Описание информационного объекта «ПЭВМ»

Имя характеристики	Значение характеристики	Способ определения значения характеристики
	Процессор	Сеlегоn
	Fтакт	333 МГц
…
	Назначение	АРМ ЛПР
…
	Исправность	Да

Принятые в примере 4.2 обозначения для способов определения значений характеристик рассматриваются далее.

Объекты образуют иерархию, по которой характеристики также являются объектами, порождающими единую многоуровневую структуру, описывающую ОУ, решаемые задачи и воздействующую среду.

На самом нижнем уровне иерархии объекты вырождаются в переменные, описываемые именем, множеством значений и множеством допустимых элементарных операций преобразования значений.

Ценность (полезность) информации разумно оценивать по тому эффекту, который она оказывает на результат управления. В связи с этим А. А. Харкевичем была предложена мера ценности информации I _ц, которая определяется как изменение вероятности достижения цели, реализации какой-либо задачи при получении дополнительной информации:

.

Здесь р ₁ — начальная (до получения данной информации) вероятность достижения цели, р ₀ — вероятность достижения цели после получения данной информации. Физический смысл логарифмической единицы ценности информации состоит в том, что информация ценностью в р единиц позволяет повысить качество решения задачи в log р раз.

При этом возможны, как минимум, три возможности.

1. Если полученная информация не изменяет вероятности достижения цели,

.

Это означает, что ценность полученной информации равна нулю. Такая информация называется информационным шумом.

2. Если полученная информация может изменять ситуацию в худшую сторону, т.е. уменьшать вероятность достижения цели,

.

Такая информация называется дезинформацией, которая измеряется отрицательным значением количества информации.

3. Если полученная информация может изменять положение дела в лучшую сторону, т.е. увеличить вероятность достижения цели,

.

Такая информация называется полезной (ценной) информацией. При определении ценности учитывают существенность какого-либо события, своевременность получения информации о нем (рано, поздно, в нужное время), репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, актуальность, точность информации.

Естественным критерием ценности информации служит правило

.

Для уяснения критерия минимума эвристик рассмотрим информационные объекты относительно их изменчивости, вида информации, способа снятия неопределенности с их значений и веса в иерархии, представляющей принятое решение.

По изменчивости выделяют постоянную и переменную информацию.

Постоянная — это такая информация, которая, как правило, не меняется в течение нескольких циклов управления. Обычно это информация о структуре информационного объекта: перечень характеристик (свойств, полей), процедур (методов), применимых к этим характеристикам, и связей между ними.

Переменная информация — информация, изменяющаяся в каждом цикле управления. Это в основном информация о значениях характеристик информационного объекта, получаемая путем применения к нему допустимых процедур.

Изменчивость информации во времени влияет на ее семантическую ценность. Влияние этого изменения особенно сильно сказывается при решении задач оперативного управления. Информация о стихийном бедствии, полученная слишком поздно, не обладает никакой ценностью для жертв этого бедствия, поскольку изменить уже ничего нельзя. И наоборот, информация о прогнозе стихийного бедствия или аварии либо информация об их свершении, полученная вовремя, обладает большой ценностью, так как позволяет принять действенные меры. Поэтому в системах оперативного управления для повышения ценности поступающей информации, повышения уровня управляемости процессами стремятся сократить длительность цикла управления за счет систем автоматизированной обработки данных.

Влияние изменения семантической ценности информации на качество решения задач планирования в силу их специфики не так существенно. Однако если организация при разработке стратегии своего поведения перестает учитывать изменение информации, необходимой для планирования, то такая политика со временем также окажется устаревшей.

По виду информационные объекты разделяют на детерминированные, вероятностные и неопределенные (недостоверные, многозначные). Процедуры получения значений характеристик этих объектов опираются на соответствующие методы, обеспечивающие разную степень точности решений.

По способу снятия неопределенности информационные объекты можно разделить на три группы:

К первой группе относится заранее накопленная постоянная информация, неопределенность которой определяется неполнотой, недостоверностью и неполным соответствием содержанию решения. Эта неопределенность снимается за счет рутинных функций обработки информации {f_р}и функций обмена информацией {f_о}.

Преобразования, связанные с рутинной обработкой и обменом информации, получили наименование информационных задач. В основе автоматизированного решения информационных задач лежат сети обмена информацией, базы данных, информационно-справочные и информационно-поисковые системы.

Вторая группа объединяет информацию, относительно которой неопределенность разрешается с помощью функций принятия решений — преобразования содержания информации f_с на основе расчетов и логических процедур — множеств {r} и {l}.

Преобразования содержания информации получили наименование расчетных (расчетно-аналитических) задач.

