У недавньому минулому робилися спроби створення подібних систем як у масштабах окремої галузі народного господарства, так і у масштабах держави [4, 1]. Проте аналіз сучасного рівня стану реалізованих зразків цих систем (або їхніх окремих елементів) дозволяє дійти висновку про їхню нежиттєздатність, що пов’язано передусім із жорсткою апаратною залежністю технологій передачі й опрацювання даних та орієнтацією на потужні централізовані інформаційно-обчислювальні комплекси. Це призвело до практичної неможливості розвитку й взаємної інтеграції подібних систем у сучасних умовах, що характеризуються високою динамічністю зміни нормативно-правової бази та економічної орієнтації держави.

У той же час світовий досвід упровадження технологій накопичення та передачі даних і сучасний рівень розвитку обчислювальної техніки дозволяє прискорити створення розподільних баз даних, що забезпечують високу швидкість інтеграції даних завдяки територіальній наближеності вузлів збереження до об’єктів, які мають відображати інформаційні ресурси.

Традиційний підхід до побудови систем моніторингу передбачає жорстку ієрархічну структуру з певними завданнями обробки інформації, що залежать від рівня ієрархії. Причому вихідна інформація нижчих рівнів ієрархії є проміжною і, як правило, не може безпосередньо використовуватись під час прийняття рішень. Це визначає фіксований маршрут проходження інформації, що не дозволяє гнучко змінювати її оперативність і деталізацію та призводить до неможливості адаптувати систему моніторингу для вирішення позарегламентних завдань управління, що неминуче виникають у кризових ситуаціях.

Використання технологій Internet дає змогу по-новому побачити структуру розподільної багаторівневої системи опрацювання інформації, а саме – як сукупність функціонально однорідних вузлів (ФОВ), побудованих на стандартизованій методологічній, інформаційній, програмній, технічній і організаційній основі. При цьому виникають нові властивості системи, серед яких виділимо такі:

репродуктивність – можливість кожного елементарного ФОВ породжувати дочірні вузли, в які передається частина повноважень щодо моніторингу;

редуктивність – можливість поглинання вузлом верхнього рівня ієрархії, які підпорядковані ФОВ, зі збереженням хронології моніторингу поглинених вузлів, що дозволяє у разі потреби частково згортати глибину ієрархії системи;

транспарентність – можливість одержання інформації з ФОВ будь-якого рівня ієрархії, обминаючи вузли верхніх рівнів.

Зазначені властивості забезпечують адаптивність системи моніторингу до структурних і функціональних змін системи управління.

Розглянемо один з можливих варіантів побудови багаторівневої системи моніторингу (БСМ) загального призначення на основі розподільної бази даних, що функціонує в середовищі Internet.

Подальший розгляд проблеми потребує введення низки термінів теорії управління [7]:

Об’єкт – відокремлена згідно певних правил частина світу, що є предметом пізнання, практичної діяльності.

Система – сукупність об’єктів, що володіє властивістю цілісності та повноти при певному розгляді.

Структура системи – формально визначена сукупність відношень між складовими об’єктами системи.

Властивість об’єкта – ознака, за якою аналізований об’єкт подібний до інших порівнюваних об’єктів або відмінний від них.

Параметр об’єкта – кількісна характеристика властивостей об’єкта.

Контроль – процес отримання та відображення у визначеній формі відомостей щодо змін параметрів об’єкта.

БСМ контролює систему, що розглядається як сукупність територіально розподілених об’єктів. Її основні властивості визначаються через відношення між об’єктами. Формально інформаційні моделі багатьох складних систем подаються як ієрархічні структури, тому відповідність між об’єктами уявляється як підпорядкованість об’єктів.

Оцінка стану контрольованої системи є основним призначенням моніторингу, що реалізується через:

· організацію семантично й технологічно узгодженої актуалізації інформації про стан об’єктів як записів територіально розподільної бази даних;

· надійне зберігання цієї інформації у стандартизованій формі в місцях, територіально наближених до джерел інформації (контрольованих об’єктів);

· забезпечення необхідних умов для оперативного застосування поточної інформації з робочих місць вузлів управління шляхом використання мережевих протоколів передачі даних.

