eng
Выпуск #8/2018
Е.Ряполова, М.Студянникова, Б.Попов
Модель функционирования системы облачных вычислений на основе динамических характеристик
Модель функционирования системы облачных вычислений на основе динамических характеристик
Просмотры: 1427
На основе анализа научных публикаций в области теории динамических звеньев и облачных вычислений предложена математическая модель функционирования системы облачных вычислений, состоящей из шести взаимосвязанных подсистем. Разработанная модель позволит оптимальным образом выбирать средства защиты системы облачных вычислений.
УДК 004.4, DOI: 10.22184/2070-8963.2018.77.8.54.58
УДК 004.4, DOI: 10.22184/2070-8963.2018.77.8.54.58
Теги: cloud computing system functioning model cloud computing system protection stable cloud computing system functioning theory of dynamic links защита системы облачных вычислений модель функционирования системы облачных вычислений теория динамических звеньев устойчивое функционирование системы облачных вычислений
Введение
Задачи устойчивого развития систем облачных вычислений и их способности противостоять угрозам информационной безопасности обусловливают необходимость обеспечения надежного функционирования системы в целом и ее отдельных компонентов. Практика показывает, что существующие на сегодняшний день решения в области информационной безопасности системы облачных вычислений не могут быть в полной мере реализованы без формирования механизма, обеспечивающего устойчивое и безопасное функционирование и развитие системы облачных вычислений. Разработка такого механизма – достаточно сложная задача. В зависимости от воздействия внешних и внутренних угроз, индивидуальных особенностей построения системы облачных вычислений, а также особенностей развития и функционирования системы механизм устойчивого развития может включать в себя множество элементов – организационно-управленческих, маркетинговых, технологических, информационной безопасности.
При разработке механизма устойчивого развития системы облачных вычислений следует обратить внимание на необходимость сочетать управленческие и экономические решения с решениями по обеспечению информационной безопасности системы.
Общие положения
Прежде чем перейти в рассмотрению понятия механизма устойчивого развития системы облачных вычислений, определим понятие "механизм", в переводе с греческого это слово означает "машина". В различных источниках понятие "механизм" определяют по-разному – например, последовательность состояний, процессов, определяющих собой какое-либо действие, явление или внутреннее устройство (система звеньев) машины, прибора, аппарата, приводящее их в действие.
В [1] понятие "механизм устойчивого развития" представляется как состояние предприятия, при котором все его основные элементы позволяют поддерживать свои параметры в определенном диапазоне. Рассматривать понятие развития как многомерный процесс, включающий реорганизацию и переориентацию всей системы, предлагается в [2]. В других источниках под устойчивостью понимается способность возвращаться в состояние равновесия за счет собственных или заемных ресурсов.
В нашем случае система облачных вычислений представляет собой условное предприятие с механизмом устойчивого развития, при котором параметры надежности и безопасности, экономические и технологические параметры находятся в определенном диапазоне оптимального функционирования системы.
Обеспечение устойчивого развития системы облачных вычислений связано с переходом системы в качественно новое состояние. Задача управления состоит в том, чтобы обеспечить развитие системы облачных вычислений в условиях ограниченности ресурсов и возможных угроз информационной безопасности, а также в создании основания для устойчивого развития систем облачных вычислений в условиях меняющейся рыночной экономики и конкуренции.
Формирование механизма управления развитием системы облачных вычислений основывается на ряде принципов (см. таблицу).
Определенные таким образом принципы механизма устойчивого развития системы облачных вычислений служат базой для формирования оптимальных организационных и управленческих решений. Устойчивое развитие облачных вычислений заключается в структурно-организационной и функциональной устойчивости системы.
