Нечеткие модели - эффективный инструментарий для анализа потребительского качества информационных систем

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ 
УНИВЕРСИТЕТ «РИНХ» 
-------------------------------------------------------------------------------------------- 
 
 
 
 
 
 
 
А.И. ДОЛЖЕНКО 
 
НЕЧЕТКИЕ МОДЕЛИ –  
ЭФФЕКТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТАРИЙ  
ДЛЯ АНАЛИЗА ПОТРЕБИТЕЛЬСКОГО КАЧЕСТВА 
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 
 
Монография  
 
 
 
 
 
 
 
 
Ростов-на-Дону 
2007 

УДК 004 
Д 64 
 
 
Д 64 
Долженко А.И. Нечеткие модели – эффективный инструментарий для 
анализа потребительского качества информационных систем : монография / Рост. гос. эконом. ун-т «РИНХ». – Ростов н/Д, 2007. – 218 с. 
 
ISBN 978-5-7972-1182-2 
 
Рецензенты 
профессор, доктор экономических наук Ефимов Е.Н. 
профессор, доктор физико-математических наук Дашко Ю.В. 
 
 
Монография посвящена вопросам построения моделей оценки потребительского качества и анализа рисков проектов информационных систем (ИС) на 
базе теории нечетких множеств. Предлагаемые модели ориентированы на использование в системах поддержки принятия решений при создании и модернизации ИС в условиях неполной информации. 
Описываются теоретические принципы, методология и алгоритмы построения моделей на основе лингвистического подхода. Предложены модели 
интегральной оценки потребительского качества информационных систем, сервис-ориентированной архитектуры, корпоративных приложений и оценки рисков проектов создания и внедрения ИС. 
Рассматриваются вопросы моделирования корпоративных ИС для оценки нефункциональных характеристик (производительность, время отклика, загрузка ресурсов системы), архитектурные и программные подходы к обеспечению потребительского качества информационных систем. 
Для научных работников – специалистов в области создания и использования информационных систем, принятия решений, экспертных систем.  
 
 
УДК 004 
Д 64 
 
ISBN 978-5-7972-1182-2 
 
 
© Долженко А.И., 2007 
© Ростовский государственный экономический университет «РИНХ», 2007 

СОДЕРЖАНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................ 6 
1 ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ 
ПОТРЕБИТЕЛЬСКОГО КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ............ 9 
1.1 Модели принятия решений при проектировании и модернизации 
информационной системы ................................................................................. 9 
1.2 Состояние и проблемы оценки качества информационных систем ............ 19 
1.3 Методология выбора информационных систем по критерию 
функциональной полноты ............................................................................... 35 
1.4 Целесообразность использования нечетких моделей качества ИС ............. 38 
Выводы 
 .......................................................................................................... 44 
2 МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ                             
СИСТЕМ НА БАЗЕ ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ .................................... 45 
2.1 Моделирование с использованием нечетких множеств ............................... 45 
2.1.1  Нечеткие множества ................................................................................. 45 
2.1.2  Нечеткие числа .......................................................................................... 47 
2.1.3  Лингвистическая переменная .................................................................. 48 
2.2 Нечеткие модели количественных характеристик качества ИС .................. 51 
2.2.1  Обоснование возможности использования нечетких моделей                       
для количественных показателей потребительского качества ИС ....... 51 
2.2.2  Методология построения нечеткой модели количественных 
параметров качества ИС ............................................................................ 54 
2.2.3  Пример применение нечеткой модели для лингвистической                      
оценки нефункциональных характеристик ИС ....................................... 57 
2.3 Методология интегральной оценки потребительского качества ИС .......... 60 
2.3.1  Постановка задачи ..................................................................................... 60 
2.3.2  Алгоритм решения задачи ........................................................................ 61 
2.3.3  Пример реализация методологии оценки потребительского                  
качества ИС ................................................................................................. 64 
2.4 Нечеткая модель сервис-ориентированной архитектуры ............................. 68 
2.4.1  Постановка задачи ..................................................................................... 70 
2.4.2  Пример использования нечеткой модели ............................................... 73 

2.5 Лингвистическая модель сервис-ориентированной архитектуры ............... 77 
2.5.1  Построение лингвистической модели ..................................................... 77 
2.5.2  Пример использования лингвистической модели ................................. 80 
2.6 Нечеткая модель корпоративных приложений .............................................. 81 
2.6.1  Постановка задачи ..................................................................................... 82 
2.6.2  Пример использования нечеткой модели корпоративных             
приложений ................................................................................................. 84 
Выводы 
 .......................................................................................................... 86 
3 МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА РИСКОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ 
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ                                            
НЕЧЕТКИХ СЕТЕЙ ................................................................................................... 87 
3.1 Анализ неопределенности и рисков проектов создания                      
информационных систем ................................................................................. 87 
3.2 Обоснование целесообразности использование нечетких моделей                       
при анализе рисков проектов информационных систем .............................. 96 
3.3 Модель рисков проектов информационных систем на базе нечетких 
продукционных сетей ...................................................................................... 98 
3.3.1  Операции на нечетких множествах ......................................................... 98 
3.3.2  Модели нечеткого вывода ...................................................................... 102 
3.3.3  Нечеткая модель оценки рисков проектов создания                                         
и внедрения информационных систем ................................................... 107 
Выводы 
 ........................................................................................................ 128 
4 МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА                
ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ................................................................................ 129 
4.1 Концептуальный анализ аспектов производительности                      
информационных систем ............................................................................... 129 
4.1.1  Концептуальное представление времени передачи по сети ............... 132 
4.1.2  Концептуальное представление времени обслуживания                                       
в маршрутизаторах ................................................................................... 134 
4.1.3  Концептуальное представление времени обработки сервером .......... 135 
4.2 Нечеткая кластеризация как методология построения модели                         
рабочей нагрузки информационной системы .............................................. 137 

