1.4. Методы анализа автоматизированных информационных систем

В общем случае под анализом понимается процесс исследования системы, основанный на ее декомпозиции с последующим определением статических и динамических характеристик со­ставляющих элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с дру­гими элементами системы и окружающей средой.

Цели анализа системы:

• детальное изучение системы для более эффектив­ного ее использования и принятия решения по ее дальнейшему совершенствованию или замене;

• исследование альтернативных вариантов вновь создавае­мой системы управления с целью выбора наилучшего вари­анта.

Задачи анализа АСУ:

• определение объекта анализа;

• структурирование системы;

• определение функциональных особенностей системы управ­ления;

• исследование информационных характеристик системы;

• определение количественных и качественных показателей си­стемы;

• оценивание и оценка эффективности системы;

• обобщение и оформление результатов анализа.

Анализируемая информационная система представляет собой объект в предметной области. Выделение системы как объекта требует решения следующих основных задач:

• выделить анализируемую систему управления из окружающей среды;

• определить цели и задачи данной системы;

• произвести первичную декомпозицию системы с выделени­ем ее подсистем.

Процесс анализа системы может быть дополнен следующими действиями:

• выделяются подсистемы и помехи со стороны окружающей среды, оказы­вающие положительное или отрицательное влияние на процесс функционирование системы;

• определяются основные и второстепенные критерии оценки функционирования системы;

• делается попытки выделить некоторые общие алгоритмы функционирования системы.

Важным моментом системного анализа является выявление структуры изучаемой системы.

Понятие структуры зависит от задач исследования. Ниже приводятся примеры, подробное рассмотрение которых можно найти в книге [12].

При разра­ботке структуры автоматизированной информационной системы отрасли требуется решить следующие задачи:

• определить множество узлов системы и свя­зей между ними;

• классифицировать задачи, выполняемые с помощью технических средств автоматизированной системы;

• распределить задачи по подсистемам;

• выбрать программные и аппаратные средства, обеспечивающие эффективное функционирование системы.

При создании автоматизированной информационной системы для поддержки процесса управления технологическими процес­сами требуется:

• разработать схему распределения технологических процессов по производственным подсистемам;

• выделить и классифицировать функции управления по производственным подсистемам;

• разработать или подобрать алгоритмы для реализации функций системы.

Под структурой организационной системы подразумевается форма распределения задач и полномочий по принятию решений между лицами или структурными подразделени­ями, составляющими организационную систему, направленную на достижение стоящих перед ней целей.

Основные характеристики структуры системы могут быть разбиты на две группы.

К первой группе относятся характе­ристики, связанные с иерархичностью систем: число (подсистем) рассматриваемой системы, характер взаимосвязей между уровнями (подсистемами), степень централизации и децентрализации в управлении.

Ко второй группе – эффективность функционирования системы той или иной структуры. При этом под эффективностью понимается: затраты на функционирование системы, надежность, устойчивость к внешним помехам. Для информационных систем к характеристикам эффективности работы можно отнести: быстродействие и пропускную способность каналов связи.

Основное назначение информационных систем – предоставление информации конечному пользователю. В информационных – поисковых системах для этой цели используется специальный язык запросов.

Поэтому при анализе работы таких систем особое значение приобретают два вида анализа. Функциональный анализ и информационный анализ.

Функциональный анализ информационной системы позволяет оценить эффективность ее работы и при этом основное значение приобретают показатели:

• определение времени, которое необходимо системе для предоставления информационного ресурса конечному пользователю;

• степень соответствия полученных результатов запросу пользователя;

• вычислительные ресурсы, использование которых необходимо для обслуживания запроса пользователя;

• пропускная способность – количество документов и информационных запросов, обрабатываемых системой в единицу времени.

Дополнительно следует выделить такие особенности функционального анализа как производительность и надежность системы.

Производительность системы – количество пользователей и частота обращения с их стороны к системе.

Надежность – вероятность того, что система будет выполнять свои функции при заданных условиях в течение требуемого периода времени.

Следует так же учитывать типы информационных запросов, обслуживаемых системой.

Информационный анализ предусматривает исследование информационных потоков и массивов данных в данной системе. Информационный анализ позволяет выделить:

• методы и средства передачи данных;

• методы и средства обработки данных;

• методы и средства хранения данных;

• методы и средства представления данных;

• методы и средства ввода – вывода данных.

Перечислим показатели, используемые в процессе информационного анализа:

• количество и скорость передачи информации;

• достоверность передаваемых сообщений;

• направление информационных потоков;

• качественный состав информации.

