Математична модель оптимізації ресурсів інформаційної системи підприємства за критеріями продуктивності та вартості

Анотація

У статті розглянуто актуальну науково-практичну задачу побудови математичної моделі оптимізації ресурсів інформаційної системи підприємства за критеріями продуктивності та вартості. Актуальність дослідження зумовлена тим, що сучасні інформаційні системи підприємств функціонують в умовах змінного навантаження, обмеженості обчислювальних, мережевих і фінансових ресурсів, а також підвищених вимог до швидкодії, надійності та якості обслуговування. За таких умов як недостатнє, так і надмірне ресурсне забезпечення негативно впливає на ефективність функціонування системи: у першому випадку виникають перевантаження, збільшується час відповіді, зменшується пропускна здатність і зростає частка порушень SLA, а у другому — підвищуються експлуатаційні витрати та знижується економічна доцільність функціонування ІТ-інфраструктури.
У вступі обґрунтовано значення інформаційних систем для забезпечення безперервності бізнес-процесів, підтримки управлінських рішень та загальної конкурентоспроможності підприємства. У постановці проблеми показано необхідність формалізованого підходу до вибору конфігурації системи, який дозволив би одночасно враховувати технічні та вартісні критерії. В аналітичній частині розглянуто сучасні підходи до ресурсної оптимізації в корпоративних, сервісних, хмарних і fog/edge-середовищах, а також дослідження, присвячені застосуванню метаевристичних алгоритмів у задачах розподілу ресурсів. Встановлено, що попри значний розвиток відповідних методів, недостатньо уваги приділено побудові узагальненої математичної моделі оптимізації ресурсів саме інформаційної системи підприємства як цілісного об’єкта. 
Метою дослідження є розроблення математичної моделі оптимізації ресурсів інформаційної системи підприємства, яка дозволяє формалізувати процес пошуку раціональної конфігурації за критеріями продуктивності та вартості. У межах дослідження інформаційну систему підприємства подано як багатокомпонентний об’єкт оптимізації, конфігурація якого описується вектором керованих параметрів. До основних показників оцінювання ефективності віднесено середній час відповіді, пропускнуздатність, рівень завантаження окремих ресурсів, частку порушень SLA (встановлених умов обслуговування) та сукупну вартість ресурсного забезпечення. На цій основі запропоновано цільову функцію, яка інтегрує втрати продуктивності, вартість конфігурації та штраф за порушення сервісних вимог, а також сформовано систему обмежень, що відображає реальні технологічні та економічні умови експлуатації системи. У результатах дослідження обґрунтовано, що запропонована модель може бути використана як теоретична основа для подальшого застосування метаевристичних алгоритмів, зокрема алгоритму рою частинок, диференціальної еволюції та алгоритму імітації відпалу, у задачах оптимізації конфігурації інформаційних систем підприємств. Показано, що багатокритеріальний характер задачі та складність простору допустимих рішень обумовлюють доцільність використання саме таких методів. У висновках зазначено, що запропонована математична модель є універсальною, адаптивною до різних типів корпоративних інформаційних систем і придатною для подальшого розвитку в напрямі імітаційного моделювання, експериментальної перевірки та побудови гібридних алгоритмічних схем ресурсної оптимізації.

Ключові слова: інформаційна система підприємства, оптимізація ресурсів, математична модель, продуктивність, вартість, метаевристичні алгоритми, конфігурація системи, SLA.