Читать онлайн «Нетрадиционные методы оценки надежности информационных систем»

Л. В. Уткин, И. Б. Шубинский НЕТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Под редакцией проф. И. Б. Шубинского Санкт-Петербург "Любавич" 2000 УДК 681+519 Л. В. Уткин, И. Б. Шубинский. Нетрадиционные методы оценки надежности информационных систем. - СПб. : Любавич, 2000. - 173 с: ил. ISBN 5-86983-041-9 Рассматриваются методы анализа надежности информационных систем при нечеткой исходной информации о надежности элементов, основанные на использовании теории нечетких множеств и теории возможностей. В качестве элементов систем могут выступать технические средства, программное обеспечение и человек, участвующий в управлении или принятии решений. Предлагаются различные подходы для построения функции распределения возможностей времени до отказа и интерпретации получаемых результатов анализа надежности. Большое внимание уделено вопросам комбинирования вероятностного и возмож- ностного описаний надежности элементов систем. На основе предлагаемых нетрадиционных методов исследуются новые модели надежности программного обеспечения, а также модели защищенности информационных систем. Большое количество примеров иллюстрируют новые методы. Рекомендуется для научных работников, инженеров и аспирантов, специализирующихся в области анализа и прогнозирования надежности и безопасности сложных информационных систем. Табл. 13, Ил. 24, Библиогр. 106 назв. Рецензент: докт. техн. наук, профессор С. А. Багрецов © Л. В. Уткин, И. Б. Шубинский, 2000 -3- Оглавление Перечень условных обозначений 6 Введение 7 1 Проблемы анализа надежности информационных систем 9 1. 1 Неопределенности описания систем 9 1. 2 Проблемы надежности программного обеспечения . . 12 1. 3 Причины разработки нетрадиционных методов анализа надежности систем 14 1. 4 Обзор нетрадиционных подходов в теории надежности 16 1. 4. 1 Нечеткие вероятности 17 1. 4. 2 Нечеткие состояния 19 1. 4. 3 Возможностный подход к описанию систем . . 20 2 Основные понятия теории нечетких множеств, теории возможностей и теории интервальных средних 23 2. 1 Нечеткие множества и теория возможностей 23 2. 1. 1 Нечеткие множества 23 2. 1. 2 Нечеткие переменные и мера возможности . . 24 2. 1. 3 Обобщенное определение меры возможностей 26 2. 1. 4 Операции над нечеткими переменными и множествами 27 2. 2 Элементы теории интервальных средних 29 2. 2. 1 Признаки и средние 29 2. 2. 2 Внутренняя и внешняя вероятностные меры . 31 2. 3 Определение ФП нечеткого множества 32 2. 3. 1 Объективный подход 32 2. 3. 2 Субъективный подход 33 2. 3. 3 Статистический подход 34 2. 4 Построение ФРВоз нечеткой переменной 34 2. 4. 1 Построение ФРВоз на основе функции правдоподобия 34 2. 4. 2 Построение ФРВоз на основе верхних вероятностей 35 -4- 3 Надежность систем при возможностном описании 37 3. 1 Надежность на основе мер возможностей 37 3. 1. 1 Основные понятия и определения 38 3. 1. 2 Анализ невосстанавливаемых систем 39 3. 2 Анализ надежности с использованием нечетких вероятностей 44 3. 3 Интерпретация показателей надежности 47 3. 4 Граничные уравнения 50 3. 4. 1 Пространство состояний системы и элементов 51 3. 4. 2 Построение систем граничных уравнений ... 51 3. 4. 3 Доказательство справедливости системы уравнений 53 3. 5 Примеры построения системы граничных уравнений 55 3. 5. 1 Система, состоящая из одного элемента ... . 55 3. 5. 2 Система с ненагруженным резервом 57 3. 5. 3 Параллельная восстанавливаемая система . . 59 3. 5. 4 Система с монитором отказов 60 3. 6 Оптимизация загрузки операторов в человеко-машинных системах 63 3. 6. 1 Анализ надежности человеко-машинной системы 63 3. 6. 2 Оптимизация надежности человеко-машинной системы 65 3. 6. 3 Учет динамики утомляемости операторов ... 67 3. 7 Системы с нечеткими состояниями 68 3. 7. 1 Предварительные результаты 69 3. 7. 2 Нечеткие состояния и переходы 71 4 Надежность систем при вероятностно-возможност- ном описании 77 4. 1 Основные подходы 77 4. 2 Невосстанавливаемые системы 80 4. 3 Многозначные невосстанавливаемые системы ... . 83 4. 3. 1 Многозначные элементы 84 4. 3. 2 Многозначные системы 88 4. 4 Функция готовности системы 89 4. 4. 1 Двухсторонние границы функции готовности . 91 4. 4. 2 Алгоритм для вычисления нижней границы . 92 4. 4. 3 Алгоритм для вычисления верхней границы . 92 4. 5 Коэффициент готовности системы 93 4. 5. 1 Оптимистический подход 94 4. 5. 2 Пессимистический подход 95 -5- 4. 6 Оперативная готовность системы 96 4. 7 Последовательная система 100 4. 7. 1 Система из двух элементов 100 4. 7. 2 Последовательная система из η элементов . . 104 4. 8 Системы с ненагруженным резервом 107 4. 8. 1 Дисциплина обслуживания FIFO 108 4. 8. 2 Дисциплина обслуживания LIFO 111 4. 9 Нечеткое поведение оператора 112 5 Комплекс обобщенных моделей надежности программного обеспечения 118 5. 1 Возможностный подход 118 5. 1. 1 Описание модели 119 5. 1. 2 Оценка параметров 120 5. 1. 3 Повышение опыта человека 124 5. 1. 4 Сравнение с моделью Цая 125 5. 2 Вероятностно-возможностный подход 128 5. 2. 1 Общее описание модели 128 5. 2. 2 Модель Джелински-Моранды 132 5. 2. 3 Модель Шика-Вольвертона 133 5. 2. 4 Геометрическая модель Моранды 133 5. 2. 5 Модель Литлвуда-Верола 134 5. 3 Нечеткий аналог моделей, основанных на неоднородных процессах Пуассона 136 5. 4 Комбинированные супермодели 137 5. 5 Надежность информационной системы в процессе функционирования 140 5. 5. 1 Возможностная модель 140 5. 5. 2 Вероятностно-возможностная модель 143 6 Комплекс моделей защиты информации 145 6. 1 Анализ и разработка показателей защищенности . . 145 6. 2 Модели защищенности систем на основе интервальных средних 150 6. 2. 1 Оценки потерь в информационном канале . . 150 6. 2. 2 Анализ потерь в информационной сети ... . 154 6. 3 Нечеткие модели защищенности ИС 160 6. 3. 1 Дискретная модель защищенности системы . . 160 6. 3. 2 Модели, основанные на временных характеристиках 163 Библиографический список 166 -6- Перечень условных обозначений ИС - информационная система МО - математическое ожидание ПО - программное обеспечение ТС - техническое средство ФП - функция принадлежности ФПВ - функция плотности вероятности ФРВ - функция распределения вероятностей ФРВоз - функция распределения возможностей -7- Введение Появление, развитие и распространение сложных информационных систем (ИС), компонентами которых являются технические средства (ТС), программное обеспечение (ПО), человек, требуют новых подходов к оценке их надежности и безопасности.