Достоверность информационных систем

В силу специфики информационных систем, которые априори предназначены для преобразования информации, важнейшим их свойством является достоверность функционирования.

Достоверность функционирования — это свойство системы, обуславливающее безошибочность производимых ею преобразований информации.

Достоверность функционирования И С полностью определяется и измеряется достоверностью ее результирующей информации. Для ИС достоверность функционирования является не просто одним из свойств их надежности, но приобретает и самостоятельное значение, поскольку именно достоверность конечной информации обусловливает требования к надежности системы.

Как уже указывалось, надежность ИС — не самоцель, а лишь средство обеспечения оптимальной достоверности ее выходной информации, обуславливающей наивысшую эффективность функционирования системы.

Достоверность информации — это свойство информации отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Достоверность (D) информации измеряется доверительной вероятностью необходимой точности, то есть вероятностью того, что отражаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности:

D=P{}.

где — реальная точность отображения параметра, [] - диапазон необходимой точности отображения параметра.

Для более полного понимания вышеприведенного определения следует пояснить некоторые присутствующие в нем понятия.

Истинная информация — информация, объективно, точно и правильно отражающая характеристики и признаки какого-либо объекта или явления (адекватная заданному параметру объекта).

Точность информации — это характеристика, показывающая степень близости отображаемого значения параметра и истинного его значения. Необходимая точность определяется функциональным назначением информации и должна обеспечивать правильность принятия управленческих решений.

Таким образом, при оценке истинности информации существуют две основные вероятностные задачи:

• ? определение точности информации или расчет математического ожидания абсолютной величины отклонения значения показателя от объективно существующего истинного значения отображаемого им параметра;
• ? определение достоверности информации или вычисление вероятности того, что погрешность показателя не выйдет за пределы допустимых значений.

Адекватность отражения включает в себя понятия и точности, и достоверности, которые не должны смешиваться (что иногда имеет место в определениях достоверности информации, приводимых в ряде книг).

Из сказанного следует, что нарушение надежности ИС, приводящее к ухудшению точности результирующей информации в пределах необходимой точности, не снижает эффективности функционирования системы (коэффициента сохранения эффективности). И если отсутствие информации в положенное время (ее несвоевременность) трактовать в обобщенном виде как наличие недостоверной информации, то единственным показателем качества информации, зависящим от надежности ИС и влияющим на эффективность ее функционирования, является достоверность.

Показатели достоверности информации Достоверность информации может рассматриваться с разных точек зрения. Поэтому для достоверности правомерно и целесообразно использовать систему показателей.

Единичные показатели достоверности информации.

• 1. Доверительная вероятность необходимой точности (достоверность) — D = 1 — Рош — вероятность того, что в пределах заданной наработки (информационной совокупности — массива, показателя, реквизита, кодового слова, символа или иного информационного компонента) отсутствуют грубые по-. грешности, приводящие к нарушению необходимой точности.
• 2. Средняя наработка информации на ошибку — Q = 1/Р. Отношение объема информации, преобразуемой в системе, к математическому ожиданию количества ошибок, возникающих в информации.
• 3. Вероятность ошибки (параметр потока ошибок) — Рош — вероятность появления ошибки в очередной информационной совокупности.

Показатели корректируемости информационных систем.

• 1. Вероятность коррекции в заданное время — Pкорр (т) — вероятность того, что время, затрачиваемое на идентификацию и исправление ошибки, не превысит заданного т.
• 2. Среднее время коррекции информации — Ти — математическое ожидание времени, затрачиваемого на идентификацию и исправление ошибки.

Комплексные показатели достоверности.

1. Коэффициент информационной готовности ;

это вероятность того, что информационная система окажется способной к преобразованию информации в произвольный момент времени того периода (7^,), который планировался для этого преобразования, то есть выполнения условия, что в данный момент времени система не будет находиться в состоянии внепланового обслуживания, вызванного устранением отказа или идентификацией и исправлением ошибки.

2. Коэффициент информационного технического использования ;

это отношение математического ожидания планируемого времени работы системы на преобразование информации, за вычетом времени восстановления Тв контроля — Тк, идентификации и исправления ошибок — Ти, к сумме планируемого времени работы системы и профилактического обслуживания Тпф.

