THE EFFECTIVENESS EVALUATION OF DISCIPLINES FOR SERVICING REQUESTS FOR DESIGNING INFOCOMMUNICATION SERVICES IN A NON-STATIONARY RESOURCES FLOW

Full Text

Введение Для функционирования распределенных пред- приятий, таких как корпоративные объединения, расширенные предприятия, адаптивные цепи поставок, необходимо развёртывание надежной инфокоммуникационной среды. Обеспечение не- прерывных процессов реструктуризации, изме- нения состава, структуры, взаимосвязей требует решения задач развёртывания дополнительных инфокоммуникационных сервисов, видоизме- нения действующих и вывода из эксплуатации потерявших свою актуальность. При этом под инфокоммуникационным сервисом понимает- ся способ предоставления ценности заказчи- кам через содействие им в получении конечных результатов, которых заказчики хотят достичь без владения специфическими затратами и рисками [1]. Поддержка и развитие множества выделен- ных инфокоммуникационных сервисов получи- ли название сервис-ориентированного подхода (ITSM). Он предполагает, что всё планирование и управление должно основываться на потреб- ностях организации в инфокоммуникационных сервисах, которые организация использует в сво- ей деятельности, то есть на результатах работы инфокоммуникационных сервисов для пользова- телей [2]. С течением времени изменение организации приводит к возникновению новых задач взаимо- действия отдельных структурных единиц корпо- рации, которые требуют создания дополнитель- ных инфокоммуникационных сервисов. Сами инфокоммуникационные сервисы строятся на базе ресурсов, под которыми подразумеваются аппаратное и программное обеспечение, техни- ческие средства, лицензии. Ограниченность ре- сурсов, выделяемых на инфокоммуникационную среду предприятий, обосновывает актуальность задачи выбора заявок на создание и модерниза- цию инфокоммуникационных сервисов для ре- ализации из их всего множества. Если ресурсы у организации присутствуют в полном объеме, то проблем выбора заявок не возникает, можно выполнить все поступившие заявки. Актуальным становится разработка новых алгоритмов распределения ресурсов для инфо- коммуникационных сервисов организации в ус- ловиях неопределенности при нестационарности потоков ресурсов. Неопределенность заключа- ется в том, что точно неизвестно, какие именно ресурсы поступят в организацию и какие будут задачи по созданию инфокоммуникационных сервисов. При этом задача принятия решения по созданию инфокоммуникационных сервисов ос- ложняется нестационарным характером потока заявок. «Infokommunikacionnye tehnologii» 2021, Vol. 19, No. 2, pp. 135-145 Постановка задачи Задача оценки критериев принятия решений по выбору заявок на создание инфокоммуника- ционных сервисов формулируется следующим образом: В подразделение информационных техноло- гий (ИТ-подразделение) организации поступа- ют заявки K {K1 , K2 ,..., Ki } на создание инфо- коммуникационных сервисов с интенсивностью K . Каждая заявка представляет собой задачу по созданию или модернизации информационно- телекоммуникационного сервиса (ИТ-сервиса) в интересах информатизации и описывается кормножество дисциплин обслуживания, приме- нение той или иной дисциплины обслуживания зависит от особенностей исследуемого объекта. Рассмотрим примеры известных систем. Бесприоритетная система [3] - здесь рассма- тривается задача оценки целесообразности пере- дачи через сеть резервных копий запросов (паке- тов) при учете дисциплины обслуживания в узлах системы решается с использованием метода ими- тационного моделирования в предположении, что резервирование передач приводит к снижению средней задержки в сети и увеличению вероятно- сти своевременной безошибочной доставки пакетов адресатам. Показаны границы применимости тежем вида Ki iti , ðàá , где