Киселев Б.В.: Моделирование информационно-правовой системы "Свод законов Российской Федерации"

Моделирование информационно-правовой системы "Свод законов Российской Федерации"

__________________________________________________

Б.В. Киселев

В целях реализации положений статьи 15 Конституции Российской Федерации, упорядочения законодательства, обеспечения его стабильности, укрепления конституционной законности Указом Президента Российской Федерации от 6 февраля 1995 г. № 94 [1] было признано необходимым начать подготовку к составлению Свода законов Российской Федерации - официального систематизированного полного собрания действующих нормативных актов Российской Федерации.

В качестве первого этапа подготовки к изданию Свода законов Российской Федерации необходимо осуществить инвентаризацию всех действующих, формально не отмененных федеральных законов, нормативных указов Президента Российской Федерации, нормативных постановлений Правительства Российской Федерации, иных нормативных актов, а также иных нормативных актов Союза ССР, продолжающих действовать на территории Российской Федерации, в целях формирования хронологического собрания действующих нормативных актов на машиночитаемых носителях.

Одновременно предписывается начать разработку программно-технического сопровождения издания Свода законов Российской Федерации. Актуальность задачи автоматизации формирования Свода законов определяется необходимостью сокращения трудозатрат и повышения оперативности формирования томов Свода с использованием средств вычислительной техники.

В результате проведенных исследований было установлено, что информационно-правовая система, в которой формируется и постоянно поддерживается машиночитаемый образ Свода законов Российской Федерации (далее - ИПС "СВОД"), будет во многом уникальной и дорогостоящей распределенной системой. Для обоснования на ранних этапах проектирования (например, на этапе разработки концепции) принимаемых решений по выбору рациональной структуры коммуникационной сети, состава технических и программных средств, а также организации и размещения базы нормативных правовых актов необходимо проведение сравнительной оценки различных вариантов построения системы. Данное Обстоятельство обусловило необходимость разработки модели функционирования ИПС "СВОД", отвечающей следующим требованиям:

определение в результате моделирования основных параметров технических и программных средств ИПС, структуры коммуникационной сети, размещения информации в узлах системы;

проведение многовариантных расчетов на существующей вычислительной технике в приемлемые сроки;

возможность получения требуемых исходных данных для проведения моделирования;

программируемость модели.

В основе разработанной модели лежат следующие предположения и допущения:

1. Рассматривается информационно-коммуникационная сеть с коммутацией пакетов, в которой принята фиксированная маршрутизация потоков, а сообщения направляются по кратчайшему пути между источником и получателем. Известны топология информационно-коммуникационной сети, характеристики аппаратных и программных средств, а также характеристики входных потоков заявок.

2. Элементы информационно-коммуникационной сети (каналы и узлы) рассматриваются как одноканальные системы массового обслуживания типа М/М/1, на вход которых поступают заявки, распределенные по закону Пуассона, а время обслуживания заявок распределено по экспоненциальному закону [2].

3. Распределенная база правовых актов представляет собой совокупность локальных баз данных, размещенных в узлах системы и функционирующих под управлением системы управления распределенной базой данных (РБД). База данных в узле содержит подмножество документов, хранящихся в РБД. Для управления информационными процессами используются служебные файлы (справочники), содержащие сведения о наличии документов в узлах.

Различаются заявки двух типов: заявка на поиск требуемых документов (далее - запрос) и заявка на запись документов в базу правовых актов (далее - обновление). Запрос вызывает в общем случае извлечение из базы правовых актов нескольких документов (далее - результат запроса (РЗ)), которые могут находиться в различных узлах ИПС "СВОД". Обновление предполагает запись в базу правовых актов только одного документа (далее - правового документа (ПД)), но запись его копии может осуществляться в несколько узлов.

5. ИПС "СВОД" предполагает наличие нескольких источников обновлений и запросов. Каждый источник обновления связан с конкретным узлом и выполняет обновление базы правовых актов документами определенных типов. Источник запроса также связан с конкретным узлом и может выдавать запросы на поиск любых документов. Известна интенсивность поступления заявок от каждого источника.

При разработке модели предполагалось, что функционирование ИПС "СВОД" можно представить следующим образом. От каждого узла системы поступает поток заявок на поиск и выдачу документов и поток команд и документов, обновляющих базу правовых актов. Этот поток заявок мы будем называть первичным. Для обслуживания первичной заявки система управления РВД вызывает в каждом узле обрабатывающую программу.

Возможны следующие варианты обслуживания первичного запроса:

результат запроса (РЗ) формируется из ПД, находящихся в узле-источнике, выдавшем запрос;
РЗ формируется из ПД, часть которых находится в узле-источнике, а остальные в удаленных узлах;
РЗ формируется из ПД, находящихся в удаленных узлах.

В случае формирования РЗ из нескольких ПД процедура их соединения выполняется в узле-источнике запроса. Обращаясь к удаленным узлам, процесс обслуживания первичного запроса порождает один или несколько дополнительных запросов, которые образуют вторичный поток запросов. Все вторичные запросы, связанные с одним первичным, выдаются последовательно после окончания очередного шага процедуры соединения, формирующей РЗ. То же самое относится к обслуживанию обновлений. Время выполнения запроса состоит в общем случае из времени:

ожидания обслуживания первичного запроса в узле-источнике;
передачи по каналам связи вторичных запросов;
ожидания обслуживания вторичных запросов в удаленных узлах;
передачи документов из удаленных узлов в узел-источник запроса;
выполнения процедуры соединения в узле-источнике.

