О формализации выбора структуры РАСИПО
Капитанов В.Т., Киселев Б.В., Стеценко Ю.П., Хургин В.М.

Современное состояние экономики и управления всеми сферами социальной жизни России можно характеризовать как нарастание дискретности. Разорвано единое экономическое пространство, углубляется расслоение секторов экономики и управленческой системы. Многое зависит от политики государственного управления. Но и здесь наблюдается излишняя увлеченность идеей "разделения властей". Этот процесс, естественный на уровне государственного управления, некоторые отраслевые органы стали переносить на свой уровень. Синдром "разделения" проявился и в вертикали государственного управления. В результате структуры местного самоуправления, границы которого до сих пор законодательно не определены, выведены из системы государственного управления, а органы местного самоуправления - из системы государственной власти. Все это вынуждает искать такие факторы, которые выступали бы в роли интегрирующей, системообразующей силы [1]. Одним из таких факторов, на наш взгляд, является информация.

Создание единого информационного пространства России существенно затруднено ввиду наличия целого комплекса сложных научно-технических, организационных, технологических и иных проблем, решение которых требует привлечения значительных материальных и кадровых ресурсов. При этом сегодняшнее состояние экономики России допускает лишь последовательную, протяженную во времени реализацию поставленных задач. Необходимо определить важнейшие направления приложения сил. Одним из таких направлений является правовая информатизация России, которой в условиях построения правового государства в нашей стране должно быть уделено особое внимание [2]. Многим известен комплекс президентских Указов, определивших высокую приоритетность данного направления [3].

Российская автоматизированная система информационно-правового обеспечения правотворческой и правореализационной деятельности, правового образования и воспитания (РАСИПО) должна представлять собой совокупность взаимосвязанных подсистем правовой информации, реализованных в виде территориально распределенной сети стационарных и тиражируемых банков правовых актов всех видов. Подобная глобальная система строится как многоуровневая, начиная от общей гетерогенной сети телекоммуникаций федеральных органов государственной власти, объединяющей локальные сети эталонных банков правовой информации, и кончая региональными сетями, связанными с базовыми региональными узлами, с учетом возможной эволюции как отдельных компонентов, так и системы в целом и с обязательным согласованием интересов всех уровней [4, 5].

Основой построения архитектуры РАСИПО являются открытые информационные сети, распределенная база данных и клиент-серверная технология взаимодействия базы данных и пользователей.

Для общей оценки характеристик РАСИПО и выбора оптимальной структуры системы использовалась укрупненная математическая модель в виде сложной замкнутой сети массового обслуживания (ЗСеМО) [6]. Источниками требований в этой модели являются различные группы пользователей системы. Сеть передачи данных представлена центром обслуживания типа IS (обслуживание без очередей). Серверы системы представлены в модели в виде систем массового обслуживания с дисциплиной обслуживания PS (разделение процессора). Маршрут передачи информации от пользователя к серверу, от сервера к серверу и обратно, от сервера к соответствующему пользователю описывается стохастически неразложимой матрицей. Предполагается, что обслуживание в любом узле сети происходит по экспоненциальному закону. Показано, что в сделанных предположениях указанная ЗСеМО удовлетворяет требованиям теоремы ВСМР, что дало возможность получить средние характеристики РАСИПО в конечном мультипликативном виде. Для более тонкого анализа работы системы и отдельных ее элементов в той же работе [6] предлагаются уточненные модели отдельных компонентов системы. Вычислительная сеть в этом случае представляется как многоканальная замкнутая двухфазная система массового обслуживания. Особенностью данной системы является наличие конкуренции между сообщениями за право передачи по каналу связи, что соответствует особенностям стандарта IEEE 802.3. Полученные соотношения позволяют проводить анализ в общем случае с позиции пользователя, т. е. определять время ожидания в очереди, вероятности состояний и т. д. Уточнение данной модели путем разбиения второй фазы на две части дает возможность, зная вероятности состояний системы, определить такие ее характеристики, как среднее число сообщений в системе-и коэффициент использования канала. При этом совокупность "грубых" и "тонких" моделей позволяет проводить как качественный анализ системы в целом, так и уточненный анализ отдельных ее подсистем. Предложенные математические модели дают возможность получить основные характеристики сети в удобном для практического применения виде.

