CC BY
19
УДК 002; 004.056
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПРИ РЕШЕНИИ РАЗНОРОДНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ
А.В. Емельянов, К.Е. Легков
В настоящее время для работы системы поддержки и принятия решения при планировании различного рода организационных операций применяются специально разработанные ПТК, осуществляющие решение совокупности разнородных (ИРЗ). Однако, с одной стороны информационно-технические возможности ПТК не позволяют решать ИРЗ с высокой оперативностью, с другой стороны в настоящее время отсутствует научно-методический аппарат рационального распределения информационно-вычислительных ресурсов ПТК, обеспечивающих решение ИРЗ. Для устранения этого противоречия в работе предлагается разработать имитационную модель процесса функционирования ПТК, сформировать статистику на основе расчета показателей оперативности решения ИРЗ и выявить «узкие» места функционирования ПТК.
Ключевые слова: программно-технический комплекс, информационно-расчетная задача, планирование, распределение ресурсов.
Основным преимуществом имитационных моделей по сравнению с аналитическими является возможность решения более сложных задач. Имитационные модели позволяют легко учитывать наличие дискретных или непрерывных элементов, нелинейные характеристики, случайные воздействия и др. [1].
При имитационном моделировании реализующий модель алгоритм воспроизводит процесс функционирования системы во времени. Имитируются элементарные явления (события), составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания во времени. Таким образом, разрабатываемая имитационная модель процесса функционирования программно-технического комплекса при решении разнородных информационно-расчетных задач (ИРЗ) является стохастической, дискретной, динамической моделью, предназначенной для оценивания вероятностно-временных характеристик процесса обслуживания заявок на решение ИРЗ.
Согласно руководящим документам, определяющим требования к работе информационных служб, выраженных в определенных значениях показателей вероятностно-временных характеристик функционирования средств автоматизации планирования организационных операций, в качестве показателя оперативности решения ИРЗ выступает показатель среднего времени решения ИРЗ и вероятности своевременного решения ИРЗ [2].
Поскольку процесс решения ИРЗ представляет собой процесс обслуживания заявок на решение ИРЗ, то выражение для расчета времени решения ИРЗ состоит из нескольких компонентов:
Т = г + г. (1)
реш ож обс • Vх/
Так как ИРЗ разнородны и отличаются приоритетами и величиной используемого информационно-вычислительного ресурса, привлекаемого для их решения, то целесообразно рассчитывать средние времена ожидания и обслуживания групп заявок на ИРЗ со схожими характеристиками. Тогда, сокращая время ожидания заявкой обслуживания, можно сократить время решения ИРЗ и время планирования в целом.
Таким образом, целью имитационного моделирования является определение (расчет) значений выбранного показателя оперативности для различных стратегий проведения операции (или вариантов реализации проектируемой системы). При разработке конкретной модели цель моделирования должна уточняться с учетом используемого критерия оперативности. Для критерия пригодности модель, как правило, должна обеспечивать расчет значений показателей оперативности для всего множества допустимых стратегий. При использовании критерия оптимальности модель должна позволять непосредственно определять параметры исследуемого объекта, дающие экстремальное значение показателя оперативности [3].
В настоящее время информационная поддержка планирования организационных операций осуществляется посредством программно-технических комплексов.
Программно-технический комплекс (ПТК) автоматизированного планирования организационных операций структурно состоит из 12 функциональных групп, каждая из которых способна решать перечень ИРЗ в соответствии с графиком, типовой пример которого представлен на рис. 1 [4].
ФГ 1
г
Рис. 1. Типовой план решения ИРЗ функциональной группой 1
Так как основной целью функционирования ПТК является своевременное решение ИРЗ, целью работы имитационной модели является определение на основе статистических данных, накопленных в результате мно-
136
гократного прогона всего комплекса ИРЗ через вычислительные модули, «узких» мест в функционировании и на этой основе предложение решения для устранения этих недостатков.
Исходными данными модели являются (рис.2):
- множество источников заявок на решение ИРЗ (представлены блоками функциональных групп ФГ1-ФГ12);
- блок очереди (представленный сетевым коммутатором);
- множество серверов, обеспечивающих решение ИРЗ (блоки МС 1, МС 2, СБД 1, СБД 2);
- множество вычислительных модулей, обеспечивающих решение
ИРЗ;
- блок приемника обслуженных заявок;
- блок формирования компьютерных атак.
Рассмотрим работу каждого блока функциональной схемы ПТК.
