Файл: Информационные системы и технологии. Распределенная технология обработки информации.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Первое десятилетие XXI века отмечается ростом количества людей, использующих компьютеры, резким увеличением объёма информации, получаемой через компьютерные сети и Интернет. Повсеместное применение компьютеров и их объединение в локальные, региональные и глобальные сети привело к активному развитию, распространению и повсеместному использованию информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) и формированию информационного пространства. Информационное пространство – это инфокоммуникационная среда, гарантированно удовлетворяющая информационные и методические потребности ее субъектов, служб при подготовке, принятии и реализации решений в любой сфере деятельности.

В рамках данного исследования рассматриваются, к которым относятся: – это персона или группа, которая предоставляет информацию без требования сохранения ее конфиденциальности, – информация или отношения незащищенные от публичного раскрытия. Открытые источники относятся к среде общедоступной информации, и не имеют ограничения в доступе для физических лиц. Развитие информационных и коммуникационных технологий существенным образом изменили структуру и информационно-технические характеристики потоков информации. Анализ характера изменений объемов информации, циркулирующей через транснациональные инфо-коммуникационные сети показывает, что рост объема информации имеет экспоненциальную характеристику.

Под распределенной обработкой информации понимается комплекс операций с информацией (традиционно описываемый термином "обработка информации"), проводимый на независимых, но связанных между собой вычислительных машинах, предназначенных для выполнения общих задач.

Системы распределенной обработки информации (или распределенные вычислительные системы) в виде многомашинных вычислительных комплексов и компьютерных сетей представляют собой одну из наиболее прогрессивных форм организации средств вычислительной техники.

Появление и широкое распространение систем распределенной обработки информации обусловлено, с одной стороны, ускоренным развитием микроэлектроники, снижением стоимости вычислительных средств, увеличением их производительности при уменьшении габаритов, а с другой стороны повышением требований к производительности, надежности и эффективности вычислительных систем, предъявляемых сферами их применения.

Цель работы анализ управления распределенной информацией и его перспектив.

Объект исследования управление распределенной информацией.

Предмет исследования принципы управления распределенной информацией, характеристики распределенных систем баз данных, управление распределенной информацией, его перспективы, Однородные и неоднородные распределенные системы, методы построения распределенных баз данных, проблемы управления распределенной информацией и пути их решения.

Задачи исследования вытекают из поставленной цели:

проанализировать принципы управления распределенной информацией;

описать модели распределенных баз данных;

рассмотреть направления развития управления распределенной информацией.

Методы исследования: изучение и анализ научной литературы, статей по теме работы в периодических изданиях, научных источников в сети Интернет, анализ и сравнение модели распределенных баз данных с другими моделями.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

1.1.Понятие информации и ее обработки информации

Информатика — это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности.

Обработка информации – получение одних информационных объектов из других информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов [15].

Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией, и главным средством увеличения объёма и разнообразия информации. Средства обработки информации — это всевозможные устройства и системы, созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер — универсальная машина для обработки информации. Компьютеры обрабатывают информацию путем выполнения некоторых алгоритмов. Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих органов и систем.

Понятие обработки информации является весьма широким. Ведя речь об обработке информации, следует дать понятие инварианта обработки. Обычно им является смысл сообщения (смысл информации, заключенной в сообщении). При автоматизированной обработке информации объектом обработки служит сообщение, и здесь важно провести обработку таким образом, чтобы инварианты преобразований сообщения соответствовали инвариантам преобразования информации.[10]

Цель обработки информации в целом определяется целью функционирования некоторой системы, с которой связан рассматриваемый информационный процесс. Однако для достижения цели всегда приходится решать ряд взаимосвязанных задач.

К примеру, начальная стадия информационного процесса – рецепция. В различных информационных системах рецепция выражается в таких конкретных процессах, как отбор информации (в системах научно-технической информации), преобразование физических величин в измерительный сигнал (в информационно-измерительных системах), раздражимость. и ощущения (в биологических системах) и т.п.

Процесс рецепции начинается на границе, отделяющей информационную систему от внешнего мира. Здесь, на границе, сигнал внешнего мира преобразуется в форму, удобную для дальнейшей обработки. Для биологических систем и многих технических систем, например читающих автоматов, эта граница более или менее четко выражена. В остальных случаях она в значительной степени условна и даже расплывчата. Что касается внутренней границы процесса рецепции, то она практически всегда условна и выбирается в каждом конкретном случае исходя из удобства исследования информационного процесса. [12]

Следует отметить, что независимо от того, как "глубоко" будет отодвинута внутренняя граница, рецепцию всегда можно рассматривать как процесс классификации.

Формализованная модель обработки информации

Обратимся теперь к вопросу о том, в чем сходство и различие процессов обработки информации, связанных с различными составляющими информационного процесса, используя при этом формализованную модель обработки. Прежде всего заметим, что нельзя отрывать этот вопрос от потребителя информации (адресата), от семантического и прагматического аспектов информации. Наличие адресата, для которого предназначено сообщение (сигнал), определяет отсутствие однозначного соответствия между сообщением и содержащейся в нем информацией. Совершенно очевидно, что одно и то же сообщение может иметь различный смысл для разных адресатов и различное прагматическое значение.