iti создаваемый резервированных передач при бесприоритетном или модернизируемый ИТ-сервис, ðàá времени приоритетном обслуживании. Установлено, что ной интервал, в течение которого должен функционировать ИТ-сервис. Каждый создаваемый или модернизируемый при определенной нагрузке в системе бесприори- тетное обслуживание резервированных пакетов предпочтительнее, чем приоритетное обслужива- ИТ-сервис iti требует для своего создания опрение нерезервированных. деленного количества ресурсов различных видов Приоритетная система [4] - обсуждается эфи описывается кортежем iti uid ,Type, Ri , ðàá , фективность назначения приоритетов для обгде Ri (t) (ri1 , ri 2 ,..., rim ) вектор ИТ-ресурсов, работки пакетов в маршрутизаторе. В качестве rim количество ресурсов m-го вида, используоценки эффективности используются среднее емого в i-м ИТ-сервисе, Type - тип ИТ-сервиса, время задержки пакетов и коэффициент вариа- ðàá временной интервал, в течение которого ции этой же случайной величины. Показано, что должен функционировать ИТ-сервис. Ресурсы поступают из внешних источников введение приоритетной дисциплины обработки пакетов позволяет обеспечить высокие показа- Q {Q1 ,Q2 ,...,Qn }. Каждый из источников хатели качества обслуживания мультисервисного рактеризуется интенсивностью поступления ретрафика. сурсов rim Qn каждого конкретного типа ресурсов, В оптимизирующей системе [5] анализируетпричем интенсивность может изменяться в разные промежутки времени [10]. Выбор заявки на ИТ-сервис реализуется в со- ответствии с внутренними правилами и крите- риями организации. При этом учитываются важ- ность, категория сервиса, источник заявки, время развёртывания, ресурсоемкость. Требуется провести сравнительный анализ, обосновать выбор способа выбора заявок на создание ИТ-сервисов в соответствии с тем, что имеющиеся ресурсы ограничены и поток посту- пающих ресурсов нестационарен. Анализ известных решений Заявок на создание инфокоммуникационных сервисов в организации может быть множество, в связи с этим возникает вопрос, какую именно из заявок выполнить в случае недостаточного количества ресурсов. В связи с этим для созда- ния адаптивной инфокоммуникационной сре- ды требуется высокая интенсивность принятия решения. Для решения проблемы наиболее эф- фективного обслуживания заявок применяется ся эффективность резервированного выполнения запросов с учетом ненадежности вычислений в компьютерных системах, представляемых много- канальными системами массового обслужива- ния с общей очередью. Целью работы является исследование возможности повышения эффек- тивности обслуживания при резервированном выполнении копий запросов в разных приборах многоканальной системы в условиях ненадежно- сти вычислений. В [6] проведен анализ эффектив- ности резервированного обслуживания запросов, критичных ко времени их суммарного поэтапно- го ожидания, в очередях узлов многоуровневого кластера. Выполнен поиск проектных решений по организации многоэтапного резервированно- го обслуживания копий запросов в многоуров- невом кластере, позволяющей повысить вероят- ность своевременного обслуживания запросов, критичных к суммарному времени ожидания на всех уровнях (этапов обслуживания) системы. Построены модели многоэтапного резервирован- ного обслуживания копий запросов в многоуров- невом кластере. Эффективность резервирования Рисунок 1. Модель создания инфокоммуникационных сервисов организации оценивается по вероятности непревышения сум- марного поэтапного времени ожидания в очере- дях узлов всех уровней заданного предельно до- пустимого времени. Проведенный анализ показывает, что, несмотря на достаточно большую глубину проработки, Все заявки K Qu t попадают в очередь K Qu . В ИТ-подразделении в каждом цикле управления