Структурно-организационная устойчивость системы облачных вычислений включает в себя устойчивость связей и взаимоотношений между подсистемами. Она характеризуется следующими показателями:
• оперативностью – способностью быстро реагировать на внешнее воздействие в соответствии с целевым и функциональным назначением;
• централизацией – возможностью выполнения одной из подсистемы руководящих функций всей системы;
• живучестью – способностью сохранять значение других показателей при разрушении части структуры системы (характеризуется относительным числом элементов и подсистем, при нарушении целостности или уничтожении которых остальные показатели не выйдут за допустимые пределы);
• объемом – количеством элементов и подсистем, которые охватываются структурой системы.
На основе проведенных исследований можно утверждать, что устойчивое развитие системы облачных вычислений – это сбалансированное поступательное изменение всех показателей устойчивости системы облачных вычислений, способное противостоять внешним воздействиям с сохранением при этом целостности и основных свойств.
Устойчивость развития системы облачных вычислений должна обеспечиваться на основе учета влияния внешних воздействий и совершенствования функционирования внутри системы в целях повышения ее эффективности и непрерывного развития.
Система облачных вычислений является системой динамической, изменяющей свои характеристики и состояние во времени. Под динамическими моделями понимается процесс изменения состояний реальной или проектируемой системы во времени. Динамические модели показывают различия между состояниями, последовательность смены состояний и развитие событий с течением времени.
Математическая модель
Проведем исследование понятия динамической системы, определим математическую модель функционирования системы облачных вычислений с точки зрения динамических характеристик систем.
Для разных объектов и систем разработано большое количество динамических моделей, описывающих процессы их функционирования. Свойства динамических систем определяют динамические характеристики. Под динамической характеристикой понимают реакцию системы на возмущение, то есть зависимость изменения выходных переменных от входных и от времени.
Динамические характеристики обычно представляются математической моделью в виде дифференциального уравнения вида:
.
При исследовании динамики функционирования систем часто невозможно составить математическое описание всей системы сразу, поэтому ее разбивают на динамические звенья. Динамическое звено – это часть системы или элемента, описываемая определенным дифференциальным уравнением. Динамическим звеном можно представить элемент или подсистему либо автоматическую систему в целом.
Элементарным динамическим звеном принято считать звено с одним входом и одним выходом (рис.1).
Элементарным звеном служит звено направленного действия. Звено передает воздействие только в одном направлении с входа на выход. Таким образом, изменение состояния звена не влияет на состояние предшествующего звена, работающего на вход. При разбиении системы на звенья направленного действия математическая модель каждого звена может быть составлена без учета связей его с другими звеньями. Таким образом, математическая модель всей системы в целом может быть представлена как совокупность независимых друг от друга уравнений или характеристик отдельных звеньев, образующих систему дополненных уравнений связи между звеньями.
Система облачных вычислений представляет собой шесть взаимосвязанных подсистем: система виртуализации, система управления вычислительными ресурсами, подсистема хранения образов виртуальных машин, подсистема хранилища данных, система авторизации и аутентификации, подсистема веб-интерфейса. Каждая подсистема обладает определенным процессом функционирования. При построении структурной схемы системы облачных вычислений необходимо учесть вид связи между подсистемами. Возможно параллельное соединение, последовательное, соединение с обратной связью.
В случае построения структурной схемы системы облачных вычислений нами используются соединения с обратной связью и параллельное соединение.
Модель взаимодействия субъектов системы облачных вычислений представлена на рис.2 [3].
В нашем случае система состоит из взаимосвязанных подсистем, поэтому мы предлагаем описать математическую модель каждой подсистемы отдельно.
Внешнее воздействие на вход системы вызывает изменение ее выхода y(t) – переходный процесс, именуемый переходной функцией. Переходная (временная) функция – это реакция выходной переменной динамического звена на изменение входа.
Математическую модель подсистем веб-интерфейса, авторизации и аутентификации, хранилища данных и хранилища образов виртуальных машин можно записать следующим образом [4, 5]:
y(t) = kx(t),
где k – коэффициент пропорциональности или усиления.
Она представляет собой безынерционное динамическое звено системы с обратной связью.
