Разработка методов и алгоритмов оценки интероперабельности открытых информационных систем

Интенсивный прогресс в развитии информационных систем приводит к увеличению сложности систем и объектов, используемых в различных функциональных областях, а также к расширению требований к их свойствам. Особенности управления сложными системами рассмотрены в [2, 13, 27−30, 34].

При этом для определенных типов и классов систем обеспечение возможности интеграции является основополагающей задачей.

Вступление в силу Федеральной целевой программы «Электронная Россия (2002 — 2010 годы)», призванной «обеспечить формирование нормативной правовой базы в сфере информационных и коммуникационных технологий (ИКТ), развитие информационной и телекоммуникационной инфраструктуры, сформировать условия для подключения к открытым информационным системам, а также обеспечить эффективное взаимодействие органов государственной власти и органов местного самоуправления с гражданами и хозяйствующими субъектами на основе широкого внедрения ИКТ» [62], усилило актуальность решения вопроса интеграции информационных систем и формирования единого информационного пространства.

Однако разнородность применяемых технических и программных средств, операционных сред, структурных организаций ресурса, протоколов и форматов обмена данными и языковые различия приводят к возникновению гетерогенной среды, требующей интеграционной основы, обеспечивающей переносимость приложений, взаимодействие систем и их функциональное расширение.

Как показывает мировая практика, такой интеграционной основой могут выступать принципы открытых систем [3, 22, 72−74, 80, 87, 88] и методы функциональной стандартизации.

Согласно определению, данному стандартизующей организацией IEEE «открытая система — это исчерпывающий и согласованный набор международных стандартов в области информационных технологий и профилей функциональных стандартов, которые специфицируют интерфейсы, службы и поддерживающие форматы для достижения взаимодействия и переносимости приложений, данных и персонала» [88]. Таким образом, сущность принципов открытых систем состоит в обеспечении совместимости всех используемых программно-аппаратных компонентов за счет применения согласованного набора стандартов (профиля) и создания единой интегрированной информационной среды.

Технология открытых систем относится к приоритетному направлению развития науки, технологий и техники «Информационно-телекоммуникационные технологии и электроника» и входит в число целого ряда критических технологий, выделенных в «Основах политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую перспективу» [41]. К таким технологиям относятся высокопроизводительные вычислительные системыинформационная интеграция и системная поддержка жизненного цикла продукцииинформационно-телекоммуникационные системыбазовые технологии военного назначения.

Одним из базовых свойств открытых систем является интероперабель-ность — способность к взаимодействию. Взаимодействие открытых информационных систем (ОИС) определяется совместимостью программно-аппаратных компонентов, а значит, методов и средств обмена данными, поэтому интеропе-рабельность отражает способность систем к взаимодействию без какого-либо дополнительного преобразования информации.

Такой подход позволяет в более короткие сроки обрабатывать, передавать и получать больший объем информации (что повышает качество работы систем), увеличивает надежность работы системы в целом (за счет использования при ее проектировании стандартных и проработанных технологий), снижает риск потери и искажения информации или появления ошибок при ее передаче (за счет отсутствия необходимости дополнительных преобразований информации), а также облегчает и ускоряет процесс своевременной установки средств защиты от внешних угроз (за счет более высокого уровня совместимости систем). Таким образом, свойство интероперабельности позволяет повысить эффективность функционирования систем, то есть уровень соответствия результатов их деятельности поставленным пользователем задачам.

В связи с этим, проблемой обеспечения интероперабельности озабоченны многие крупнейшие компании, однако степень соответствия производимых ими систем данному свойству различна. Появление на современном рынке информационных технологий большого разнообразия решений, характеризующихся различной степенью достижения интероперабельности, увеличивает необходимость единого инструментария, позволяющего оценивать эффективность функционирования систем с точки зрения данного свойства.

Осложняет ситуацию то обстоятельство, что на сегодняшний день отсутствует формализованный метод оценки интероперабельности открытых систем, а описания подходов и технологий возможного решения данной проблемы в открытой литературе недостаточно представлены, в связи с этим затруднена возможность применить готовые технические решения в этой области. Таким образом, разработка методов и алгоритмов оценки интероперабельности открытых информационных систем является актуальной задачей.

Современные открытые информационные системы являются сложными прикладными объектами исследования. Задача оценки интероперабельности ОИС относится к задачам разработки методов системного анализа сложных прикладных объектов исследования, которые приводят к повышению эффективности функционирования данных объектов. Разработанные в диссертационном исследовании методы и алгоритмы оценки интероперабельности ОИС позволяют проводить оценку, а также вырабатывать рекомендации по повышению эффективности функционирования ОИС.