Учитывая требования системы правовой информации к транспортной среде, предлагается за основу взять телекоммуникационную среду "Деловой сети России" (ДСР), созданной Федеральным агентством правительственной связи и информации при Президенте Российской Федерации. Архитектура ДСР соответствует трем нижним уровням эталонной модели взаимодействия открытых систем ИСО, а система передачи данных и информационные технологии сети - рекомендациям МККТТ. В ДСР реализованы самые разнообразные режимы, в том числе такие популярные у нас в стране, как режим "электронной почты" (X. 400) и передачи данных (X. 25). При этом обеспечивается невмешательство в объемы, характер и структуру информации и выдача информации по первому требованию и во всей полноте. ДСР использует передовые средства связи и современные технологии электронных коммуникаций, строится на базе высокоэффективных коммутаторов пакетов и шлюзовых систем в соответствии с международными рекомендациями и представляет абонентам весь набор информационных услуг, обеспечивая при этом полную безопасность и конфиденциальность информации. Вычислительные мощности ДСР позволяют обслуживать произвольное количество абонентов. В сети предполагается использовать порядка 50 опорных узлов, что позволит предоставить разнообразные виды услуг самому широкому кругу пользователей. За счет применения современных информационных технологий сеть должна обеспечить своих абонентов всеми видами служб, предусмотренных стандартами и рекомендациями МККТТ. Принципиально важным представляется то, что ДСР - это фактически первая в России общедоступная сеть, которая обеспечивает конфиденциальность обмена информацией [7]. При этом ряд базовых принципов непосредственно вытекает из положений статьи 19 Федерального закона "Об информации, информатизации и защите информации", а система сертификации средств криптографической защиты информации действует в полном соответствии с Законом Российской Федерации "О сертификации продукции и услуг" и общепринятыми международными нормами.

Характеристики ДСР, полученные на основе анализа информационных потоков и приведенных выше математических моделей, подтверждают вывод о целесообразности ее использования при построении государственной системы правовой информации.

Структурно общегосударственная система правовой информации включает в свой состав ряд базовых элементов, представляющих собой информационные центры различного уровня и функционального назначения, к которым относятся:

• федеральный узел правовой информации;
• региональные узлы правовой информации;
• абонентские пункты.

Региональные узлы правовой информации, входящие в состав общегосударственной системы, создаются в интересах федеральных органов государственной власти, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, юридических и физических лиц. Именно на региональные узлы возлагается основной объем работ по обеспечению правовой информацией широкого круга потребителей. Задачи, решаемые региональным узлом, приведены в [2, 8].

Однако создание стройной системы региональных узлов требует серьезных финансовых вливаний, на что в сегодняшних условиях надеяться не приходится. В то же время маловероятной представляется эффективная работа системы с федеральным центром в единственном числе. К счастью, в некоторых субъектах Федерации региональные узлы все же создаются, и на эти узлы может быть временно возложена задача обслуживания соседних регионов. (В скобках заметим, что развитием этого подхода может стать идея создания межрегиональных центров правовой информации, осуществляющих работы по правовой информатизации каждый на своей совокупной территории. Все эти центры могли бы быть объединены в единую распределенную информационную сеть, равнодоступную для всех абонентов. Федеральные органы государственной власти также имели бы открытый доступ к совокупной информационно-правовой базе. Ответственность за системность и актуализацию информации возлагалась бы на соответствующий межрегиональный центр. Безусловно, данная идея не свободна от недостатков, однако ее углубленная проработка представляется целесообразной).

Тогда суть поставленной в заголовке задачи будет заключаться в том, чтобы распараллелить потоки информации, сходящиеся на федеральном центре, путем создания в региональных узлах подмножеств эталонной БД и обслуживания внутрирегиональных информационных потребностей.

