Содержание к диссертации
Введение
1 Теоретико-методологические подходы к обеспечению потребительского качества веб-ориентированных информационных систем 17
1.1 Архитектурные аспекты анализа потребительского качества экономических информационных систем 17
1.2 Модели принятия решений при проектировании информационной системы 27
1.3 Состояние и проблемы оценки качества информационных систем...38
1.4 Методология выбора информационных систем по критерию функциональной полноты 54
1.5 Целесообразность использования нечетких моделей качества ИС...58
2 Методология оценки потребительского качества информационных систем на базе теории нечетких множеств 66
2.1 Нечеткие модели количественных характеристик качества ИС 66
2.1.1 Обоснование использования нечетких моделей для количественных показателей потребительского качества ИС 66
2.1.2 Методология построения нечеткой модели количественных параметров качества ИС 68
2.1.3 Пример применение нечеткой модели для лингвистической оценки нефункциональных характеристик ИС 72
2.2 Методология интегральной оценки потребительского качества ИС .75
2.2.1 Постановка задачи 75
2.2.2 Алгоритм решения задачи 76
2.2.3 Пример реализация методологии оценки потребительского качества ИС 80
2.3 Нечеткая модель сервис-ориентированной архитектуры 84
2.3.1 Постановка задачи 86
2.3.2 Алгоритм выбора эффективной сервис-ориентированной архитектуры для нечеткой модели 90
2.3.3 Пример использования нечеткой модели 91
2.4 Лингвистическая модель сервис-ориентированной архитектуры 97
2.4.1 Построение лингвистической модели 97
2.4.2 Алгоритм выбора эффективной сервис-ориентированной архитектуры для лингвистической модели 101
2.4.3 Пример использования лингвистической модели 102
2.5 Нечеткая модель корпоративных приложений 105
2.5.1 Постановка задачи 105
2.5.2 Алгоритм формирование эффективного варианта корпоративных приложений информационной системы 106
2.5.3 Пример использования нечеткой модели корпоративных приложений 109
3 Методология анализа рисков потребительского качества информационных систем с использованием нечетких сетей 113
3.1 Анализ неопределенности и рисков проектов создания информационных систем 113
3.2 Обоснование целесообразности использование нечетких моделей при анализе рисков потребительского качества информационных систем 123
3.3 Модель рисков потребительского качества информационных систем на базе нечетких продукционных сетей 125
3.3.1 Модели нечеткого вывода 125
3.3.2 Нечеткая модель оценки рисков потребительского качества проектов информационных систем 132
4 Модели информационных систем для оценки характеристик потребительского качества 155
4.1 Концептуальный анализ аспектов производительности информационных систем 155
4.1.1 Концептуальное представление времени передачи по сети... 158
4.1.2 Концептуальное представление времени обслуживания в маршрутизаторах 160
4.1.3 Концептуальное представление времени обработки сервером 161
4.2 Нечеткая кластеризация как методология построения модели рабочей нагрузки информационной системы 163
4.2.1 Постановка задачи нечеткой кластеризации 166
4.2.2 Алгоритм решения задачи нечеткой кластеризации 170
4.2.3 Пример использования нечеткой кластеризации для формирования рабочей нагрузки информационной системы 172
4.3 Модели производительности информационной системы 176
4.4 Планирование активного эксперимента с ИС 183
4.5 Анализ производительности информационной системы депозитария 185
5 Архитектурные и программные подходы к обеспечению качества информационных систем 197
5.1 Типовые архитектурные решения для информационных систем на платформе MICROSOFT.NET 197
5.2 Шаблоны проектирования информационных систем 209
5.3 Оценка качества объектно-ориентированных программных продуктов 214
5.4 Программа интегральной оценки потребительского качества ИС...225
Заключение 229
Список использованных источников 234
Приложение
- Модели принятия решений при проектировании информационной системы
- Методология интегральной оценки потребительского качества ИС
- Обоснование целесообразности использование нечетких моделей при анализе рисков потребительского качества информационных систем
- Нечеткая кластеризация как методология построения модели рабочей нагрузки информационной системы
Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования. В настоящее время информационные системы (ИС) призваны обеспечить такой уровень поддержки бизнеса, который определяет его поступательное развитие и конкурентоспособность. Современный бизнес является высокодинамичным, а информационные системы, его поддерживающие, широко используют веб-технологии для автоматизации как внутренних, так и внешних бизнес-процессов. С учетом этого крайне актуальными становятся задачи обеспечения высокого потребительского качества информационных систем, базирующихся на веб-технологиях, как при их проектировании, так и при модернизации в ответ на изменяющиеся требования бизнеса. Под потребительским качеством мы понимаем совокупность свойств, которая обусловливает пригодность ИС удовлетворять потребностям пользователя.
