信息傳輸模型對(duì)信息系統(tǒng)性能影響研究

范興豐

（科技部西南信息中心，重慶　401121）

信息傳輸模型對(duì)信息系統(tǒng)性能影響研究

范興豐

（科技部西南信息中心，重慶401121）

文章主要總結(jié)了諾伯特·維納本體論信息和克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)認(rèn)識(shí)論信息的兩個(gè)基本層次的信息概念，以及信息的質(zhì)量屬性、定量描述和傳輸模型。筆者通過信息系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的分析，旨在為提高信息系統(tǒng)性能提供解決思路。

信息；質(zhì)量屬性；傳輸模型；性能指標(biāo)

1　信息的基本概念

1.1諾伯特·維納

諾伯特·維納（Norbert Wiener，1894—1964），是信息論的先驅(qū)，控制論的創(chuàng)始人和奠基者，他認(rèn)為“信息就是信息，既不是物質(zhì)也不是能量［1］”，第一次把信息與物質(zhì)和能量相提并論。與哲學(xué)界“信息是事物普遍聯(lián)系的方式”，都是從客觀的角度給出的表述。

1.2克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)

克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)是信息論的創(chuàng)始人和奠基者，他認(rèn)為“信息就是能夠用來消除不確定性的東西［2］”，第一次闡明了信息的功能和用途。與比較流行的另一種說法“信息是事先不知道的報(bào)導(dǎo)”，都是從信息接收者主觀的角度給出的判斷。

1.3兩個(gè)基本層次

“諾伯特·維納”和“克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)”，分別代表了信息概念的兩個(gè)基本層次?！爸Z伯特·維納”代表了本體論層次，“克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)”代表了認(rèn)識(shí)論層次?！爸Z伯特·維納”的本體論層次是客觀的層次，僅僅與客體本身的因素相關(guān)，與主體的因素?zé)o關(guān)；“克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)”的認(rèn)識(shí)論層次是從主體立場(chǎng)來考察的信息論層次，既與客體因素有關(guān)，也與主體因素有關(guān)?！爸Z伯特·維納”本體論層次的信息概念因?yàn)樗募兛陀^性而成為最基本的概念；“克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)”認(rèn)識(shí)論層次的信息概念則因?yàn)榭紤]了主體因素而成為最適用的概念。

1.4本體論信息概念

本體論信息是客觀的唯物主義觀點(diǎn)，即事物本體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)以及狀態(tài)的客觀變化。這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和客觀變化，不隨主觀的意識(shí)為轉(zhuǎn)移，是實(shí)實(shí)在在的客觀描述。世界是一個(gè)客觀的世界，每一個(gè)事物都有著自己的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這種規(guī)律不管人類是否發(fā)現(xiàn)，他都是客觀存在的信息。可以說，世界本身就是一個(gè)客觀存在的本體信息，這種信息無處不在。

1.4認(rèn)識(shí)論信息概念

人類研究世界，發(fā)現(xiàn)世界各種事物的狀態(tài)，并根據(jù)這樣的狀態(tài)，加上主觀的認(rèn)識(shí)，得出了事物的價(jià)值，或者主觀認(rèn)識(shí)，這就產(chǎn)生了認(rèn)識(shí)論信息。認(rèn)識(shí)論信息是在本體論信息的基礎(chǔ)上增加了主觀的成分。

1.5認(rèn)識(shí)論信息與本體論信息之間的關(guān)系

認(rèn)識(shí)論與本體論存在著區(qū)別，但是又互相聯(lián)系，互相轉(zhuǎn)化。本體論是事物客觀的描述，不含主觀的分析；認(rèn)識(shí)論是事物主觀的分析，是在客觀的本體論信息中，增加了主觀的因素。如果本體論信息增加了主觀的認(rèn)識(shí)和分析，那么就轉(zhuǎn)化為認(rèn)識(shí)論信息；如果認(rèn)識(shí)論信息去掉了主觀的因素，也就轉(zhuǎn)化成本體論信息了。因此，本體論信息和認(rèn)識(shí)論信息之間既有區(qū)別，又可轉(zhuǎn)化。

