CC BY
22
УДК 681.518:656.2-027.45
К. П. Голоскоков, М. Ю. Чиркова, Э. В. Логин
РАСЧЕТ ВРЕМЕННЫХ ЗАТРАТ НА ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Дата поступления: 11.05.2017 Решение о публикации: 17.07.2017
Аннотация
Цель: Раскрыть основные структурные схемы организации контроля и коррекции данных в информационных системах (ИС), направленные на достоверность процедур преобразования информации. Показать основные существующие методики контроля и коррекции ошибок в процессе преобразования данных, а также возможность при проектировании ИС оценить затраты времени на преобразование информации с учетом реализации тех или иных методов повышения достоверности. Методы: Показано, что такие затраты зависят от места выполнения контроля, а также от применяемой процедуры контроля. Представлена типовая структура организации контроля и коррекции данных в ИС. Таким образом, оценки значений временных затрат могут быть получены исходя из известных параметров производительности работы технических средств и персонала ИС или на основе контрольного хронометража соответствующих преобразований информации. Эти значения зависят от специфики используемой процедуры преобразования информации. Величины временных затрат могут быть получены на основе соответствующих статистических данных или с помощью метода экспертной оценки. В качестве экспертов в таком случае должны выступать работники соответствующих служб информатизации, имеющие практический опыт решения задач рассматриваемого класса. В том случае, если задержка задана значением времени ожидания, обусловленного возникновением очереди на обслуживание техническим средством на каждом этапе, ее величина может быть оценена методами теории массового обслуживания. Результаты: Предложенные расчетные формулы позволяют на этапе проектирования системы преобразования информации в ИС проводить оценку затрат времени на повышение достоверности преобразования данных и с учетом этого осуществлять выбор наиболее рациональных вариантов обеспечения достоверности данных в процессе их преобразования. Практическая значимость: Расчет временных затрат дает возможность повысить надежность и достоверность информации при проектировании ИС.
Ключевые слова: Информационная система, достоверность, методы контроля, методы обнаружения ошибок, затраты, схемы контроля, коррекция информации.
Konstantin P. Goloskokov, D. Eng. Sci., professor, [email protected] (Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping); Marina U. Chirkova, Cand. Econ. Sci., associate professor, [email protected] (Saint Petersburg State University of Economics); Elina V. Login, assistant, [email protected] (Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University) THE CALCULATION OF TIME SPENT ON IMPROVING THE RELIABILITY AND ACCURACY OF THE INFORMATION IN THE DESIGN OF INFORMATION SYSTEMS
Summary
Objective: To reveal the main structural schemes of control organization and data correction in information systems (IS) focused on the accuracy of data conversion routine. To show the basic existing methods of control and error correction in the process of data conversion, and the possibility for information
systems' engineering to evaluate data conversion time expenditure, taking into account the realization of methods for increasing reliability. Methods: It was shown that such time expenditure depends on the place of control performance, as well as the applied control procedures. A standard structure of control organization and data correction in information systems was presented. Thus, the values of time expenditure may be obtained based on the given operation performance parameters of technical equipment and IS staff personnel, or may be determined on the basis of retiming of the corresponding data conversion. These values depend on the specificity of the applied procedure of data conversion. The values of time expenditure may be obtained on the basis of relevant statistical data or the method of expert evaluation. In this case, the employees of the relevant IT development departments, possessing practical knowledge in the solution of the tasks in question, are to act as experts. In case the delay is set by the value of queue time, conditioned by queue occurrence on facility maintenance at each stage, its value may be assessed by queueing techniques. Results: The evaluation formulas, introduced in the given study, make it possible, at the design stage of the data conversion system in IS, to assess the time required for accuracy improvement of data conversion and, on the basis of it, make a selection of the most efficient data adequacy options in the process of data transformation. Practical importance: The calculation of time expenditure makes it possible to improve the reliability and accuracy of information in the process of IS design.
Keywords: Information system, reliability, control methods, methods for error detection, expenditures, checking circuits, data correction.