На протяжении всего жизненного цикла информационных систем, построенных с использованием веб-технологий, возникает ряд сложных проблем оценки и обеспечения заданного потребительского качества, которые не нашли достаточно полного отражения как в отечественных, так и в зарубежных разработках.
Известные подходы к обоснованию альтернатив в процессе принятия решений по выбору характеристик ИС используют, как правило, детерминированные или вероятностные модели. В то же время для проектов создания и внедрения информационных систем, в особенности с применением веб-технологий, характерна неопределенность, для которой закон распределения входных или выходных случайных величин неизвестен или нет полной уверенности по поводу его функциональной принадлежности или значений параметров. Проведенные автором исследования показали, что модели, учитывающие такой вид неопределенности, ранее не рассматривались применительно к процессу разработки информационных веб-систем.
Для менеджера информационных проектов потребительское качество ИС целесообразно оценивать обобщенным (интегрированным) критерием. Формирование интегрального количественного показателя потребительского качества ИС представляется достаточно сложной задачей как с точки зрения его формирования, так и с точки зрения интерпретации. Существующие подходы к оценке потребительского качества ИС, как правило, базируются на отдельных показателях, и отсутствуют научно обоснованные методологические и теоретические положения для интегральной оценки качества систем, учитывающей как количественные, так и качественные показатели.
Оценка характеристик производительности ИС, во многом определяющих потребительское качество систем, особенно на начальных этапах проектов создания и внедрения ИС, требует применения математических моделей. С учетом широкого применения в корпоративных информационных системах веб-технологий модели производительности ИС должны отображать современные архитектурные решения, обеспечивающие распределенную обработку информации для Интернет-систем. Известные модели оценки производительности ИС не в полной мере учитывают архитектурные особенности корпоративных ИС, построенных на базе веб-технологий.
Вопросы эффективного управления рисками обеспечения потребительского качества на различных этапах проектов создания ИС требуют более детальной проработки моделей рисков, учитывающих особенности современных итерационных подходов объектно-ориентированных технологий.
Показатели качества объектно-ориентированных программных систем не в полной мере отражают подходы к созданию программных систем на базе современных программных платформ (Microsoft.NET, J2EE). Вопросы анализа и мониторинга характеристик качества ИС требуют дальнейшего развития и обобщения с учетом широкого использования веб-технологий в корпоративных информационных системах.
Как отмечается в ряде работ, объектные технологии — это один из подходов, который обеспечивает гибкость и высокую производительность создаваемых программных систем. Возможности объектно-ориентированной технологии создания ИС определяют необходимость дальнейшего развития методологии архитектурного проектирования с использованием типовых моделей.
Вышеприведенные доводы обусловливают актуальность разработки методологии и инструментария построения комплексных моделей анализа потребительского качества ИС в условиях существенной неопределенности, учитывающих как количественные, так и качественные характеристики системы; развития методологии моделей оценки рисков потребительского качества в проектах создания и внедрения ИС; построения моделей оценки производительности ИС, использующих современные веб-технологии; разработки архитектурно-программных моделей, обеспечивающих высокое качество программного обеспечения ИС, при использовании объектно-ориентированных технологий в проектах создания систем.
Степень разработанности проблемы. Теоретические и прикладные исследования в области анализа, оценки и прогнозирования качества информационных систем нашли отражение в трудах отечественных и зарубежных авторов: В-А. Ф. Алмейда, Б. Боэма, В. В. Дика, Е. Н. Ефимова, Дж. Клейнена, В. В. Липаева, Г. Майерса, Н. Г. Малышева, А. Г. Мамиконова, Д. А. Менаске, А. И. Мишенина, Т. Нейлора, С. А. Орлова, А. Н. Пискунова, Г. С. Поспелова, Е. Саати, Е. Д. Стрельцовой, Ю. Ф. Тельнова, Е. Н. Тищенко, М. Фаулера, Г. Н. Хубаева, А. Д. Цвиркуна , Г. А. Черноморова.
