Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки
Розглянуто особливості інформаційно-аналітичних систем як складових сучасної інформаційної інфраструктури. Визначено поняття функціональної, структурної, інформаційної живучості. Наведено моделі аналізу й оцінки цих характеристик системи....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50895 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки / О.Г. Додонов, О.С. Горбачик, М.Г. Кузнєцова // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 61-72. — Бібліогр.: 19 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50895 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Додонов, О.Г. Горбачик, О.С. Кузнєцова, М.Г. 2013-11-06T11:32:46Z 2013-11-06T11:32:46Z 2007 Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки / О.Г. Додонов, О.С. Горбачик, М.Г. Кузнєцова // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 61-72. — Бібліогр.: 19 назв. — укр. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50895 004.5 Розглянуто особливості інформаційно-аналітичних систем як складових сучасної інформаційної інфраструктури. Визначено поняття функціональної, структурної, інформаційної живучості. Наведено моделі аналізу й оцінки цих характеристик системи. uk Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки |
| spellingShingle |
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки Додонов, О.Г. Горбачик, О.С. Кузнєцова, М.Г. |
| title_short |
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки |
| title_full |
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки |
| title_fullStr |
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки |
| title_full_unstemmed |
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки |
| title_sort |
живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки |
| author |
Додонов, О.Г. Горбачик, О.С. Кузнєцова, М.Г. |
| author_facet |
Додонов, О.Г. Горбачик, О.С. Кузнєцова, М.Г. |
| publishDate |
2007 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| publisher |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| format |
Article |
| description |
Розглянуто особливості інформаційно-аналітичних систем як складових сучасної інформаційної інфраструктури. Визначено поняття функціональної, структурної, інформаційної живучості. Наведено моделі аналізу й оцінки цих характеристик системи.
|
| issn |
1560-9189 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50895 |
| citation_txt |
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки / О.Г. Додонов, О.С. Горбачик, М.Г. Кузнєцова // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 61-72. — Бібліогр.: 19 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT dodonovog živučístʹínformacíinoanalítičnihsistemponâtíiniiaparatmodelíanalízutaocínki AT gorbačikos živučístʹínformacíinoanalítičnihsistemponâtíiniiaparatmodelíanalízutaocínki AT kuznêcovamg živučístʹínformacíinoanalítičnihsistemponâtíiniiaparatmodelíanalízutaocínki |
| first_indexed |
2025-11-27T06:27:34Z |
| last_indexed |
2025-11-27T06:27:34Z |
| _version_ |
1850801559006347264 |
| fulltext |
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 61
УДК 004.5
О. Г. Додонов, О. С. Горбачик, М. Г. Кузнєцова
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
вул. М. Шпака, 2, 03113 Київ, Україна
e-mail: dodonov@ipri.kiev.ua
Живучість інформаційно-аналітичних систем:
понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки
Розглянуто особливості інформаційно-аналітичних систем як складо-
вих сучасної інформаційної інфраструктури. Визначено поняття фун-
кціональної, структурної, інформаційної живучості. Наведено моделі
аналізу й оцінки цих характеристик системи.
Ключові слова: інформаційно-аналітична система, функціональна
живучість, структурна живучість, інформаційна живучість.
В умовах глобалізації, розвитку та впровадження нових інформаційних тех-
нологій будь-яка важлива для економіки та суспільства функція має бути підтри-
мана безпечною та надійною інфраструктурою (енергетичною, телекомунікацій-
ною, транспортною, фінансовою тощо). Зростає взаємозалежність різних інфра-
структур, жорсткішають вимоги до якості їхнього функціонування, але не зникає
ймовірність розвитку каскадних відмов із катастрофічними наслідками при пош-
кодженні окремого елемента загальної інфраструктури. Оскільки інформаційна
інфраструктура є системоутворюючою в сучасному світі та такою, що формує ме-
ханізми обробки, передачі, збереження та використання інформації, то порушення
процесів її нормального функціонування може призвести до порушень життєво
важливих функцій державного управління, управління екологічно небезпечними
та економічно важливими виробництвами тощо. Живучість інформаційної інфра-
структури стає необхідною умовою сталого існування та розвитку сучасного сус-
пільства.
Забезпечення живучості всієї інфраструктури в цілому — занадто складна
проблема, вирішення якої вимагає чи не більших витрат, ніж створення самої ін-
фраструктури, тому доцільно говорити лише про забезпечення живучості окре-
мих складових інфраструктури (так званих «критичних компонентів»), до яких на-
лежать територіально й функціонально розподілені інформаційно-аналітичні сис-
теми (ІАС), орієнтовані на підтримку процесів управління. Від якості функціону-
вання ІАС залежить сьогодні можливість чи неможливість опрацювання великих
обсягів різноманітної інформації, отримання чи неотримання точної та повної ін-
© О. Г. Додонов, О. С. Горбачик, М. Г. Кузнєцова
О. Г. Додонов, О. С. Горбачик, М. Г. Кузнєцова
62
формації з різних питань у будь-який час у будь-якому місці, що власне є важли-
вішим фактором успішності в сучасному діловому середовищі. Живучість ІАС
гарантує здатність системи виконувати необхідні функції щодо обміну, збережен-
ня, обробки даних із заданою якістю в умовах негативних впливів; тимчасово
знижувати продуктивність функціонування (деградувати) у визначених межах,
виконуючи визначений обсяг основних (життєво важливих, критичних) функцій в
умовах накопичення та поширення відмов; підтримувати та своєчасно відновлю-
вати функціонування ІАС із необхідною якістю навіть при втраті окремих компо-
нентів. Поняттям живучості ІАС характеризують не тільки надійність апаратних і
програмних засобів, але й відмовостійкість архітектури ІАС, доступність, ціліс-
ність і захищеність інформації, що циркулює або зберігається в ІАС, якість підт-
римки інформаційної взаємодії.
