CC BY
45
СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ЭКОНОМИКИ
7 (196) - 2013
УДК 621.3
сетецентрические подходы
к повышению качества и надежности
управления сложными системами критической энергетической
инфраструктуры
е. л. логинов,
доктор энергетических наук, вице-президент Национального института энергетической безопасности E-mail: evgenloginov@gmail. com А. Е. ЛОГИНОВ,
старший аналитик ОАО «Гловерс» E-mail: aleksloginov@gmail. com
В статье рассматриваются проблемы создания гармонически управляемой сетецентрической системы управления с переходом процессов и процедур управления энергетической деятельностью в интеллектуальную управленческую инфраструктуру, функционирующую на основе интеллектуальных (активно-адаптивных) сетей с соответствующими информационными услугами и вычислительными сервисами, позволяющими обеспечить повышение качества и надежности управления ЕЭС России.
Ключевые слова: управление, электроэнергетика, надежность, инфраструктура, информационная система.
Актуальность исследования проблем и закономерностей функционирования сверхсложных энергетических систем, к каким относится ЕЭС России в том числе, проблем повышения качества и надежности управления сложными системами в условиях попыток перехвата управления объектами критической энергетической инфраструктуры по интеллектуальным (активно-адаптивным) сетям объясняется некоторым отставанием в научном осмыслении этого феномена от темпов реального формирования энергетических систем и процессов
(особенно в развитых странах) и связанных с их функционированием глобальных изменений электроэнергетических объектов и сетей.
При этом перспективой развития конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, исходя из сложившихся схемно-режимных потребностей, является тенденция, которая должна в конечном итоге привести к упорядоченной взаимосвязанности функционирования и взаимодействия распределенных энергетических объектов, электрических и информационных сетей и потребителей информации за счет интеллектуальных возможностей и многостороннего обмена данными на территориально-организационном уровне на основе принципов их сетецентрической интеграции.
Принципиальная особенность конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, заключается в том, что использование новых информационных технологий в процессе взаимодействия юридических и физических лиц позволяет успешнее, чем ранее, осущест-
влять регулирование энергетической деятельности на основе сетецентрического характера взаимодействий между всеми участниками энергетической деятельности. Эти новые возможности приводят к тому, что в рамках конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, конструируются сетецентрические регулирующие механизмы энергетической деятельности. При этом, хотя различные проявления конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, уже реально наблюдаются с середины 1990-х гг., их комплексное научное исследование еще только начинается.
В настоящее время динамика развития энергетических систем переживает смену фазы развития: наблюдается их эволюция от простейших форм, использующих элементарные сетевые технологии и копирующих традиционные модели информационных взаимодействий в энергетике, к более сложным формам сетецентрического характера, которые основываются на интернет-технологиях последнего поколения и реализуют модели энергетической деятельности, которые прежде не могли быть реализованы. Существующие научные разработки в этой области пока не сформировали комплексной модели обеспечения безопасности функционирования многоуровневой совокупности программно-технических комплексов оперативно-диспетчерского и автоматического управления энергосистемами с гибкими управляемыми элементами активно-адаптивной сети с увеличением объемов автоматизации и повышением количественных и качественных характеристик сбора, обработки, хранения, распределения информации.
Итак, с учетом изложенных обстоятельств допустимо, на взгляд авторов, говорить о существовании конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России как устойчивой специфической совокупности субъектов и их взаимосвязей, участвующих в энергетических процессах и возникающих рисках перехвата управления объектами критической энергетической инфраструктуры по интеллектуальным (активно-адаптивным) сетям. При этом складывающуюся критическую энергетическую инфраструктуру образуют участники энергетических процессов (реализующихся по интеллектуальным (активно-
адаптивным) сетям) и отношения, возникающие между ними, причем специфика этих отношений в значительной степени определяется рассмотренными особенностями конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, одновременно являющейся своего рода «виртуальным» телекоммуникационным пространством энергетической деятельности [3].
Осмысление сущности конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, позволяет заключить, что необходимо рассматривать их как некий феномен, в определенной степени оказывающий непосредственное влияние на структуру современных энергетических систем и процессов.
При этом через посредство сетецентрических взаимосвязей обеспечивается также выполнение различных сложных функций энергетической деятельности: формирование последовательных энергетических и управленческих цепочек, управ-ленческо-производственных циклов и т. п., которые в конечном счете создают возможности построения информационно-технического комплекса мониторинга электронных управляющих транзакций для снижения риска перехвата управления по интеллектуальным (активно-адаптивным) сетям за счет комплексного решения вопросов структурно-функциональной организации процессов управления объектами критической энергетической инфраструктуры с учетом мультиагентности ее компонентов.