Теории нечетких множеств посвящены работы Н. А. Аверкина, А. В. Алексеева , Р. А. Алиева, Л. С. Берштейна, Е.П. Бакулина, А. Н. Борисова, Л. А. Демидовой, Л. Заде, В. П. Карелина, Д. И. Коренькова, С. Я. Коровина, А. В. Леоненкова , Н. Г. Малышева, А. Н. Мелихова , А. О. Недосекина, А. И. Орлова, В. Я. Пивкина, Д. А. Поспелова , А. П. Рыжова, А. Н. Целых, С. Д. Штовба .
Проблемы управления проектами и риски, связанные с проектами, анализируются в работах Ф. П. мл. Брукса, А. М. Вендорова, В. А. Долятовского, М. Кантора, Р. Уокера, В. Д. Шапиро, Д. Ф. Шафера.
Разработке основ объектно-ориентированного анализа и проектирования посвящены работы У. Боггса, М. Боггса, Г. Буча, Дж. Влиссидеса, И. Грэхема, Э. Гамма, Р. Джонсона, Л.А. Мацяшека, Р. Дж. Мюллера, С. А. Орлова, А. Попова , Дж. Рамбо, Д. Розенберга, В. Ю. Романова, К. Скотта, Дж. Р. Трота, М. Фаулера , Р. Хелма, А. Шаллоуея, А. Якобсона.
Однако разработанные к настоящему моменту теоретические и методологические положения не отражают в полной мере проблемы оценки потребительского качества информационных веб-систем, архитектуры проектируемых систем, не учитывают влияния быстроменяющихся требований бизнеса, отсутствует единый методологический подход интегральной оценки потребительского качества ИС, показатели оценки качества объектно-ориентированных программных продуктов не учитывают специфику разработки прикладных систем на базе имеющихся программных платформ, модели оценки рисков на различных этапах проектирования объектно-ориентированных информационных систем слабо формализованы.
Цель и задачи диссертационного исследования. Целью диссертационного исследования является развитие теории, методологии, методов, моделей и инструментальных средств оценки потребительского качества и рисков проектов информационных систем, использующих веб-технологии, для поддержки принятия решений при проектировании и эксплуатации ИС.
Основными задачами исследований, проведенных в соответствии с поставленной целью, являются:
-
разработка моделей интегральной оценки потребительского качества информационных систем, использующих веб-технологии;
-
разработка методологии нечеткого и лингвистического моделирования потребительского качества информационных веб-систем;
-
разработка моделей анализа рисков потребительского качества в проектах создания и внедрения информационных систем;
-
разработка моделей анализа производительности информационных систем, использующих веб-технологии;
-
разработка архитектурных моделей, шаблонов и программного инструментария для обеспечения высокого потребительского качества ИС.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются распределенные информационные системы предприятий и организаций различных отраслей и организационно-правовых форм собственности.
Предметом исследования являются модели и методы оценки характеристик потребительского качества информационных веб-систем, а также модели оценки рисков проектов ИС при объектно-ориентированном подходе к анализу и проектированию таких систем.
Теоретическая и методологическая основа исследования. Теоретическую основу исследования составили труды отечественных и зарубежных ученых по теории экономических информационных систем, оценке качества программных систем, проектированию и моделированию объектно-ориентированных ИС, управлению программными проектами, теории вероятностей и математической статистике, теории нечетких множеств.
Диссертационное исследование также базировалось на современных работах, посвященных анализу и проектированию информационных систем, материалах конференций, статьях в сборниках научных трудов и в периодической печати, информационных материалах, опубликованных в Интернете.
В работе обобщены результаты исследований за период 1980–2007 гг. в области разработки, анализа и прогнозирования параметров информационных систем.
Работа проведена в рамках пункта 2.6 Паспорта специальности 08.00.13 — Математические и инструментальные методы экономики «Развитие теоретических основ, методологии и инструментария проектирования, разработки и сопровождения информационных систем субъектов экономической деятельности: методы формализованного представления предметной области, программные средства, базы данных, корпоративные хранилища данных, базы знаний, коммуникационные технологии».
Эмпирическая база исследования. Эмпирической базой исследования явились экспериментальные и статистические данные, собранные в процессе разработки и эксплуатации корпоративных информационных систем ряда организаций. Основные выдвигаемые научные положения и рекомендации экспериментально подтверждены. Поставленные эксперименты с корпоративными ИС и их компонентами составляют основу предлагаемой методологии исследования качества объектно-ориентированных информационных систем.
