Теоретико-категорные модели и методы проектирования больших информационно-управляющих систем

• Автор: Ковалёв, Сергей Протасович
• Шифр специальности: 05.13.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 281 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА БОЛЬШИХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
1.1. Проблемы автоматизации управления большими объектами
1.2. Ограничения качества больших информационно-управляющих систем
1.3. Принципы рационального проектирования больших систем
1.4. Организация жизненного цикла больших информационно-управляющих систем
Глава 2. ТЕОРЕТИКО-КАТЕГОРНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ
2.1. Приемы комплексироваиия систем
2.2. Категории диаграмм и оптимизация архитектуры
2.3. Формальные технологии проектирования
2.4. Распараллеливание
2.5. Трансформации конфшураций
2.6. Синтез технологий конфигурирования
Глава 3. АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
3.1 Отображение алгоритмов на архитектуру вычислительных систем
3.2 Частичная интерпретация арифметики
3.3 Полупримальныс модели вычислений
3.4 Формальная технология проектирования вычислительных систем
3.5 Архитектура арифметики и логика Лукасевича
Глава 4. АСПЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ РАСШИРЕНИЕ МОДУЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
4.1 Семантика аспектно-ориентированного подхода
4.2 Формальные технологии аспектно-ориентированного проектирования
4.3 Аспекты и связывание
4.4 Экспликация и модуляризация аспектов
4.5 Аспектно-ориентированный синтез технологий специфицирования
Глава 5. ТЕОРИЯ И ПРИЛОЖЕНИЯ ФОРМАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
5.1 Синтез технологий проектирования
5.2 Формальный подход к моделированию данных
5.3 Формальный подход к моделированию сценариев исполнения процессов
5.4 Процессные модели архитектуры

5.5 Модели предметной области ТЭК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Глобализация экономики и коммуникаций приводит к росту масштаба объектов, требующих охвата единым процессом управления или тесно согласованным комплексом процессов. Например, укрупняются до транснационального и межгосударственного уровня цени поставки продукции, транспортные инфраструктуры высокой доступности, программы развития отраслей. Давно известно, что к числу основных способов повышения эффективности управления большими объектами относится комплексная автоматизация ([94] и др.). Поэтому объекты оснащаются цифровыми измерительными приборами и исполнительными механизмами, которые подключаются к программным средствам управления - информаци-онно-управляющим системам, достигающим не только большого масштаба (large scale), но и сверхбольшого (ultra-large scale systems, ULS) [258]. По сравнению с традиционными системами, они обладают очень большими значениями показателей размера — количества данных, элементов, взаимосвязей, процессов, нормативов, пользователей it др. Примером служит Smart Grid («умная» сеть) - система сквозной автоматизации крупной электроэнергетической сети [142].
Традиционные подходы к созданию информационных систем не были рассчитаны на поддержку больших значений размера. Кроме того, рост масштаба приводит к проявлению принципиально новых проблем, незаметных при малых размерах и затрудняющих соблюдение классических принципов разработки АСУ, сформулированных полвека назад [28]. Например, принцип первого руководителя требует создавать систему под непосредственным руководством лица, способного выступить главным заказчиком (приобретателем) системы и непререкаемым арбитром в разрешении конфликтов между ожиданиями групп пользователей. Однако на большом объекте такое лицо может отсутствовать, если каждый руководитель имеет недостаточный уровень полномочий и/или управляет только частью объекта. К тому же, большой объект нестабилен: почти все время в нем присутствуют участки, находящиеся в процессе существенного изменения, способного повлиять на потребности пользователей. В результате не удается выдать разработчикам полный непротиворечивый набор требований к информационно-управляющей системе, и она входит в непрерывный процесс развития и адаптации. Возникают трудности в применении принципа типовости: типовые решения, предназначенные для автоматизации заранее заданных задач, требуют огромных затрат на адаптацию к априори неизвестным и постоянно меняющимся условиям пх использования в системе. Ключевую роль приобретает трассирование компонентов к задачам - одна из самых трудоемких операций в инженерии информационных систем [205].

менее значимые по сравнению с исполнителями основных автоматизированных процессов. Распространена практика обращаться к этим задачам по окончании реализации основных функций, поэтому возможность реализовать их отдельными артефактами и затем автоматически вставить в готовые функциональные модули приводит к значительному уменьшению затрат (по сравнению с ручной модификацией модулей). Вставлять аспекты действительно можно автоматически, если удается задать места обращения к ним на синтаксическом уровне - как точки выполнения операторов определенного вида (присваивание, вызов метода и т.п.). Приведем наглядный пример на языке AspectJ (это аспектно-ориентированное расширение языка Java [166]) - распечатка всех вызовов методов, наименования которых начинаются со слова init (инициализировать). Ручная реализация такой задачи включает поиск этого слова в текстах всех программ системы, умозрительное отделение вызовов методов (от наименований переменных, комментариев и др.) и вписывание обращения к функции печати после них. Компилятор AspectJ выполняет всю эту работу автоматически, получив на вход аспект следующего вида:
public aspect methodCallLogging {
// Регулярное выражение, задающее точки вставки
// кода аспекта в исходную программу
pointcut methodCalled(): execution(public * init* (..));
// Действие, вставляемое после каждой точки
after(): methodCalled() {
System.out.println("Method call: " +
thisJoinPoint.getSignature ( )) ;

Примеры такого рода свидетельствуют, что рассеяние присуще задачам обеспечивающих процессов, включенных в контур автоматизации. Если ассортимент этих процессов исчерпывается техническим обслуживанием системы, так что их связь с основными можно выразить в программно-технических терминах, то эффект применения классических технологий АОП очевиден. В связи с этим даже предлагалось формально сопоставлять аспекты всем нефункциональным требованиям качества программных изделий [263]. Однако в больших информацнон-но-управляющих системах автоматизируемые обеспечивающие процессы выходят далеко за рамки программно-технических: они обладают значительным разнообразием, оказывают заметное влияние на показатели результативности основных процессов почти на каждом шаге и в то же время плохо совмещаются с ними на понятийном уровне. Потребность в технологии типа АОП обостряется, поскольку привязка средств их автоматизации к основным в условиях применения традиционных «модульных» подходов сопряжена со значительными затратами ручно-