Як складова інформаційної інфраструктури ІАС є об’єднана інформаційним
процесом сукупність технічних засобів і програмного забезпечення, яка працює у
взаємодії з людиною, колективом людей, або автономно й здатна на основі наяв-
ної інформації та знань, маючи певну мотивацію, синтезувати ціль, напрацювати
рішення щодо дій і знайти раціональний спосіб досягнення цілі.
Однією з особливостей сучасних ІАС є їхнє суттєве ускладнення, пов’язане
не стільки з кількістю складових елементів, скільки зі зростанням множини варіа-
нтів функціональної поведінки системи в залежності від зовнішнього середовища.
Нескінчена множина можливих станів зовнішнього середовища при функціону-
ванні системи, семантична різноманітність вхідної структурованої чи неструкту-
рованої інформації, яка потребує опрацювання в ІАС, багатоваріантність функцій
обробки інформації роблять неспроможним побудову вичерпного критерію оцін-
ки якості функціонування таких систем [2]. Критерії оцінки якості, як правило,
обираються, виходячи з вимог щодо масштабованості системи, продуктивності,
керованості, надійності, відмовостійкості, безпеки функціонування тощо.
Основною методологією дослідження складних систем є системний аналіз
[1]. З точки зору системного аналізу живучість — це властивість будь-якої склад-
ної системи адаптуватися до непередбачених ситуацій, протистояти небажаним
впливам і виконувати ціль функціонування за рахунок зміни поведінки й структу-
ри системи [3].
Поняттям «небажані впливи» визначають різноманітні атаки на систему, мо-
жливі відмови, збої й порушення в роботі технічного й програмного забезпечення,
катастрофічні впливи природного чи техногенного походження, але важлива не
природа впливів, а їхні наслідки для системи [4, 5]. Наявність властивості живу-
чості дозволяє системі функціонувати за наявності небажаних впливів та їхньому
накопиченні, зберігатися як цілому в екстремальних для неї умовах.
Сучасні ІАС, у яких навіть не впроваджені спеціальні засоби забезпечення
живучості, до деякої міри мають властивість живучості, тому що відмова окремих
елементів не призводить до виходу з ладу всієї системи, усунення несправності
часто проводиться автоматично, поведінка системи може змінюватися залежно
від параметрів зовнішнього середовища.
Системи підвищеної живучості мають спеціальні механізми забезпечення
живучості та здатні обирати оптимальний режим функціонування за рахунок вла-
сних внутрішніх ресурсів, перебудови структури, зміни функцій і поведінки ок-
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 63
ремих підсистем. Вибір поведінки системи виконується відповідно до змін зовні-
шнього середовища та функціонального інваріанту системи, який можна назвати
внутрішньою метою її функціонування [6]. Вибір поведінки передбачає також на-
явність деякої множини можливих різних наслідків, об’єднаних загальною влас-
тивістю відповідності одній зовнішній причині в даних умовах. Отже, змінювати
поведінку можуть тільки системи, які в принципі виключають жорсткий зв’язок
зовнішньої причини вибору з фактичною поведінкою системи в результаті вибору
(зовнішні причини викликають наслідки, які не можуть бути передбачені одноз-
начно).
ІАС — це системи, у яких накопичується, обробляється та зберігається вели-
кий обсяг інформації як із зовнішнього, так і внутрішнього середовища при акти-
вній участі користувачів і гарантованій конфіденційності, цілісності та доступно-
сті інформації. Для цих систем розрізняють функціональну, структурну та інфор-
маційну живучість. Під функціональною живучістю розуміють здатність системи
виконувати ціль функціонування із заданою якістю за умов наявності небажаних
впливів за рахунок механізмів зміни поведінки системи (адаптації, редукції цілі).
Структурна живучість — це здатність системи виконувати ціль функціонування
із заданою якістю за умов наявності небажаних впливів за рахунок механізмів пі-
дтримки необхідної системної структури. Інформаційна живучість — здатність
системи підтримувати доступність, цілісність та конфіденційність інформації на
рівні, що дозволить виконувати ціль функціонування із заданою якістю незалежно
від інформаційних впливів і порушень у користуванні інформаційними ресурсами.
Забезпечення та підвищення живучості ІАС у цілому досягається завдяки
впровадженню спеціальних механізмів розпізнавання, компенсації, відновлення,
адаптації, реконструкції, реконфігурації та реорганізації [1, 3–10].
Функціональна живучість
При дослідженні функціональної живучості складних комп’ютерних систем
використовуються теоретико-ігрові, імовірнісні, графові, матричні моделі тощо
[3, 11, 15–17] та враховуються такі особливості ІАС:
— складність організації системи;
— багатофункціональність окремих компонент;
— наявність єдиної (головної) мети функціонування всієї системи;
— можливість не тільки інформаційного обміну між окремими компонента-
ми, але й інформаційної взаємодії з користувачами;
— наявність засобів захисту, контролю, діагностики й самоорганізації.
