Избыточность информационных систем

Первоначально понятие избыточности использовалось только применительно к информации. Так, Х. Найквист, впервые применивший данный термин, избыточной считал ту бесполезную составляющую сигнала, которая не передает сообщения; К. Шеннон количественно определил избыточность источника информации через свою любимую энтропию. В настоящее время понятие избыточности существенно отличается от первоначального: оно расширилось и максимально приблизилось к понятию «резервирование». Согласно ГОСТ 18347-75, резервирование — это метод повышения надежности объекта введением избыточности. Там же избыточность определена как дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения объектом заданных функций.

Избыточность чаще всего используется для выражения относительной категории, но может иметь и абсолютное исчисление. Так, количественно абсолютную избыточность R_абс можно определить как разность между используемым разнообразием V_i системы по рассматриваемому виду элементов обеспечения и минимально необходимым ее разнообразием V_0i, достаточным для выполнения возложенных на систему функций:

R_абс = V_i – V_0i.

Относительная избыточность или просто избыточность R:

R = R_абс / V_0i = V_i / V_0i – 1.

Отношение К_изб = V_i / V_0i носит название коэффициента избыточности.

Виды избыточности, как правило, совпадают с видами обеспечения, в рамках которого они формируются. Например, в структурном обеспечении используется структурная избыточность, в алгоритмическом обеспечении — алгоритмическая избыточность и т. п. Но понятие «обеспечение» шире понятия «избыточность», поскольку обеспечение обуславливает как возможность проведения процедур, так и сами процедуры, а избыточность — только саму такую возможность.

Синтаксическая избыточность информациинепосредственно связана с понятием информативности (содержательности). Если сообщение, содержащее объем данныхV_д, можно отобразить меньшим объемом данных V_0д, то говорят, что данное сообщение имеет синтаксическую избыточность R_абс = V_д – V_0д.

Если информация закодирована в системе счисления с основанием m, то синтаксическая абсолютная избыточность может быть определена как разность между количеством содержащихся в ней символов n и минимально возможным количеством символов n_o, необходимых для представления всего множества семантически различимых сообщений N.

Поскольку n₀ = log_mN, то R_абс = n – log_mN.

Избыточная семантическая информация — это информация, превышающая полную информацию и формально являющаяся лишней в сообщении, то есть такой, без которой можно точно установить смысл и значение сообщения.

Избыточность, как правило, вводится в систему искусственно, специально для повышения надежности системы и обеспечения достоверности преобразуемой информации, но может быть и естественной, внутренне присущей самой системе. Последнее часто относится к семантической избыточности — семантическая избыточность связана с наличием в сообщении сведений, коррелирующих между собой или уже известных пользователю.

Следует заметить, что многие виды обеспечения надежностии достоверности тесно взаимосвязаны и пересекаются друг с другом, особенно это касается видов обеспечения, связанных с введением соответствующей им избыточности. Практически применение только одного какого-либо вида избыточности для обеспечения надежности и достоверности работы системы встречается довольно редко; значительно более эффективным оказывается комплексное использование сразу нескольких видов избыточности для одних и тех же процедур преобразования информации.