Подсистема виртуализации и подсистема управления вычислительными ресурсами представляет собой инерционное динамическое звено [4, 5]:
,
где Т – постоянная времени, определяемая емкостью звена и его пропускной способностью; k – коэффициент пропорциональности или усиления.
Система облачных вычислений – совокупность шести взаимосвязанных подсистем, математические модели некоторых из них представляют безынерционное динамическое звено с обратной связью, а некоторые – инерционное динамическое звено. В связи с этим необходимо построить общую математическую модель системы облачных вычислений. Математическая модель системы облачных вычислений на основе теории динамических звеньев примет вид:
,
где T1, T2 – постоянные времени, определяемые емкостью звеньев и их пропускной способностью;
k, l, m, n, r, s – коэффициенты пропорциональности или усиления;
τ – время запаздывания (задержки).
Математическое выражение y7 = (t – τ) x7 представляет собой звено чистого запаздывания, соответствующее устройству или линии передачи данных.
Заключение
Основные результаты настоящей работы сводятся к следующему.
• во-первых, проведен анализ понятия устойчивого развития системы облачных вычислений;
• во-вторых, разработаны принципы формирования механизма управления развитием системы облачных вычислений, которые служат базой для формирования оптимальных организационных и управленческих решений;
• в-третьих, проведен анализ понятия динамической системы и предложена математическая модель функционирования системы облачных вычислений с точки зрения динамических характеристик систем, которая представляет собой шесть взаимосвязанных подсистем, каждая из которых описывается математической моделью динамического звена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Листопад И.Н. Формирование механизма устойчивого развития предприятия промышленности / Дисс. на соиск. уч. ст. к.э.н. – М., 2004. 186 с.
2. Дятлов C.A. Основы концепции устойчивого развития. – СПб.: СПбГУЭФ, 1998. 155 с.
3. Боровский А.С., Ряполова Е.И. Построение модели системы защиты в облачных технологиях на основе многоагентного подхода с использованием автоматной модели // Вопросы кибербезопасности. 2017. № 4 (22). С. 10–20.
4. Беспалов А.В., Харитонов Н.И., Золотухин С.Е., Финякин Л.Н., Садиленко А.С., Грунский В.Н. Динамические звенья. Временные характеристики: учеб. пособие. – М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2001. 80 с.
5. Усынин Ю.С. Теория автоматического управления: учеб. пособие для вузов. – Челябинск: ЮУрГУ, 2010. 176 с.
Задачи устойчивого развития систем облачных вычислений и их способности противостоять угрозам информационной безопасности обусловливают необходимость обеспечения надежного функционирования системы в целом и ее отдельных компонентов. Практика показывает, что существующие на сегодняшний день решения в области информационной безопасности системы облачных вычислений не могут быть в полной мере реализованы без формирования механизма, обеспечивающего устойчивое и безопасное функционирование и развитие системы облачных вычислений. Разработка такого механизма – достаточно сложная задача. В зависимости от воздействия внешних и внутренних угроз, индивидуальных особенностей построения системы облачных вычислений, а также особенностей развития и функционирования системы механизм устойчивого развития может включать в себя множество элементов – организационно-управленческих, маркетинговых, технологических, информационной безопасности.
При разработке механизма устойчивого развития системы облачных вычислений следует обратить внимание на необходимость сочетать управленческие и экономические решения с решениями по обеспечению информационной безопасности системы.
Общие положения
Прежде чем перейти в рассмотрению понятия механизма устойчивого развития системы облачных вычислений, определим понятие "механизм", в переводе с греческого это слово означает "машина". В различных источниках понятие "механизм" определяют по-разному – например, последовательность состояний, процессов, определяющих собой какое-либо действие, явление или внутреннее устройство (система звеньев) машины, прибора, аппарата, приводящее их в действие.
