Разработка модели единого информационного пространства для оценки надежности его функционирования

УДК 004.94

А.В. Вицентий

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ЕДИНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА ДЛЯ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ*

Аннотация

Для оценки надежности функционирования единого информационного пространства в работе предложена методика построения его модели, включающая семь основных множеств элементов, подлежащих оценке.

Ключевые слова:

Единое информационное пространство, модель, надежность.

A.V. Vicentiy

THE UNIFORM INFORMATION FIELD MODEL DESIGN FOR OPERATIONAL RELIABILITY EVALUATION

Abstract

In this paper the uniform information field reliability model definition procedure are considered. The model includes the seven basic sets of elements which are subject to estimation.

Keywords:

uniform information field, reliability model, reliability estimation.

Введение

Происходящие в мире в настоящее время процессы развития международной интеграции информационных ресурсов и инфраструктуры компьютерных сетей позволяют осуществлять взаимодействие пользователей для получения разнообразной информации в реальном масштабе времени вне зависимости от расстояния и используемых средств вычислительной техники. Благодаря бурному развитию информационных технологий появляется возможность преодоления информационного неравенства, что особенно важно для Российской Федерации, на обширной территории которой наряду с информационно развитыми городами и регионами имеются территории со слабой телекоммуникационной инфраструктурой [1].

Целью данной работы является описание методики построения модели единого информационного пространства (ЕИП) Арктических регионов Российской Федерации и выделение его основных компонентов, с точки зрения оценки и обеспечения надежности их функционирования.

Формирование и оценка надежности единого информационного пространства

Под Арктической зоной Российской Федерации понимается часть Арктики, в которую входят полностью или частично [4] : территории Республики

* Работа выполнена при финансовой поддержке ОНИТ РАН (проект№2.4 Программы фундаментальных исследований ОНИТ РАН «Информационные технологии методы анализа сложных систем»).

Саха (Якутия); Мурманской области; Архангельской области; Красноярского края; Ненецкого автономного округа; Ямало-Ненецкого автономного округа; Чукотского автономного округа; и прилегающие к этим территориям, землям и островам внутренние морские воды, территориальное море, исключительная экономическая зона и континентальный шельф РФ, в пределах которых Россия обладает суверенными правами и юрисдикцией в соответствии с международным правом.

В данной работе единое информационное пространство понимается как совокупность данных, технологий их сопровождения и использования, информационно-телекоммуникационных систем и сетей, функционирующих на основе единых принципов и по общим правилам, обеспечивающих информационное взаимодействие организаций и граждан, а также удовлетворение их информационных потребностей.

Таким образом, можно сказать, что основными компонентами единого информационного пространства, требующими особого внимания к надежности их функционирования, являются:

• информационные ресурсы, содержащие данные, сведения и знания, зафиксированные на соответствующих носителях информации;

• организационные структуры, обеспечивающие функционирование и развитие единого информационного пространства, в частности, сбор, обработку, хранение, распространение, поиск и передачу информации;

• средства информационного взаимодействия граждан и организаций, обеспечивающие им доступ к информационным ресурсам на основе соответствующих информационных технологий, включающие программнотехнические средства и организационно-нормативные документы.

Ввиду разнородности компонентов, составляющих единое информационное пространство, для оценки надежности каждого компонента ЕИП приходится применять специфические именно для него методы, а затем строить некоторый интегральный показатель, характеризующий надежность ЕИП в целом. Так, для оценки надежности коммуникационной структуры ЕИП применяются методы теории стохастических систем, математического программирования и теории экстремальных графов [3]. Для обеспечения надежности доступа к информационным ресурсам и их сохранности применяются методы защиты информации и резервирования из теории надежности. Работа организационных структур во многом регулируется законодательством РФ в рамках концепции формирования и развития единого информационного пространства России и т.д. [2].

Первым вопросом, требующим решения, является вопрос о структуре единого информационного пространства. Для представления такой структуры удобнее всего будет разложить ее на уровни и представить в виде дерева. В общем виде структура ЕИП Арктических регионов РФ представлена на рис. 1. На первом уровне находится федеральное ЕИП, включающее в себя единые информационные пространства семи субъектов РФ и прилегающих к этим территориям, землям и островам внутренние морские воды, территориальное море, исключительная экономическая зона и континентальный шельф РФ, в пределах которых Россия обладает суверенными правами и юрисдикцией в соответствии с международным правом. На втором уровне находятся ЕИП каждого из вышеупомянутых субъектов РФ в отдельности. Единые

информационные пространства субъектов РФ включают ЕИП уровня муниципалитетов (районов, округов, крупных предприятий, государственных

учреждений и т.д.).