Российские и трансграничные энергообъединения, осуществляющие управленческие транзакции, могут функционировать в самых разных организационных формах. Соответственно, под организационной формой конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, будем понимать цельную систему взаимозависимых технических и организационных компонентов, которая придает взаимодействиям внутри энергетических систем определенный характер, форму и направленность энергетической деятельности. Именно благодаря сетецентричности определенные взаимодействия внутри энергетических систем становятся более вероятными, чем другие [4].
Поскольку российские и трансграничные энергообъединения имеют, как правило, разнообразные
интересы, комьюнити, имеющие разветвленную структуру, они зачастую используют одновременно несколько предметных форм энергетической деятельности, в том числе «электроэнергия ^ газ», «электроэнергия ^ нефтепродукты», «электроэнергия ^ уголь» и пр.
При этом какая из организационных форм энергообъединений, осуществляющих энергетическую деятельность, носит макро-, а какая микрохарактер — зависит от субъективной точки зрения участников этих процессов. Таким образом, в ЕЭС России организационные формы являются относительными понятиями, т. е. определяются одна через другую.
Многомерная система энергетических интересов, определяющая распределение в энергетической деятельности сетецентрических взаимосвязей, формирует совокупность реальных возможностей субъектов осуществлять в рыночных условиях оптимизацию энергетической деятельности и, соответственно, определяет их реальные позиции в энергетической суперсистеме. Соответственно, эта специфическая система объективных взаимосвязей, определенная позициями субъектов, самым непосредственным образом участвует в формировании новой структуры ЕЭС России. Таким образом, сетецентричность, определенным образом ориентирующая деятельность субъектов, является одновременно условием и постоянно воспроизводящимся результатом хозяйственной практики субъектов, реализующих свои управленческие транзакции в рамках конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России.
Соответственно, успешное функционирование сложных систем, к каким относится ЕЭС России, авторами связывается с достижением динамической стабильности в результате компенсации воздействующих факторов, куда входят и сетецентрические возможности снижения рисков нарушения надежности систем управления критической энергетической инфраструктуры в ЕЭС России.
При этом через посредство сетецентрического управления обеспечивается также выполнение различных сложных функций жизнедеятельности ЕЭС России: формирование последовательных информационных и управленческих цепочек, управленчес-ко-производственных циклов, процессы перетока электроэнергии и т. п., которые в конечном счете создают преимущества для повышения качества и надежности систем управления в активно-адаптив-
ных сетях управления критической энергетической инфраструктуры в рамках конвергентной информационной платформы в ЕЭС России (рис. 1).
Агенты информационных воздействий и их группы, осуществляющие попытки перехвата управления, могут функционировать в самых разных организационных формах (глобальные телекоммуникационные компании, виртуальные группы, подразделения вооруженных сил других государств и т. д.).
В последние годы в крупных энергосистемах стран мира участились случаи крупномасштабных аварий. Какие из них носят «естественный», а какие «намеренный» характер — часто определить затруднительно. Как пример можно привести следующую ситуацию.
В июне 1998 г. в энергосистеме долины реки Теннеси на Среднем Западе США разразился энергетический кризис. Основным фактором возникновения кризиса стал феномен, получивший название «островизации» (islanding). Оказалось, что перегрузка всего нескольких компонент энергосистемы может привести к образованию своеобразных «барьеров», разделяющих энергосистему на отдельные «острова». При этом передача энергии из одного «острова» в другой становится попросту невозможной (рис. 2).
В июне 1998 г. в общей энергосистеме США и к западу, и к югу от образовавшегося «острова» электричества было в достатке. Однако передача энергии в пораженный кризисом регион была невозможна из-за перегрузки всего лишь двух элементов линии электропередач «Eau Claire Arpin» на северо-западе штата Висконсин и трансформатора Kammer в юго-восточном Огайо [6].
В связи с описанными происшествиями в последние годы за рубежом активно развиваются научно-практические разработки в области повышения качества и надежности информационных и технических систем управления в различных областях предметной деятельности гражданского, военного и специального назначения. Наиболее важными документами в США в этой сфере являются Национальная стратегия кибернетической безопасности (The National Strategy to Secure Cyberspace) и Национальная стратегия физической защиты критической инфраструктуры (The National Strategy for The Physical Protection of Critical Infrastructures and Key Assets), в которых постулируется подход к обеспечению взаимодействия всех американских
Обстановка
i ь
Ситуация
Мониторинг
Генерация противодействия
Сценарий действий
Внешняя среда
Корпор. структуры
Корпор. центр
Госорганы и организации
т
У
Динамика интеропера-бельности
Информационно-вычислительные сервисы
Шкала траекторий развития ИКТ
Технические возможности
Интеллектуальные сети
Информационное взаимодействие
Единое информационное пространство
Расширенное пространство угроз
Обычные пользователи,
операторы, администраторы и т.д.
