СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ ЖИВУЧЕСТИ

Создание сложных информационных систем (ИС) требует применения методологии системного анализа, позволяющей учесть многообразие факторов, влияющих на достижение поставленных целей [1, 2]. Системный анализ рассматривается как фундаментальная основа проектирования информационных целенаправленных систем. При этом под целенаправленной системой понимается система, поведение которой ориентировано на достижение заданной цели в условиях воздействия внешней среды [2, с. 23].

В данной работе ставится задача: на основе принципов системного анализа разработать метод синтеза структуры целенаправленной ИС, включающий формализацию цели, декомпозицию цели на подцели, выделение функциональных подсистем, синтез иерархической структуры и оценку эффективности.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) как частный случай распределённой ИС представляет собой многоуровневую иерархическую структуру [1]. Для её формализации введём ориентированный нечёткий граф , где  – множество вершин (узлов системы), – множество нечётких дуг.

Ориентированным нечётким путём  нечёткого графа называется направленная последовательность нечётких дуг, ведущая из вершины x_i в вершину x_j, в которой конечная вершина всякой дуги, отличной от последней, является начальной вершиной следующей дуги [1]:

Живучесть нечёткого графа определяется как способность системы сохранять связность между заданными подмножествами вершин. Пусть заданы два подграфа X1 и X2. Живучесть означает, что существуют пары вершин , для которых степени связности и  не меньше некоторой величины  [2].

Определяем нечёткие транзитивные замыкания [2]:

Вычисляем:

Живучесть:

Ребро описывает изменение состояния системы и определяется набором частных нечётких показателей [1]:

Система частных критериев: 

Первый шаг. Нечёткое отношение предпочтения на множестве критериев [1]:

где  – степень важности.

Второй шаг. Нечёткие отношения предпочтения на множествах локальных вершин  (вершины, связанные с k-й исходящими рёбрами).

Третий шаг. Нечёткое множество недоминируемых локальных вершин [1]:

Чем больше , тем меньше вес ребра .

На рисунке 1 показан фрагмент нечёткого графа с весами рёбер.

Рисунок 1. Фрагмент нечёткого графа ИС

Поиск оптимальной структуры осуществляется с помощью алгоритма Дейкстры [1, 2]. Веса вершин: .

Алгоритм:

1. Формирование множества узлов X и системы критериев H.
2. Построение нечёткого отношения предпочтения по (2).
3. Для каждого  определение  и вычисление (3).
4. Построение графа  с весами .
5. Поиск оптимального маршрута алгоритмом Дейкстры.
6. Оценка живучести по (1). Если , структура принимается.

Для ИС из 5 узлов с подграфами  и критериями: время отклика (h¹), пропускная способность (h²), надёжность (h³).

Результат: добавление ребра  повышает живучесть с 0,72 до 0,91 при росте стоимости на 15 %.

На рисунке 2 представлена синтезированная структура.

Рисунок 2. Синтезированная структура

Заключение

Предложен подход к синтезу структуры ИС на основе оценки живучести с использованием нечётких графов. Разработан алгоритм построения функций принадлежности рёбер. Метод обеспечивает заданный уровень живучести при минимальных затратах на резервирование.

1. Заде Л. Понятие лингвистической пе­ременной и его применение к принятию приближенных решений / Пер. с англ. – М.: Мир, 1976. – 165 с.
2. Анализ и синтез структур информационных целенаправленных систем : монография / Ю.Ю. Громов, М.А. Ивановский, О.Г. Иванова, А.В. Яковлев ; под общ. ред. Ю.Ю. Громова. – Саарбрюкен : LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. – 164 с.