У теоретико-ігрових моделях живучих систем функціонування розглядається
як серія обмінів деякої кількості V ресурсів, що витрачають, на деяку кількість W
споживаних ресурсів. Для одержання кількісної оцінки живучості систем, які опи-
суються моделями такого типу, конкретизується зміст (V, W)-обмінів. Оптималь-
ність поведінки систем досягається за рахунок оптимізації (V, W)-обмінів. Живу-
чість систем оцінюється наявністю в них життєво важливих елементів, які визна-
чаються на основі експертних оцінок у кожному конкретному випадку за відпові-
дними правилами.
О. Г. Додонов, О. С. Горбачик, М. Г. Кузнєцова
64
Як правило, на основі теоретико-ігрових моделей проводять дослідження жи-
вучості ІАС військового призначення, які функціонують в умовах цілеспрямова-
ного впливу супротивника, наявності зовнішніх і внутрішніх збурюючих факто-
рів, коли компенсувати нештатні ситуації, потоки відмов і збоїв можна лише за
рахунок внутрішніх резервів системи [3, 16].
Імовірнісні, графові, матричні моделі аналізу та оцінки живучості досить різ-
номанітні [1, 7, 13–15]. У кожному конкретному випадку для різних моделей, вра-
ховуючи різні цілі функціонування, а також умови працездатності системи буду-
ються кількісні (скалярні чи векторні) оцінки живучості. Порівняння показників
живучості різних систем може здійснюватися, коли цілі їхнього функціонування
збігаються. Показник живучості може змінюватися в разі зміни цілі функціону-
вання.
Кількісні показники живучості ІАС суттєво залежать від параметрів, що ви-
значають умови працездатності системи. Поточний рівень працездатності визна-
чає кількість, якість та сутність функцій, які узагальнюються поняттям «ціль фун-
кціонування системи». Стосовно цілі функціонування в складних комп’ютерних
системах може мати місце одна зі стратегій [11]:
f-стратегія — стратегія забезпечення відмовостійкості (fault-tolerance);
s-стратегія — стратегія забезпечення живучості (survivability).
При формуванні f-стратегії мають вирішуватися наступні задачі:
— визначення множини станів системи S(¦) = {sv
(¦)}, в яких необхідна проти-
дія загрозам порушенню працездатності;
— формування варіантів розподілу функцій між працездатними складовими
системи в станах множини S(¦).
Стратегія забезпечення відмовостійкості орієнтована на повну компенсацію
передбачених функціональних відмов і збереження показників ефективності фун-
кціонування ІАС у цих випадках.
При формуванні s-стратегій для кожного стану множини S(¦) необхідно дода-
тково вирішити задачу напрацювання рішень щодо функцій системи: звужувати
чи ні множину функцій, які інтегруються в ціль функціонування; як це робити;
спрощувати чи ні алгоритми реалізації функцій тощо.
Рішення щодо цілі функціонування ІАС в умовах наявності небажаних впли-
вів може бути одним із наступних.
1. Множина функцій системи не може бути змінена, мають виконуватися всі
функції, можливо, з меншою ефективністю або з погіршенням якості, тобто в
будь-якому стані із множини S(¦) повинна виконуватися умова:
î
í
ì
==Õ
Î інакше
явиконуєтьсfякщо
fxfx i
i
Ii
i ,0
,1
)( ,1)(
2. У довільному стані з множини S(¦) має забезпечуватися виконання деякої
підмножини функцій *F , що складають ціль функціонування системи, тобто
Õ
Î
=
*
1)(
Ff
i
i
fx .
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 65
Множина функцій *F залежить від стану системи й визначених вимог до функ-
ціональної живучості.
3. У довільному стані із множини S(¦) система повинна забезпечувати вико-
нання хоча б однієї функції із множини *F , тобто å
Î
³
Ii
ifx 1)( .
Функціональна живучість ІАС залежить від визначеної цілі функціонування
системи. Порівняння функціональної живучості різних систем може здійснювати-
ся в умовах, коли вони мають однакові цілі функціонування. Оцінка живучості
однієї й тієї ж системи може змінюватися при зміні цілі функціонування.
При виборі механізмів підвищення функціональної живучості конкретної ІАС
мають ураховуватися ціль функціонування (множина функцій, які виконуються
системою), структура зв’язків системи, особливості функціональних компонентів,
що являють собою організаційно-технічні комплекси з відповідним технічним,
програмним та інформаційним забезпеченням, наслідки відмов яких компенсу-
ються завдяки наявності механізмів підвищення живучості.
При аналізі та оцінці функціональної живучості припускається, що можна за-
безпечити необхідні зв’язки між функціональними компонентами. Позначимо
множину функцій, що можуть виконуватися системою, через ==
Î
U
Ii
iFF
= { }nfff ,,, 21 K , причому функціональний компонент kF потенційно може вико-
нувати множину функцій { } ( )FPpн ®,,2,1: Kj , де P(F) — множина всіх підмно-
жин F. Якщо ( ) { }
jiiiн fffk ,,,
21
K=j , nir ££1 , то функціональний компонент kF
може виконувати функції
jiii fff ,...,,
21
.
