Delist.ru

Разработка научно-методического аппарата анализа функциональной стабильности критичных информационных систем (30.08.2007)

Автор: Сундеев Павел Викторович

активен,

- порядковый номер физического интерфейса в перечне типовых физических интерфейсов системы.

???????u?"???????¤?¤?$???????u

активен,

- порядковый номер синтаксического интерфейса в перечне типовых синтаксических интерфейсов системы.

активен,

- порядковый номер семантического интерфейса в перечне типовых семантических интерфейсов системы.

физического модуля; интерпретация i, создание g, уничтожение d, копирование c, перемещение m абстрактного модуля). В случае детализации (агрегирования) информационных отношений или специфики семантических отношений в системе необходимо уточнять ролевые функции модулей. Например, при моделировании отношений в операционной системе могут использоваться ролевые функции чтение r, запись w, выполнение x и т.п. Реакция на реализацию ролевых функций заключается в удалении или добавлении вершин мультиграфа G, дуг в остовных подграфах или FLS-интерфейсов модулей (дуг, инцидентных одной вершине).

В пятой главе изложено описание методов построения и анализа МК-сетей: раскрыты механизмы формирования и анализа матричной МК-модели архитектуры, дано обоснование применения аппарата математической логики для построения и анализа МК-модели КИС. Проведен анализ пространства поиска состояний, показана возможность его сокращения редукцией порождающего графа.

Построение МК-модели основано на последовательном эквивалентном преобразовании графовой и математической (матричной или логической) моделей информационной архитектуры, представленных в виде МК-сети. Комплекс моделей ориентирован на автоматизированное моделирование информационной архитектуры и анализ ее функционально-структурных свойств. Исходными данными для моделирования являются получаемые в результате предварительного обследования КИС сведения о парных FLS-отношениях между модулями архитектуры и кластерных FLS-ограничениях, обеспечивающих стабильность информационного процесса.

либо самого мультиграфа.

Требование по автоматизации построения и анализа МК-сети предполагает переход от визуального ее представления в графовой форме к формальному представлению в математической форме. В методах построения и анализа МК-сетей используется математический аппарат логики исчисления предикатов и теории матриц. В первом случае FLS-мультиграф и правила переходов состояний описывается предложениями математической логики, во втором случае МК-сеть представляется бинарными FLS-матрицами, а правила переходов состояний могут задаваться правилами изменения матриц. Выбор формального аппарата описания МК-сети зависит от ограничений на постановку задачи исследования.

, а дуги нагружены событиями r из множества событий R. Проблема, связанная со сложностью построения полного графа пространства состояний решается редукцией порождающего графа на основе использования эвристик предметной области.

Рисунок 9 - Структура графа состояний модульно-кластерной модели информационной архитектуры КИС

Методы построения и анализа МК-сетей

Анализ ФС КИС заключается в построении формальной МК-модели информационной архитектуры в виде МК-сети, поиске множества ее состояний и оценке их соответствия системе кластерных ограничений, введенных в математическую модель.

Более подробно в автореферате рассмотрены матричные методы построения и анализа. В матричных методах для реализации формального анализа система представляется в виде комплекса ортогональных матриц и решающих правил преобразования матриц, определяющих семантику информационных отношений и позволяющих отразить динамику смены состояний в ходе реализации информационного процесса (рисунок 10).

F C матрицы, если проводится построение LС матрицы, или записи «1» в той же позиции F C и LC матриц, если проводится построение S С матрицы, т.е.

соответствующих F C, LC или S C матриц смежности записывается «0». Для упрощения модели предполагается, что каждый модуль достижим из самого себя, т.е. главные диагонали FLS-матриц смежности содержат запись «1».

информационных интерфейсов (FLS-интерфейсов) модулей. Построение подматриц FLS-интерфейсов производится на основе данных о входных и выходных FLS-интерфейсах модулей, которые содержаться в графической объектно-ориентированной МК-модели информационной архитектуры. Столбцы FLS-подматриц проиндексированы номерами соответствующих выходных F, L или S интерфейсов объекта qi, а строки проиндексированы номерами соответствующих входных F, L или S интерфейсов объекта qj. Выделение типовых FLS-интерфейсов, их классификация, введение общей нумерации в пределах множеств интерфейсов FI, LI и SI, определение наличия интерфейсов у модулей производится на стадии обследования системы и построения объектно-ориентированной МК-модели информационной архитектуры. Элементам подматриц FLS-интерфейсов присваивается значение «1», если и только если совпадают номера соответствующих парных (выходящих для qi и входящих для qj) FLS-интерфейсов.

- подматрицы смежных физических, синтаксических и семантических выходных для объектов qi и входных для объектов qj информационных интерфейсов;

– индексы подматриц физических, синтаксических и семантических интерфейсов;

- номера выходных FLS-интерфейсов объекта qi;

- номера входных FLS-интерфейсов объекта qj.