4.2.1 Постановка задачи нечеткой кластеризации ......................................... 140 
4.2.2 Алгоритм решения задачи нечеткой кластеризации ............................ 143 
4.2.3 Пример использования нечеткой кластеризации для формирования 
рабочей нагрузки информационной системы ....................................... 146 
4.3 Модели производительности информационной системы .......................... 149 
Методология планирование активного эксперимента с ИС .............................. 156 
4.4 Анализ производительности информационной системы депозитария ..... 158 
Выводы 
 ........................................................................................................ 168 
5 АРХИТЕКТУРНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ ПОДХОДЫ К ОБЕСПЕЧЕНИЮ 
КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ .................................................. 169 
5.1 Типовые архитектурные решения для информационных систем                           
на платформе MICROSOFT.NET .................................................................. 169 
5.2 Шаблоны проектирования информационных систем ................................. 181 
5.3 Модуль оценки качества объектно-ориентированных                                     
программных продуктов ................................................................................ 186 
5.4 Программа интегральной оценки потребительского качества ИС ............ 198 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .................................................... 201 

ВВЕДЕНИЕ 
Изменения, происшедшие в последнее время, привели к трансформации индустриальной экономики и общества в экономику, базирующуюся на 
знаниях и информации. В настоящее время информационные системы (ИС) 
призваны обеспечить такой уровень поддержки бизнеса, который определяет 
его поступательное развитие и конкурентоспособность. Современный бизнес 
является высоко динамичным. Изменения присущие бизнес-процессам должны находить быстрое отражение и в информационных системах. С учетом 
этого, крайне актуальными становятся задачи  обеспечения высокого потребительского качества информационных систем, как при их проектировании, 
так и модернизации, в ответ на изменяющиеся требования бизнеса. Под качеством мы понимаем совокупность свойств, которая обуславливает пригодность ИС удовлетворять потребности пользователя /203/. 
На протяжении всего жизненного цикла информационной системы (от 
определения требований к системе до развертывания и эксплуатации) возникает ряд сложных проблем, которые не нашли достаточно полного отражения 
как в отечественных, так и зарубежных разработках.  
Известные подходы к обоснованию альтернатив в процессе принятия 
решений по выбору характеристик ИС используют, как правило, детерминированные или вероятностные модели с заданными законами распределения 
случайных величин. В то же время для проектов создания и внедрения информационных систем 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 систем.  
Для менеджера информационных проектов, принимающего решение на 
стратегическом уровне управления по направлениям использования и развития информационных технологий в бизнесе, 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 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 моделей оценки производительности. С учетом широкого применения в корпоративных информационных системах Web-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 информационных системах, построенных на базе Web-технологий. 
Вопросы эффективного управления рисками на различных этапах проектов создания ИС требуют более детальной проработки моделей рисков, 
учитывающих особенности современных инкрементно-итерационных подходов объектно-ориентированных технологий.  
Метрики качества объектно-ориентированных программных систем не 
в полной мере отражают современные подходы к созданию программных 
систем на базе современных программных платформ (Microsoft.NET, J2EE). 
Вопросы анализа, мониторинга и прогнозирования характеристик качества 
ИС требуют дальнейшего развития и обобщения с учетом широкого использования Web-технологий в корпоративных информационных системах.  
Как отмечается в ряде работ /35/, объектные технологии – это один из 
подходов, который обеспечивает гибкость и высокую производительность 

создаваемых программных систем. Объектно-ориентированный подход, используемый при создании информационных систем, во многом способствует 
обеспечению таких характеристик качества как корректность, робастность, 
удобство сопровождения и расширения, повторное использование и универсальность, интеграция, эффективность, интероперабельность, возможность 
верификации, целостность, безопасность, дружественность интерфейса, документированность системы. Возможности объектно-ориентированной технологии создания информационных систем обуславливает необходимость 
дальнейшего развития методологии архитектурного проектирования с использованием типовых решений.  
Вышеприведенные доводы обуславливают актуальность разработки 
методологии построения комплексных моделей анализа потребительского 
качества ИС, в условиях существенной неопределенности, учитывающих как 
количественные, так и качественные характеристики системы; развития методологии моделей оценки рисков проектов создания и внедрения ИС; построения моделей оценки производительности ИС, использующих современные Web-технологии; разработки архитектурно-программных решений, 
обеспечивающих высокое качество программного обеспечения ИС, при использовании объектно-ориентированных технологий в проектах создания 
систем. 
 

1 ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К 
ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПОТРЕБИТЕЛЬСКОГО КАЧЕСТВА 
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 
1.1  Модели принятия решений при проектировании и модернизации 
информационной системы 
Эффективность проектов информационных систем (ИС) 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. Критерии и приоритеты реализации бизнеспроцессов предприятия определяют требования к характеристикам функционирования ИС. Комплексный подход к стратегическому планированию и управления информационной инфраструктурой предприятия требует выявления основных 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, которые определяют основные метрики для планирования и контроля корпоративных процессов, 
оценки эффективности бизнеса. Уровни обслуживания определяются требованиями эффективной реализации бизнес-процессов и характеризуют потребительское качество ИС.  

Для современных корпоративных информационных систем использование Web-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 /285/:  
− 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 Web-технологии, необходимо учитывать следующие 
характеристики /113, 162/:  
− архитектуру системы; 
− программное и техническое обеспечение сервера; 
− контент сайта; 
− характеристики приложений; 
− пропускную способность сети.