Научная новизна диссертационной работы. Научная новизна диссертационного исследования состоит в развитии теории, методологии и инструментария анализа потребительского качества информационных систем. Научная новизна содержит следующие положения.
-
Выполнено теоретическое обоснование целесообразности применения нечетких моделей для оценки потребительского качества корпоративных информационных систем, построенных с применением веб-технологий. В отличие от известных подходов применение нечетких моделей позволяет проводить интегральный учет как количественных, так и качественных факторов, учет системных неопределенностей исходных параметров.
-
Разработана методология нечеткого и лингвистического моделирования потребительского качества информационных систем, включающая:
метод интегральной оценки потребительского качества ИС, отличающийся ориентацией на применение графа с вершинами, состояние которых описывают лингвистические переменные, и позволяющий повысить эффективность принятия решений в процессе проектирования и применения информационных веб-систем;
метод выбора сервис-ориентированной архитектуры информационной веб-системы на основе нечетких и лингвистических моделей, отличающийся постановкой и решением задачи о назначениях в рамках методологии нечетких множеств и позволяющий для предметной области сформировать набор информационных сервисов, потребительское качество которых соответствует требованиям к уровням обслуживания бизнес-процессов;
метод выбора структуры корпоративных приложений информационной веб-системы на основе нечетких и лингвистических моделей, отличающийся постановкой и решением задачи на базе нечетких множеств и позволяющий производить обоснованный выбор системы из набора промышленно поставляемых информационных систем, учитывая их функциональность и уровень потребительского качества для бизнес-процессов предметной области;
метод оценки количественных характеристик потребительского качества ИС на базе нечеткой модели, отличающийся возможностью формализации технических характеристик ИС в рамках нечетких и лингвистических моделей и позволяющий для количественной переменной формировать лингвистическое представление в естественно-языковых категориях, которыми пользуются ИТ-менеджеры, заказчики и конечные пользователи ИС.
-
Обоснована целесообразность использования нечетких продукционных сетей для анализа риска потребительского качества в проектах создания и развития ИС. В отличие от известных предложенный подход позволяет получать лингвистические оценки рисков на различных этапах проектирования ИС, осуществлять анализ рисков, назначение им приоритетов.
-
Разработана нечеткая продукционная сетевая модель оценки рисков проектов информационных систем, отличающаяся ориентацией на применение методологии нечеткого вывода и позволяющая ИТ-менеджерам проводить оперативный анализ риска потребительского качества на различных этапах при проектировании ИС, оперируя естественно-языковыми категориями «высокий риск», «допустимый риск», «низкий риск».
-
Разработаны модели анализа производительности информационных систем, использующих веб-технологии, включая:
модель рабочей нагрузки информационной системы, отличающуюся использованием методов нечеткой кластеризации и позволяющую существенно снизить размерность входных потоков запросов на выполнение транзакций системы в условиях неопределенности, сгруппировав входную нагрузку в ограниченное число нечетких кластеров;
концептуальные модели анализа производительности информационных систем, отличающиеся от известных учетом аппаратно-программных компонент корпоративных информационных систем, использующих веб-технологии, и позволяющие конструировать аналитические и имитационные модели для исследования показателей производительности на системном и компонентном уровнях абстрагирования.
-
Предложены архитектурно-программные модели, отличающиеся конкретизацией для платформы Microsoft.Net и позволяющие ИТ-менеджерам принимать обоснованные решения в процессе объектно-ориентированного проектирования ИС с целью улучшения потребительского качества ИС, использующих веб-технологии.
-
Разработаны инструментальные средства оценки потребительского качества и анализа рисков проектов ИС, отличающиеся программной реализацией нечетких моделей и нечетких сетей и позволяющие разработчикам и ИТ-менеджерам обеспечивать поддержку принятия решений при проектировании и эксплуатации информационных систем, использующих веб-технологии.
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие научные результаты:
-
Методология нечеткого и лингвистического моделирования потребительского качества информационных систем.
-
Метод интегральной оценки потребительского качества ИС.
-
Метод выбора сервис-ориентированной архитектуры информационной веб-системы на основе нечетких и лингвистических моделей.
-
Метод выбора структуры корпоративных приложений информационной веб-системы на основе нечетких и лингвистических моделей.
-
Нечеткая модель оценки количественных характеристик потребительского качества ИС.
