Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
ГРНТИ 55.13 Технология машиностроения
Представлена разработанная модель автоматизированной системы мониторинга заболеваемости населения, позволяющей прогнозировать скорость распространения инфекции в крупных городах, что, в свою очередь, даёт возможность своевременно реагировать соответствующим экстренным службам спасения.
автоматизация, эпидемиология, мегаполис, заболеваемость населения, автоматизированная система мониторинга, здравоохранение, принятие решения
С целью проведения своевременного анализа эпидемиологической ситуации разработана модель автоматизированной системы мониторинга заболеваемости населения (АСМЗН).
Для успешного функционирования АСМЗН необходимы следующие входные данные:
- карта мегаполиса (с детализацией до уровня домов и соответствующего количества жителей);
- статистика обращений населения за медицинской помощью.
Выходными данными будет являться мультимедийная схема распространения эпидемий. Данная схема должна иллюстрировать наиболее опасный прогноз заболеваемости населения. Как показывает практика, рациональнее всего предпринимать упреждающие меры и оперативные действия, связанные с переоценкой возможной опасности.
Архитектура АСМЗН представлена на рис. 1.
Как показано на рис. 1, АСМЗН функционирует одновременно на трёх уровнях:
- уровень вычислений (уровень сервера);
- уровень данных (уровень сервера);
- уровень клиента (результаты первичного приёма в поликлиниках, вошедших в АСМЗН).
Уровень вычислений (уровень сервера)
К уровню вычислений относятся алгоритмы предварительной обработки данных, анализа соответствия и визуализации.
Все перечисленные процессы составляют ядро проектируемой автоматизированной системы. Вычисления должны производиться на серверной стороне.
Уровень данных (уровень сервера)
К уровню данных относятся актуальная подробная карта мегаполиса, база данных обращений населения за медицинской помощью, база данных заболеваний.
Карта мегаполиса используется при функционировании алгоритма предварительной обработки данных.
База данных обращений населения за медицинской помощью и база данных заболеваний используются в алгоритме анализа соответствия, при котором обрабатывается статистическая информация об эпидемиологической ситуации.
Уровень данных также относится к серверной части АСМЗН.
Уровень клиента
К уровню клиента относятся автоматизированные рабочие места сотрудников, в обязанности которых входит:
- оперативное предоставление информации об обращениях за медицинской помощью;
- занесение подробных симптомов по специальному алгоритму для дальнейшей автоматизированной диагностики.
Требования к серверной части АСМЗН
Для корректного функционирования серверной части АСМЗН необходимы:
- высокий уровень производительности;
- высокий уровень надёжности;
- высокий уровень безопасности;
- высокая пропускная способность (вследствие постоянного обновления входных данных нагрузка на устройства ввода-вывода возрастает экспоненциально);
- режим работы - жёсткого реального времени;
- предоставление интуитивно понятного пользовательского интерфейса.
В связи с изложенными требованиями для серверной части АСМЗН рациональнее всего применять технологию мейнфреймов.
Особенности работы мейнфреймов
Мейнфрейм - большой универсальный высокопроизводительный отказоустойчивый сервер со значительными ресурсами ввода-вывода, большим объемом оперативной и внешней памяти, предназначенный для использования в критически важных системах с интенсивной пакетной и оперативной транзакционной обработкой [1].
Для реализации серверной части отдано предпочтение именно технологии мейнфреймов, а не суперкомпьютеров по нескольким основным причинам:
- уровни производительности, быстродействия и пропускной способности у мейнфреймов выше, чем у суперкомпьютеров;
- архитектура АСМЗН предполагает наличие интенсивной пакетной и транзакционной обработки данных (запросы к постоянно обновляющейся базе данных обращений населения за медицинской помощью);
- использование в обработке данных целочисленных операций, а не операций с плавающей запятой (на которых основаны суперкомпьютеры).
