задач устанавливают для виртуальных частных сетей соответствующие им объемы выделяемого ресурса пропускной способности каналов связи, периодически осуществляют уточнение прогноза изменения условий функционирования системы управления специального назначения. 1 ил.

Способ функционирования системы информационно-аналитического обеспечения системы управления специального назначения, основанный на том, что в ходе применения прикладной системы управления, функционирующей в условиях жестких ресурсно-временных ограничений и деструктивных воздействий на элементы системы, представляющие собой совокупность источников, потребителей, средств хранения и аналитической обработки информации, объединенных распределённой сетью связи, осуществляется постоянный сбор, анализ и предоставление потребителям требуемой информации и параметров функционирования системы управления, отличающийся тем, что во время функционирования системы информационно-аналитического обеспечения на основе анализа условий функционирования системы управления размещают информационные ресурсы в распределенной базе данных системы управления в соответствии с текущей и прогнозируемой потребностями конкретных пользователей в конкретном информационном ресурсе, формируют стратегию обновления информационных ресурсов в распределенной базе данных в соответствии с прогнозом изменения условий функционирования системы управления, планируют и осуществляют упреждающее перемещение информационных ресурсов по элементам распределенной базы данных на основе прогноза изменения потребностей пользователей системы управления в информационных ресурсах, определяют потребность элементов системы управления специального назначения в каналах связи для построения виртуальных частных сетей между ними, на основе приоритетов выполняемых абонентами виртуальной частной сети задач устанавливают для виртуальных частных сетей соответствующие им объемы выделяемого ресурса пропускной способности каналов связи, периодически осуществляют уточнение прогноза изменения условий функционирования системы управления специального назначения для обеспечения полноты и своевременности информационного обеспечения потребителей информационных ресурсов системы управления специального назначения.