Блоки источников заявок. Основным элементом этих блоков является «Формирователь заявок». Настройками этого блока задается интервал времени между последовательными заявками. В модели интервал времени задается генератором интервалов времени между заявками в соответствии с план-графиком выполнения задач должностными лицами функциональных групп.
Блок «Шлюз разрешения». Так как количество заявок на решение ИРЗ для каждой функциональной группы заранее известно, предусмотрен блок «Шлюз разрешения». Управление им осуществляется преобразованным сигналом результата сравнения заданного и фактического количества заявок. В интервалы времени, когда заданное количество заявок уже поступило в коммутатор, но еще не обслужено, выход блока формирователя заявок блокируется шлюзом разрешения.
Генератор. Разнородность ИРЗ реализуется за счет указания особенного свойства для каждой заявки - ее веса. Веса заявок задаются генератором, формирующим случайное число, распределенное равномерно в интервале от 0 до 1, которое умножается на заданный максимальный вес. Таким образом, задается и случайность этого параметра, с одной стороны, и управление этим параметром в зависимости от ИРЗ, с другой стороны.
Основным показателем, рассчитываемым в модели, является среднее время ожидания заявкой на решение ИРЗ обслуживания, при этом вероятность предоставления результатов решения ИРЗ не должна превышать требуемой.
Таймерные блоки. Набор статистики для времени обслуживания реализуется посредством двух таймерных блоков. Первый из них («Начало периода пребывания заявки в системе») инициирует начало отсчета, а второй (в блоке приемника заявок) останавливает таймер и записывает показатель времени в базу данных временных характеристик.
Блок очереди (коммутатор сетевой). Реализует объединение путей поступления заявок и обслуживание их вычислительными модулями серверов. Процесс обслуживания имитируется как задержка заявки на определенное время. Дисциплина очереди FIFO (первым поступил - первым вышел). Емкость очереди задана и равна количеству портов коммутатора. Кроме того, блок очереди является ценным источником статистической информации. В каждый момент опроса блок сообщает свое содержимое (количество заявок в очереди, ее длину), среднюю длину очереди и среднее время ожидания каждой заявки в очереди [5].
Й1
MC №1
^ MC №2
^ С БД №1
С БД №2
Блок формирования компьютерных
Блок приемника обслуженных заявок на решение ИРЗ
Зависимость среднего времени
обслуживания от
моделирования
Зависимость количества обслуженных заявок от времени моделирования
Зависимость размера очереди от
моделирования
Рис. 2. Функциональная схема работы имитационной модели
Блок «Объединитель путей» Заявки в очередь могут поступать не только из источника заявок, но и по обратной связи после отказа вычислительного модуля. Однако очередь имеет лишь один вход. Решением проблемы является блок «Объединитель путей», который направляет заявки с обоих своих входов на один выход. Настройки блока таковы, что если две заявки прибудут в блок одновременно, на выход первой поступит заявка, пришедшая на вход IN1. Счетчик вернувшихся заявок позволит оценить еще один показатель.
Блок обслуживания. Включает в себя блоки обслуживающих устройств (серверов). Имитацией обслуживания при этом является задержка заявки в сервере на заданный период времени. Длительность обслуживания задается как входной сигнал блока обслуживания, источником которого является генератор времени обслуживания. Кроме того, в блоке учитывается вес пришедшей заявки. Этот учет проявляется в суммировании сгенерированного времени обслуживания и веса заявки [5].
138
Блок приемника заявок. Является конечным пунктом назначения заявок. В нем установлен счетчик количества прибывших заявок. Это количество сравнивается с заданным перед началом эксперимента. Совпадение этих значений говорит о том, что все заявки обслужены и служит сигналом для окончания моделирования.
Блок формирования компьютерных атак. Имитация воздействия компьютерной атаки производится специальным блоком. В качестве исходных данных используются значения параметров, соответствующие профильным моделям эквивалентных КА, нарушающих работоспособность вычислительных модулей. Это атаки типа: локальный отказ в обслуживании, удаленный отказ в обслуживании, «спам» и логическое отключение пользователя. Процесс воздействия представляется в виде стохастической сети [6].
В результате работы модели получены зависимости ряда показателей от времени моделирования:
- зависимость среднего времени ожидания обслуживания от времени моделирования;
- зависимость количества обслуженных заявок на решение ИРЗ от времени моделирования;
- зависимость размера очереди от времени моделирования.
Представлены временные характеристики процесса решения ИРЗ
(рис. 3).