Вообще говоря, требуется, зная количество информации, которое должно быть передано между каждыми двумя пунктами, синтезиро вать сеть, принимая при этом в расчет: стоимость технических средств; дислокацию абонентов сети; объемы информации, циркулирующие в системе; характеристики сети обмена данными; ограничения по организации федерального центра и региональных узлов. При этом рассматривается сеть передачи данных, работающая в режиме прямого доступа к ресурсам с пересылкой "порций" информации.

Построение такой сети предполагает выбор оборудования, конфигурации и числа линий связи, причем этот выбор должен минимизировать среднегодовые приведенные затраты на систему. Вместе с тем упомянутые ограничения не позволяют использовать классические подходы к решению задачи синтеза. Можно лишь говорить о формализации выбора минимального числа региональных узлов с подмножеством эталонной БД с обеспечением прямого доступа пользователей других регионов к федеральным ресурсам и об оценке числа каналов связи в условиях неопределенных ресурсных ограничений.

Исходя из изложенного, рассматривается трехуровневая структура системы, образованная федеральным (ФЦ), региональными (РЦ) и абонентскими (АЦ) центрами. Ставится задача определения числа региональных узлов с подмножеством БД, а также числа каналов связи.

Принятые обозначения:

n - максимально возможное количество РЦ;

х_i - бинарная переменная, принимающая значение 1, если i-й РЦ существует, и 0 - в противном случае.

Оценка количества запросов может быть получена, исходя из планируемого числа абонентских источников запросов.

С федеральным центром связан следующий объем О пересылаемой информации:

t_i - суммарная длительность запросов (пополнения региональных баз данных) из i-ro региона в ФЦ;

a_ik- суммарная длительность запросов из k-го АЦ в ФЦ.

Суть решаемой задачи заключается в определении минимального количества РЦ, исходя из требования обеспечения заданной вероятности реализации запроса (не менее 0,8-0,9).

Исходя из изложенного, целевая функция задачи представляется в виде:

P_min - ограничение по вероятности реализации запроса;

K_max - максимально допустимое число каналов связи;

F - функциональная связь вероятности реализации запроса от числа каналов связи.

Рассмотрим процесс функционирования центрального звена системы. Упрощенно звено может быть представлено в виде вычислительного устройства, обслуживающего поступающие запросы по n каналам. При этом ограничимся получением предельных характеристик обслуживания, рассматривая последовательный механизм обработки запросов вычислительным устройством. Анализ показал, что поступающий поток запросов по каналам может быть достаточно неплохо аппроксимирован пуассоновским потоком. Упрощенно временную диаграмму обработки запроса можно описать следующим образом.

Предположим, в некоторый момент времени t по телефонному каналу через модем от абонента поступает на обработку запрос (все остальные запросы находятся в ожидании). Спустя интервал времени t1 (примерно 1с) начинается его обработка, длящаяся в среднем 1800 с, и передача информации абоненту. После этого телефонный канал освобождается. С учетом изложенного разработана соответствующая упрощенная имитационная модель процесса функционирования вычислительного комплекса.

Для каждого из n каналов и независимого обслуживания потока запросов исходными данными служат: интенсивности q (i) потока (i = l,...,n), загрузки tser, qu(i) независимого обслуживания запроса.

Процесс функционирования уровня моделируется следующим образом.

В начальный момент времени t0 по каждому i-му каналу в соответствии с экспоненциальным законом (или любым иным, если необходимо) генерируются моменты t(i) появления запросов:

t (i) = -ln(z)/q(i), где

q (i) - интенсивность потока запросов;

z - реализация случайной величины в соответствии с равномерным законом.

Определяется момент освобождения центрального вычислительного устройства:

ser(i) = t(i)-ln(z)/tser.

Считается, что в начальный момент все каналы свободны (kt(i)=0), запросы не поступали (postu(i)=0), не обслуживается ни один из каналов (iser(i)=0, 8jobs=0), нет запросов, покинувших систему без обслуживания (nu(i)=0).

Минимально возможный момент tt(i) завершения обслуживания запроса рассчитывается по формуле:

tt(i) = t(i) - ln(z)/qu(i).

Для любого дискретного момента t0 (t0=j*h, j=0,...; h-шаг сканирования) появление запроса описывается следующим образом.

Запрос считается появившимся, если t0>=t(i).