ЕИП

ЕИП (Уровень ЕИП (Уровень ЕИП (Уровень ЕИП (Уровень ЕИП (Уровень ЕИП (Уровень ЕИП (Уровень

субъекта РФ) субъекта РФ) субъекта РФ) субъекта РФ) субъекта РФ) субъекта РФ) субъекта РФ)

ЕИП ЕИП ЕИП ЕИП ЕИП ЕИП ЕИП

(Муниципальный (Муниципальный (Муниципальный (Муниципальный (Муниципальный (Муниципальный (Муниципальный

уровень) уровень) уровень) уровень) уровень) уровень) уровень)

Рис.1. Структура единого информационного пространства

Таким образом, на высшем уровне иерархии - федеральном, концентрируются основные потоки информации. Спускаясь от этого уровня к нижележащим, можно получить информацию о конкретных учреждениях того или иного региона. С другой стороны, наличие некоторого общего узла (корня дерева) позволяет, в случае необходимости, относительно легко интегрировать ЕИП Арктических регионов в другие ЕИП, например, в ЕИП приарктических стран.

В свою очередь, каждый узел, начиная со второго уровня, должен иметь четкую структуру, аналогичную структуре одноуровневых узлов. Это позволяет существенно упростить навигацию в информационном пространстве, а также ускорить и снизить стоимость разработки внутреннего наполнения узла, т.к. появляется возможность использования стандартных шаблонов. Данное правило не касается только узлов самого нижнего уровня, т.к. решение задачи унификации их структуры является труднореализуемым и не дает значительного практического эффекта.

Формирование ЕИП на уровне региона следует начать с построения структуры ЕИП муниципалитетов и других образований, как наиболее насыщенных информационными субъектами территорий. При этом, на самом общем уровне, топологическую структуру информационных сетей можно представить как S = <D, L>, где D - множество субъектов информационной структуры (различные учреждения в рамках территориального образования), а L - множество каналов связи между ними.

Обобщенную модель информационной сети (информационного пространства) в этом случае можно представить так:

NET=<INF, SRV, SOFT, MEDIA, RUL, POINT, SRS>, где INF - множество информации, т.е. совокупность данных, расположенных на серверах сети;

SRV - множество серверов, т.е. узлов сети, хранящих информацию и предоставляющих к ней доступ. В данной модели к множеству SRV также относится и другое коммуникационное оборудование, включенное в структуру сети;

SOFT - множество (служебного) программного обеспечения, установленного на серверах сети, включая различные платформы операционных систем, протоколы связи, другие «служебные» программы, для организации коммуникаций, и т.п.;

MEDIA - множество сред передачи данных;

RUL - множество принципов и правил функционирования сети;

POINT - множество клиентов сети;

SRS - множество сервисов, предоставляемых сетью.

Для конкретизации описания и выбора адекватных методов анализа надежности компонентов ЕИП введем функции типизации каждого из указанных множеств.

Функция определения типов информации, расположенной на серверах сети: (Vx e INF)(cn(x) = z, z e CONTENT) , где CONTENT - типы информации на серверах сети.

Функция определения типов серверов (коммуникационного оборудования): (Vx е SRV)(tsrv (X) = z,zg TSVR), где TSRV - типы серверов (коммуникационного оборудования).

Функция определения типов программного обеспечения:

(Vx е SOFT)(os(x) = z,ze OS), где OS - типы (служебного) программного обеспечения, установленного на серверах сети.

Функция определения типов сред передачи данных:

(Vx е MEDIA)(dl(x) = z,ze DL) , где DL - типы сред передачи данных.

Функция определения типов/наборов принципов и правил функционирования сети: (Vx е RUL)(pol(x) = z,ze POL) ,

где POL - множество типов/наборов правил (политик) функционирования сети.

Функция определения типов клиентов сети:

(Vx е POINT)(cl(x) — z, z е CLIENT), где CLIENT - множество типов клиентов сети.

Функция определения типов сервисов, предоставляемых сетью:

(Vx е SRS)(tl(x) = z, z £ TOOL) , где TOOL - типы сервисов, предоставляемых сетью.

Рассмотрим для примера, как может быть описан некоторый абстрактный узел ЕИП с помощью указанных выше функций типизации:

DOT_X= <cn (dot_x) = “map” & “lawloc”; // тип информации на сервере - карты и нормативно-правовые акты органов местного самоуправления.

tsrv (dot x) = “IBMSystemp5 550QExpress”; //тип сервера.

os (dot_x) = “IBMAIX5L ”; //тип операционной системы.

dl (dot_x) =“SMF” //тип среды передачи данных - Single Mode Fiber (одномодовое оптоволокно).

pol (dot_x) = “map” = group__3 & “law loc” = all; // данные типа “карта’ доступны только пользователям из группы №3, а данные типа “ нормативно-правовые акты органов местного самоуправления” доступны всем пользователям.

cl (dot_x) = “0”; //тип клиента не определен.

tl (dot_x) = ““web” & “ftp”; // данным узлом предоставляется веб-сервис и сервис передачи файлов по протоколу ftp.>

В конкретных условиях описание некоторого узла или ресурса ЕИП может иметь другой вид, однако структура такого описания должна сохраняться. Наличие структурированного описания узлов (ресурсов) ЕИП позволяет повысить скорость и эффективность поиска необходимой информации и обеспечения интеграции нескольких узлов в «виртуальное пространство» для решения конкретной задачи, выраженной формальной моделью.