В современных информационных системах (ИС) предъявляются высокие требования к достоверности преобразования (сбора, передачи, хранения, обработки и представления) информации. В связи с этим в ИС реализуются различные методы контроля и коррекции ошибок в процессе преобразования данных. При проектировании ИС необходимо иметь возможность оценивать затраты времени на преобразование информации с учетом реализации тех или иных методов повышения достоверности. Анализ функционирования ИС показывает, что эти затраты зависят от места выполнения контроля, а также от применяемой процедуры контроля. В работах [1-4] уделяется основное внимание преобразованию информации, но не предлагаются методики расчета времени, необходимого для преобразования информации. Расчеты надежности и достоверности преобразования информации описаны в [5-9], а определение временных затрат почти не затронуто. В [10-20] раскрыты методы обеспечения надежности программного обеспечения с позиций теории вероятностей, но нет методики оценки временных затрат.
В работах [11-16, 20] рассматриваются методы оценки надежности цифровых релейных устройств без расчетов временных характеристик, в [19, 21] - программное обеспечение,
дается оценка надежности, но не приводится методика, позволяющая на практике производить расчеты затрат времени. В статьях [23, 24] излагаются методы повышения достоверности информации для антивирусного программного обеспечения, но не обсуждаются вопросы, связанные с контролем и коррекцией информации.
Преобразование информации с контролем и коррекцией ошибок без повторного анализа
ПрИ
^ - этап (группа этапов)
преобразования информации;
К
- этап контроля информации с возвратом для коррекции
На рисунке схематически представлена типовая структура организации контроля и коррекции информации в ИС.
Расчет временных затрат на преобразование информации без реализации контроля
Время преобразования единицы информации (символа, реквизита, сообщения и т. д.) Т без учета реализации контроля определяется реализуемой в ИС процедурой преобразования информации, а также производительностью применяемых технических средств и персонала на каждом этапе:
т
Те = Е (тег + *ег X
I=1
где Те,, ti - время ожидания начала выполнения и время выполнения '-го преобразования единицы информации; те - число последовательных этапов преобразования единицы информации.
Без учета процедуры коррекции время выполнения единичного ('-го) этапа преобразования и контроля единицы информации t . равно
Téi = (Tei+ tei + tkei).
в которых V - скорость преобразования на '-м этапе (сим в/с); Мр2 - число разных реквизитов в 2-м сообщении; п - число сообщений
7 парт
в партии; Ьп - длина (число символов) в п-м реквизите.
Таким образом, оценки значений tei могут быть получены исходя из известных параметров производительности работы технических средств и персонала ИС или получены на основе контрольного хронометража соответствующих преобразований информации.
Значения Т. зависят от специфики применяемой процедуры преобразования информации и может быть определена на основе соответствующих статистических данных или с помощью метода экспертной оценкой. В качестве экспертов в этом случае должны выступать работники соответствующих служб предприятия, имеющие практический опыт решения задач рассматриваемого класса. В том случае, если задержка Топределяется временем ожидания, обусловленным возникновением очереди на обслуживание техническим средством на '-м этапе, ее величина может быть оценена методами теории массового обслуживания.
Реализация коррекции выявленных контролем искажений может вносить дополнительные задержки, зависящие от характера применяемой процедуры. Рассмотрим оценки для этих задержек.
Для группы из т последовательных этапов преобразования, охватываемых единым контролем:
те
Т' = tke + 1 (Те'+ tei) = ^ + Т , '=1
здесь tke - время контроля единицы информации.
Значения te¡ в общем виде определяются из соотношений
а) для п-го реквизита tni ;
б) для z-го сообщения tni = £ tni ;
n=1
в) для партии 2-х сообщений tnzi = ппарг • tzi,
Коррекция информации без повторного контроля
Для '-го этапа преобразования к затратам времени на сбор и контроль Т . добавятся затраты на коррекцию (т. е. повторное преобразование) части единиц информации, в которых при контроле будут выявлены искажения. Время сбора единицы информации на м этапе с учетом контроля и коррекции Т.* может быть в этом случае оценено в виде
T* =
| хе' + tei + tkei - при отсутствии возврата,
К' + ^ + ^ + + 4 - при возврате
информации,
m
а среднее время выполнения i-го этапа [Т*е.] равно
т:
ср
= Tei+ Ki+ tM+ T + t'ei ).