У кожний конкретний момент часу кожний конкретний функціональний ком-
понент kF призначається для виконання деякої множини функцій, що визнача-
ється через { } )(,...,2,1: FPpтеп ®j . Якщо { }
jiiiтеп fffk ,...,,)(
21
=j , то функціональ-
ний компонент kF призначений для виконання функції
jiii fff ,...,,
21
. Якщо
( ) 0=kтепj , то kF непрацездатний.
Кожна функція Ff i Î характеризується деякою ефективністю виконання ic
(наприклад, часом виконання, обсягом опрацювання даних тощо). Функція ефек-
тивності для системи може бути визначена як { } ( ) CFPpFеф ®´´ ,...,2,1:j , де
С — деяка числова множина. ( )( )
kiтепiеф ckkf =jj ,, означає, що якщо функціона-
льний компонент kF призначений для виконання функції { }
jiiiтеп fffk ,...,,)(
21
=j ,
то ефективність при виконанні { }
jiiii ffff ,...,,
21
Î дорівнює
ki
c .
Умови досягнення цілі функціонування (виконання необхідної визначеної
множини функцій із заданою ефективністю) будуть визначатися:
( ) Fk
p
k
н Ê
=
U
1
j , (1)
О. Г. Додонов, О. С. Горбачик, М. Г. Кузнєцова
66
( ) ( )kk нтеп jj Í pk ,1=" , (2)
( )( ) iтепi
p
k
еф ckkf ³å
=
jj ,,
1
ni ,1=" . (3)
Під функціональною відмовою будемо розуміти неможливість виконання
функціональним компонентом деякої функції. У цьому випадку змінюється стан
функціонального компонента й відповідно функція тепj . Якщо це призводить до
порушення умов досягнення цілі функціонування (умова (2) не може порушува-
тися через функціональну відмову, але її порушення може бути викликане помил-
ковим керуванням), то засоби забезпечення живучості повинні скорегувати функ-
ціонування системи таким чином, щоб знову виконувалися умови (1)–(3), можли-
во, за рахунок зміни функції тепj функціональних компонентів. Оптимальність
поведінки системи буде визначатися через забезпечення виконання необхідних
умов за рахунок зміни мінімальної кількості тепj , тобто шляхом мінімізації числа
функціональних компонентів, задіяних у процедурах компенсації відмов.
Критерієм живучості системи (кількісною оцінкою) може служити кількість
компенсованих функціональних відмов.
Якщо має місце функціональна однорідність компонентів kF , а ціль функці-
онування визначається як підтримка продуктивності системи на заданому рівні
завдяки наявності відповідної кількості працездатних функціональних компонен-
тів ( ) const, * =³F tk , де ( )tk ,F — середнє число працездатних функціональ-
них компонентів у системі в момент часу 0³t ; *Â — мінімально припустиме чи-
сло працездатних функціональних компонентів, при якому продуктивність систе-
ми не менше необхідної, то оцінкою функціональної живучості може служити
функція )/(),(),( wNttN kk FW=F , де ),( tkFW — математичне сподівання проду-
ктивності системи в момент часу t ≥ 0; wN — сумарна продуктивність усіх функ-
ціональних компонентів [18, 19].
Аналітична діяльність, яка підтримується засобами ІАС, потребує, як прави-
ло, наявності відповідної інформаційної інфраструктури, що забезпечує реаліза-
цію необхідних інформаційних процесів (збору, обробки, накопичення, збережен-
ня, пошуку та розповсюдження інформації). Функціонування ІАС можна змоде-
лювати за допомогою сіткової моделі, вузли якої — суть функціональних компо-
нентів, а дуги — різні канали зв’язку (провідні, бездротові, комбіновані). Реаліза-
ція сценарію аналітичної діяльності, як інформаційного процесу, забезпечується
паралельно-послідовною роботою сукупності функціональних компонентів, між
якими має місце обмін інформацією каналами зв’язку. Інформаційний процес має
завершитись за час zT , який не перевищує допT (максимально допустимий час
опрацювання інформації, який залежить від сфери аналітичної діяльності):
допобfz TTT £+= )( ,
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 67
де fT — час, який витрачається на опрацювання інформації функціональними
компонентами; обT — час, витрачений на інформаційний обмін.
Якщо мають місце небажані впливи на ІАС, це може призвести до збільшення
часу реалізації інформаційного процесу на додT . За показник функціональної жи-
вучості ІАС можна обрати здійснимість побудови необхідної інформаційної ін-
фраструктури (сукупності функціональних компонентів і каналів зв’язку) при об-
меженнях допдодобf TTTT £++ )( .
У разі порівняння різних варіантів ІАС одного функціонального призначення
в якості показника функціональної живучості можна використати число інформа-
ційних інфраструктур, які дозволяють реалізувати «критичний» інформаційний
процес (певний сценарій аналітичної діяльності, від якого залежить можливість
напрацювання ефективного управлінського рішення).
Аналіз та оцінка структурної живучості
Задача аналізу структурної живучості потребує визначення:
— системної структури (архітектури), необхідної для виконання цілі функці-
онування ІАС у деякий момент або проміжок часу, коли виникають небажані
впливи на систему;
— вимог щодо окремих видів ресурсів системи та їхнього взаємозв’язку;
— вимог щодо функціональних можливостей складових (ресурсів) системи;
— особливостей характеру небажаних впливів чи їхніх наслідків.