а
б
Зависимость среднего времени ожидания обслуживания от времени моделирования
Зависимость среднего времени ожидания обслуживания от времени моделирования
50 100 150 200 250 300 350 400 450 Время моделирования
Время моделирования
в
Рис. 3. Графики зависимости среднего времени ожидания заявками обслуживания от времени моделирования (вероятность отказа ИВР): а — 0; б — 0,2; в — 0,5; г — 0,7
г
Вывод: «узким» местом функционирования ПТК является момент решения множества параллельных ИРЗ, поступающих от функциональных групп, при котором обеспечение их решения информационно-вычислительными ресурсами спланировано по круговому циклу, что ведет к перегрузке и отказам в обслуживании. На рис.3 представлены зависимости показателя среднего времени ожидания заявкой обслуживания при решении ИРЗ ПТК от времени. Для одного и того числа решаемых ИРЗ при изменении параметров воздействий компьютерных атак (рис. 3) увеличивается общее время моделирования, а также среднее время ожидания заявкой обслуживания при решении ИРЗ ПТК.
Заключение. Разработанная имитационная модель отражает существенные свойства процесса функционирования ПТК в условиях воздействий, а результаты моделирования являются основой для разработки алгоритмов и методик рационального распределения информационно-вычислительных ресурсов, обеспечивающих решение ИРЗ.
Список литературы
1. Буренин А.Н., Легков К.Е., Оркин В.В. Вопросы применения имитационной модели при управлении функционированием информационной подсистемы автоматизированной системы управления сложными организационно-техническими объектами в условиях массовых возмущений // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017. Вып. 9. Ч. 1. С. 494-500.
2. Буренин А.Н., Легков К.Е. Современные инфокоммуникацион-ные системы и сети специального назначения. Основы построения и управления: монография. М.: ООО «ИД Медиа Паблишер, 2015. 348 с.
3. Васильев К.К., Служивый М.Н. Математическое моделирование инфокоммуникационных систем. М.: Горячая линия. Телеком, 2018. 236 с.
4. Лазарев А.А., Гафаров Е.Р. Теория расписаний. Задачи и алгоритмы. М.: МГУ, 2011. 222 с.
5. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979. 432 с.
6. Киберустойчивость информационно-телекоммуникационной сети / М.А. Коцыняк, И. А. Кулешов, А.М. Кудрявцев, О.С. Лаута. СПб.: Бостон-спектр, 2015. 150 с.
Легков Константин Евгеньевич, канд. техн. наук, доц., начальник кафедры, constl@,mail. т, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Емельянов Александр Владимирович, адъюнкт, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского
140
SIMULATION MODEL OF THE PROCESS OF FUNCTIONING OF THE PROGRAM-TECHNICAL COMPLEX IN SOLVING VARIOUS INFORMATION AND CALCULATION TASKS
A. V. Emelyanov, K.E. Legkov
Currently, for the support system and decision-making when planning various kinds of organizational operations specially designed program-technical complex (PTC) are used. This PTC solve a set of heterogeneous information and calculation tasks (ICT). However, on the one hand information technology capabilities of PTC do not allow to solve ICT with high efficiency, on the other hand there is currently no scientific and methodological apparatus of rational allocation of information and computing resources of PTC providing ICT solution. To eliminate this contradiction in the work it is proposed to develop a simulation model of the PTC functioning process, to form statistics based on the calculation of the indicators of the ICT resolution efficiency and to identify the «narrow» placee ofPTC fiiuctioning.
Key words: program-technical complex, information and calculation tasks, planning, resource allocation.
Emelyanov Alexandr Vladimirovich, postgraduate, slashl a inhox.ru, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy,
Legkov Konstantin Evgenyevich, candidate of technical sciences, docent, head of the department, constla mail. ru, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy
УДК 004.056.052
ПОДХОД К ЗАЩИТЕ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ СКРЫТЫХ МЕТЯЩИХ СРЕДСТВ
С.В. Калиниченко, П.В. Корчагин, В.К. Платонов
Предлагается подход к оценке защищенности информационных ресурсов для совершенствования систем защиты информации на основе методов теории возможностей.
Ключевые слова: специальные метящие средства, сложность метящего средства, вероятность своевременного обнаружения нарушения, динамика нарастания сложности прогнозирования, перехват инициативы при защите от копирования цифровой информации.
Эффективность созданной в организации системы защиты информации (СЗИ) оценивается по степени соответствия этой системы требованиям по отражению актуальных информационных угроз. Данный подход кажется логически обоснованным и вполне разумным. Но по вполне
141