Параметры в режиме выполнения коррекции и коэффициент, учитывающий относительную частоту (вероятность) возврата единиц информации контролем, определяются по выражению
а „ = [ Ре{(1 - кш) + Ро (1 - Р)],
[Ме ]Ср = к + а X СС- + С-).
(=1
Предложенные в данной работе расчетные формулы позволяют на этапе проектирования системы преобразования информации в ИС проводить оценку затрат времени на повышение достоверности преобразования информации и с учетом этого осуществлять выбор наиболее рациональных вариантов обеспечения достоверности данных в процессе их преобразования в ИС.
где Р ( - вероятность не выявленного искажения единицы информации на 1-м этапе преобразования; Рко - вероятность ложного срабатывания контрольного органа (схемы, программы, человека) на 1-м этапе; Кш - коэффициент редукции, характеризующий обнаруживающую способность методов контроля на 1-м этапе:
P
Krî = .
В случае неизменности процедуры ожидания и выполнения для 1-го этапа при обычном режиме сбора и заполнении коррекции, т. е. при Т . = Т. и I' = I, получим
1 в1 в1 в1 ег
T* *
ср
= *Ы+ T + tei) • (1 + i).
Для обоих случаев среднее приращение времени выполнения 1-го этапа (за счет реализации контроля и коррекции) [Л7\] составит
ÀT.
ср
= tkei+ (Tei + t'ei) ' ^еГ
Если контролем охватывается группа последовательных преобразований, расчетные соотношения примут вид
T. =
I %ei + tei - при отсутствии возврата,
I'Tei + tei + T'ei + t'ei - ПРИ ^^P^
= tke + Z (Tei + tei) + Z (<i+ t'eiX ср i=1 i=1
Библиографический список
1. Marvin K. S. Digital Communication over Fading Channels / K. S. Marvin, M.-S. Alouini. - New York : A John Wiley &Sons, 2000. - 544 p.
2. Simson M. K. Digital Communication over Fading Channels. - 2-е изд. / M. K. Simson, M.-S. Alouini. - New York : A John Wiley& Sons, 2005. - 936 p.
3. Борисов В. И. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты / В. И. Борисов, В. М. Зинчук, А. Е. Лимарев, Н. П. Мухин, Г. С. Нахмасон. - М. : Радио и связь, 2000. - 384 с.
4. Борисов В. И. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью / В. И. Борисов, В. М. Зинчук, А. Е. Лимарев, Н. П. Мухин, Г. С. Нахмасон. - М. : Радио и связь, 2003. - 640 с.
5. Брусакова И. А. Математическая модель функциональной надежности автоматизированных систем управления / И. А. Брусакова, К. П. Голоско-ков // Вестн. ИНЖЭКОН. - Сер. Технические науки. - 2010. - № 8. - С. 48-51.
6. Голоскоков К. П. Автоматизированная система испытаний в структуре системы управления качеством / К. П. Голоскоков // Науч.-технич. ведомости С.-Петерб. гос. политех. ун-та. Информатика. Телекоммуникации. Управление. - 2008. - Т. 6, № 69. - С. 116-120.
7. Голоскоков К. П. Прогнозирование и оценка технического состояния сложных систем / К. П. Голоскоков // Науч.-технич. ведомости С.-Петерб.
гос. политех. ун-та. - 2008. - Т. 1, вып. № 1 (53). -С. 164-168.
8. Голоскоков К. П. Формирование информационной базы для прогнозирования качества продукции / К. П. Голоскоков // Инновации. - 2009. -№ S1. - С. 91-94.
9. Голоскоков К. П. Прогнозирование с применением теории распознавания образов / К. П. Голо-скоков, М. В. Железняк // Вестн. ИНЖЭКОН. - Сер. Технические науки. - 2011. - № 8. - С. 114-118.
10. Григорьев В. А. Сети и системы радиодоступа / В. А. Григорьев, О. И. Лагутенко, Ю. А. Рас-паев. - М. : Эко-Трендз, 2005. - 384 с.