Незлонамеренные хакеры
Злонамеренные хакеры
Сетевые комбатанты
Кибер-преступники
Кибертер-рористы
Подразделения государственных
и негосударственных структур, осуществляющие информационные операции
Кибернетические войска(ки-бервойска)
Рис. 1. Модель реализации факторов «угроза — противодействие» в отношении конвергентной информационной платформы в ЕЭС России
участников программ по защите критической инфраструктуры государства.
Тем не менее круг не решенных в этой области проблем еще достаточно широк. Очевидно, что нет простого решения проблемы повышения надежности управления в рамках конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, через организацию сетецентрического управления. Для достижения этой цели требуется
кардинальная смена концепции развития энергетических систем и процессов энергетической деятельности, усиление государственного контроля, поиск и реализация принципиально новых решений для противодействия попыткам перехвата управления по активно-адаптивным сетям.
Создать и реализовать в современных условиях эффективную стратегию управления развитием энергетической деятельности в рамках конвергентной информационной платформы, объединяющей
Источник: [6].
Рис. 2. Схема развития энергетического кризиса в США в июне 1998 г
телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, без наличия достаточно глубокой научной разработки проблем сетецен-трического управления в условиях интеграции в глобальную энергетику практически невозможно. Это связано с тем, что в процессе современного развития энергетической деятельности возникают принципиально новые проблемы, не имеющие аналогов, когда само противодействие попыткам перехвата управления происходит в условиях неопределенности, когда заранее не известны факторы и субъекты деструктивных воздействий, необходимый объем ресурсов и уровень сложности необходимых действий, для решения которых требуется поиск новых конструктивных подходов.
Такая ситуация требует от России создания на базе научной и производственной инфраструктуры сверхсложной гармонически управляемой сете-центрической системы управления с переходом процессов и процедур управления энергетической деятельностью в интеллектуальную управленческую инфраструктуру, функционирующую на основе интеллектуальных (активно-адаптивных) сетей с соответствующими информационными услугами и вычислительными сервисами, позволяющими обеспечить эффективное взаимодействие объектов и субъектов управления в ЕЭС России [1].
Подобные изменения являются основной предпосылкой стратегической значимости сете-центрической трансформации систем управления
на основе многопрофильной гиперсетевой инструментально-технологической суперсистемы в оболочке облачных вычислений по горизонтали и вертикали всех уровней систем управления иерархического и сетецентрического характера и узлов организационных сетей. Условием реализации таких мер является выстраивание интеллектуальной инфраструктуры управления на основе перехода к сверхгибким и динамичным организационно-информационным оболочкам бизнес-процессов в любых видах предметной деятельности для индуцирования качественных изменений принципов взаимодействия энергетических объектов на разных уровнях функциональной деятельности в ЕЭС России [2].
Таким образом, тенденция перехода от сложившейся в 1960-е гг. модели управления энергетикой к модели на основе конвергентной информационной платформы, объединяющей телематические, вычислительные и информационные сервисы в ЕЭС России, обеспечивает итоговый выход на новое качество развития путем формирования целостной многоуровневой системы управления совокупностью энергетических объектов с балансированием энергетической (по возможности межпредметной) деятельности, понимаемой как согласованность совокупности действий субъектов соответствующего управленческого пространства, сетецентрически структурированного для эффективной совместной работы различных организационно-информационных структур, имеющих отношение к работе систем критической инфраструктуры.
В конечном итоге автоматизированные системы в ЕЭС России должны служить базой для внедрения технологий, обеспечивающих практическую реализацию системы мониторинга электронных управляющих транзакций и предупреждения о попытке перехвата оперативно-диспетчерского и автоматического управления энергосистемами.
Создание системы мониторинга электронных управляющих транзакций и предупреждения о попытке перехвата оперативно-диспетчерского и
Рис.З.Струк1уфа механизмаобеспечениябезопасностисистем критической инфраструктуры
автоматического управления энергосистемами в рамках конвергентной информационной платформы в ЕЭС России должно осуществляться на основе управленческого синтеза информационных систем для создания предметно-ориентированной среды моделирования и поддержки принятия решений для снижения риска перехвата управления объектами критической энергетической инфраструктуры по интеллектуальным (активно-адаптивным) сетям.
Создание и использование универсального информационно-технического комплекса мониторинга электронных управляющих транзакций, встроенного в системы автоматического регулирования и управления ЕЭС России, позволяет реализовать задачи противодействия попыткам перехвата управления по интеллектуальным (активно-адаптивным) сетям [5].
Структура механизма обеспечения безопасности систем критической инфраструктуры в нашей стране приведена на рис. 3.
Потенциал конвергентной информационной платформы в ЕЭС России позволяет сформулировать комплекс мер решения задачи «Управление объектами оперативно-диспетчерского и автоматического управления энергосистемами в ЕЭС России в условиях внешнего электронного деструктивного воздействия» (рис. 4).