Вирішення задачі оцінки структурної живучості ІАС виконується зазвичай
при деяких припущеннях, які дозволяють спростити її та звести до задач аналізу
зв’язності графів, оцінки ймовірності існування необхідних структур, оцінки ймо-
вірності формування працездатної структури при небажаних впливах тощо.
При дослідженні структурної живучості за допомогою графових моделей [7]
сукупність складових ІАС представляють у вигляді вершин графа, а ребра графа
відбивають зв’язки між компонентами. Система, коли моделюється графом, вва-
жається зруйнованою, якщо при видаленні вершини або ребра одержаний граф
задовольняє одній, чи більше умовам:
— граф складається як мінімум із двох компонентів;
— не існує направлених (ti – tj) шляхів для визначених множин вершин;
— кількість вершин у найбільшій компоненті графа G менше деякого наперед
заданого числа;
— найкоротший шлях (ti – tj) довший за деяку задану величину.
Відповідно система вважається живучою, якщо ці умови не виконуються.
Структурну живучість комунікаційної системи сучасних ІАС зазвичай харак-
теризують різними показниками зв’язності. Обрахування таких показників, на-
приклад, імовірності зв’язності за умови випадкового існування ребер графа, на
практиці стикається зі значними обчислювальними складностями, оскільки рі-
шення вказаної задачі зводиться фактично до прямого перебору. У той же час, ви-
користовуючи шляхи й розрізи графу, що моделює комунікаційну мережу, можна
отримувати достатньо прості (в порівнянні з точними методами знаходження від-
О. Г. Додонов, О. С. Горбачик, М. Г. Кузнєцова
68
повідних характеристик) граничні — верхню й нижню — оцінки потрібного по-
казника (оцінки Цезарі–Прошана, Литвака–Ушакова) [12].
Дослідження зв’язності більшості графів, тобто рішення задачі про те, чи мо-
же певний вузол — джерело — здійснити зв’язок з іншим певним вузлом — сто-
ком — у багатьох випадках не дає вичерпного критерію для відповіді на питання
про якість функціонування системи з мережевою структурою. Тому проводилися
дослідження щодо пошуку інших відповідних показників якості функціонування
комунікаційних мереж [12–16].
Важливу групу показників структурної живучості складають так звані «міри
живучості». При їхньому визначенні виходять із припущення, що розумний су-
противник, знаючи структуру мережі, намагається порушити її функціонування.
Мережа має високий показник живучості, якщо необхідно «зруйнувати» велике
число вузлів і (або) ребер, щоб відчутно погіршити або зовсім перервати її функ-
ціонування.
Таку міру живучості іноді [12] можна умовно назвати «детермінованою мі-
рою надійності» і скористатися нею при початковому плануванні й розробці ме-
реж зв’язку, коли відчувається дефіцит статистичних даних щодо якості функціо-
нування мережі.
У математичній теорії графів міри живучості часто інтерпретуються як кіль-
кісні міри зв’язності для структури графа: мінімальний розріз, вузлова зв’язність,
узагальнена зв’язність, довжина шляху тощо [3, 7, 12, 13].
При проектуванні комп’ютерних систем задача аналізу структурної живучос-
ті формулюється як задача оцінки розміру максимального (зовнішнього) потоку,
який може передаватися в мережі при відмовах її елементів при зниженні до до-
зволеного рівня якості функціонування. При цьому оцінки живучості комуніка-
ційних мереж у залежності від технологій передачі, які в них використовуються,
мають враховувати наявність різних видів трафіка (аудіоінформація, відеоінфор-
мація, дані, стислі відео й аудіо), різних категорій сервісів, імовірність втрати да-
них, вимоги до якості виконання обробки.
Традиційно головними вимогами до комунікаційних мереж були висока про-
пускна здатність, мале значення затримки та добра масштабованість. Сьогодні ко-
ристувачі ІАС вимагають доступу до інтегрованих сервісів мережі, організації ві-
ртуальних приватних мереж (VPN), а також інших інтелектуальних послуг і, зок-
рема, забезпечення заданої якості обслуговування (QoS).
Широкі можливості масштабування, підвищену швидкість обробки трафіка й
достатню гнучкість із погляду організації додаткових сервісів, можливість інтег-
рування мереж IP й ATM надає мережева технологія MPLS (Multiprotocol Label
Switching). Для аналізу та оптимізації показників функціонування MPLS мереж
використовуються сьогодні саме показники структурної живучості [14], де струк-
турна живучість мережі MPLS розуміється як здатність зберігати функціонування
й забезпечувати виконання основних функцій, але можливо з погіршенням якості.