Предположим, что с каждым конкретным потребителем информации связано некоторое множество I, элементами которого являются пары смысл-значение. Существует множество X сообщений, элементами которого могут быть символы, слова, фразы, значения физических величин и процессов – словом, любые знаки. Чтобы из сообщения X могла быть извлечена информация I, должно существовать некоторое отображение j

являющееся результатом действия по крайней мере трех факторов:

1) договоренности между отправителем и потребителем, что позволяет "осмысливать" сообщение;

2) наличием конкретной цели у адресата;

3) той ситуацией, в которой находится адресат.

Последние два фактора определяют значение сообщения. Отображение j называется правилом интерпретации сообщении. Оно может быть общим, понятным для многих потребителей информации, либо известным лишь паре отправитель—потребитель, а для других потребителей информации незнание правила j приводит к тому, что даже воспринятое сообщение не поддается интерпретации или ведет к ложной интерпретации.

1.2 Распределительная система управления

Распределенные системы управления (СУ) решают задачи автоматизации технологических процессов (ТП), когда эти процессы имеют распределенный территориальный и алгоритмический характер. Многие ТП, а следовательно и системы управления ими, характеризуются большим объемом сенсорной информации, поступающей от объектов управления, и быстрой реализацией алгоритма.

Такие ТП можно встретить в химической, машиностроительной и других отраслях, а так же научных комплексах. Автоматизация распределенных и быстропротекающих процессов строится на основе локальных систем управления (ЛСУ) функционально законченных частей распределенных ТП и телекоммуникационной системы, имеющей различную архитектурную реализацию (круговую, линейную и т.д.). [8]

Как и в любой СУ, время реакции распределенной СУ на управляющее воздействие является определяющим критерием при разработке систем данного типа. На рис.1 представлена упрощенная структура распределенной СУ, где НС набор сенсоров, СОД система обработки данных, ЛСУ локальная система управления, СИУ силовые исполнительные устройства. В СОД, на основе обработанных данных из НС формируются события и аларм-сообщения, которые поступают в ЛСУ данного узла и (или) передаются по сети Network в другие узлы.

Рис. 1 Структура распределенной системы управления с кольцевой телекоммуникационной сетью.

Пусть время распространения информации tpropagation от одной ЛСУ к другой определяется как:

tpropagation Iis + tip + tfxd (i)

где tis время обработки исходной информации (например, сигнала, связанного с температурным параметром объекта управления) интеллектуальными сенсорами, tip время обработки информации подсистемой сбора и обработки данных с интеллектуальных датчиков и подготовки для передачи по телекоммуникационной сети, ttxd время передачи сообщений по телекоммуникационной сети.

Поскольку в уравнении (1) время tis и txd является практически константами, то можно оптимизировать tpropagation только за счет уменьшения tip. Стоит отметить, что время txd можно уменьшить за счет сокращения объема передаваемой информации используя методы сжатия данных без потерь. Вместе с тем, чем больше степень сжатия информации, тем больше на это тратится время [1].

Одним из решений уменьшения времени при сжатии является аппаратная реализация алгоритма. В работе [2] представлена реализация алгоритма сжатия данных без потерь на базе Field-Programmable Gate Array (FPGA).

Для уменьшения времени используются скоростные промышленные интерфейсы типа Ethernet с оптической средой распространения сигнала, скорость которых может достигать десятков Gb/s. Другое направление уменьшения txd сжатие протокольных данных при передаче. В работе [3] приводится метод оптимизации UDP сетевой передачи путем использования аппаратной реализации на FPGA при приеме биржевых данных. Вместе с аппаратной обработкой пакетов на основе FAST протокола (так же на FPGA) данная оптимизация позволяет уменьшить время доставки и обработки пакетов почти в 4 раза [3].

Одной из важнейших сетевых технологий, является распределенная обработка данных.Персональные компьютеры стоят на рабочих местах, на местах возникновения и использования информации. Они соединены каналами связи. Это дало возможность распределить их ресурсы по отдельным функциональным сферам деятельности и изменить технологию обработки данных в направлении децентрализации. Распределенная обработка данных позволила повысить эффективность удовлетворения изменяющейся информационной потребности информационного работника и, тем самым, обеспечить гибкость принимаемых им решений.

Преимущества распределенной обработки данных:

большое число взаимодействующих пользователей, выполняющих функции сбора, регистрации, хранения, пе­редачи и выдачи информации;

снятие пиковых нагрузок с централизованной базы путем распределения обработки и хранения локальных баз данных на разных ЭВМ;

обеспечение доступа информационному работнику к вычислительным ресурсам сети ЭВМ;

обеспечение симметричного обмена данными между удаленными пользователями.

Формализация концептуальной схемы данных повлекла за собой возможность классификации моделей представления данных на иерархические, сетевые и реляционные. Это отразилось в понятии архитектуры систем управления базами данных и технологии обработки. Архитектура СУБД описывает ее функционирование как взаимодействие процессов двух типов: клиента и сервера.