Предложенный комплекс мер решения задачи «Управление объектами оперативно-диспетчерского и автоматического управления энергосистемами в ЕЭС России в условиях внешнего электронного деструктивного воздействия» необходимо структурировать в рамках программного комплекса мони-
- 17
Мониторинг электронных управляющих транзакций
Повышение качества и надежности систем управления сложных систем критической энергетической инфраструктуры
Конвергентная информационная платформа в ЕЭС России
Объекты критической энергетической инф раструктуры
Управление объектами критической энергетической инфраструктуры в условиях внешнего электронного деструктивного воздействия
Электронные управленческие транзакции
Функционирование критической энергетической инфраструктуры
Улучшение характеристик конвергентной информационной платформы в ЕЭС России
Рис. 4. Комплекс мер решения задачи «Управление объектами оперативно-диспетчерского и автоматического управления энергосистемами в ЕЭС России в условиях внешнего электронного деструктивного воздействия»
На рис. 5 приводится схема программного комплекса мониторинга событий в информационном пространстве конвергентной информационной платформы в ЕЭС России.
В соответствии с предлагаемой концепцией мониторинга электронных управляющих транзакций для выявления попыток перехвата управления по интеллектуальным (активно-адаптивным) сетям структура системы мониторинга электронных управляющих транзакций и предупреждения о попытке перехвата оперативно-диспетчерского и автоматического управления энергосистемами в рамках конвергентной информационной платформы в ЕЭС России должна включать в себя ряд базовых элементов,
гД Файл Прадт-а а*щ Набра-иое Сервис Спрдс^-а
Информационное пространство конвергентной информационной платформы
Программа сбора адресной информации и ее временного связывания
Программа формирования потоковых графов на множестве информационных объектов
г- :Гп|(х|
ЯГ
Служба времени
Программа сбора текстовой информации и ее временного связывания
Программа композиционного информационного моделирования объектов описанных потоковыми графами
Программа кластеризации объектов в пространстве параметров нормированных по величине их статистической погрешности
Программа идентификации объектов описанных разными моделями путем нейросетевого моделирования
Программа графического интерфейса отображения смоделированных объектов
Программа определения параметров информационных моделей статистическими методами
Программа построения эвристических информационных моделей
Оператор-аналитик
и их взаимосвязей
ИД Моннторинга
Рис. 5. Схема программного комплекса мониторинга упраишющих транзакций в ЕЭС России НАЦИОНАЛЬНЫЕ ИНТЕРЕСЫ: приоритеты и безопасность
представляющих собой центры облачных вычислений различного функционального назначения.
Список литературы
1. Иванов С. Н., Иванов Т. В., Логинов Е. Л. Интеллектуальная энергетика как новый формат геоэнергетической суверенности России // Энергополис. 2011. № 5. С. 24—27.
2. Иванов Т. В., Иванов С. Н., Логинов Е. Л., Наумов Э.Б. Интеллектуальная электроэнергетика: стратегический тренд международной конкурентоспособности России в XXI веке. М.: Изд-во «Спутник+», 2012.
3. Логинов Е.Л., Деркач Н.Л., Логинов А. Е. «Интеллектуальные сети» (smart grid) в
электроэнергетике: проблемы управления и безопасности // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. 2011. № 20. С. 49—55.
4. Логинов Е. Л. Проблемы повышения надежности управления объектами критической инфраструктуры на основе методов композиционного и нейросетевого моделирования. М. : НИЭБ, 2011.
5. Логинов Е. Л. Развитие «интеллектуальных сетей» в электроэнергетике отраслей, регионов, городов России // Управление мегаполисом. 2011. № 5. С. 92-100.
6. РахмановМ. Аварии энергосистем парализуют мир. [Электронный ресурс] . URL: http://www. CNews.ru.
Вниманию руководителей органов власти, специалистов предприятий и учреждений, преподавателей, аспирантов и студентов вузов!
Журнал «Национальные интересы: приоритеты и безопасность»
ISSN 2073-2872
Выпускается с 2005 года. Включен в перечень ВАК.
Включен в Российский индекс научного цитирования (РИНЦ).
Формат A4, объем 80 - 88 с. Периодичность - 4 раза в месяц.
ПОДПИСКА ПРОДОЛЖАЕТСЯ!
Индекс по каталогу «Почта России» Индекс по каталогу «Роспечать» Индекс по каталогу «Пресса России»
34129 46573 12926
За дополнительной информацией обращайтесь в отдел реализации Издательского дома «ФИНАНСЫ и КРЕДИТ» телефон/факс: (495) 721-85-75, E-mail:podpiska@fin-izdat.ru
Возможна подписка на электронную версию журнала, а также приобретение отдельных статей: Научная электронная библиотека: eLibrary.ru Электронная библиотека: dilib.ru
www.fin-izdat.ru