-
Нечеткая продукционная сетевая модель оценки рисков проектов информационных систем.
-
Модели для анализа производительности и рабочей нагрузки информационных систем, использующих веб-технологии.
-
Архитектурно-программные модели реализации ИС для платформы Microsoft.Net
Теоретическая и практическая значимость результатов исследования. Теоретическая значимость диссертационного исследования состоит с развитии теории экономических информационных систем в части оценки потребительского качества систем, использующих Web-технологии, на основе применения положений теории нечетких множеств и нечеткого вывода.
Практическая значимость исследования определяется тем, что на основе обобщения известных теоретических и научных результатов автором развиты научные и методологические основы решения важных проблем оценки потребительского качества информационных систем, использующих веб-технологии на этапах разработки и модернизации, анализа рисков потребительского качества в проектах создания и внедрения ИС. Предложенные автором методы, модели и программный инструментарий позволяют проектным и консалтинговым организациям повысить потребительское качество создаваемых информационных систем, использующих веб-технологии, сократить временные и финансовые затраты на проекты ИС.
Теоретические и методологические основы исследования могут выступать в качестве научно-методического базиса в учебном процессе для дисциплин «Теоретические основы экономических информационных систем», «Проектирование информационных систем», «Информационный менеджмент» и «Управление информационными системами».
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные результаты и выводы диссертационной работы обсуждались на международных и всероссийских конференциях, в том числе на VII и VIII международных научно-практических конференциях «Экономико-организационные проблемы проектирования и применения информационных систем» (г. Ростов-на-Дону, 2003 г.; г. Кисловодск, 2005 г.), V и VI международных научно-практические конференциях «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (г. Новочеркасск, 2002, 2004, 2005, 2006 гг.), международной научно-практической конференции «Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем» (г. Новочеркасск, 2003, 2004, 2006 гг.), III научно-практической конференции «Совершенствование методов управления социально-экономическими процессами и их правовое регулирование» (г. Ставрополь, 2002 г.), I региональной научно-практической конференции «Экономика Северо-Кавказского региона на пути к устойчивому развитию в рыночных условиях» (г. Краснодар, 2003 г.), III Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (г. Новочеркасск, 2003 г.).
Основные положения и концепции диссертационного исследования использованы в проектах создания и модернизации информационных систем ряда предприятий, таких как ООО «Южная Софтверная Кампания», группа компаний «ГЭНДАЛЬФ», ООО «СКБ «ГРАФ».
Результаты диссертационного исследования испльзованы при проектировании инструментальных средств, которые зарегистрированы в РОСПАТЕНТе: программный комплекс «ЭМИР», предназначенный для автоматизации деятельности по ведению реестра эмитентом; информационная система внутреннего учета операций и сделок профессионального участника рынка ценных бумаг (ИС-ВнУ); информационная веб-система депозитарного учета профессионального участника рынка ценных бумаг (Web-ДепУ); информационная система учета абитуриентов, успеваемости и контингента высшего образовательного учреждения (АБУКОН); электронная библиотека образовательного учреждения (ЭлБи).
Публикации. Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 37 печатных работах общим объемом 23,1 п. л. (лично автора
22,2 п. л.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа включает 293 страницы основного текста, содержит 17 таблиц, 47 рисунков, 3 приложения. Библиографический список содержит 310 литературных источников.