Обратим внимание, что в эту группу включены не только собственно расчеты, но и логические задачи, основанные на формальной логике.

К третьей группе относится информация, относительно которой неопределенность разрешается на основе эвристик — множества процедур {e} — волевых решений ЛПР, не подкрепленных объективными математическими методами. Наличие такого способа снятия неопределенности объясняется, с одной стороны, принципиальной невозможностью полного познания любого явления или объекта, ограниченностью наших знаний и познавательных возможностей, а с другой стороны — ограничением времени, выделяемого на принятие решения. В эвристических процедурах существенное место занимают интуиция, выводы по аналогиям, немонотонные выводы, нечеткая логика, методы качественного анализа систем (активной коллективной работы).

По весу все составные информационные объекты можно проранжировать на основе экспертных оценок их вклада в принятое решение.

Итак, множество функций {f_реш} есть объединение множеств:

,

где { f _р}— рутинные функции обработки;

{ f _о}— функции обмена информацией;

{ f _с} — функции преобразования содержания информации.

Отметим, что, во-первых, , т.е. эти множества образуют классы толерантности, и, во-вторых, {f_с} является ведущей группой функций, поскольку состоит в создании новой информации, преобразовании информации о состоянии ОУ и внешней среды в управляющую информацию в ходе анализа, планирования (прогнозирования) и оперативного управления (регулирования, координации действий).

В свою очередь,

,

где { f _k}— множество расчетных процедур;

{ f _l}— множество логических процедур;

{f_e}— множество эвристических процедур.

Классификация информации по виду и задач по способу снятия неопределенности позволяет утверждать, что качество решений зависит от качества методов (типов процедур), применяемых для снятия неопределенности со структуры, и значений характеристик информационных объектов.

Неопределенность решений, снимаемая за счет информационных, расчетных и логических задач, может быть снижена до минимума, так как эти задачи обеспечивают обоснованный вывод решений. Неопределенность информации, снимаемая за счет эвристик, сохраняется, так как объективной процедуры обоснования выбранного решения может не быть. Эта неопределенность и называется остаточной неопределенностью решения Н_ост Величина Н_ост может определяться, как отношение взвешенной суммы эвристик к общей взвешенной сумме всех процедур получения значений характеристик информационного объекта:

,

где a_i - вес процедуры получения значений,i = 1 ,...,т;

n ^(fe) - количество эвристик { f _е} определяющих структуру или значения характеристик информационного объекта, описывающего решение;

n ^(fреш)- общее количество процедур обработки информации всех типов { f _реш}, определяющих структуру или значения характеристик информационного объекта (решения).

Процесс принятия решений при таком представлении состоит в порождении информационного объекта и сопоставлении ему информационного объекта путем последовательного снятия неопределенности со структуры и получения значений соответствующих характеристик на основе { f _s(i)} Ì { f _реш}. Каждый этап этого процесса сопровождается переходом от общих представлений к конкретным данным, снимающим неопределенность относительно {I_реш}. При этом Н_ост, зависит от допустимого времени принятия решения, ограниченного требованиями по оперативности, что отражает естественную связь процесса принятия решения с его продолжительностью.

Приведенные соображения позволяют сформулировать принцип минимума эвристик: чем меньше эвристических процедур в функциях принятия решения, тем качество решения выше.

В соответствии с этим принципом значение, принимаемое на момент окончания принятия решения, отражает обоснованность, а значит, качество решений. Поэтому эффективность принятия решений может оцениваться по разности между остаточной неопределенностью информационного объекта Н_ост, (предоставляющего решение, полученное конкретной системой управления) и минимально возможной остаточной неопределенностью Н_остmin для данного информационного объекта при фиксации времени окончания принятия решений, как ограничения:

,

где Н_ост - остаточная неопределенность информационного объекта, получаемая в конкретной системе управления;

Н_остmin – минимально возможная остаточная неопределенность для данного информационного объекта, получаемая в индивидуальной системе управления.

Критерием, отражающим принцип минимума эвристик для оценки качества решения, служит правило

,

в соответствии, с которым лучшим считается решение, имеющее минимально возможную неопределенность.

В идеальной системе управления используются оптимальные (рациональные) процедуры (если они в принципе могут быть), и применение этих процедур приводит к получению решений за допустимое время. Следовательно, H_реш = 0. Это соответствует идеальному решению. Если в системе управления решения принимаются только на основе эвристик, то неопределенность в предельном случае соответствует случайному равновероятному выбору решения или отсутствию управления.