принимают решение по каждой заявке: - «обработать» - задачи K N t выполняются, и под них в ИТ-отделе создаются и модерниучет ограничений, описанных в постановке задазируются ИТ-сервисы N (t) (рисунок 1); чи, выполняется в указанных работах не в полной мере. Это обосновывает актуальность оценки эф- фективности. Модель создания инфокоммуникационных сервисов в ИТ-подразделении «отбросить» - задачи на создание и модернизацию ИТ-сервисов, которым было отказано в выполнении, обозначим через K Re t , отбрасы- ваются с интенсивностью K - ; «оставить в очереди» - K. Изменение заявок в очереди описывается сле- дующим соотношением: В ИТ-подразделение распределенной орга- K Qu t K Re t K N t . (1) низации поступают заявки на создание и мо- Функционирующие в организации ИТ-сердернизацию ИТ-сервисов K Qu t с интенсиввисы могут утилизироваться как планово, так и ностью K . ИТ-подразделение в соответствии N - внепланово с интенсивностями ïëàí и âíåïëàí N - сос целевой функцией организует развитие ИТинфраструктуры организации (см. рисунок 1) ответственно. Необходимые ресурсы для ИТ-сервисов пометодом реконфигурации. На основе поступиступают из пула ресурсов R(t) с интенсивновшей заявки при наличии ресурсов создается ИТстью N R . Также ресурсы могут высвобождаться сервис. Для ИТ-сервиса используются ресурсы из из ИТ-сервисов как планово, так и внепланово с пула доступных ресурсов, под которыми подраинтенсивностями ïëàí âíåïëàí зумеваются программные и аппаратные средства. RN - и RN - соответственно. В пул ресурсов попадают ресурсы из источников Обозначим через R(t) {r1 , r2 ,..., rm } множество ресурсов Q {Q ,Q ,...,Q } с интенсивностью видов ресурсов. Поток ресурсов, поступающих в организацию, является нестационарным. Q . R 1 2 n Потоки ресурсов, поступающих от источ- Все ресурсы организации образуют пул ресур- сов, которые могут: пополняться из нескольких источников: через закупки (M видов закупок), поставки от вышестоящей организации в соответствии с за- явкой, просто поставки от вышестоящей органиников, являются нестационарными. R Из пула ресурсов ресурсы, выслужившие срок службы, списываются и утилизируются с интен- сивностью . - Поступающие задачи решаются с помощью создания и модернизации ИТ-сервисов IT зации, разработки собственных ресурсов, возврат {it1 ,it2 ,...,itn }. Обозначим ИТ-сервис в момент из ремонта; времени t через iti uid ,Type, Ri , ðàá : выбывать за счет отправки в ремонт и выво- да из эксплуатации. uid - уникальный идентификатор создаваемого ИТ-сервиса; - Type {MC, BC,U ,OP} множество типов 3. Дисциплины выбора заявок на основе сто- ИТ-сервиса, где, согласно [7], MC - критиче- ски важный для организации в целом (mission- critical). ИТ-сервис чрезвычайно важен для функционирования всей организации; BC - крити- чески важный для организации (business-critical). ИТ-сервис важен для поддержки отдельного на- правления организации или обеспечивающего про- цесса организации; U - вспомогательный (utility). Некритичный сервис, решающий частную, вспо- могательную задачу; OP - офисной автоматиза- ции (office productivity). Это инфокоммуникаци- онный сервис, используемый для автоматизации повседневной деятельности; имостных функций, где для каждой поступающей заявки рассчитывается ее стоимость, далее обозначим через <COST>. Авторами разработан критерий принятия решений на основе стоимост- ной функции с учетом количества ресурсов, да- лее обозначим через <ALG>. В алгоритм <ALG> дополнительно введен блок учета нестационар- ности потока ресурсов. Функции эффективности обслуживания заявок Критерии и правила выбора заявок в соот- ветствии с их характеристиками и в первую оче- - Ri (t) (ri1 , ri 2 ,..., rim ) вектор ресурсов, исредь ценностью для технологических процессов