Модели принятия решений при проектировании информационной системы
Эффективность проектов информационных систем зависит от того насколько она соответствует текущим и стратегическим целям предприятия. Бизнес-процессы, присущие конкретному предприятию, определяют требования к ИС. При изменении целей и бизнес-процессов предприятия адекватно должны изменяться и требования к информационной системе. С учетом динамики изменений, происходящих в бизнесе предприятия, должна модифицироваться и информационная система [221, 222]. Критерии и приоритеты реализации бизнес-процессов предприятия определяют требования к характеристикам функционирования ИС. Комплексный подход к стратегическому планированию и управления информационной инфраструктурой предприятия требует выявления ос новных направлений мониторинга процессов соответствия требований бизнеса и характеристик информационной системы. Результаты мониторинга позволят проводить адаптацию характеристик ИС с целью обеспечения заданной эффективности бизнеса предприятия. В качестве основы управления предприятием должны выступать модели, описывающие иерархию корпоративных бизнес-процессов с требуемым уровнем детализации, критерии и стандарты их реализации, уровни обслуживания информационной системой деятельности предприятия [157], которые определяют основные показатели для планирования и контроля корпоративных процессов, оценки эффективности бизнеса. Уровни обслуживания определяются требованиями эффективной реализации бизнес-процессов и характеризуют потребительское качество ИС. Для современных информационных систем использование веб-технологий является обязательным требованием. Уровни обслуживания для таких систем имеют ряд отличительных характеристик, которые не являются критичными для других распределенных клиент-серверных систем. Такими характеристиками являются [286, 289, 290, 291, 293]: - готовность, которая характеризует интервал времени, в течение которого приложения доступны для использования; - управляемость, определяющая степень управления распределенными приложениями; - производительность, определяемая как пропускная способность транзакций и использование ресурсов информационной системы; - надежностью, подразумевающая все, что касается бесперебойной работы приложений; - масштабируемость, обеспечивающая возможность добавления ресурсов в приложение в целях адекватного увеличения возможностей его сервиса; - безопасность приложения и данных; - размер объектов (текст, графика, видео, аудио), получаемых браузером от Web-сервера (от 103 до 107 байт); - количество пользователей, которое может доходить до сотен тысяч и миллионов. При анализе и прогнозировании производительности информационной системы, использующей веб-технологии, необходимо учитывать следующие характеристики [115, 167]: - архитектуру системы; - программное и техническое обеспечение сервера; - контент сайта; - характеристики приложений; - пропускную способность сети. Инфраструктура информационной системы, базирующаяся на веб-технологиях, включает пользовательские браузеры и различные типы серверов: - веб-сервер; - сервер транзакций; - прокси-сервер; - кэш-сервер; - беспроводной шлюзовой сервер; - зеркальный сервер. Рабочие характеристики (производительность) веб-инфраструктуры становятся критичными для бизнеса, с точки зрения потребительского качества ИС, и поэтому их анализ и прогнозирование является важной задачей проектирование и сопровождения информационных систем.
Методология интегральной оценки потребительского качества ИС
Для интегральной оценки потребительского качества ИС будем использовать качественные шкалы и отношениях предпочтения между факторами в структуре иерархии этих факторов. Принципы формирования иерархии факторов, определяющих потребительское качество ИС, и отношения порядка между ними должны определяться требованиями бизнеса. Потребительское качество ИС (COIS - Consumer Quality of the Information System) будем описывать следующей нечеткой моделью [96, 97]: CQIS = G,L, Р, А , (2.9) где G - граф дерева [181, 190] с вершинами F)(j = 0, ..., ND), каждой из которых поставлено в соответствие некоторое множество лингвистических значений x j є Lj, характеризующих состояние фактора, определяющего конкретный показатель качества ИС; L = { Lj, (/ = 0, ..., No)} — набор лингвистических значений (качественных оценок) уровней каждого фактора (вершины дерева графа); Р — система отношений предпочтения одних факторов другим для одного уровня иерархии факторов (задается для вершин дерева одного уровня иерархии); А - набор операторов агрегирования информации, который определен для не концевых вершин графа и позволяет на основе оценок состояния подчиненных вершин вычислять её состояние (значение лингвистической переменной). При использовании пятиуровневого 01-классификатора (пентарной шкалы) для факторов набор Lj может состоять из следующих компонентов: {Очень Низкий уровень (ОН), Низкий уровень (Н), Средний уровень (С), Высокий уровень (В), Очень Высокий уровень (ОВ)}. Для трехуровневого 01-классификатора (триарной шкалы) факторов набор Lj будет содержать следующие компоненты: {Низкий уровень (Н), Средний уровень (С), Высокий уровень (В), }. Требуется: на основе модели (2.9) определить лингвистическое значение потребительского качества ИС с использованием пятиуровневого (трехуровневого) 01-классификатора. Систему отношений предпочтения одних факторов другим для одного уровня иерархии модели (2.9) будем представлять в следующем виде: P = {Ft( p)Fj\ p Є ( ;»)}, где - - отношение строгого предпочтения, « - отношение безразличия или индифферентности. Отношение предпочтения вводятся следующим образом. Предположим, что на основе информации, полученной от экспертов, для факторов (вершин графа) одного уровня иерархии F, и Fj введено четкое отношение нестрогого предпочтения R. Это соответствует тому, что для любой пары значений лингвистических переменных (ХІ, xj) можно сформулировать одно из следующих утверждений: - х, не хуже Xj, то есть (х;., Xj ) є R; - Xj не хуже xh то есть [Xj, х J є R; - Xj и Xj, не сравнимы между собой, то есть [xj ,Xj) R и [х , х.) g R. Отношение строгого предпочтения Rs и отношение безразличия Rj соответствующие отношению нестрогого предпочтения R, определяются следующим образом. Отношение строгого предпочтения Rs , т.