Если kt(i)=0 (канал свободен), то выполняются действия: kt(i)=l, иначе nu(i)=nu(i)+l, рассчитывается момент появления запроса:

t(i)=t(i)-ln(z)/q(i), postu(i)=postu(i)+l.

Если вычислительное устройство свободно, то выбирается для обслуживания первый по номеру необслуженный до того канал (j) - iobs=j, iser(j)=l.

Цикл освобождения канала следующий: фиксируется номер обслуживаемого канала -iobsl=iobs; просматриваются последовательно все каналы (i-номер канала): если i<>iobs и kt(i)=l и iser(i)<>2 (канал свободен), то tt(i)=tt(i)+h, ser(i)=ser(i)+h; если (t0>=ser(i) и iser(i)=l, то iser(i)=2, iobs=0; если t0<=ser(i), тогда ide=l; если t0>=tt(i) и iser(i)=2, то nobs(i)=nobs(i)+l (заявка обслужена), по формуле (1) рассчитывается момент tt(i), генерируется момент времени ser(i) (если ser(i)>tt(i), то полагается ser(i)=tt(i)), iser(i)=0, kt(i)=0, iobs=0.

Далее процесс повторяется для следующего момента времени t0=t0+h.

В случае использования специальной технологии обслуживания запросов, поступающих по n каналам (применение так называемого серийного номера - аналога 02 и т.п.), появление запроса и его обработка описываются аналогично, за исключением процедуры выбора свободного канала.

Результат моделирования - количество поступивших, обслуженных запросов, а также доли обслуженных (в той или иной степени) запросов. Процесс моделируется в течение заданного времени tr.

Проведенный анализ, базирующийся на максимально возможных значениях потоков информации и имитационной модели (использованной для определения связи вероятности реализации запроса с числом каналов - квазилинейная зависимость при фиксированном входном потоке), показал, что для организации качественного обслуживания (в пределах 0,8-0,9) запросов оперативного характера в случае централизованной системы потребуется либо активное развитие системы связи (рис. 1),

либо увеличение до максимально возможной величины числа региональных центров в России, что иллюстрируется графиком зависимости вероятности реализации запроса от числа РЦ (рис. 2),
замкнутых на ФЦ, исходя из их общего числа - 10 (реально ожидаемое количество, исходя из существующего положения дел) и необходимости реализации запросов абонентских центров.
При решении задачи использовался перебор возможных вариантов.
В результате расчетов также установлено, что для обеспечения региональных потребностей потребуется не менее 19 каналов связи на уровне 80% обеспечения доступа к центру (рис. 1).


1. Бачило И.Л. Об информатизации регионов //НТИ. 1994, Сер. 1. № 9. С. 27-32.
2. Киселев Б.В., Хургин В.М., Лукин В.Ю., Свердлов Г.Ф. Взаимодействие систем правовой информации федерального и регионального уровней //НТИ. 1994, Сер. 1. № 12. С. 18 - 19.
3. Хургин В.М. Правовые основы информатизации //НТИ. 1994, Сер. 1. № 9. С. 5 - 11
4. Киселев Б.В., Хургин В.М. Текущее состояние дел в информатизации высших органов власти и управления Российской Федерации //НТИ. 1993, Сер. 1. № 11. С. 6 - 10.
5. Киселев Б.В., Хургин В.М. Информационные проблемы в правовой сфере //Вестник РОИВТ. ВИМИ, 1994, № 1 - 2. С. 38 - 41.
6. Саксонов Е.А., Хургин В.М. Методы оценки характеристик Российской автоматизированной системы информационно-правового обеспечения //Вестник РОИВТ. ВИМИ, 1996, № 5. С. 29 - 36.
7. Старовойтов А.В. Автоматизированная система информационного обмена СНГ и ее роль в создании единого информационного пространства государств Содружества //Правовое обеспечение процессов информатизации. Сборник тезисов. М., 1994. С. 25-27.
8. Хургин В.М. Информационное взаимодействие с региональными органами власти //Вестник РОИВТ. ВИМИ, 1994, №. 6. С. 77 - 80.

---

&copy Информационное общество, 1997, вып. 2-3, с. 39-42.