11. Типикина А. П. Оценка программной надежности микропроцессорных релейных защит / А. П. Типикина, Л. С. Певцова // Интернет-журн. «Науковедение». - 2015. - Т. 7, № 2 (27). - С. 121 (см.: URL: naukovedenie.ru/PDF/74TVN215.pdf ; дата обращения: 05.06.2017).
12. Трофимов А. С. Метод оценки надежности цифровой релейной защиты энергосистем / А. С. Трофимов // Релейщик. - 2016. - № 3. - С. 29.
13. Захаров О. Г. О показателях надежности, связанных с «требованием на срабатывание» / О. Г. Захаров // Релейная защита и автоматизация. - 2013. -№ 4. - С. 44-47.
14. Захаров О. Г. Контрольные испытания блоков питания на надежность / О. Г. Захаров // Релейная защита и автоматизация. - 2015. - № 1 (18). -С. 56-61.
15. Захаров О. Г. Надежность цифровых устройств релейной защиты. Показатели. Требования. Оценки / О. Г. Захаров. - М. : Инфра-Инженерия, 2014. - 128 с.
16. Захаров О. Г. О надежности комбинированных блоков питания БПК-3 (4) / О. Г. Захаров // Энергетик. - 2015. - № 9. - С. 47-50.
17. Захаров О. Г. Аппаратная надежность устройств релейной защиты / О. Г. Захаров // Библиотечка электротехника. - 2016. - № 7 (217). -С. 1-88.
18. Борисов В. И. Вероятностные аналитические модели сетевой атаки с внедрением вредоносного программного обеспечения / В. И. Борисов, Н. М. Радько, А. А. Голозубов, И. Л. Батаронов, Е. В. Ермилов // Информация и безопасность. -2013. - Т. 16, № 1. - С. 5-30.
19. Лаврищева Е. М. Сборочное программирование. Основы индустрии программных продуктов / Е. М. Лаврищева, В. Н. Грищенко. - Киев : Наукова думка, 2009. - 372 с.
20. Дроботун Е. Б. Вероятностные характеристики процессов обеспечения безопасности функционирования автоматизированных систем в условиях компьютерных атак / Е. Б. Дроботун, Д. В. Козлов // Перспективы развития информационных технологий. - 2016. - № 29. - С. 185-193.
21. Бойченко О. В. Способы защиты операционных систем / О. В. Бойченко, А. С. Трофимов // Проблемы информационной безопасности : сб. тр. II Междунар. науч.-практич. конференции. - Симферополь ; Гурзуф, 2016. - С. 135-136.
22. Дроботун Е. Б. Программный комплекс расследования инцидентов информационной безопасности / Е. Б. Дроботун, Д. В. Козлов, А. С. Марковский // Программные продукты, системы и алгоритмы. - 2016. - № 2. - С. 8.
23. Шабуров А. С. Разработка модели защиты информации корпоративной сети на основе внедрения SIEM-системы / А. С. Шабуров, В. И. Борисов // Вестн. Пермск. нац. исслед. политех. ун-та. Электротехника, информационные технологии, системы управления. - 2016. - № 19. - С. 111-124.
24. Дроботун Е. Б. Построение модели угроз безопасности информации в автоматизированной системе управления критически важными объектами на основе сценариев действий нарушителя / Е. Б. Дроботун, О. В. Цветков // Программные продукты и системы. - 2016. - № 3-1. - С. 42-50.
References
1. Marvin K. S. & Alouini M.-S. Digital Communication over Fading Channels. New York, John Wiley &Sons Publ., 2000, 544 p.
2. Simson M. K. & Alouini M.-S. Digital Communication over Fading Channels. 2-oy izd. New York, John Wiley& Sons Publ., 2005, 936 p.