2　信息的質(zhì)量屬性

信息反映的是事物或者事件確定的狀態(tài)，具有客觀性、普遍性等特點(diǎn)，由于獲取信息滿足了人們消除不確定性的需求，因此信息具有價(jià)值，而價(jià)值的大小取決于信息的質(zhì)量，這就要求信息滿足一定的質(zhì)量屬性。

信息的質(zhì)量包含：“確、整、靠、時(shí)、經(jīng)、驗(yàn)、安”，即精確性、完整性、可靠性、及時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性、可驗(yàn)證性、安全性，共7個(gè)方面的屬性。

2.1精確性

準(zhǔn)確性也叫準(zhǔn)確度，即指某一事件的準(zhǔn)確程度。在統(tǒng)計(jì)學(xué)上，準(zhǔn)確性稱作準(zhǔn)確程度，指在某項(xiàng)試驗(yàn)或者調(diào)查過程中，實(shí)驗(yàn)指標(biāo)或者調(diào)查指標(biāo)與實(shí)際真實(shí)指標(biāo)之間的誤差程度。誤差程度越小，準(zhǔn)確程度越高；誤差程度越高，準(zhǔn)確程度越低。

2.2完整性

事物狀態(tài)描述的全面程度，完整信息應(yīng)包含所有重要的事實(shí)。數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性（Database Integrity）是指數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中保持相同性、準(zhǔn)確性、邏輯有效性和相容性。數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性，是由數(shù)據(jù)各個(gè)組成部分的完整性來決定的，部分完整性約束，保證了數(shù)據(jù)庫(kù)的整體完整性。

2.3可靠性

信息的可靠性，主要表現(xiàn)在信息來源的可靠性、信息采集方法的可靠性、信息的傳輸過程可靠性，這種可靠性是可以信任的，符合預(yù)期的。

2.4 及時(shí)性

獲得的信息時(shí)刻與事件發(fā)生時(shí)刻的間隔長(zhǎng)短。信息的及時(shí)性與信息的價(jià)值密切相關(guān)，及時(shí)性越高，信息的價(jià)值越大。

2.5經(jīng)濟(jì)性

信息的經(jīng)濟(jì)性是指信息的獲取以及信息的傳輸，帶來的成本在可以接受的范圍之內(nèi)。

2.6可驗(yàn)證性

信息的可驗(yàn)證性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即信息的主要質(zhì)量可以被證實(shí)或者證偽的程度。

2.7安全性

信息的生命周期中，信息可以被非授權(quán)訪問的可能性，可能性越低，安全性越高。

3　信息的定量描述

克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)被稱之為“信息論之父”，通常將香農(nóng)于1948年10月發(fā)表的論文《通訊的數(shù)學(xué)理論》（A Mathematical Theory of Communication）作為現(xiàn)代信息論研究的開端。香農(nóng)用概率來定量描述信息，給出了如下公式［3］：

通過概率定量描述信息，可以理解為消除不確定性的一種度量方式。

4　信息的傳輸模型

信息是有價(jià)值的一種客觀存在。信息技術(shù)主要為解決信息的采集、加工、存儲(chǔ)、傳輸、處理、計(jì)算、轉(zhuǎn)換、表現(xiàn)等問題而不斷繁榮發(fā)展。信息只有流動(dòng)起來，才能體現(xiàn)其價(jià)值，因此信息的傳輸技術(shù)（通常在通信、網(wǎng)絡(luò)等）是信息技術(shù)的核心。信息的傳輸模型如圖1所示。