У [14] мережа MPLS моделюється графом ),( EXG = , де
njjxX
,1
}{
=
= — множи-
на вузлів зв’язку та Е = {(r, s)} — множина каналів зв’язку мережі. Через { rsm }
позначається пропускна здатність каналів. Припускається, що мережа в нормаль-
ному справному стані передає потоки k класів сервісу (CoS) у відповідності з мат-
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 69
рицями вимог )()( , khkH ji= , ni ,1= , j = n,1 . Вимоги до показників якості фор-
мулюються через )(k
cpT — час затримки:
å
åå
å
Î
=
-
=
=
å
£
--
=
Esr
k
задk
i
i
rsrs
k
i
i
rsrs
k
i
i
rs
k
rs
k
k
cp T
ff
ff
H
T
),(
)(
1
)(
1
1
)(
1
)()(
)(
)(
))((
)(
1
mm
при k = 1,2,3,4, (4)
де { })(k
rsf — необхідна пропускна здатність каналу зв’язку для потоку сервісу
класу k; )(kHå — загальна величина потоку сервісу класу k; )(k
задT — заданий час.
Структурна живучість мережі MPLS визначається сукупністю показників
[14], що є ймовірностями передачі заданої величину потоку в мережі з відмовами,
який не менше визначеного відсотку потоку того ж класу в безвідмовній мережі:
)}1(%)1({ O
å
F
å ³ HkHP , )}2(%)2({ O
å
F
å ³ HkHP , (5)
)}3(%)3({ O
å
F
å ³ HkHP , )}4(%)4({ O
å
F
å ³ HkHP , )10050( ¸=k ,
де )(iHF
å — фактична величина потоку i-го класу при відмовах; )(iH O
å — потік i-
гo класу в мережі в безвідмовному стані. Оскільки апріорі не відомо, якою буде
величина максимального потоку кожного класу при відмовах деякого каналу чи
вузла зв’язку, спираються на гіпотезу, що загальна структура потоку при відмовах
зберігається, тобто при відмовах лишається справедливим зразкове співвідношен-
ня величин потоку [13–15]:
)4(:)3(:)2(:)1()4(:)3(:)2(:)1( F
å
F
å
F
å
F
å
O
å
O
å
O
å
O
å = HHHHHHHH . (6)
Ця гіпотеза дозволяє ставити та вирішувати задачу аналізу структурної живучості
мережі MPLS при варіації показників якості сервісу, показників надійності елеме-
нтів при обмеженнях на затримку cpT [14].
Враховуючи оцінки структурної живучості, можна цілеспрямовано вести по-
кращення структури комунікаційної мережі ІАС, обґрунтовано обирати раціона-
льні проектні рішення.
Інформаційна живучість ІАС
Зростання складності автоматизованих систем, перехід від простої обробки
даних до технологічної підтримки процесів прийняття рішень, накопичення уні-
кальних даних і програмного забезпечення, безпосередня участь людини в техно-
логічному ланцюгу опрацювання інформації, системоутворююча роль ІАС в ін-
фраструктурі будь-якої організації роблять, на наш погляд, неповною оцінку яко-
О. Г. Додонов, О. С. Горбачик, М. Г. Кузнєцова
70
сті функціонування ІАС виключно на основі показників функціональної та струк-
турної живучості.
ІАС є сучасним інструментом синтезу інформації, одержуваної із систем ав-
томатизації оперативної діяльності. Основною специфікою ІАС є накопичення й
тривале зберігання даних з оперативних систем і вилучення з них інформації для
одержання нового знання. (Інформація, на відміну від даних, дозволяє знижувати
невизначеність у деякій галузі). Специфіка аналітичних задач обумовлює наяв-
ність в ІАС розвиненого сховища даних або сукупності баз даних і визначення
особливих вимог до середовища опрацювання та зберігання даних, гарантуючи
схоронність і доступність цих даних протягом усього періоду експлуатації систе-
ми. Інформаційні ресурси ІАС мають бути організовані згідно із системними
принципами для гарантії виконання таких вимог як чіткість, точність, доступ-
ність, швидкість, повнота, узгодженість, структурованість, цілісність й актуаль-
ність.
Функціонування ІАС відбувається при постійній взаємодії із зовнішнім сере-
довищем, і досить значну частину такої взаємодії складають різноманітні конфлі-
кти, які суттєво впливають на можливість досягнення загальносистемної цілі. Се-
ред конфліктів, які виникають, є такі, що породжуються через взаємодію системи
та зовнішнього середовища, коли наявне цілеспрямоване або ненавмисне ство-
рення процесів, які призводять до деструктивних впливів на складові системи або
зовнішнього середовища. Такі конфлікти можна розглядати як небажані інформа-
ційні впливи, вони можуть привести до руйнування інформаційних ресурсів, до
порушень в інформаційній інфраструктурі та режимах функціонування системи, а
іноді навіть до унеможливлення виконання визначених функцій і досягнення цілі
функціонування.
Складність і масштабність запитів на пошук даних при виконанні аналітичної
роботи, зазвичай розподілене зберігання даних в ІАС обумовлюють жорсткі ви-
моги щодо надійного та безперебійного функціонування необхідної інформацій-
ної інфраструктури. Технологія побудови інформаційної інфраструктури для про-
ведення аналітичної роботи має забезпечити проведення й завершення аналітич-
ної діяльності (яка може розглядатися як певний інформаційний процес) навіть
при виході з ладу або недосяжності деяких функціональних компонентів ІАС, або
недосяжності деякої частини даних. Вибір технології роботи з даними має врахо-
вувати вимоги щодо захищеності даних, безпечності обробки інформації, конфі-
денційності (якщо необхідно) напрацьованих знань [9, 10, 16, 17].