Проблема оценки интероперабельности ОИС является актуальной для всех областей, где могут применяться данные системы и для всех субъектов информационного сообщества, тем или иным образом связанных с ОИС.

Объектом диссертационного исследования являются открытые информационные системы различных классов, масштабов, уровней информационной инфраструктуры и областей применения. При этом анализируется возможности, предоставляемые открытой архитектурой данных систем в части обеспечения их взаимодействия без необходимости дополнительного преобразования информации.

Целыо диссертационного исследования является разработка методов, алгоритмов, критериев и решающих правил, позволяющих проводить оценку инте-роперабельности открытых информационных систем для повышения эффективности их функционирования.

Задачи диссертационного исследования:

1. Определение объектов, для которых оценка интероперабельности является значимой задачей.

2. Разработка методики оценки интероперабельности на основе использования набора характеристик, определяющих это свойство.

3. Разработка механизмов оценки степени обеспечения интероперабельности систем по набору характеристик, формирование критериев оценки степени достижения интероперабельности систем относительно заявленных требований и решающих правил для принятия итогового решения.

4. Разработка механизмов и решающих правил для многокритериального парного сравнения систем с точки зрения достижения интероперабельности.

5. Разработка методов и алгоритмов оценки интероперабельности открытых информационных систем для случаев:

— определения степени достижения данного свойства;

— многокритериального парного сравнения систем.

6. Апробация разработанных методов и алгоритмов при оценке интероперабельности реальных объектов в различных функциональных областях.

Для решения поставленных задач в работе использовались методы исследования, базирующиеся на положениях современной теории систем и системного анализа, а также на методах принятия решения в многокритериальной среде. Для доказательства основных теоретических результатов применяется математический аппарат теории принятия решения. Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается компьютерными вычислительными экспериментами, апробацией основных результатов на научно-технических конференциях, публикацией основных результатов в научно-технических журналах.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 28 таблиц и 88 наименований литературных источников.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

В данной главе получены следующие результаты:

1. Разработано и описано программное обеспечение INTER, реализующее предложенные алгоритмы для оценки интероперабельности открытых информационных систем, с применением которого были проведены экспериментальные исследования, доказавшие эффективность предложенных алгоритмов, что подтверждено актами внедрения на предприятиях.

2. Проведена апробация метода оценки интероперабельности ОИС относительно заявленных требований в ФГУП «ЦНИИ «Комета» при разработке имита-ционно-моделирующего стенда информационной управляющей радиолинии и отражена последовательность реализации алгоритма оценки. Согласно акту внедрения, использование метода оценки интероперабельности ОИС позволило ФГУП «ЦНИИ «Комета» улучшить архитектуру и качество разрабатываемой системы, сократить затраты связанные с ее проектированием, аттестационным тестированием, сертификацией и последующей модернизацией.

3. Проведена апробация метода многокритериальной парной сравнительной оценки интероперабельности ОИС в ООО «Жилсоцсрой» при выборе информационной системы мониторинга строительных работ из ряда решений, представленных на рынке, и отражена последовательность реализации алгоритма оценки. Согласно акту внедрения, использование данного метода позволило осуществить более рациональный выбор системы с точки зрения эффективности ее функционирования и сократить время, необходимое для осуществления данного выбора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации получены следующие новые результаты:

1. Проведен комплексный анализ и определен перечень объектов, для которых оценка интероцерабельности является значимой задачей, а также определены объекты, для которых эта задача является наиболее актуальной.

2. Разработана новая методика оценки интероперабельности, основанная на использовании набора характеристик, определяющих это свойство, которая может быть использована как для оценки степени достижения интероперабельности систем, так и для выбора наиболее приемлемых систем из множества альтернатив для широкого перечня различных ОИС.

3. Впервые определены и рассмотрены механизмы оценки степени обеспечения интероперабельности систем по количественным и качественным характеристикам, а также сформулированы критерии оценки степени достижения интероперабельности систем. Все выбранные характеристики ранжируются в зависимости от значимости и величины относительного отклонения их значений от заявленных требований, после чего определяется совокупный ранг системы.

4. Разработан перечень решающих правил, регулирующих оценку степени достижения интероперабельности и определяющих процедуру принятия решения об интероперабельности системы. Данный перечень включает в себя:

— решающие правила оценки степени обеспечения интероперабельности систем по качественным характеристикам;

— решающие правила оценки степени обеспечения интероперабельности систем по качественным характеристикам;

— решающие правила ранжирования характеристик интероперабельности;

— решающие правила определения степени достижения интероперабельности системы относительно заявленных требований;

— решающие правила принятия итогового решения о соответствии исследуемой системы требованиям лица, принимающего решение.