圖1　信息傳輸模型

4.1信源

產(chǎn)生信息的實(shí)體，信息產(chǎn)生后，由這個(gè)實(shí)體向外傳播，也就是信息的發(fā)出者。

4.2信宿

信息的歸宿或信息接收者。

4.3信道

傳送信息的通道。如：傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（Internet Protocol，IP）。信道可以從邏輯上理解為抽象信道，也可以是具有物力意義的實(shí)際傳遞通道。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)邏輯上的概念，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的物理通道可以是光纖、銅軸電纜、雙絞線、也可以是4G網(wǎng)絡(luò)，甚至是衛(wèi)星或者微波。

4.4編碼器

在信息論中泛指所有變換信號(hào)的設(shè)備，實(shí)際上是終端機(jī)的發(fā)送部分，包括從信源到信道的所有設(shè)備。比如：量化器、壓縮編碼器、調(diào)制器等。使信源輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成適用于信道傳送的信號(hào)。在應(yīng)用中，通過編碼器將不確定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為某種確定的狀態(tài)，此時(shí)信息產(chǎn)生了，通過一系列的信號(hào)采集、加工、轉(zhuǎn)換、編碼，信息最終被封裝為TCP/IP包，推入TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，開始傳播之旅。從信息安全的角度出發(fā)，編碼器還可以包括加密設(shè)備、加密設(shè)備利用密碼學(xué)的知識(shí)，對(duì)編碼信息進(jìn)行加密再編碼。

4.5譯碼器

是編碼器的逆變?cè)O(shè)備，把信號(hào)信道上送來的信號(hào)（原始信號(hào)和噪聲的疊加）轉(zhuǎn)化成信宿能夠接收的信號(hào)，可包括解調(diào)器、譯碼器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。在應(yīng)用中，TCP/IP包被解析，信息將顯示在信宿上，發(fā)送者傳送信息的不確定性消除了。

4.6噪聲

噪聲可以理解為干擾，干擾可以來自于信息系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)的任何一層，當(dāng)噪聲攜帶的信息大到一定程度的時(shí)候，在信道中傳輸?shù)男畔⒖梢员辉肼曆蜎]導(dǎo)致傳輸失敗。

5　信息系統(tǒng)的性能影響

當(dāng)信源和信宿已給定，信道也已選定后，決定信息系統(tǒng)性能就在于編碼器和譯碼器。設(shè)計(jì)一個(gè)信息系統(tǒng)時(shí)，除了選擇信道和設(shè)計(jì)其附屬設(shè)施外，主要工作也就是設(shè)計(jì)編碼器、譯碼器。一般情況下，信息系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)，表現(xiàn)在信息的重復(fù)性和可信性。重復(fù)性指數(shù)據(jù)冗余程度，比如：“在信息的傳輸過程中，重復(fù)的傳輸同樣的信息”；可信性指數(shù)據(jù)的可信程度，比如：“信息的發(fā)出與接收是否一致”。為了提高可靠性，在信息編碼時(shí)，可以增加冗余編碼，猶如“重要的事情說3遍”，恰當(dāng)?shù)娜哂嗑幋a可以在信息受到噪聲侵?jǐn)_時(shí)被恢復(fù)，而過量的冗余編碼將降低信道的有效性和信息傳輸速率。

［1］（美）維納.控制論［M］.郝繼仁，譯.北京：科學(xué)出版社，1962.

［2］CLAUDE E S.Communication under noise［J］.Bell System Technical，1949（10）：10 .

［3］CLAUDE E S.A Mathematical Theory of Communication［J］.Bell System Technical，1948（6）：6 .

Research on the impact of information transmission model on the performance of information system

Fan Xingfeng
（Southwest Information Center， Ministry of science and technology， Chongqing 401121， China）

This paper mainly summarizes two basic level information concepts of Norbert Wiener’s Ontology and Claude Elwood Shannon’s epistemology information and the information quality attributes， quantitative description and transmission model of them. The author aims at providing a solution to improve the performance of information system through the analysis of the main performance indexes of which.

information； quality attributes； transmission model； performance index

范興豐（1983— ），男，重慶，本科，項(xiàng)目經(jīng)理；研究方向：信息系統(tǒng)集成項(xiàng)目管理。