пользуемых при реализации i-го ИТ-сервиса в момент времени t, rim - количество ресурса m-го вида, используемое при реализации i-го ИТ- сервиса в момент времени t; ÈÒ n организации могут быть описаны в форме стоимостной функции [11]. В работе получен вариант такой функции для ИТ-подразделения по выбору заявок с приоритетом на создание информацион- ных сервисов в организации. На основе метода - Rèñï i 1 Ri (t) ресурсы, используемые анализа иерархий из теории многокритериальной полезности были разработаны критерии для задля создания инфокоммуникационных сервисов в организации. Типовые алгоритмы выбора заявок В рамках исследования рассматриваются сле- дующие критерии выбора заявок из очереди ин- фокоммуникационных сервисов. Бесприоритетные, когда предлагается оце- нить эффект следующих дисциплин обслужива- ния: дисциплины обслуживания FIFO (First In - First Out, то есть первым пришел - первым вы- шел: заявки выбираются из очереди по порядку) [12], далее обозначим через <FIFO>; дисциплины обслуживания LIFO (Last In - First Out, т. е. последним пришел - первым вы- шел) [13], далее обозначим через <LIFO>. Приоритетные дисциплины обслуживания [14], где заявки делятся на несколько классов по своей важности. явок каждого приоритета [12; 16]. Данные крите- рии были предложены экспертам для их оценки и обобщены. По полученным оценкам была пред- ложена стоимостная функция для заявки каждого приоритета. Имея стоимостную функцию, можно рассчитать стоимость каждой заявки в текущий момент времени. Заявки из очереди рассматриваются на каждом промежутке времени [15]. Каждый этап принятия решений (создание ИТ-сервиса, отказ в создании ИТ-сервиса, постановка в очередь ИТ-сервиса) рассматривается отдельно. Для каждой заявки выбирается одно из трех действий: обработка (создание ИТ-сервиса), отказ (отказ в создании ИТ-сервиса), очередь (постановка в очередь для последующего решения). Стоимостная функция рассматривается по всем трем действиям к каж- дой заявке (четырех уровней важности) и по раз- меру очереди: n В приоритетной дисциплине обслуживания PFIFO сначала обслуживаются заявки с более ä C i 1 câ,i ti , (2) высоким приоритетом (заявки из очереди выгде c , ti â i ä - эффект выполнения заявки на i-й бираются по приоритету и по принципу FIFO, т. е. первым пришел - первым вышел: заявки вы- бираются из очереди по порядку), далее обозна- чим через <PFIFO>. В приоритетной дисциплине обслуживания PLIFO сначала обслуживаются заявки с более высоким приоритетом (заявки из очереди выби- раются по приоритету и по принципу LIFO), да- лее обозначим через <PLIFO>. ИТ-сервис важности д при применении действия ä îáðàáîòêà, îòêàç, î÷åðåäü . Алгоритм выбора заявок на основе оптимизации функции эффективности Использование критериальной функции Ñ в качестве обобщенного показателя качества по- зволяет построить критерий принятия решения и алгоритм выбора заявок, позволяющий максимизировать ее значение [8]. Исходя из режима не- прерывной работы ИТ-подразделения по созда- нию ИТ-сервисов в условиях неопределенности предлагаемый алгоритм должен решать задачу максимизации средней величины эффекта Ñ F t max . На рисунке 2 приведен разработанный алго- ритм выбора заявок на основе оптимизации стои- мостной функции. Исходные данные: заявки на создание или модернизацию ИТсервисов iti uid ,Type, Ri , ðàá ; ä стоимостная функция, определяющая эф- фект для каждого ИТ-сервиса câ,i ti ; имеющиеся ресурсы R. Выходными данными являются: величина полученного эффекта Ñ; множества созданных IT ñîçäàíèå , находящихся в очереди IT î÷åðåäü , получивших отказ IT îòêàç инфокоммуникационных сервисов. Сравнительный анализ критериев принятия решений по выбору заявок на инфокоммуникационные сервисы В рамках работы выполнен