В [1] понятие "механизм устойчивого развития" представляется как состояние предприятия, при котором все его основные элементы позволяют поддерживать свои параметры в определенном диапазоне. Рассматривать понятие развития как многомерный процесс, включающий реорганизацию и переориентацию всей системы, предлагается в [2]. В других источниках под устойчивостью понимается способность возвращаться в состояние равновесия за счет собственных или заемных ресурсов.
В нашем случае система облачных вычислений представляет собой условное предприятие с механизмом устойчивого развития, при котором параметры надежности и безопасности, экономические и технологические параметры находятся в определенном диапазоне оптимального функционирования системы.
Обеспечение устойчивого развития системы облачных вычислений связано с переходом системы в качественно новое состояние. Задача управления состоит в том, чтобы обеспечить развитие системы облачных вычислений в условиях ограниченности ресурсов и возможных угроз информационной безопасности, а также в создании основания для устойчивого развития систем облачных вычислений в условиях меняющейся рыночной экономики и конкуренции.
Формирование механизма управления развитием системы облачных вычислений основывается на ряде принципов (см. таблицу).
Определенные таким образом принципы механизма устойчивого развития системы облачных вычислений служат базой для формирования оптимальных организационных и управленческих решений. Устойчивое развитие облачных вычислений заключается в структурно-организационной и функциональной устойчивости системы.
Структурно-организационная устойчивость системы облачных вычислений включает в себя устойчивость связей и взаимоотношений между подсистемами. Она характеризуется следующими показателями:
• оперативностью – способностью быстро реагировать на внешнее воздействие в соответствии с целевым и функциональным назначением;
• централизацией – возможностью выполнения одной из подсистемы руководящих функций всей системы;
• живучестью – способностью сохранять значение других показателей при разрушении части структуры системы (характеризуется относительным числом элементов и подсистем, при нарушении целостности или уничтожении которых остальные показатели не выйдут за допустимые пределы);
• объемом – количеством элементов и подсистем, которые охватываются структурой системы.
На основе проведенных исследований можно утверждать, что устойчивое развитие системы облачных вычислений – это сбалансированное поступательное изменение всех показателей устойчивости системы облачных вычислений, способное противостоять внешним воздействиям с сохранением при этом целостности и основных свойств.
Устойчивость развития системы облачных вычислений должна обеспечиваться на основе учета влияния внешних воздействий и совершенствования функционирования внутри системы в целях повышения ее эффективности и непрерывного развития.
Система облачных вычислений является системой динамической, изменяющей свои характеристики и состояние во времени. Под динамическими моделями понимается процесс изменения состояний реальной или проектируемой системы во времени. Динамические модели показывают различия между состояниями, последовательность смены состояний и развитие событий с течением времени.
Математическая модель
Проведем исследование понятия динамической системы, определим математическую модель функционирования системы облачных вычислений с точки зрения динамических характеристик систем.
Для разных объектов и систем разработано большое количество динамических моделей, описывающих процессы их функционирования. Свойства динамических систем определяют динамические характеристики. Под динамической характеристикой понимают реакцию системы на возмущение, то есть зависимость изменения выходных переменных от входных и от времени.
Динамические характеристики обычно представляются математической моделью в виде дифференциального уравнения вида:
.
При исследовании динамики функционирования систем часто невозможно составить математическое описание всей системы сразу, поэтому ее разбивают на динамические звенья. Динамическое звено – это часть системы или элемента, описываемая определенным дифференциальным уравнением. Динамическим звеном можно представить элемент или подсистему либо автоматическую систему в целом.
Элементарным динамическим звеном принято считать звено с одним входом и одним выходом (рис.1).
Элементарным звеном служит звено направленного действия. Звено передает воздействие только в одном направлении с входа на выход. Таким образом, изменение состояния звена не влияет на состояние предшествующего звена, работающего на вход. При разбиении системы на звенья направленного действия математическая модель каждого звена может быть составлена без учета связей его с другими звеньями. Таким образом, математическая модель всей системы в целом может быть представлена как совокупность независимых друг от друга уравнений или характеристик отдельных звеньев, образующих систему дополненных уравнений связи между звеньями.