соответствует одно или несколько логических правил (стереотипов s-интерфейсов), на основании которых происходит преобразование FLS-матриц смежности, подматриц FLS-интерфейсов модулей и матриц достижимости модулей FД, LД, S Д. Логические правила определяют семантику процедур обработки данных исполнительной подсистемой в ходе реализации информационного процесса. Их применение к исходным матрицам смежности дает возможность получить все промежуточные состояния системы в виде FLS-матриц достижимости модулей, отражающих динамику поведения модели системы W.

Различным квадратным бинарным FLS-матрицам смежности соответствует единственная FД, LД или SД матрица достижимости и они связаны булевым уравнением

n*-1). FLS-матрицы достижимости определяют FLS-подграфы общего мультиграфа достижимости.

содержит запись «0». Таким образом, кластерные FLS-матрицы формально отражают информацию о кластерных FLS-ограничениях.

Анализ МК-сетей заключается в сравнении функционально-структурных свойств существующей и декларируемой функционально-информационной FLS-структуры. Анализ проводится методом нисходящего логического вывода в дедуктивной системе или методом сравнения соответствующих кластерных FLS-матриц и FLS-матриц достижимости модулей, если используется базовая каноническая МК-модель информационной архитектуры.

Кластерные FLS-матрицы содержат информацию о требуемой (декларируемой) для стабильного функционирования системы кластерной FLS-структуре, определяемой на основе априорных данных о FLS-отношениях между модулями, полученных при построении объектно-ориентированной МК-модели информационной архитектуры. FLS-мультиграф и FLS-матрицы достижимости модулей содержат апостериорную информацию о действительной кластерной FLS-структуре, определяемой в ходе эксперимента по формированию динамической модели информационной архитектуры, проводимого в целях поиска функционально опасных состояний системы.

записи «1» при отсутствии в соответствующей кластерной FLS-матрице записи «1» в той же позиции позволяет сделать вывод о наличии траектории информационного процесса, приводящей систему в функционально опасное состояние.

F О, L О или S О матриц функционально нестабильных состояний записи «1» указывает на вершины графа (узлы архитектуры), между которыми имеется возможность дестабилизирующего взаимодействия и для которых необходимо принимать решение о введении дополнительных функциональных ограничений.

В логических методах построения и анализа МК-сети мультиграф описывается предложениями математической логики, к которым применяются процедуры логического вывода, обеспечивающие поиск и анализ состояний модели. Доказательство ФС архитектуры обеспечивается управляемым перебором состояний в ходе реализации последовательности процедур логического вывода при построении графа состояний системы и оцениванием на каждом шаге ФС последнего порожденного состояния. Проверка ФС состояния заключается в установлении всех возможных FLS-отношений между модулями, которые изменялись на последнем шаге, и проверке их принадлежности подмножеству разрешенных для этих модулей кластерных FLS-отношений. Логический вывод является строго формальным процессом, что обеспечивает доказательство соответствия архитектуры КИС системе функционально-структурных ограничений при условии корректности исходных данных.

Рисунок 11 – Схема доказательства отсутствия функционально опасных состояний информационной архитектуры

В шестой главе рассмотрена концептуальная схема алгоритма МК-анализа ФС КИС, который описывает технологию автоматизированного построения и анализа МК-модели информационной архитектурны, обеспечивающую интеграцию методов и средств объектно-ориентированного и математического моделирования с методами разработанного научно-методического аппарата, приведены примеры практического применения разработанного научно-методического аппарата, метод и результаты оценки его эффективности, даны рекомендации по применению МК-анализа для решения прикладных задач.

Технология автоматизированного построения и анализа МК-модели раскрывает последовательность и специфику применения комплекса методов и средств моделирования и анализа, описывает особенности применения объектно-ориентированного моделирования для построения FLS-мультиграфа МК-модели информационной архитектуры. Для иллюстрации содержания алгоритма анализа ФС КИС представлена функционально-структурная диаграмма с основными этапами моделирования (рисунок 12).

Рисунок 12 – Этапы построения МК-модели системы в технологии автоматизированного построения и анализа

В работе приводится пример построения математической модели, который демонстрирует возможность применения МК-анализа для оценивания соответствия декларируемых и реализованных функциональных ограничений. Приводится методика оценки эффективности научно-методического аппарата на основе расчета коэффициента порога принятия решения о ФС информационной архитектуры. Анализ практических результатов подтверждают сходимость теоретических положений и расчетной оценки эффективности. Даны рекомендации по применению разработанного научно-методического аппарата для исследования сложных информационных систем.

В заключении сделаны выводы, раскрыты направления и перспективы совершенствования и применения разработанного научно-методического аппарата.

Приложения содержат таблицы, диаграммы и исходные тексты программ, к примерам, поясняющим аспекты применения разработанного научно-методического аппарата.

загрузка...