Виходячи з наведених вище відношень оцінки характеристики стану контрольованої системи, фрагмент структурної схеми БСМ у загальному випадку може бути зображений у такий спосіб (рис. 1):

Призначенням функціонально однорідних вузлів є підтримка цілісної інформації щодо стану об’єктів системи, описаних на цьому вузлі.

Рис. 1 унаочнює ієрархічну структуру багаторівневої системи моніторингу. На верхньому рівні ієрархії перебуває або центральний функціональний вузол, або сукупність вузлів верхнього рівня, що об’єднані у мережу. Кожен з вузлів має своє дерево ієрархії. У загальному випадку на сукупності ФОВ одного рівня, що безпосередньо підпорядковані одному вузлу верхнього рівня, можуть будуватися мережі різноманітної топології. Як правило, у мережу об’єднуються вузли, які обробляють інформацію щодо тих самих об’єктів контрольованої системи, але за різними параметрами. При цьому звертання на N-й ФОВ у загальному випадку може ініціювати запити як на безпосередньо підпорядковані ФОВ (вертикальний маршрут), так і на ФОВ цього ж рівня ієрархії, що об’єднані в мережу (горизонтальний маршрут) (Рис. 2).

За наявності горизонтального маршруту в підпорядкованих функціонально однорідних вузлах вертикальний маршрут будується на будь-якому з цих вузлів. Глибина вертикального маршруту може змінюватися залежно від вимог до якості інформації. Для забезпечення цієї властивості кожний з ФОВ підтримує проміжну інформацію, що є результатом попередніх запитів до підпорядкованих і сусідніх вузлів. Ці правила застосовуються до всіх рівнів ієрархії і припускають наявність таких типів зв’язків логіко-інформаційної схеми «Функціонально однорідні вузли – об’єкти контролю»:

Реалізації описаної вище схеми функціонування багаторівневої системи моніторингу у середовищі Internet можна досягти шляхом взаємодії у межах кожного функціонально однорідного вузла серверу служби WWW і серверу реляційної бази даних.

Сервер бази даних забезпечує підтримку комплексної бази даних моніторингу, що адекватно описує стан об’єктів підсистеми у параметрах предметної області. У загальному випадку ядро моделі даних може бути побудоване на відношеннях між запропонованими таблицями. Розглянемо їх.

1.  Кореневі таблиці бази даних вузла, які вміщують інформацію щодо:

· об’єктів, що контролюються ФОВ (подається перелік об’єктів, які підлягають спостереженню на вузлі);

· ієрархічних зв’язків між об’єктами (однозначно описуються відношення підпорядкування об’єктів, визначених на вузлі);

· параметрів контрольованих об’єктів системи (пропонується перелік параметрів, що враховуються в системі й вимірюються адитивно; перелік параметрів на нижніх вузлах ієрархії є підмножиною переліку батьківського вузла);

· хронології зміни параметрів об’єктів, що віддзеркалюються як дискретна функція часу.

2.  Таблиці підтримки цілісності несуперечливості даних.

3.  Таблиці підтримки розмежування доступу.

4.  Таблиці опису можливих маршрутів обходу дерева.

5.  Таблиці забезпечення змінного рівня деталізації інформації (глибини вертикального маршруту).

Наведений перелік таблиць складає необхідний семантичний та інформаційний інтерфейс детального рівня (семантичне ядро) для інформаційно-аналітичних завдань функціонально однорідних вузлів вищих щаблів ієрархії та робочих місць. У той же час, залежно від специфіки аналітичних завдань, семантичне ядро може бути доповнене новими таблицями, перелік яких визначається у процесі аналізу завдань, що розв’язуються.

Зважаючи на завдання моніторингу, система повинна мати відповідні засоби маніпулювання даними. Ці засоби мають бути розраховані на різні категорії користувачів і режими використання, основними з яких є актуалізація даних і аналіз накопиченої інформації.

