Современные информационные технологии/2. Вычислительная техника и программирова­ние

 

К.т.н. Кряжич О.А.

Институт телекоммуникаций и глобального информационного пространства НАН Украины, Киев

Вопросы обеспечения жизнеспособности систем реального времени

 

Технологические достижения последних лет позволяют говорить о достижении определенного уровня надежности, устойчивости, гарантоспособности и других показателей обеспечения достоверности информации в результате ее преобразования, хранения и передачи компьютерными средствами.

Актуальность исследуемой темы состоит в том, что возникновение критических ситуаций показывает совершенно другую картину: отказы систем управления и защиты ядерных реакторов и химических предприятий,  невозможность использовать информационные технологии (ИТ) обработки информации для поддержки принятия решений (СППР) на пожарах через отсутствие механизмов адаптации алгоритмов к условиям развивающейся ситуации, несвоевременность и неточность принимаемых решений в разных сферах государственного управления при выходе параметров управляемой системы за пределы, установленные стандартами. Можно ли говорить в таком случае о том, что система надежна и выполняет свою миссию или что система жизнеспособна, то есть, адаптируется в соответствии к изменению ситуации?

Миссия системы определяется в границах времени, в таком случае надежность может быть определена как вероятность, что система будет работать удовлетворительно в течение данного периода времени. Таким образом, жизнеспособность системы может быть представлена как функция времени и решена как задача моделирования вероятности развития определенной ситуации во времени.

Целью работы является исследование возможных направлений решения вопросов обеспечения жизнеспособности во времени в системах обработки информации для поддержки принятия решений в быстро изменяющихся условиях.

Следует отметить, что цель обеспечения жизнеспособности систем получения, обработки и передачи информации рассматривается с момента появления первых образцов электронно-вычислительной техники. Особенно дискуссионным этот вопрос стал в 60-70 годы прошлого века, когда в СССР академик В.М. Глушков представил проект Общегосударственной автоматизированной системы учета и обработки информации (ОГАС) [1], а в Чили британский кибернетик Стаффорд Бир попытался внедрить свой проект «Киберсин» [2]. Однако по мере совершенствования технологий получения, обработки и передачи информации вопрос обеспечения жизнеспособности становится все более проблемным и актуальным.

Любая сложная система состоит из множества компонентов. В самом простом случае, каждый компонент можно описать с двух позиций – функционирования (действия) или ошибки (бездействия). Когда набор операционных компонентов и набор компонентов ошибки определен, можно обозначить статус системы. Проблема состоит в том, чтобы вычислить вероятность использования компонентов системы, обеспечивающих  функционирование системы на некотором отрезке времени, не приводящее к возникновению ошибок. Решение задачи избегания ошибок во времени и позволит говорить о системе, как о жизнеспособной.

Согласно Стаффорду Биру, жизнеспособной является любая система, способная поддерживать свое самостоятельное существование в определенной среде. При этом одна из основных особенностей жизнеспособности – адаптация к изменяющимся условиям [2].

В «Энциклопедии кибернетики» представлена некоторая критика положений Ст. Бира в отношении сложных систем управления. В частности отмечено, что Ст. Бир считал предметом кибернетики только очень сложные вероятностные системы [3], указывается, что термины «сложная система» и «большая система» не тождественны и логически подведена черта: строгое математическое определение сложных систем управления дать практически не возможно, но такую систему можно характеризовать в соответствии с требованиями к точности функционирования, динамической устойчивости, инвариантности относительно внешних возмущений и помех, нечувствительности к изменению параметров, надежности, живучести и т.д. [3].

Академик В.М. Глушков в работе [1] конкретизировал требования, предъявляемые к вычислительным системам управления, выделив семь принципов: автоматизация документооборота, одноразовый ввод данных, динамическая целостность, системное единство, типовость (универсальность и унификация), модульность. В этом же труде анализируется процесс восприятия информации человеком в виде определенных полей, что представляется с помощью математических функций , где t – время, х – точка, в которой измеряется поле, у – величина поля в этой точке. При измерении поля в фиксированной точке х=а функция вырождается в функцию времени . В большинстве случаев все скалярные величины, входящие в соотношение могут принимать непрерывный ряд значений, в виду этого информация, представляемая таким образом, будет непрерывной [1]. В ином случае без необходимых преобразований, точность информации становится ограниченной, в том числе и ограниченной во времени.

Поскольку человек воспринимает информацию в дискретном виде, любая информация может быть аппроксимирована дискретной информацией с установленной степенью точности. Современные требования к технологиям обработки информации породили понятие гарантоспособности, как гарантии достоверности информации во время ее преобразования. Гарантоспособность прежде всего связана с достоверностью получаемой из вычислительной системы информации и связана с нормальной (штатной) её работой, невзирая на наличие допустимых внутренних и внешних возмущений, т.е. система имеет определенный запас устойчивости (стабильности). Однако следует учитывать, что достоверность получаемой информации напрямую зависит от времени свершения событий. Это особо актуально для систем обработки информации в условиях чрезвычайных ситуаций (техногенные катастрофы, лесные пожары, стихийные бедствия и т.п.), поэтому время нельзя рассматривать как несущественный фактор или некоторую абстрактность.

По итогам исследования результаты позволяют сделать некоторые выводы и обобщения:

1) Точность информации имеет ограничение по времени, поскольку на отрезке времени t + Δt происходит ее изменение на указанном промежутке – система претерпевает изменения во времени и отсутствие информации об этих изменениях может стать причиной кризиса системы.

2) Работу любой системы можно представить как задачу моделирования вероятности развития определенной ситуации во времени.

3) Жизнеспособной система в момент времени будет в том случае, если все источники информации о ее деятельности будут поставлять данные, не выходящие за пределы соответствующих допустимых областей.

Все изложенное может быть использовано в моделях, методах и алгоритмах, разрабатываемых для СППР в условиях различных катастроф, чрезвычайных ситуаций, природных катаклизмов, где необходима быстрая адаптация имеющихся алгоритмов к изменяющимся условиям и высокая точность обработки информации для принятия решений.

 

Литература

1. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. - 552 с.

2. Бир Ст. Мозг фирмы / Бир Ст. – М.:  Либроком, 2009. – 416 с.

3. Энциклопедия кибернетики: в 2 т. / Под. ред. В.М. Глушкова и др. – К.: Главная редакция украинской советской энциклопедии, 1974. – 1228 с.