5. Разработан алгоритм оценки степени достижения интероперабельности ОИС относительно заявленных требований, основанный на применении принципов экспертных и интервальных оценок, а также разработанных лично автором механизмах и решающих правилах.

6. Разработан алгоритм определения необходимых доработок системы, позволяющий определить узкие места в ее работе и дать рекомендации по их устранению.

7. Разработаны механизмы и решающие правила для многокритериального парного сравнения ОИС с точки зрения достижения интероперабельности. На основе относительного отклонения качества систем в каждой оцениваемой паре альтернатив производится расчет совокупного показателя качества и принимается решение о выборе наиболее приемлемой из них с точки зрения интероперабельности.

8. Разработан алгоритм многокритериальной парной сравнительной оценки интероперабельности ОИС. Данный алгоритм реализуются с использованием принципов интервальных, экспертных оценок и справедливого компромисса, а также новых, разработанных лично автором, механизмов и решающих правил. Он может быть использован всеми субъектами информационного общества для оценки ОИС различных классов, уровней, масштаба и областей применения.

8. Разработано программное обеспечение INTER, которое позволяет по-' высить эффективность практического использования предложенных алгоритмов для оценки интероперабельности ОИС.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что методы, алгоритмы, критерии и решающие правила, реализующие комплексный подход к оценке интероперабельности открытых информационных систем предложены автором впервые. Указанные результаты позволят повысить качество модели-" рования и разработки открытых информационных систем различных классов, уровней, масштаба и областей применения, с точки зрения повышения эффективности функционирования.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что применение разработанных методов и алгоритмов позволяет оценить интеропера-бельность ОИС, выбрать наиболее приемлемую с точки зрения интероперабель-ности систему из множества альтернатив и разработать предложения по повышению эффективности функционирования ОИС.

Практическая ценность подтверждена актами внедрения результатов работы в ФГУП «ЦНИИ «Комета», ОАО «Международный центр технологической кооперации», ООО «Жилсоцстрой», а также в учебный процесс МИРЭА.

Согласно актам внедрения, использование разработанных методов оценки интероперабельности ОИС позволило:

• разработчикам (ФГУП «ЦНИИ «Комета», ОАО «МЦТК») улучшить архитектуру и качество разрабатываемых систем, сократить затраты, связанные с их проектированием, аттестационным тестированием, сертификацией и последующей модернизацией;

• пользователю (ООО «Жилсоцстрой») повысить качество выбора системы с точки зрения эффективности ее взаимодействия в процессе функционирования и сократить время, необходимое для осуществления данного выбора.

Разработанные механизмы для формирования критериев оценки степени обеспечения интероперабельности систем, набора характеристик, определяющих интероперабельность и их многокритериальной оценки, а также алгоритм оценки интероперабельности открытых информационных систем относительно заявленных требований закреплены патентом РФ (94 727 Ш ГШ 005 В 13/00 (2006.01)) (приложение Б).

Разработанные методы является универсальным инструментом поддержки принятия решения при оценке интероперабельности открытых систем. Универсальность метода достигается за счет представления ЛПР возможности самостоятельно выбирать перечень характеристик, определяющих интероперабельность и их значимость.

В связи с этим результаты работы могут быть использованы для оценки интероперабельности открытых систем различных классов, включая вычислительные, информационные, телекоммуникационные системы, систем управления в реальном масштабе времени и встроенные микропроцессорные системы. Предложенные в работе алгоритмы могут быть использованы для оценки систем любых уровней, в частности глобальных, национальных, отраслевых, корпоративных открытых системвсех функциональных назначений и уровней управлениясистем применяемых в науке и образовании, здравоохранении, сферах государственного и организационного управления, экономическом и финансовом секторе, а также в оборонной промышленности и космонавтике.

Использование предложенных в работе методов для оценки интероперабельности ОИС может быть полезно:

1. Пользователям, так как позволяет выбрать наиболее приемлемую с точки зрения интероперабельности систему из-всего разнообразия существующих на рынке решений.

2. Разработчикам систем, а также изготовителей и поставщиков продуктов ИТ, так как позволяет решить проблемы, связанные с аттестационным тестированием степени интероперабельности разрабатываемых решений и их сертификацией.

3. Разработчикам стандартов, так как позволяет ускорить процесс разработки стандартов для обеспечения интероперабельности открытых систем.

Кроме того, предложенные механизмы, критерии, решающие правила и алгоритмы для оценки и выбора ОИС с точки зрения интероперабельности при определенной адаптации могут быть использованы как для оценки любого другого свойства открытых систем, так и для определения степени открытости системы в целом.

Таким образом, цель диссертационного исследования достигнута, задачи выполнены.