Процес актуалізації даних охоплює визначення множини об’єктів, які входять до контрольованої системи, множини параметрів, що описують стан цих об’єктів, та фіксування в часі значень цих параметрів для контрольованих об’єктів. Таким чином, актуалізація передбачає як зміну структури відображення контрольованої системи в базі даних, так і зміну кількісних характеристик цього відображення відповідно до змін стану системи чи завдань моніторингу. Можливість зміни структури відображення (переліку підпорядкованості контрольованих об’єктів та параметрів контролю) забезпечує адаптивність багаторівневої системи моніторингу до зовнішніх умов, але потребує спеціальних механізмів актуалізації, що мають гарантувати синхронну зміну структури відображення в БСМ, починаючи з ФОВ верхнього рівня. Визначене семантичне ядро БСМ забезпечує реалізацію таких механізмів шляхом поповнення кореневих таблиць без їхньої реструктуризації. Використання цих механізмів на будь-якому ФОВ може ініціюватися адміністратором ФОВ верхнього рівня або адміністратором БСМ. Зазначимо, що завдяки структурі семантичного ядра зміна структури відображення не спричинює зміни процедур фіксування в часі значень параметрів контрольованих об’єктів, що забезпечує сталість ергономічних показників БСМ.

Аналіз накопиченої інформації передбачає створення інформаційного образу контрольованої системи або певної відокремленої її частини. Умовно процес аналізу можна поділити на два етапи. Перший – процес аналізу первинної інформації, що є, як правило, цілком автоматизованим і завершується створенням інформаційного образу контрольованої системи у вигляді формальних відношень на множині контрольованих параметрів. Другий – процес аналізу сформованого інформаційного образу з використанням механізмів людського мислення та нечіткої логіки з метою виявлення когнітивної (похідної) інформації. Система моніторингу найчастіше вміщує функції первинного аналізу. Базовими функціями первинного аналізу є відображення інформації щодо:

1)  переліку контрольованих об’єктів з урахуванням ієрархічності контрольованої системи;

2)  переліку параметрів;

3)  значення параметрів об’єкта «за станом на...»;

4)  переліку об’єктів, що мають певний параметр;

5)  динаміки змін значень параметра об’єкта.

Залежно від особливостей конкретної предметної області й вимог до БСМ базовий набір функцій може стати основою похідних, що забезпечують вирішення розрахунково-статистичних задач.

Рис. 3 унаочнює логічну схему реалізації базових функцій аналізу й можливі альтернативи прямування нею:

Власним є значення параметра об’єкта, оцінене без урахування значень цього параметра у підпорядкованих йому об’єктах. Повним значенням параметра є його інтегральна оцінка на всьому піддереві, коренем якого є досліджуваний об’єкт.

З огляду на можливі сильну розгалуженість мережі та невисоку швидкість передачі даних процес збору оперативної інформації щодо підпорядкованих об’єктів і оцінка повних значень параметрів може забрати багато часу й ресурсів. Проте реалізація зазначеної можливості регулювання глибини вертикального маршруту дає змогу отримувати наближені оцінки повних значень параметрів. Це доцільніше, ніж очікувати точні оцінки у низці завдань, що розв’язуються у процесі прийняття рішень. Це означає, що кожний з вузлів має надавати інформацію про стан свого піддерева контрольованої системи на якийсь попередній момент часу. Ця інформація оновлюється на кожному ФОВ з регламентованою періодичністю або у разі запиту оцінки точних повних значень параметрів.

Крім того, реалізація такого механізму забезпечує отримання наближених оцінок стану контрольованої системи навіть за умови порушення зв’язку між ФОВ, що сприяє підвищенню сталості та живучості багаторівневої системи моніторингу.

Використання мережі Internet і, зокрема, WWW-технології для моніторингу надає готовий апаратнонезалежний інтерфейс користувача у вигляді Web-клієнтів. При цьому паралельний доступ багатьох користувачів до інформації може здійснюватися як через локальну мережу ФОВ (за її наявності), так і з віддаленого робочого місця.

Схема розглянутої багаторівневої системи моніторингу на базі технологій Internet і розподільних баз даних може широко застосовуватися під час проектування й використання систем управління складними об’єктами. Запропонована система має такі особливості та переваги:

· потребує менше ресурсів, ніж при створенні спеціалізованих мереж передачі даних;

· дозволяє побудувати як територіально розподільні системи моніторингу, так і системи в локальних корпоративних мережах;

· уможливлює масштабування системи шляхом відтворення підлеглих функціональних вузлів або їхнього згортання без втрати властивостей системи моніторингу в цілому;

· забезпечує гнучкість структури БСМ до змін середовища й цілей функціонування;

· використовує стандартизовані інтерфейси і протоколи обміну інформацією;

· функціональні можливості робочих місць користувачів системи моніторингу не залежать від їхнього розташування.