Система облачных вычислений представляет собой шесть взаимосвязанных подсистем: система виртуализации, система управления вычислительными ресурсами, подсистема хранения образов виртуальных машин, подсистема хранилища данных, система авторизации и аутентификации, подсистема веб-интерфейса. Каждая подсистема обладает определенным процессом функционирования. При построении структурной схемы системы облачных вычислений необходимо учесть вид связи между подсистемами. Возможно параллельное соединение, последовательное, соединение с обратной связью.
В случае построения структурной схемы системы облачных вычислений нами используются соединения с обратной связью и параллельное соединение.
Модель взаимодействия субъектов системы облачных вычислений представлена на рис.2 [3].
В нашем случае система состоит из взаимосвязанных подсистем, поэтому мы предлагаем описать математическую модель каждой подсистемы отдельно.
Внешнее воздействие на вход системы вызывает изменение ее выхода y(t) – переходный процесс, именуемый переходной функцией. Переходная (временная) функция – это реакция выходной переменной динамического звена на изменение входа.
Математическую модель подсистем веб-интерфейса, авторизации и аутентификации, хранилища данных и хранилища образов виртуальных машин можно записать следующим образом [4, 5]:
y(t) = kx(t),
где k – коэффициент пропорциональности или усиления.
Она представляет собой безынерционное динамическое звено системы с обратной связью.
Подсистема виртуализации и подсистема управления вычислительными ресурсами представляет собой инерционное динамическое звено [4, 5]:
,
где Т – постоянная времени, определяемая емкостью звена и его пропускной способностью; k – коэффициент пропорциональности или усиления.
Система облачных вычислений – совокупность шести взаимосвязанных подсистем, математические модели некоторых из них представляют безынерционное динамическое звено с обратной связью, а некоторые – инерционное динамическое звено. В связи с этим необходимо построить общую математическую модель системы облачных вычислений. Математическая модель системы облачных вычислений на основе теории динамических звеньев примет вид:
,
где T1, T2 – постоянные времени, определяемые емкостью звеньев и их пропускной способностью;
k, l, m, n, r, s – коэффициенты пропорциональности или усиления;
τ – время запаздывания (задержки).
Математическое выражение y7 = (t – τ) x7 представляет собой звено чистого запаздывания, соответствующее устройству или линии передачи данных.
Заключение
Основные результаты настоящей работы сводятся к следующему.
• во-первых, проведен анализ понятия устойчивого развития системы облачных вычислений;
• во-вторых, разработаны принципы формирования механизма управления развитием системы облачных вычислений, которые служат базой для формирования оптимальных организационных и управленческих решений;
• в-третьих, проведен анализ понятия динамической системы и предложена математическая модель функционирования системы облачных вычислений с точки зрения динамических характеристик систем, которая представляет собой шесть взаимосвязанных подсистем, каждая из которых описывается математической моделью динамического звена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Листопад И.Н. Формирование механизма устойчивого развития предприятия промышленности / Дисс. на соиск. уч. ст. к.э.н. – М., 2004. 186 с.
2. Дятлов C.A. Основы концепции устойчивого развития. – СПб.: СПбГУЭФ, 1998. 155 с.
3. Боровский А.С., Ряполова Е.И. Построение модели системы защиты в облачных технологиях на основе многоагентного подхода с использованием автоматной модели // Вопросы кибербезопасности. 2017. № 4 (22). С. 10–20.
4. Беспалов А.В., Харитонов Н.И., Золотухин С.Е., Финякин Л.Н., Садиленко А.С., Грунский В.Н. Динамические звенья. Временные характеристики: учеб. пособие. – М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2001. 80 с.
5. Усынин Ю.С. Теория автоматического управления: учеб. пособие для вузов. – Челябинск: ЮУрГУ, 2010. 176 с.
Отзывы читателей