Существенным недостатком любого мейнфрейма является отсутствие интуитивно понятного интерфейса. Однако данная проблема легко решается на основе модуля визуализации проектируемой АСМЗН.
Аппаратная реализация серверной части
Оптимальным вариантом реализации серверной части АСМЗН является применение технологии мейнфреймов. Также могут быть применены технологии суперкомпьютеров и GRID [2].
На рис. 2 и в табл. 1 представлена сравнительная характеристика технологий.
Основной особенностью технологии мейнфреймов в рамках реализации серверной части АСМЗН является обработка информации только на одном мощном физическом устройстве (мейнфрейме).
Технология суперкомпьютеров в АСМЗН предполагает использование кластера - множества логически объединенных физических устройств.
Применение GRID подразумевает распределенную обработку информации на разнородных физических устройствах глобальной вычислительной сети. Доступность данных предполагает физическое нахождение данных промежуточной обработки в локальной памяти (оперативной, дисковой, кэш и т.д.) соответствующего устройства.
Структура баз данных АСМЗН
Таблицы баз данных представлены ниже (табл. 2-8).
Дополнительные возможности АСМЗН
К дополнительным возможностям работы АСМЗН можно отнести:
- выявление факторов заболеваемости неинфекционными агентами;
- предоставление информации для дальнейшего выделения дополнительных ресурсов;
- предоставление информации об опасных районах мегаполиса.
Выявление факторов, провоцирующих заболеваемость неинфекционными агентами. К данным факторам относятся: ТЭЦ; АЭС; ГРЭС; ЛЭП; климат; уровень образования; качество жизни; уровень безработицы и т.д.
Расчёт и оптимизация дополнительных ресурсов для оказания медицинской помощи в соответствующих районах мегаполиса (реорганизация имеющихся). К ресурсам относятся:
- материальные (строительство новых поликлиник, больниц и травмпунктов, расширение парка карет скорой медицинской помощи и т.д.);
- трудовые (расширение штата врачей, в том числе инфекционистов).
Предоставление информации об опасных районах мегаполиса. На основе анализа входящих данных можно сделать вывод о запрете или организации строительства новых жилых домов и объектов социальной инфраструктуры в соответствующих районах мегаполиса.
Таблица 1
Сравнительная характеристика технологий реализации серверной части АСМЗН
|
Характеристики |
Технологии аппаратной реализации серверной части АСМЗН |
||
|
Мейнфреймы |
Суперкомпьютеры |
GRID |
|
|
Пропускная способность (производительность) - количество операций в единицу времени |
10 |
10 |
8 |
|
Надёжность (отказоустойчивость) - свойство сохранять работоспособность |
10 |
10 |
9 |
|
Скорость работы - скорость принятия решения, скорость получения выходных данных |
10 |
10 |
8 |
|
Безопасность (в том числе информационная) |
10 |
9 |
3 |
|
Гибкость - способность менять структуру |
5 |
7 |
10 |
|
Масштабируемость - способность изменять (чаще расширять) количество выполняемых функций |
6 |
8 |
10 |
|
Доступность данных - своевременное предоставление информации |
10 |
9 |
1 |
|
|
|||
Таблица 3
Главная таблица базы данных обращений населения за медицинской помощью
|
Имя поля |
Тип данных |
|
|
Счётчик |
|
Дата |
Дата и время |
|
Предварительный диагноз (точный диагноз) |
Текстовое |
|
Адрес |
Текстовое |
|
Симптомы |
Текстовое |
Идентификационный номер обращенияТаблица 4
Главная таблица базы данных заболеваний
|
Имя поля |
Тип данных |
|
|
Счётчик |
|
Название |
Текстовое |
|
Скорость распространения |
Текстовое |
|
Инкубационный период |