эксперимент по оценке влияния нестационарности входного по- тока заявок на эффективность применения алгоритмов выбора заявок. Анализ эффективности , обслуживания заявок выполнен путем варьирования интенсивности входного потока заявок (од- ного класса). Входной поток имеет следующие характеристики (см. рисунок 3, а): 4 i 1 i ÂÑ MÑ , ÂÑ (t) const, (3) min , t 0;90 , t 180; 270 ; MC MC MC max , t 90;180 , t 270;360 . С учетом заданных характеристик потоков ÂÑ , min MC и max MC доля заявок класса <MC> изменяется с 50 до 62,5 % и в среднем составляет - 56,3 %. На рисунке 3, а показано изменение интенсив- ности потоков заявок по классам. Для алгоритма выбора заявок <ALG> отражены мгновенные K и средние K значения количества реализованных ИТ-сервисов. Результаты выявляют, что количество созданных ИТ-сервисов при изменении входной интенсивности заявок изменяется незна- чительно. Рисунок 3, б показывает мгновенные Ñ ALG , i и усредненные Ñ ALG , i значения функции отклика (рассчитанные на основе стоимостной функции) по одной реализации процесса. Результаты гово- Рисунок 2. Алгоритм выбора заявок <ALG> Рисунок 3. Анализ влияния нестационарности входного потока заявок на эффективность создания инфокоммуникационных сервисов рят о высоком уровне неравномерности функции сглаженная функция Ñ ALG путем регрессионотклика (в том числе усредненной). ного анализа. Наличие ограничений по времени Рисунок 3, в показывает средние значения нахождения заявки в очереди 30 приводит к функций отклика для исследуемых алгоритвозникновению в начале эксперимента переходмов выбора заявок: Ñ LIFO , Ñ PRIORL , Ñ PRIORF , ного режима, а также трех переходных участков Ñ COST , Ñ ALG . Для алгоритма <ALG> построена на границах изменения интенсивности (отмечены штриховкой). Результаты эксперимента пока- зывают следующую результативность - наиболь- шую результативность показал алгоритм <ALG>. Сравнительная оценка приведена в таблице. Результат свидетельствует, что изменение на- грузки (отношение интенсивности потока заявок к производительности ИТ-подразделения) приво- дит к изменению эффективности различных ал- горитмов выбора заявок. Это показывает наличие Уч-к Ñ LIFO Ñ PRIORL Ñ PRIORF Ñ COST 1 0,868 0,691 0,947 0,956 2 0,631 0,440 0,778 0,754 3 0,881 0,649 0,938 0,924 4 0,655 0,464 0,831 0,814 Сред. 0,782 0,603 0,889 0,878 Таблица. Сравнительный анализ критериев принятия решений по выбору заявок возможности разработки субоптимального алго- ( ), ( ), ( ) при изменении ритма выбора заявок в условиях неопределенно- PRIORF о COST ALG требу и имеющихся рести за счет возможности адаптации к структуре потока. тношения уровней сурсов: Ròð Ríàë емых . Результаты показывают, что с увеличением отношения Ròð Ríàë происхо- Рисунок 3, г показывает изменение относительной результативности η двух наиболее эф- фективных по значению отклика алгоритмов выбора заявок - <ALG> и <PRIORL>. Представдит значимое увеличение количества реализован- ных ИТ-сервисов для алгоритма <ALG>. На рисунке 4, в представлено изменение абсолютных и относительных значений функций лены графики мгновенной PRIORL и усредненотклика для исследуемых алгоритмов выбоной PRIORL относительной результативности по ра заявок: Ñ LIFO ( ), Ñ PRIORL ( ), Ñ PRIORF ( ), отношению к алгоритму <ALG>, где PRIORL Ñ COST ( ), Ñ ALG при изменении отношения Ñ PRIORL Ñ ALG . уровней требуемых и имеющихся ресурсов: Рисунок 3, д отражает относительный эффект Ròð Ríàë на участке изменения интенсивноот функционирования ИТ-сервиса на 1 реализованный ИТ-сервис (введенный в эксплуатацию). сти входного потока заявок. Диапазон изменения эффекта показывает необходимость учета усло- Представлены графики мгновенного ñ ALG и усвий применения при решении задачи выбора. редненного