3. Borisov V. I., Zynchuk V. M., Lymarev A. Y., Mukhyn N. P. & Nakhmason G. S. Pomekhozashy-shennost system radiosvyazy s rasshyreniyem spectra sygnalov metodom psevdosluchainoy perestroyky rabochey chastoty [Anti-interference capacity of radio communications systems with signal spectrum broa-
dening by means of frequency hopping method]. Moscow, Radio and communication Publ., 2000, 384 p. (In Russian)
4. Borysov V. I., Zynchuk V. M., Lymarev A. Y., Mukhyn N. P. & Nakhmason G. S. Pomekhozashy-shennost system radiosvyazy s rasshyreniyem spectra sygnalov modulyatsiyey nesushey psevdosluchaynoy posledovatelnostyu [Anti-interference capacity of radio communications systems with signal spectrum broadening by means of pseudo-random sequence of carrier modulation]. Moscow, Radio and communications Publ., 2003, 640 p. (In Russian)
5. Brusakova I. A. & Goloskokov K. P. Matematy-cheskaya model funktsionalnoy nadezhnosty av-tomatyzyrovannykh system upravleniya [Mathematical model of functional reliability of automated control systems]. Vestnyk INZhEKON. Seriya Inzhenerniye nauky [UNECON (Saint Petersburg State University of Economics) Bulletin. Engineering sciences series], 2010, no. 8, pp. 48-51. (In Russian)
6. Goloskokov K. P. Avtomatyzyrovannaya sys-tema ispytaniy v structure systemy upravleniya kachestvom [Automated test system within quality management system]. Nauchno-tekhnicheskiye vedo-mosty Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo poly-tekhnicheskogo univesiteta. Informatyka. Telekom-munikatsii. Upravleniye [Research and engineering bulletin of Saint Petersburg Polytechnical University. Information technologies. Telecommunications. Management], 2008, vol. 6, no. 69, pp. 116-120. (In Russian)
7. Goloskokov K. P. Prognozyrovaniye i otsenka tekhnicheskogo sostoyaniya slozhnykh system [Forecasting and assessment of complicated systems' technical state]. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosty Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo polytekhnicheskogo universiteta [Research and engineering bulletin of Saint Petersburg Polytechnical University], 2008, vol. 1, no. 1 (53), pp. 164-168. (In Russian)
8. Goloskokov K. P. Formyrovaniye informatsion-noy bazy dlya prognozyrovaniya kachestva produkt-sii [Information database formation for the production quality prognosis]. Innovations, 2009, no. S1, pp. 91-94. (In Russian)
9. Goloskokov K. P. & Zheleznyak M. V. Prog-nozyrovaniye s prymeneniyem teorii raspoznavaniya obrazov [Forecasting with application of the theory
of pattern recognition]. Vestnyk INZhEKON. Seriya Inzhenerniye nauky [UNECON (Saint Petersburg State University of Economics) Bulletin. Technical sciences series], 2011, no. 8, pp. 114-118. (In Russian)
10. Grygoriyev V.A., Lagutenko O. I. & Ras-payev Y. A. Sety i systemy radiodostupa [Systems and networks of radio access]. Moscow, Eco-Trends Publ., 2005, 384 p. (In Russian)
11. Typykyna A. P. & Pevtsova L. S. Otsenka programmnoy nadezhnosty mikroprotsessornykh re-leynykh zashyt [Program reliability assessment of microprocessor-based relay protection]. Naukovedeniye [Science studies], 2015, vol. 7, no. 2 (27), pp. 121. -URL: naukovedenie.ru/PDF/74TVN215.pdf (accessed: 05.06.2017) (In Russian)
12. Trofymov A. S. Metod otsenky nadezhnosty tsyfrovoy releynoy zashyty energosystem [Reliability evaluation method for digital relay protection of electric power systems]. Releyshyk [Protection engineer], 2016, no. 3, pp. 29. (In Russian)
13. Zakharov O. G. O pokazatelyakh nadezhnosty, svyazannykh s "trebovaniyem na srabatyvaniye" [On reliability figures, related to "operation demand"]. Re-leynaya zashyta i avtomatyzatsiya [Relay protection and automation], 2013, no. 4, pp. 44-47. (In Russian)
14. Zakharov O. G. Kontrolniye ispytaniya blo-kov pytaniya na nadezhnost [Check tests on reliability of power supply modules]. Releynaya zashyta i avtomatyzatsiya [Relay protection and automation], 2015, no. 1 (18), pp. 56-61. (In Russian)