Текстовое |
|
Очаг |
Текстовое |
|
Возбудитель |
Текстовое |
Таблица 5
Таблица базы данных заболеваний «Возбудитель»
|
Имя поля |
Тип данных |
|
|
Счётчик |
|
Название |
Текстовое |
|
Форма |
Текстовое |
|
Мера опасности |
Текстовое |
|
Уровень смертности |
Текстовое |
|
Механизм(ы) передачи |
Текстовое |
|
Источник(и) |
Текстовое |
|
Переносчик(и) |
Текстовое |
Таблица 6
Таблица базы данных заболеваний «Механизмы передачи»
|
Имя поля |
Тип данных |
|
|
Счётчик |
|
Название |
Текстовое |
Таблица 7
Таблица базы данных заболеваний «Источники передачи»
|
Имя поля |
Тип данных |
|
|
Счётчик |
|
Название |
Текстовое |
Таблица 8
Таблица базы данных заболеваний «Переносчики»
|
Имя поля |
Тип данных |
|
|
Счётчик |
|
Название |
Текстовое |
Требования к информационной безопасности
АСМЗН относится к объектам критической информационной инфраструктуры [3-5]. В связи с этим необходимо предоставление высокого уровня информационной безопасности. Главной задачей в данном случае является обеспечение:
- достоверности;
- конфиденциальности;
- доступности [6; 7].
АСМЗН относится к автоматизированным системам жесткого реального времени, поэтому важным критерием системы защиты информации является минимизация влияния на эффективность функционирования самой АСМЗН [8-10].
Заключение
Представленная в статье автоматизированная система позволит экстренным службам мегаполиса своевременно остановить распространение инфекций, выявить опасные (экологически неблагополучные) районы, а также распределить соответствующие ресурсы для предотвращения угрозы пандемий.
Человеку свойственно переоценивать возможность возникновения маловероятных событий. АСМЗН, в свою очередь, позволяет проводить точную оценку скорости распространения заболеваемости в мегаполисе и расчёты сложных нелинейных процессов.
1. Мейнфрейм. - URL: www.wikipedia.org/wiki/Мейнфрейм.
2. Sotomayor, В. Globus Toolkit 4: Programming Java Services / Borja Sotomayor, Lisa Childers. - Morgan Kaufmann publishers by Elsevier Inc., 2006.
3. Федеральный закон «О безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации» от 26.07.2017 № 187-ФЗ.
4. Карлова, Т.В. Оптимизация доступа к информационным ресурсам в промышленности / Т.В. Карлова, Н.М. Кузнецова, А.Ю. Бекмешов // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2015. - № 3 (47). - С. 135-138.
5. Карлова, Т.В. Основные принципы защиты автоматизированных систем крупных промышленных предприятий от комплексных кибератак / Т.В. Карлова, Н.М. Кузнецова // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2017. - № 4 (57). - С. 84-89.
6. Хорев, П.Б. Методы и средства защиты информации в компьютерных системах: учеб. пособие / П.Б. Хорев. - 4-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 256 с.
7. Немнюгин, С.А. Программирование для многопроцессорных вычислительных систем / С.А. Немнюгин. - СПб.: БХВ-Петербург, 2013. - 400 с.
8. Горбатов, В.С. Аттестационные испытания автоматизированных систем от несанкционированного доступа по требованиям безопасности информации: учеб. пособие / В.С. Горбатов, С.В. Дворянкин, А.П. Дураковский, Р.С. Енгалычев, Т.А. Кондратьева, В.С. Лаврентьев, В.А. Петров, В.Р. Петров; под общ. ред. Ю.Н. Лаврухина. - М.: НИЯУ МИФИ, 2014. - 560 с.
9. Будников, С.А. Информационная безопасность автоматизированных систем: учеб. пособие / С.А. Будников, Н.В. Паршин. - 2-е изд., доп. - Воронеж: Изд-во им. Е.А. Болховитинова, 2011.
10. ГОСТ Р ИСО МЭК 15408. Общие критерии оценки безопасности ИТ (Common Criteria for Technology Security Evaluation).
