Пакляченко М.Ю.

Воронежский институт МВД России, Россия

Целостность данных в Многоканальных информационных системах с изоморфно-Параллельной структурой

Концептуализация информационных систем в области их классификации определяется исходя из оценки закономерностей ее функционирования и поведения в интересуемой области. В зависимости от сферы применения различают системы передачи информации, управления информацией, обработки информации, телекоммуникационные системы, измерительные системы и т.п. Особый интерес представляют многоканальные информационные системы (МИС) с автоматическим регулированием распределения информации (например, системы обработки информации с возможностью межканальной переадресации).

Автоматическое регулирование подразумевает контроль поведения МИС при малых отклонениях параметров от равновесного или установившегося состояния. Цель регулирования заключается в формировании законов распределения информационных потоков между каналами в соответствии с требуемой задачей. МИС с автоматическим регулированием априори являются динамическими, т.к распределение потоков касается лишь таких систем, в которых все переменные представляются функциями от времени. С математической точки зрения динамическая система представляет собой набор переменных состояния и алгебраических (дифференциальных) уравнений различного вида, заданных для этих переменных и описывающих их изменение с течением времени.

Особенностью МИС является возможность использовать разные каналы для обработки одних и тех же событий, сопровождающаяся неравномерным распределением нагрузки. Способ обработки информации в МИС можно реализовать посредством вариативного соединения каналов: последовательного, параллельного, с обратной связью, и д.р. Использование алгоритмов параллельного соединения каналов и, соответственно, параллельных вычислений в МИС позволяет эффективно решать задачи их управления. Способностью одновременного выполнения операций позволяет достичь наибольшей эффективности при использовании системы, сократить время обработки потоков данных [4].

Идея распараллеливания вычислений основана на том, что большинство задач может быть разделено на набор меньших задач, которые могут быть решены одновременно. Параллельные вычисления существуют в нескольких формах: на уровне инструкций, данных, задач [1]. Параллельные вычисления тесно сазаны с самим процессом конструирования вычислительных устройств. Примером распараллеливания процесса обработки может служить радиотехническое устройство делитель-сумматор мощности, который служит для распределения мощности, поступающей от одного источника между N каналами и последующего сложения результатов работы каналов (мощностей) на общей нагрузке [3].

В системах со структурой делитель-сумматор, т.е обладающих параллельной архитектурой, решение задачи находится в результате выполнения множества простых подзадач (операций). На параллельной системе выходные данные однозначно определяются как состав выполнения комплексов и их последовательность. Привлекательным в данной структуре является факт независимости операций в каналах. МИС со структурой делитель-сумматор обладают большой производительностью в случае однородности каналов.

Математическое моделирование информационных систем такого рода может осуществляться на основе систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), в матрице коэффициентов которой элементы главной диагонали отражают свойство изоморфности канала, а остальные элементы - взаимосвязи между каналами, определяющие быстродействие подсистемы распределения информации между каналами (диспетчеризация) и устойчивость к динамическим нагрузкам.

Основными параметрами и характеристиками МИС с параллельными каналами являются: число каналов, скорость обработки потока данных в одном канале (в случае неоднородности каналов), производительность. Особого рассмотрения заслуживает вопрос организации информационной безопасности при функционировании МИС [2].

Определяющим аспектом обеспечения состояния защищенности МИС является целостность обрабатываемых информационных потоков. Так, к перечню характеристик следует добавить достоверность и скорость передачи потока. Количественной характеристикой оценки достоверности передачи потока является вероятность его искажения и относительное количество ошибочно обработанных данных. Требования к этой характеристике могут быть определены системой управлении.

Так как рассматриваемые системы являются функционально однородными потоковыми системами и могут три основные функции: перемещение, хранение и обработку информационных объектов (например, текстовых сообщений, массивов данных, аудио и видео информации), то угрозы нарушения целостности целесообразно дифференцировать относительно уровня функциональной задачи одного канала, или же системы в целом. Целостность потоков на выходе системы, учитывая специфику работы, выражающуюся в параллельном функционировании каналов, будет находиться в прямой зависимости от состояния производительности каждого канала. В этой связи предпочтительными представляются однородные каналы, с точки зрения изоморфизма их свойств.

Подводя итог, можно отметить, что приоритетным при построении систем, связанных с обработкой информационных потоков видится принцип многоканальной реализации их структурных схем. Рациональной организацией распределения входных потоков системы выступает их разделение по параллельным каналам обработки (фильтрации, усиления) в соответствии с приоритетами или степенью загрузки каналов, определяемыми некоторым решающим правилом ил критериями.

К показателям эффективности в части обеспечения целостности информационных потоков при функционировании МИС следует отнести временные критерии, которые определяют оперативность и надежность системы, как способность обеспечения высокого качества информации (с точки зрения целостности) в течение продолжительного времени без сбоев, остановок и перерывов. МИС относят к классу восстанавливаемых систем, в которых после возникновения отказа за нескорое время восстановления происходят поиск и замена отказавшего канала. Наличие автоматического регулирования распределения потоков обрабатываемой информации между каналами обеспечивает повышение информационной безопасности, заключающееся в возможности обработки потока данных одним каналом вместо другого. Возможность реализации данного процесса обуславливается наличием изоморфизма каналов, под которым понимается идентичность их технических характеристик, требующая меньших затрат на реализацию как самой системы, так и мер по обеспечению ее информационной защищенности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гастев Ю. А. Гомоморфизмы и модели. – М.: Наука, 1975. – 152 с.

2. Кириллов В. И. Многоканальные системы передачи. – М.: Новое знание, 2002. – 751 с.

3. Фельдштейн. А.Л. Справочник по элементам полосковой техники. – М.: Связь, 1979 – 337 с.

4. Румянцев М.И. Изоморфизм и гомоморфизм в имитационном моделировании // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. – 2011. – № 4. – С. 14-27.