В реальных системах вместо некоторых оптимальных (рациональных) процедур получения значений характеристик информационного объекта используются эвристики, если значения этих характеристик не могут быть получены за время, выделенное на принятие решения. Следовательно, Н_ост > Н_остmin и неопределенность решений H_реш> О.

Это дает основание проводить сравнение решений, получаемых в разных системах управления, в том числе с использованием автоматизированных систем поддержки принятия решений. Кроме того, критерий минимума эвристик в явном виде показывает зависимость качества решений от времени на принятие решения, соответствует цели, обладает полнотой, измеримостью, ясностью физического смысла, неизбыточностью и чувствительностью.

Иллюстрация процесса снижения неопределенности решения для двух систем показана на рис. 4.17.

Из рис. 4.17 видно, что на момент Т_решдоп неопределенность H_реш(1)>H_реш(2), следовательно, качество решений в СУ 2 лучше, чем в СУ 1. Здесь наглядно показана сущность противоречия между требованиями качества принимаемых решений и оперативностью управления: повышение качества решений требует увеличения длительности цикла управления. Это может привести к запаздыванию выдачи управляющих воздействий, и степень их соответствия состояниям объекта управления снижается. На ликвидацию этого противоречия направлены методы принятия решений, основанные на прогнозировании состояний системы и среды.

4.4.3. ТРЕБОВАНИЯ К УПРАВЛЕНИЮ В СИСТЕМАХ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

В современном мире иногда возникают ситуации, препятствующие нормальному развитию объектов экономики, граждан страны или целого государства, которые осуществляют свою деятельность в соответствии с действующим законодательством и международными правилами. Обычно говорят, что возникают угрозы их нормальной деятельности. Угрозу может создавать какой-то процесс, заранее неизвестный и развивающийся поначалу незаметно (скрытно). Развитие такого процесса не всегда укладывается в рамки законов страны.

Поэтому в развитых странах принимаются специальные законы, кодексы или законодательные концепции о безопасности. Процессы, создающие угрозу, обычно являются: в бизнесе — недобросовестным конкурентом, в военном деле — вероятным противником, при обеспечении безопасности от стихийных бедствий и промышленных катастроф — чрезвычайными ситуациями и др. Далее, только для определенности, мы будем использовать слово «противник», не раскрывая его сущность.

Государства, крупные банки и мощные корпорации создают системы специального назначения для обеспечения безопасности своих подразделений (органов управления), клиентов и граждан. Основными требованиями, предъявляемыми к управлению в таких системах, являются устойчивость, непрерывность, оперативность и скрытность.

Устойчивость. Это способность системы к сохранению значений характеристик при воздействии возмущений. Понятие относится к конкретным функциям систем управления. Так, управление может быть устойчиво по отношению к одним возмущениям и неустойчиво по отношению к другим, например по отношению к иностранным техническим разведкам обеспечивать скрытность передачи информации, но не обеспечивать скрытность ее обработки.

Устойчивость наиболее глубоко изучена для детерминированных и стохастических систем, рассматриваемых в теории автоматического управления. В ней применяются различные показатели устойчивости: устойчивость по Ляпунову, устойчивость по вероятности, практическая устойчивость, орбитальная устойчивость и т.д. При этом предполагается, что случайными факторами можно пренебречь или они носят характер малой помехи, как это имеет место, например, во многих системах автоматического регулирования. Однако такое допущение неправомерно в сложных системах, которым противостоит активный противник, имеющий первоочередной целью уничтожение (подавление) системы управления.

В общей теории систем понятие устойчивости формализуется на основе понятия окрестности.

Пусть F:D®Е — заданное отображение, где D — множество причин для каких-либо явлений, Е — множество следствий, вытекающих из этих причин; q_D и q_E — заданные семейства подмножеств D и Е соответственно. Кроме того, имеется причинно-следственная пара элементов — декартово произведение и .

Тогда пара называется устойчивой относительно q_D и q_E в том и только в том случае, если

,

причем — системы окрестностей точек относительно q_D и q_E соответственно.

Представленное выражение означает, что для каждой совокупности состояний а системы, принадлежащей окрестности состояний , существует по крайней мере одна совокупность воздействий b, принадлежащая окрестности воздействий , такая, что при любом воздействии d из заданной совокупности состояние е не выйдет за пределы окрестности . Иначе говоря, небольшие отклонения d не могут привести к большим отклонениям е относительно определенного типа возмущений.

В таких системах управления выделяют три группы подмножеств q_D и q_E, определяющие устойчивость управления относительно реакции на воздействия противника и внешней среды:

• воздействия всех средств противника, предназначенных для нанесения ущерба (значительного или невосполнимого убытка, поражения, приведения в состояние недееспособности или банкротства);

• воздействия всех видов помех, например атмосферных и промышленных помех, целенаправленных или провокационных (ложных) действий противника на рынке;

• климатические, атмосферные и другие воздействия, влияющие на техническое состояние (эксплуатационные характеристики) средств управления.