е. Ft - Fj, (xt ,х )є Rs на множестве факторов одного уровня иерархии Ft и Fj представля ет собой множество пар значений лингвистических переменных (xit xj) для которых выполняются следующие условия: ХІ не хуже Xj, то есть \х()х )є R; Xj не хуже Xt, то есть \Xj, XJ g і? . Если имеющаяся у эксперта информация о форме отношения предпочтения недостаточна, то между факторами одного уровня иерархии Ft и Fj существует отношение безразличия Rj (Fj « Fj — индифферентность). В этом случае между лингвистическими переменными xt и Xj существует отношение безразличия [Xj.Xjje Rj тогда и только тогда, когда утверждения «х,- не хуже Xj» и «Xj не хуже х,» одновременно выполняются т.е., [x XjjeR и (х ,x{)eR или одновременно не выполняются, т.е. \Х.,Xj) R и (х.,xt) R. Для лингвистической оценки потребительского качества информационной системы, представленной нечеткой моделью (2.9), необходимо для каждой не концевой вершины графа сформировать оператор агрегирования информации, который на основе оценок состояния подчиненных вершин позволит вычислить её состояние. Выбор оператора агрегирования во многом определяется свойствами предметной области ИС и производится на основе доступной информации от экспертов и анализа функционирования системы. Так в [208] рассматривается задача выбора адекватных операторов агрегирования базируется на обучении с использованием генетических алгоритмов и нейронных сетей.
Обоснование целесообразности использование нечетких моделей при анализе рисков потребительского качества информационных систем
Анализ рисков проектов создания и внедрения информационных систем показывает, что процессы проектирования характеризуются существенной неопределенность и зависят как от количественных, так и от качественных факторов. Это в наибольшей степени относится к анализу группы рисков потребительского качества ИС. Риски, относящиеся к группам планирования стоимости, в основном характеризуются количественными факторами. Учет неопределенности в известных моделях управления рисками осуществляется, в основном, с помощью вероятностных схем. Вероятностный подход базируется на статистической обработке исторических данных по реализованным проектам. В большинстве случаев получение статистически значимых оценок видов законов распределения случайных величин и процессов, а также их характеристик является проблематичным из-за недостаточных объемов выборки. Кроме того, для анализа рисков потребительского качества ИС объединение в одной модели количественных и качественных факторов представляет значительную трудность. Разрешение противоречий существующих моделей управления рисками проектов ИС может быть получено путем применения нечетких моделей [24, 25, 26, 118, 206]. Как отмечается в [26] применение нечетких моделей является эффективным когда: - имеется недостаточность или неопределенность знаний об исследуемой системе или процессе; - получение требуемой информации сопряжено с различными трудностями или вообще невозможно; - основная часть информации получена на основе экспертных данных или эмпирических описаний процессов; - параметры и входные данные не являются точными и корректно представленными. Данные соображения обуславливают целесообразность применения нечетких моделей для моделирования рисков потребительского качества ИС в проектах создания и внедрения информационных систем. Следует отметить, что нечеткие модели не подменяют известные методологии аналитического и имитационного моделирования систем, в которых вероятностные зависимости достаточно адекватно представлены.
Нечеткие модели целесообразно применять для описания систем, в которых преобладают качественные показатели над количественными и имеются ограниченные наборы статистических данных, которые не позволяют достоверно определить виды и параметры вероятностных распределений. Такая ситуация в наибольшей степени характерна для моделей анализа рисков потребительского качества ИС Нечеткие модели являются обобщением интервально-оценочных моделей, которые в свою очередь представляют обобщение четких моделей. Как отмечается в [26] для описания систем нечеткие модели могут быть определены как: - нечеткие продукционные модели, которые являются наиболее общими представлениями для различных плохо формализуемых систем; - нечеткие функциональные модели, в которых данные в области предпосылок представляются в виде нечетких множеств, а зависимости входов-выходов в области заключений задаются в виде функций; - нечеткие реляционные модели, которые являются альтернативой нечетким продукционным моделям. Для моделирования рисков потребительского качества ИС нечеткие модели целесообразно представлять в виде нечетких сетей, элементы и сово купности элементов которых реализуют различные компоненты нечетких моделей и этапы нечеткого вывода.