Результати аналітичної діяльності залежать від повноти та своєчасності
отримання необхідної інформації, яка вилучається з даних, тому в разі недосяж-
ності деякої частини даних і відсутності можливості відновлення доступу до цих
даних має вирішуватися задача зміни сценарію аналітичної діяльності, тобто по-
родження нового інформаційного процесу, з використанням механізмів реоргані-
зації. Механізми адаптації, компенсації, розпізнавання, реконструкції, реконфігу-
рації та реорганізації лежать в основі технологій динамічної функціональної пере-
будови системи. Вони дозволяють, варіювати сценарії аналітичної діяльності в
залежності від наявних небажаних впливів (конфліктів), корегувати інформацій-
ний процес, враховуючи наявну інформацію.
Живучість інформаційно-аналітичних систем: понятійний апарат, моделі аналізу та оцінки
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 71
Використання цих механізмів для підтримки доступності, цілісності та кон-
фіденційності інформації на рівні, необхідному для виконання із заданою якістю
цілі функціонування, а саме, виконання сукупності інформаційних процесів для
нейтралізації наслідків різноманітних конфліктів, дозволяє говорити про новий
аспект такої властивості, як живучість — інформаційну живучість, що притаман-
на сучасним ІАС. Ця нова категорія понятійного апарату теорії живучості
комп’ютерних систем необхідна для характеристики ІАС, які орієнтовані на тех-
нології аналітичної діяльності, і найважливішою вимогою для досягнення цілі
функціонування в яких є забезпечення точною, і якомога повною інформацією
користувачів у будь-який час і там, де інформація потрібна.
1. Додонов А.Г., Кузнецова М.Г., Горбачик Е.С. Живучесть и надежность сложных систем.
Методическое пособие. — Международный научно-учебный центр ЮНЕСКО/МПИ информаци-
онных технологий и систем, 2001. — 163 c.
2. Горбачик О.С. Організація корпоративної аналітичної діяльності та сучасні технології її
підтримки // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 3. — С. 32–39.
3. Додонов А.Г., Кузнецова М.Г., Горбачик Е.С. Введение в теорию живучести вычислитель-
ных систем. — К.: Наук. думка, 1990. — 184 с.
4. Robert J. Ellison, David A. Fisher, Richard C. Linger, Howard F. Lipson, Thomas A. Longstaff,
Nancy R. Mead. Survivable Network Systems: An Emerging Discipline // http://www.cert.org\research\
97tr013.pdf
5. Robert J. Ellison, David A. Fisher, Richard C. Linger, Howard F. Lipson, Thomas A. Longstaff,
Nancy R. Mead Survivability: Protecting Your Critical Systems // http://www.cert.org\archive\html\
protect-critical-systems.html
6. Додонов А.Г., Горбачик Е.С., Кузнецова М.Г. Информационные технологии и живучесть
сложных систем // Інформаційні технології та безпека: Зб. наук. пр. Вип. 7. — К., Інститут про-
блем реєстрації інформації, 2004. — С. 19–21.
7. Френк Г., Фриш И. Сети, связь и потоки. — М.: Связь,1978. — 448 с.
8. Додонов А.Г., Флейтман Д.В. К вопросу живучести корпоративных информационных сис-
тем // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2004. — Т. 6, № 2. — С. 33–41.
9. Кузнєцова М.Г. Застосування механізмів підвищення живучості для забезпечення захище-
ності інформаційного ресурсу у розподілених системах // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. —
2006. — Т. 8, № 3. — С. 40–47.
10. Додонов А.Г., Горбачик Е.С. Обеспечение безопасности на основе средств и механизмов
повышения живучести информационных систем // Информационная безопасность. Вып.2. Инфор-
мационная политика и технологии. — К.: ООО «Епос», 2005. — С. 98–103.
11. Тарасов А.А. Стратегии обеспечения гарантоспособности компьютерных систем // ВКСС.
Connect!, 2003. — № 3. — С.13–18.
12. Райншке К., Ушаков И.А. Оценка надежности систем с использованием графов. — М: Ра-
дио и связь, 1988. — 208 с.
13. Зайченко О.Ю. Мережі АТМ: моделювання, аналіз і оптимізація. — К., 2003. — 216 с.
mailto:ellison@cert.org
mailto:dfisher@cert.org
mailto:rlinger@cert.org
mailto:hfl@cert.org
mailto:tal@cert.org
mailto:nrm@cert.org
http://www.cert.org/research/97tr013.pdf
http://www.cert.org/research/97tr013.pdf
mailto:ellison@cert.org
mailto:dfisher@cert.org
mailto:rlinger@cert.org
mailto:hfl@cert.org
mailto:tal@cert.org
mailto:nrm@cert.org
http://www.cert.org/archive/html/protect-critical-systems.html
http://www.cert.org/archive/html/protect-critical-systems.html
О. Г. Додонов, О. С. Горбачик, М. Г. Кузнєцова
72
14. Зайченко Ю.П., Мохаммадреза Моссавари. Аналіз показників живучості комп’ютерної
мережі з технологією MPLS // Вісник Національного технічного університету «КПІ». Інформатика,
управління та обчислювальна техніка. — 2005. — № 43. — С. 73–80.
15. Стекольников Ю.И. Живучесть систем. Теоретические основы. — С-Пб.: Политехника,
2002. — 168 с.