Для выполнения информационного анализа системы выполняют следующие действия:

• разбиение информационной системы на подсистемы;

• определение направлений информационных потоков и их характеристик.

Для выделения параметров функционального и информационного анализа рассмотрим процесс передачи данных по обобщенному каналу связи.

Рис.1.6. Схема передачи данных.

Передача информации по каналу связи предусматривает использование следующей функциональной цепочки, показанной на рисунке 1.6:

• источник информации;

• кодирующее устройство;

• канал связи;

• декодирующее устройство;

• приемник информации.

Процесс передачи происходит при наличии помех со стороны внешней среды. При проведении информационного анализа следует учитывать ряд особенности процесса передачи.

Информация, циркулирующая по каналам системы, должна подвергаться процедуре кодирования. При выполнении кодирования обычно решают следующие основные задачи:

• преобразование информации к виду пригодному для передачи по каналу связи;

• кодирование информации для ее обеспечения ее конфиденциальности;

• кодирование данных для защиты от искажений при воздействии помех.

Для того, что бы информация была пригодна для восприятия человеком, она подвергается процедуре декодирования, то есть производится дешифрование данных.

Если в процессе передачи имели место искажения, то используются алгоритмы восстановления данных.

Для оценки информационных потоков в системе используются различные методы оценки информации.

Метод оценки информации по Шеннону использует понятия энтропии. Энтропия характеризуется степенью неопределенности при передаче информации от источника к приемнику. По мере поступления информации от источника к приемнику энтропия приемника уменьшается. Для оценки количества информации используется элементарная единица бит. Это такое количество информации, которое уменьшает неопределенность знаний (энтропию) в два раза.

При равновероятных событиях количество информации измеряется по формуле

(1.5)

где N – число равновероятных событий.

Если события наступают с разной вероятностью, то необходимо просуммировать вероятности каждого события:

(1.6)

где p_i – вероятность наступления отдельного события.

При передаче по каналу связи текстовых документов используют алфавитный подход для оценки информационного потока. Количество информации определяется по формуле

(1.7)

где S – количество символов в документе, а i – информационный вес символа. Для определения информационного веса символа используется понятие мощности алфавита документа. Это общее количество символов в алфавите. Информационный вес рассчитывается по формуле

(1.8)

где M – мощность алфавита.

Основным звеном в процессе передачи данных является канал связи. Для оценки эффективности работы канала связи используются следующие основные характеристики:

• пропускная способность – количество данных передаваемых по каналу в единицу времени. Измеряется такая характеристика как бит/сек;

• частотный диапазон – диапазон частот, пропускаемый каналом связи без искажения. Единица измерения Гц;

• динамический диапазон. Позволяет оценить долю полезного сигнала в «шуме», где шум – помехи, действующие на канал передачи данных. Единица измерения – децибел.

Взаимодействие по каналу связи между источником информации и ее потребителем (приемником) может происходить с помощью следующих методов:

• симплексная передача – данные передаются только от источника к приемнику;

• полу дуплексная передача – в процессе обмена данными источник и приемник меняются ролями;

• дуплексная. В процессе информационного обмена участвуют два узла, данные передаются от одного узла к другому без смены ролей.

Информационный анализ систем зависит, так же от типа данных, которые хранятся в системе.

Так в работе [7] предложена методика оценка качества полученной информации на основе набора обобщенных показателей, характеризующих процесс выдачи пользователю документов в документальных информационных системах. При таком подходе выделяются классы документов, показанные в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Типы документов.

В таблице 1.1:

A – массив выданных релевантных документов;

В – массив выданных нерелевантных документов;

С – массив не выданных релевантных документов;

D – массив не выданных нерелевантных документов.

Исходя из приведенной классификации документов, вводятся следующие показатели качества работы информационной – поисковой системы:

а – количество выданных релевантных документов;

b – количество выданных нерелевантных документов;

с – количество не выданных релевантных документов;

d – количество не выданных нерелевантных документов;

Оценка качества производится на основе следующих коэффициентов:

Коэффициент полноты р – характеризует долю выданных релевантных документов во всем массиве релевантных документов:

(1.9)

Коэффициент точности t – характеризует долю выданных ре­левантных документов во всем массиве выданных документов:

(1.10)

Коэффициент шума s – характеризует долю выданных нереле­вантных документов во всем массиве выданных документов:

(1.11)

Коэффициент осадка q, характеризующий долю выданных нерелевантных

документов во всем массиве нерелевантных документов:

(1.12)

Коэффициент специфичности k, характеризующий долю не выданных нерелевантных документов во всем массиве нерелевантных документов:

(1.13)