Единицей обновления считается ПД. Для обеспечения целостности и непротиворечивости данных в РБД при обновлении ПД обновляются все его копии. Таким образом, время обновления в общем случае состоит из времени:

ожидания обслуживания первичного обновления ПД в узле-источнике;
выполнение обновления ПД в узле-источнике;
передачи ПД по каналам связи вторичных обновлений;
ожидания обслуживания вторичных обновлений ПД в удаленных узлах;
обновления ПД в удаленных узлах;
передачи из удаленных узлов сообщений о завершении обновлений.
Результаты анализа показали, что к основным параметрам, характеризующим функционирование ИПС "СВОД" относятся:
интенсивность информационных потоков, поступающих от внешних источников в узлы и циркулирующих в каналах связи;
среднее время задержки пакетов в физическом и логическом каналах связи;
среднее и суммарное время выполнения заявок (запросов и обновлений);
объем памяти, занимаемой базой правовых актов в узлах.

Перечисленные параметры зависят от логической структуры РБД, характеристик программно-технических средств и информационно-коммуникационной сети, а также поступающего потока заявок. Известные характеристики (таблица 1) играют роль исходных данных при моделировании системы.

Математическая модель ИПС "СВОД" (таблица 2) представлена в виде совокупности следующих частных моделей:

модели потоков заявок в узлах;
модели информационных потоков в каналах связи;
модели обслуживания запросов;
модели обслуживания обновлений корректировок;
модели расчета объема распределенной базы правовых актов.

С использованием представленных зависимостей можно не только определять интегральные характеристики функционирования ИПС "Свод", но и решать задачи оптимизации ключевых параметров системы. Синтез логической структуры РБД является лишь одной из возможных задач, решаемых с использованием предложенной модели. Логическая структура РБД характеризуется матрицей размещения Е_ид и матрицей назначения Θ_ид. У матрицы размещения Е_ид = |ε_b|_i индекс i определен на множестве узлов ИПС "СВОД", индекс b - на множестве ПД, а элемент матрицы ε_Ьi - на множестве (0,1) и равен 1, если в i-м узле размещается b-й ПД, и равен 0 в противном случае. У матрицы назначения Θ_ид =|Θ_bij| индексы i и j определены на множестве узлов ИПС "СВОД", индекс b - на множестве ПД, а элемент матрицы Θ_bij. - на множестве (0,1) и равен 1, если i-му узлу для выборки b-го ПД назначается узел j, и равен 0 в противном случае.

Задача синтеза логической структуры РБД формулируется следующим образом. По заданным значениям характеристик (ограничениям на значения характеристик) потоков запросов и обновлений, поступающих от конечных пользователей, а также технических средств в узлах системы и информационно-коммуникационной сети необходимо определить логическую структуру РБД, обеспечивающую оптимизацию значения выбранного показателя эффективности функционирования ИПС "СВОД".

Анализ требований пользователей системы показал, что в качестве целевой функции задачи синтеза РБД целесообразно использовать минимум суммарного времени выполнения множества запросов, поступающих в ИПС "СВОД", а в качестве ограничений - ограничения на время выполнения первичных запросов и обновлений, условия стационарности для каналов связи, а также ограничения на допустимый объем внешней памяти для размещения локальных баз правовых актов.

Изменяя целевую функцию и ограничения, можно менять задачу синтеза логической структуры РБД, упростив или наоборот усложнив ее. Поменяв местами искомые и заданные величины, можно решать другие задачи, например, задачу оптимизации потоков в каналах связи или оптимизацию производительности узлов системы.

Разработанная математическая модель ИПС "СВОД" была реализована в виде моделирующего программного комплекса на персональной ЭВМ фирмы Hewlett Packard с процессором Intel 486 и оперативной памятью 16 Мбайт. Комплекс разработан в среде Microsoft Excel 5.5, а в качестве языка программирования использован Visual Basic.

Исследования на моделирующем комплексе осуществлялись путем изучения динамики изменения параметров функционирования ИПС "СВОД" за счет многовариантных расчетов при различных вариантах исходных данных, Например, при увеличении частоты поступающих запросов, происходит увеличение интенсивности поступления вторичных заявок в узлы, нагрузки в каналах связи, а также среднего времени передачи пакетов в каналах связи. При увеличении производительности вычислительных средств определенных узлов ИПС "СВОД" наблюдается уменьшение времени обработки запросов всех типов в этих узлах. Увеличение пропускной способности каналов связи вызывает уменьшение среднего времени передачи пакетов между соответствующими узлами. Динамика изменения параметров, определенных в ходе моделирования, соответствует их поведению в реальных системах с допустимой погрешностью, что подтверждает адекватность модели моделируемой системе.

Также в результате моделирования получены и проанализированы параметры функционирования ИПС "СВОД" для различных вариантов построения системы. В частности, менялась топология коммуникационной сети, пропускные способности узлов и каналов связи. Полученные результаты позволили выбрать ряд наиболее рациональных вариантов системы для их дальнейшего детального анализа.

Таким образом, можно сделать заключение, что разработанная модель функционирования ИПС "СВОД" адекватно отражает поведение распределенной информационно-правовой системы и позволяет:

определять основные параметры технических и программных средств ИПС "СВОД", структуры коммуникационной сети, а также размещения информации в узлах системы;
проводить многовариантные расчеты для распределенной автоматизированной информационной системы с большим числом узлов и каналов связи в приемлемые сроки и на существующей вычислительной технике;
решать задачи определения оптимальных характеристик технических средств и информационного обеспечения системы.
Использование модели создает условия для сокращения сроков и расходов на проектирование и разработку ИПС "СВОД", а также других распределенных систем правовой информации России.

Литература

1. Указ Президента Российской Федерации от 6 февраля 1995 г. № 94 //Собрание законодательства Российской Федерации. 1995, № 7. Ст. 509.

2. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. //М., Машиностроение, 1979.