16. Барабаш О.В. Построение функционально устойчивых распределенных информационных
систем. — К.: НАОУ, 2004. — 226 с.
17. Бородакий Ю.В., Тарасов А.А. О функциональной устойчивости информационно-
вычислительных систем // Известия ТРТУ. — 2006. — № 7. — С. 5–12.
18. Павский В.А., Павский К.В., Хорошевский В.Г. Вычисление показателей живучести расп-
ределенных вычислительных систем и осуществимости решения задач // Искусственный интел-
лект.— 2006.— № 4. — С. 28–34.
19. Хорошевский В.Г. Инженерный анализ функционирования вычислительных машин и сис-
тем. — М.: Радио и связь, 1987. — 256 с.
Надійшла до редакції 06.07.2007
Забезпечення живучості всієї інфраструктури в цілому — занадто складна проблема, вирішення якої вимагає чи не більших витрат, ніж створення самої ін-фраструктури, тому доцільно говорити лише про забезпечення живучості окре-мих складових інфраструктури (так званих «критичних компонентів»), до яких належать територіально й функціонально розподілені інформаційно-аналітичні системи (ІАС), орієнтовані на підтримку процесів управління. Від якості функціонування ІАС залежить сьогодні можливість чи неможливість опрацювання великих обсягів різноманітної інформації, отримання чи неотримання точної та повної ін-
Забезпечення живучості всієї інфраструктури в цілому — занадто складна проблема, вирішення якої вимагає чи не більших витрат, ніж створення самої ін-фраструктури, тому доцільно говорити лише про забезпечення живучості окре-мих складових інфраструктури (так званих «критичних компонентів»), до яких належать територіально й функціонально розподілені інформаційно-аналітичні системи (ІАС), орієнтовані на підтримку процесів управління. Від якості функціонування ІАС залежить сьогодні можливість чи неможливість опрацювання великих обсягів різноманітної інформації, отримання чи неотримання точної та повної ін-
Забезпечення живучості всієї інфраструктури в цілому — занадто складна проблема, вирішення якої вимагає чи не більших витрат, ніж створення самої ін-фраструктури, тому доцільно говорити лише про забезпечення живучості окре-мих складових інфраструктури (так званих «критичних компонентів»), до яких належать територіально й функціонально розподілені інформаційно-аналітичні системи (ІАС), орієнтовані на підтримку процесів управління. Від якості функціонування ІАС залежить сьогодні можливість чи неможливість опрацювання великих обсягів різноманітної інформації, отримання чи неотримання точної та повної ін-
Забезпечення живучості всієї інфраструктури в цілому — занадто складна проблема, вирішення якої вимагає чи не більших витрат, ніж створення самої ін-фраструктури, тому доцільно говорити лише про забезпечення живучості окре-мих складових інфраструктури (так званих «критичних компонентів»), до яких належать територіально й функціонально розподілені інформаційно-аналітичні системи (ІАС), орієнтовані на підтримку процесів управління. Від якості функціонування ІАС залежить сьогодні можливість чи неможливість опрацювання великих обсягів різноманітної інформації, отримання чи неотримання точної та повної ін-
Забезпечення живучості всієї інфраструктури в цілому — занадто складна проблема, вирішення якої вимагає чи не більших витрат, ніж створення самої ін-фраструктури, тому доцільно говорити лише про забезпечення живучості окре-мих складових інфраструктури (так званих «критичних компонентів»), до яких належать територіально й функціонально розподілені інформаційно-аналітичні системи (ІАС), орієнтовані на підтримку процесів управління. Від якості функціонування ІАС залежить сьогодні можливість чи неможливість опрацювання великих обсягів різноманітної інформації, отримання чи неотримання точної та повної ін-
формації з різних питань у будь-який час у будь-якому місці, що власне є важливішим фактором успішності в сучасному діловому середовищі. Живучість ІАС гарантує здатність системи виконувати необхідні функції щодо обміну, збереження, обробки даних із заданою якістю в умовах негативних впливів; тимчасово знижувати продуктивність функціонування (деградувати) у визначених межах, виконуючи визначений обсяг основних (життєво важливих, критичних) функцій в умовах накопичення та поширення відмов; підтримувати та своєчасно відновлювати функціонування ІАС із необхідною якістю навіть при втраті окремих компонентів. Поняттям живучості ІАС характеризують не тільки надійність апаратних і програмних засобів, але й відмовостійкість архітектури ІАС, доступність, цілісність і захищеність інформації, що циркулює або зберігається в ІАС, якість підтримки інформаційної взаємодії.
Однією з особливостей сучасних ІАС є їхнє суттєве ускладнення, пов’язане не стільки з кількістю складових елементів, скільки зі зростанням множини варіантів функціональної поведінки системи в залежності від зовнішнього середовища. Нескінчена множина можливих станів зовнішнього середовища при функціонуванні системи, семантична різноманітність вхідної структурованої чи неструктурованої інформації, яка потребує опрацювання в ІАС, багатоваріантність функцій обробки інформації роблять неспроможним побудову вичерпного критерію оцінки якості функціонування таких систем [2]. Критерії оцінки якості, як правило, обираються, виходячи з вимог щодо масштабованості системи, продуктивності, керованості, надійності, відмовостійкості, безпеки функціонування тощо.
|