В ходе решения реальных задач обычно нет необходимости задействовать все уровни ЕИП, а достаточно организовать бесперебойное взаимодействие лишь некоторых из них. В такой ситуации проводить оценку надежности всех узлов или даже отдельной ветви ЕИП, может оказаться излишним. Необходимый уровень надежности для конкретной задачи может быть достигнут обеспечением надежности только тех узлов, ресурсов и связей, которые задействованы в ее решении.

Однако, при решении некоторых специфических задач, связанных с принятием решений в реальном масштабе времени, возможно, варьирование некоторых начальных условий и целей прямо в процессе решения, что может привести к необходимости добавления, исключения или модификации узлов (ресурсов) и связей и, как следствие, переоценке их надежности. В таких условиях необходимо использовать подходы, при которых структура «виртуального пространства» для подобных задач могла бы меняться в автоматизированном режиме. Примеры реализации таких подходов представлены в [6].

Надежность ЕИП в работе понимается как устойчивость системы приема-передачи информации к внешним воздействиям и внутренним возмущениям, а также как гарантия получения информации: 1) в полном и неискаженном виде; 2) только заданными адресатами; 3) в удовлетворительные сроки.

В качестве инструмента оценки надежности функционирования ЕИП предлагается использовать следующую методику оценки надежности на основе использования нечетко-логических моделей (НЛМ).

Оценку надежности предлагается проводить «снизу в вверх» на основе построения нечетко-логической модели и модифицированных методик оценки безопасности технологических процессов (выделение центра и индекса безопасности).

1. На первом шаге необходимо произвести построение нечеткологических моделей нижних уровней (НЛМкХИ - нечетко-логическая модель хранимой информации к-го уровня; НЛМкИС - нечетко-логическая модель информационных систем к-го уровня; НЛМкЛВС - нечетко-логическая модель вычислительных сетей к-го уровня) для оценки степени надежности текущей ситуации;

2. На втором шаге нужно произвести выделение так называемого «Центра надежности», описывающего допустимые значения параметров, определяющих надежность;

3. Далее следует построить и оценить «Индекс надежности», который дает количественную характеристику отклонения параметров от «Центра надежности»;

4. Получив количественную оценку, нужно произвести корректировку параметров;

5. После достижения необходимых показателей надежности на к-том уровне, следует перейти к построению нечетко-логических моделей нижних

уровней (НЛМк+1хи; НЛМк+1ис; НЛМк+1ЛВС), и так до тех пор, пока не будет достигнут самый нижний уровень модели.

Заключение

Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод, что построение ЕИП возможно путем модульного построения отдельных информационных систем по территориальному принципу «сверху-вниз». Модули информационной сети должны отвечать принципам совместимости и достижимости по информационному ресурсу на горизонтальном и вертикальном уровнях их организации; открытостью и адаптируемостью к постоянно меняющимся условиям функционирования; автономностью; инвариантностью данных к моделям развития и механизмам управления; адекватностью организационных структур [5]. Для оценки надежности функционирования ЕИП, напротив, предлагается применить метод оценки «снизу в вверх», основанный на применении нечетко-лингвистических моделей, выбор которых связан с большой долей неопределенности, возникающей при попытках определения причины и источника отказа в обслуживании.

Литература

1. Ракитов, А.И. Россия в глобальном информационном процессе и региональная информационная политика / А.И. Ракитов // Проблемы информатизации. - М.: 1993. -Вып. 1 - 2. - С.20-26.

2. Финько, О.А. О развитии информационного пространства России /О.А. Финько // Информационные ресурсы России, 1998. - №1. - С.12-13.

3. Вишневский, В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей / В.М. Вишневский // Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. - М: Техносфера, 2003. - 512 с.

4. Постановление Президиума ЦИК СССР от 15.04.1926 "Об объявлении территорией Союза ССР земель и островов, расположенных в Северном Ледовитом океане". - "СЗ СССР", 1926, № 32, ст. 203.

5. Фролов, В.Н. Информационно-логическая модель организационного управления в распределенной вычислительной системе / В.Н. Фролов, Д.В. Сысоев, Н.Г. Филонов // Информационные технологии и системы. Международная академия информатизации. - Воронеж, 1998. - С.123-125.

6. Емельянов, С.В. Информационные технологии регионального управления / С.В. Емельянов, А.Г. Олейник, Ю.С. Попков, В.А. Путилов.- М.: Едиториал УРСС, 2004. - 400 с.

Сведения об авторах Вицентий Александр Владимирович

к.т.н, научный сотрудник. Учреждение Российской академии наук Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН. Россия, 184209, г. Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, д. 24A. е-mail: alx_2003@mail.ru

Alexander V. Vicentiy

Ph.D. (Tech. Sci.), researcher. Institution of Russian Academy of Sciences, Institute for Informatics and Mathematical Modeling of Technological Processes, Kola Science Center оf RAS.

Russia, 184209, Apatity Murmansk region, Fersman St. 24А.