Наряду с понятием достоверности информации существует понятие достоверности данных, рассматриваемое в синтаксическом аспекте. Под достоверностью данных понимается их безошибочность. Она измеряется вероятностью отсутствия ошибок в данных (в отличие от достоверности информации, к снижению достоверности данных приводят любые погрешности, а не только грубые). Недостоверность данных может не повлиять на объем данных, но может и уменьшить и увеличить его, в отличие от недостоверности информации, всегда уменьшающей ее количество. Наконец, недостоверность данных может не нарушить достоверность информации (например, при наличии в последней необходимой избыточности).

Обеспечение достоверности информации Одним из наиболее действенных средств обеспечения достоверности информации в ИС является ее контроль. Контроль — процесс получения и обработки информации с целью оценки соответствия фактического состояния объекта предъявляемым к нему требованиям и выработки соответствующего управляющего решения. Объектом контроля в нашем случае является достоверность информации, следовательно, при контроле должно быть выявлено соответствие фактической и необходимой точности представления информации или, с учетом рассмотренной ранее нормы этого соответствия, выявлено наличие или отсутствие ошибок в контролируемой информации. При обнаружении ошибки должны быть приняты меры для ее устранения или, по крайней мере, выработаны соответствующие рекомендации по локализации и идентификации обнаруженной ошибки и уменьшению последствий ее влияния на функционирование ИС; исправление ошибок в последнем случае выполняется путем выполнения некоторых внешних относительно процедуры контроля операций.

Классификация методов контроля достоверности.

Методы контроля достоверности информации, применяемые в ИС, весьма разнообразны. Классификация методов контроля может быть выполнена по большому числу признаков, в частности: по назначению, по уровню исследования информации, по способу реализации, по степени выявления и коррекции ошибок.

Классификация методов контроля достоверности по назначению По назначению следует различать профилактический, рабочий и генезисный контроль.

Профилактический контроль и, например, одна из наиболее распространенных его форм — тестовый контроль, предназначены для выявления состояния системы в целом и отдельных ее звеньев до включения системы в рабочий режим. Целью профилактического контроля, осуществляемого часто в утяжеленном режиме работы системы, является выявление и прогнозирование неисправностей в ее работе с последующим их устранением.

Рабочий контроль, или контроль в рабочем режиме, производится в процессе выполнения системой возложенных на нее функций. Он, в свою очередь, может быть разделен на функциональный контроль и контроль качества продукции. Функциональный контроль может преследовать цель либо только проверки работоспособности (отсутствия неисправностей) системы, либо, кроме того, установления места и причины неисправности (диагностический контроль). Контроль качества продукции в нашем случае как раз и является контролем достоверности информации как одним из важнейших показателей качества продукции выпускаемой ИС.

Гепезисный контроль проводится для выяснения технического состояния системы в прошлые моменты времени с целью определения причин сбоев и отказов системы, имевших место ранее, сбора статистических данных об ошибках, их характере, величине и последствиях (экономических потерях) этих ошибок для ИС.

Классификация методов контроля достоверности по уровню исследования информации По уровню исследования информации контроль может быть синтаксический, семантический и прагматический.

Синтаксический контроль — это, по существу, контроль достоверности данных, не затрагивающий содержательного, смыслового аспекта информации. Предметом синтаксического контроля являются отдельные символы, реквизиты, показатели: допустимость их наличия, допустимость их кодовой структуры, взаимных сочетаний и порядка следования.

Семантический контроль оценивает смысловое содержание информации, ее логичность, непротиворечивость, согласованность, диапазон возможных значений параметров, отражаемых информацией, динамику их изменения.

Прагматический контроль определяет потребительную стоимость (полезность, ценность) информации для управления, своевременность и актуальность информации, ее полноту и доступность.

Классификация методов контроля достоверности по способу реализации По способу реализации контроль может быть организационным, программным, аппаратным и комбинированным.

Организационный контроль достоверности является одним из основных в ИС. Он представляет собой комплекс мероприятий, предназначенных для выявления ошибок на всех этапах участия эргатического звена в работе системы, причем обязательным элементом этих мероприятий является человек или коллектив людей.

Программный контроль основан на использовании специальных программ и логических методов проверки достоверности информации или правильности работы отдельных компонентов системы и всей системы в целом. Программный контроль, в свою очередь, подразделяется на программно-логический, алгоритмический и тестовый.

Программно-логический контроль базируется на использовании синтаксической или семантической избыточности; алгоритмический контроль использует как основу вспомогательный усеченный алгоритм преобразования информации, логически связанный с основным рабочим алгоритмом (тестовый контроль был рассмотрен чуть выше).

Аппаратный контроль реализуется посредством специально встроенных в систему дополнительных технических схем. Этот вид контроля также подразделяется на непрерывный и оперативный (аппаратно-логический) контроль достоверности, а также непрерывный контроль работоспособности.