ñ ALG значений относительного эф- На рисунке 4, г отражено изменение эффекта фекта: ñ ALG (t) C ALG (t) n ALG (t). Результаты для алгоритма выбора заявок <ALG> для средпоказывают значимое изменение относительного эффекта при изменении интенсивности входного них значений эффекта и на участках изменения интенсивности для случаев изменения долей запотока, что требует применения механизма адапявок классов <MC> Ñ max ALG ,MC и <BC> Ñ . max ALG ,BC тации при разработке субоптимального алгоритма. Проведене эксперимент по оценке влияния Рисунок 4, д показывает изменение эффекта для алгоритма выбора заявок при варьировании донестационарности входного потока заявок на лей заявок класса <MC> в среднем Ñ ALG и эффективность критериев выбора заявок при изменении нагрузки (отношение ресурсоемкости входного потока заявок к интенсивности посту- пления ресурсов в ИТ-подразделение). Анализ эффективности обслуживания заявок выполнен путем варьирования интенсивности входного по- тока заявок и уровня нагрузки [9]. На рисунке 4, а отражено изменение абсолют- ных и относительных значений функций откли- ка для исследуемых алгоритмов выбора заявок: ALG на участках изменения интенсивности Ñ max . Отмечено, что с увеличением доли заявок класса <MC> эффект в целом ощутимо повышается. Выводы по итогам эксперимента Оценка критериев принятия решений при вы- боре заявок на проектирование инфокоммуника- ционных сервисов в условиях нестационарного потока была сведена к расчету эффекта по всем внедряемым инфокоммуникационным сервисам Ñ LIFO ( ), Ñ PRIORL ( ), Ñ PRIORF ( ), Ñ COST ( ), организации. Анализ эффективности критериев Ñ ALG при изменении отношения уровней тревыбора заявок проводился следующими способами: буемых и имеющихся ресурсов: Ròð Ríàë . - путем варьирования интенсивности входно- Результаты показывают, что с увеличением отного потока заявок (одного класса); шения Ròð Ríàë происходит значимое повы- - путем варьирования интенсивности входношение относительной эффективности алгоритма выбора заявок <ALG>. На рисунке 4, б представлено изменение абсо- лютных и относительных значений среднего количе- ства реализованных ИТ-сервисов для исследуемых го потока заявок (одного класса) и уровня нагрузки. В случае варьирования интенсивностью вход- ного потока заявок (одного класса) большую эффективность показал алгоритм <ALG>. Изме- нение нагрузки приводит к изменению эффекалгоритмов выбора заявок: LIFO ( ), PRIORL ( ), тивности различных алгоритмов выбора заявок. Рисунок 4. Анализ влияния нестационарности входного потока заявок на эффективность создания ИТ-сервисов при изменении нагрузки Это доказывает наличие возможности разработ- ки субоптимального алгоритма выбора заявок в условиях неопределенности за счет возможности адаптации к структуре входного потока посту- пления заявок. В случае варьирования интенсивности вход- ного потока заявок (одного класса) и отношения уровня нагрузки результаты показывают, что с увеличением отношения происходит значимое повышение относительной эффективности алго- ритма выбора заявок <ALG>. Также отмечено, что с увеличением доли заявок класса <MC> эф- фект в целом повышается. В связи с вышесказанным можно сделать вы- вод, что алгоритм <ALG> является более эффек- тивным относительно сравниваемых алгоритмов.

About the authors

A. V Abdalov

Academy of the Federal Guard Service of the Russian Federation

Email: senya@academ.msk.rsnet.ru
Orel, Russian Federation

V. G Grishakov

Academy of the Federal Guard Service of the Russian Federation

Email: gvg@academ.msk.rsnet.ru
Orel, Russian Federation

I. V Loginov

Academy of the Federal Guard Service of the Russian Federation

Email: loginov_iv@bk.ru
Orel, Russian Federation

References

Supplementary files