15. Zakharov O. G. Nadezhnost tsyfrovykh ustroistv releynoy zashyty. Pokazately. Trebovaniya. Otsenky [Reliability of relay protection digital units. Indices. Requirements. Definitions]. Moscow, Infra-Inzheneriya [Infra-Engineering] Publ., 2014, 128 p. (In Russian)
16. Zakharov O. G. O nadezhnosty kombynyro-vannykh blokov pytaniya BPK-3 (4) [On reliability of combined power supply modules BPK-3 (4)]. Power engineer, 2015, no. 9, pp. 47-50. (In Russian)
17. Zakharov O. G. Apparatnaya nadezhnost ustroistv releynoy zashyty [Hardware reliability of relay protection units]. Bibliotechka elektrotekhnika [Small library of electrical engineer], 2016, no. 7 (217), pp. 1-88. (In Russian)
18. Borysov V. I., Radko N. M., Golozubov A. A., Bataronov I. L. & Yermylov Y. V. Veroyatnostniye ana-lytycheskiye modely setevoy ataky s vnedreniyem vre-
donosnogo programmnogo obespecheniya [Probabilistic analytical models of network attack with malicious software infiltration]. Informatsiya i bezopas-nost [Information and safety], 2013, vol. 16, no. 1, pp. 5-30. (In Russian)
19. Lavrysheva Y. M. & Gryshenko V. N. Sboroch-noye programmyrovaniye. Osnovy industrii program-mnykh produktov [Assembly software development. Industry basics of software products]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 2009, 372 p. (In Russian)
20. Drobotun Y. B. & Kozlov D. V. Veroyatnostniye kharakteristyky protsessov obespecheniya bezopanosty funktsionyrovaniya avtomatyzyrovannykh system v usloviyakh kompyuternykh atak [Probabilistic characteristics of security processes of automated systems' functioning in case of computer attacks]. Perspektyvy razvitiya informatsionnykh tekhnologiy [Prospects for the development of information technologies], 2016, no. 29, pp. 185-193. (In Russian)
21. Boychenko O. V. & Trofymov A. S. Sposoby zashyty operatsionnykh system. Problemy informat-sionnoy bezopasnosty [Operating systems' protection methods. The issues of information security]. Sbornyk trudov II Mezhdunarodnoy nauchno-praktycheskoy konferentsii [The 2nd International research and training conference]. Simferopol, Gurzuf Publ., 2016, pp. 135-136. (In Russian)
22. Drobotun Y. B. & Kozlov D. V. & Markovs-kiy A. S. Programmniy kompleks rassledovaniya in-tsidentov informatsionnoy bezopasnosty [Program complex of investigation of information security incidents]. Programmniye produkty, system i algorytmy [Software products, systems and algorithms], 2016, no. 2, p. 8. (In Russian)
23. Shaburov A. S. & Borisov V. I. Razrabotka modely zashyty informatsii korporatyvnoy sety na os-nove vnedreniya SIEM-systemy. [Model development of corporate network information security on the basis of SIEM-system implementation]. Vestnyk Permskogo natsionalnogo issledovatelskogopolytekhnicheskogo universiteta. Elektrotekhnika, informatsionniye tekh-nologii, systemy upravleniya [Perm National Research Polytechnic University Bulletin. Electrical engineering, information technologies, control systems], 2016, no. 19, pp. 111-124. (In Russian)
24. Drobotun Y. B. & Tsvetkov O. V. Postroyeniye modely bezopasnosty informatsii v avtomatyzyrovan-noy systeme upravleniya krytychesky vazhnymy ob-jektamy na osnove stsenariyev deystviy narushytelya [Model construction of information security threat in automated control system of essential objects on the basis of attacker's scenario]. Programmniye produkty i systemy [Software products and systems], 2016, no. 3-1, pp. 42-50. (In Russian)
ГОЛОСКОКОВ Константин Петрович - доктор техн. наук, профессор, доцент, [email protected] (Государственный университет морского и речного флота им. Адмирала С. О. Макарова); ЧИРКОВА Марина Юрьевна - канд. экон. наук, доцент, [email protected] (Санкт-Петербургский государственный экономический университет); ЛОГИН Элина Валерьевна - ассистент, [email protected] (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