Непрерывный контроль достоверности функционирует непрерывно в процессе работы системы параллельно с процедурами основного технологического процесса преобразования информации. Во время оперативного (аппаратно-логическо-го) контроля достоверности выполнение основных технологических операций над информацией приостанавливается. Непрерывный контроль работоспособности — это уже не контроль достоверности информации, а контроль значений параметров компонентов системы с помощью встроенных в них датчиков.

Классификация методов контроля достоверности по степени выявления и коррекции ошибок По степени выявления и коррекции ошибок контроль делится на:

• ? обнаруживающий, фиксирующий только сам факт наличия или отсутствия ошибки;
• ? локализующий, позволяющий определить как факт наличия, так и место ошибки (например символ, реквизит и т. д.);
• ? исправляющий, выполняющий функции и обнаружения, и локализации, и исправления ошибки.

Основные показатели качества контроля достоверности Функциональные показатели качества контроля (показатели его эффективности) должны количественно определять степень приспособленности и выполнения контролем поставленных перед ним задач. В общем случае контроля такими показателями могут служить коэффициенты, численно равные условным вероятностям соответствующих событий при условии наличия ошибки.

Для обнаруживающего и локализующего контроля такими коэффициентами являются:

• ? коэффициент обнаружения ошибок — Кобн = Nобн / Nош — Ро6н / Рош;
• ? коэффициент необнаружения ошибок — Кно = Nиo / Noш = Рно / Рош;
• ? коэффициент локализации ошибок Клок для большинства методов локализующего контроля равен коэффициенту обнаружения, то есть Клок = /Кобн

Методы контроля, исправляющие ошибки, характеризуются следующими коэффициентами:

• ? исправления ошибок Киспр = Nиспр / Nош = Риспр / Рот;
• ? искажения ошибок Киск = Nиск / Nош = Риск / Рош;
• ? обнаружения ошибок Кобн = No6 / Nош = Робн / Рош;
• ? необнаружения ошибок Кно = Nнo / Nнош = Рно / Рош.

В этих соотношениях:

• ? N — число структурных элементов (символов, реквизитов, показателей и т. д.) в информационной совокупности;
• ? Nно, Nиспр, Nиск, Nобн, — число ошибок, которые в процессе контроля, соответственно, не обнаруживаются, правильно исправляются, неверно исправляются (искажаются), только обнаруживаются (факт наличия которых просто устанавливается, а сами они не исправляются);
• ? Рош, Ро6н, Рно, Риспр. -Риск ~ вероятности наличия ошибки, обнаружения, необнаружения, исправления и искажения ошибки, соответственно.

Важными показателями качества контроля являются также:

• ? коэффициент выявления ошибок Квыявл = Nвыявл, / Noш, характеризующий суммарное относительное число выявляемых (Nвыявл) ошибок в контролируемой информационной совокупности;
• ? коэффициент трансформации ошибок Ктр = Nош. вых / Nош, характеризующий суммарное относительное число необнаруженных и вновь внесенных при контроле (Nош вых) ошибок.

Для контроля с исправлением ошибок:

Квыявл=Киспр+Киск+кобн Ктр=Кно+Киск Для контроля с обнаружением ошибок:

Киспр=Киск=0.

Квывл=Кобн Ктр=Кно В качестве дополнительных функциональных показателей могут быть использованы значения вероятности правильного необнаружения ошибки и ложного обнаружения ошибки, учитывающие надежность работы системы контроля:

• ? Рпр — вероятность правильного необнаружения ошибки, то есть такого события, когда не вырабатывается информация о наличии ошибки при условии действительного ее отсутствия;
• ? Рлт — вероятность ложного обнаружения ошибки (ложной тревоги), то есть такого события, когда вырабатывается информация о наличии ошибки при реальном ее отсутствии.

Соответствующие коэффициенты.

Кпр = Рпр / Рош, Киг = Риг / Рош.

могут быть существенно больше 1, поскольку.

Кпр + Клт = (1 — Poш)/Pош;

Технико-эксплуатационные показатели контроля:

• ? алгоритмическая сложность контроля;
• ? вид и величина используемой избыточности;
• ? надежность контроля;
• ? универсальность (возможность использования на различных фазах технологического процесса, при решении различных задач и для различных групп и типов информационных ошибок) и др.

Экономические показатели эффективности контроля — это затраты на контроль:

• ? единовременные;
• ? текущие;

О материальные;

• ? трудовые;
• ? временные.