Таким образом, для систем специального назначения под устойчивостью понимается комплексное свойство управления, характеризуемое живучестью, помехоустойчивостью и надежностью.

Живучесть — способность системы выполнять поставленные задачи в условиях воздействия всех средств поражения противника.

Помехоустойчивость — способность системы выполнять поставленные задачи в условиях воздействий всех видов помех.

Надежность — способность системы выполнять поставленные задачи, сохраняя эксплуатационные характеристики в норме на протяжении заданного периода времени.

Обобщенным показателем устойчивости может служить коэффициент исправной работы К _И — вероятность того, что система будет работоспособна в любой произвольно выбранный момент времени. Коэффициент К _И вычисляется как отношение суммы периодов исправной работы t_И к общей продолжительности эксплуатации системы Т:

K_И=St_И/ Т.

Кроме коэффициента исправной работы используют коэффициент простоя

K_П = 1 - K_И.

Устойчивость обеспечивается комплексом организационно-технических мероприятий, в том числе созданием разветвленной системы и взаимозаменяемостью пунктов управления (ПУ).

Непрерывность. Это способность органов управления доводить решения по выполнению задач до объектов управления в любой произвольно выбранный момент времени. Обеспечивается постоянным знанием органами управления оперативной обстановки, организацией круглосуточных дежурств персонала ПУ, выполнением требований постоянной готовности, мобильности, устойчивости, пропускной способности и скрытности систем обмена информацией.

Оперативность. Это способность системы управления преобразовывать информацию в соответствии с темпом изменения ситуации.

Критерии оценки оперативности задаются ограничениями на длительность цикла управления.

Если ввести допущения, что все процессы, составляющие цикл управления, выполняются последовательно, а их длительности являются детерминированными величинами, то длительность цикла управления в системе найдется как

t_ц=St_фу

где t_фу — время на выполнение функций управления.

После получения решения управляемому объекту потребуется время на его исполнение (t_И). Тогда общая длительность функционирования системы Т, соответствующая одному циклу управления, будет равна

Т= t_ц + t_И

На практике требования к t_ц задаются в виде одного из двух критериев.

Первый из них определяется как

t_ц ≤ T_доп,

где Т_доп— допустимая длительность одного цикла управления, определяемая на основе нормативов управленческого труда.

Такие нормативы определяют временные рамки выполнения основных функций управления.

Второй критерий формулируется как

t_ц = min(t_ц).

Он требует сокращения времени до минимума исходя из конкретных условий ситуации, например, при организации принятия решений и информационного обмена в условиях чрезвычайных ситуаций.

В реальных системах составляющие цикла управления являются случайными величинами. Поэтому выполнение неравенства t_ц ≤ T_доп приобретает вероятностный смысл:

р(t_ц ≤ Тдоп)≥р_задан.

где р_задан — заданное значение вероятности своевременной реализации цикла управления.

Точное аналитическое решение задачи определения р(t_ц ≤ Тдоп)может быть получено только в относительно простых случаях. На практике обычно вероятность р(t_ц ≤ Тдоп)определяется одним из приближенных способов.

Оперативность управления обеспечивается распределением задач и зон ответственности между ОУ, распараллеливанием функций, сокращением времени передачи, обработки, принятия решений. Считается, что основной путь повышения оперативности состоит в автоматизации функций управления.

Скрытность (или конфиденциальность). Это свойство системы управления сохранять в тайне факт, время, место преобразования информации, ее содержание и принадлежность к конкретному органу управления.

Это свойство пересекается с безопасностью информации — способностью противостоять попыткам несанкционированного доступа, модификации и уничтожения информации. Критерии оценки этого показателя рассматриваются в специальных дисциплинах.

Скрытность достигается криптографическими (шифрование) и некриптографическими мерами, такими, как ограничение доступа к информации, маскировка и др.

С внедрением автоматизированных систем управления специального назначения в состав основных требований включается качество принимаемых решений. Требования по качеству принимаемых решений рассматриваются в рамках теории семантической и прагматической информации.

Кроме того, в таких системах к группам воздействий, учитываемых при определении устойчивости управления, добавляют еще одну группу — информационные воздействия — специальные программные воздействия на компьютерные средства, в том числе программные вирусы, дезинформация и др.

Поэтому для ИС специального назначения в понятие устойчивости включается понятие информационной живучести, означающее способность выполнять поставленные задачи в условиях информационных воздействий противника.