Нечеткая кластеризация как методология построения модели рабочей нагрузки информационной системы
При анализе и прогнозировании производительности информационной системы, использующей веб-технологии, необходимо учитывать рабочую нагрузку системы, её архитектуру, программное и техническое обеспечение сервера, контент сайта, характеристики приложений и пропускную способность сети.
Рабочая нагрузка информационной системы определяется потоками заданий на выполнение транзакций за определенный интервал времени, а также характеристиками транзакций в части их требований по использованию ресурсов системы (линий связи, процессорного времени веб-сервера и сервера приложений, времени обращения к серверу базы данных) [31, 140, 157, 167, 168]. Реальная нагрузка информационной системы характеризуется большим количе ством параметров. При анализе, проектировании и прогнозировании характеристик качества ИС необходимо построить модель нагрузки, которая должна отражать её существенные характеристики и быть приемлемой, с точки зрения сложности описания, для использования в аналитических или имитационных моделях.
Параметры рабочей нагрузки выбираются в зависимости от целей исследования. Так при исследовании производительности клиент-серверных архитектур с упреждающим кэшированием контента рабочая нагрузка описывается случайными входными потоками, которые принимаются однородными, и характеризуются интенсивностью загрузки рабочих станций и сервера [252]. Модели рабочей нагрузки и потребности в ресурсах системы базируются на использовании вложенных цепей Маркова и методе фаз Эрланга [21, 29, 33, 39, 140, 141]. При анализе производительности кэширующего прокси-сервера для веб-сайта рабочую нагрузку характеризует средней частотой запроса документа, распределением запросов на классы, размерами запрашиваемых документов, среднем временем между запросами [251]. Для планирования производительности сервера базы данных необходимо учитывать время обслуживания процессором запроса, количество операций ввода-вывода на запрос, время выполнения транзакции.
В корпоративных информационных системах функциональность (бизнес-процессы) реализуется при выполнении клиентского запроса или транзакции базы данных. Моделирование рабочей нагрузки ИС, с точки зрения влияния на бизнес-процессы, предполагает использование ограниченного числа видов клиентских запросов, поступающих в систему, и обрабатываемых ею транзакций. Частота поступления в систему клиентских запросов и необходимость выполнения транзакций характеризует интенсивность нагрузки ИС. Интенсивность нагрузки может быть описана: - случайным потоком клиентских запросов поступающих в систему; - числом клиентов; - случайным временем, которое затрачивает клиент на обдумывание своих действий.
Кроме интенсивности рабочей нагрузки необходимо охарактеризовать потребности в использовании ресурсов системы (линии связи, процессорного времени серверов, доступа к источникам данных) для каждого вида запросов и транзакций. Интенсивность нагрузки и потребности в использовании ресурсов системы определяют такие характеристики бизнес-процессов, как: - количество сотрудников, которые имеют доступ к системе; - количество транзакций на одного сотрудника за плановый период; - количество клиентов, которые одновременно могут обращаться к системе.
С учетом того, что реальная рабочая нагрузка информационной системы определяется выполнением большого количества функций, встает задача классификации и параметризации нагрузки системы. При классификации рабочей нагрузки ИС выделяют ряд классов с близкими, по определенному критерию, характеристиками. Параметризация рабочей нагрузки сводится к выявлению значимых параметров, адекватно описывающих нагрузку системы для каждого класса.
Для классификации рабочей нагрузки ИС целесообразным является применение методов кластерного анализа [15, 17, 126, 127, 158], который представляет собой совокупность методов и алгоритмов, обеспечивающих формирование однородных классов (кластеров) для произвольной предметной области. На ранних фазах проектов ИС (формирование требований и анализ), которые характеризуются существенной неопределенностью, эффективность методов кластерного анализа обусловлена тем, что нет необходимости формировать априорные предположения о вероятностной природе исходной информации и можно ограничиться эвристическими соображениями о характере и особенности процессов, описывающих входную нагрузку ИС.
Похожие диссертации на Нечеткие методы и модели оценки потребительского качества веб-ориентированных информационных систем: теория, методология и инструментарий
