CC BY
61
ПОЛИГРАФИЯ И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ
УДК 004.832.28
С.Ю. Борзенкова, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-95, tehnol@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ), О.В. Чечуга, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-24-93, sourie 1@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
КОНЦЕПЦИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИСКРЕТНЫХ СИТУАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ЗАЩИТОЙ ИНФОРМАЦИИ
Рассмотрен вопрос целесообразности применения ситуационного управления в системах управления защитой информации. Предлагается описывать ситуацию сочетанием тенденций изменения параметров, что позволяет проанализировать полное множество ситуаций и использовать дискретные ситуационные модели в системах поддержки получили решения для одной цели и многоцелевой контроль в режиме OLAP.
Ключевые слова: ситуационное управление, системы защиты информации, системы поддержки принятия решения
В практике управления сложными организационными и важными объектами существует множество динамических систем, для которых важнейшим является принцип быстрого реагирования. Его реализация обуславливает наличие жестких временных ограничений на весь комплекс процедур, включающий формирование целей управления, генерацию альтернатив, их всесторонний анализ и выбор наилучшего решения.
В периодической литературе широко обсуждается класс информационных технологий - системы поддержки принятия решений (decision support/making) (Д8М). Программные средства, поддерживающие такие технологии, называют On-line Analytical Processing (OLAP), что отражает целесообразность включения их в контур управления совместно с лицом,
328
принимающим решение (ЛПР) и использования в режиме реального времени. Общепринято считать, что компьютерная система поддержки принятия решений должна не только облегчить выбор наилучшего решения при управлении, но и способствовать его реализации.
Управление сложной системой детерминированными способами с применением математических методов и моделей не всегда позволяет получить всесторонне обоснованное целесообразное управленческое решение. Этим объясняется целесообразность разработки оригинальной методики формирования альтернативных целесообразных управленческих решений, основанной на объединении идей ситуационного управления и сигнатурного моделирования, которое можно отнести к одной из разновидностей имитационного моделирования, и построения на этой методологической основе искусственной интеллектуальной системы, являющейся основой системы поддержки принимаемых решений.
Ситуационный анализ на различных объектах целесообразно начать с определения полного множества ситуаций. В соответствии с системным подходом, входными будем называть те управляемые параметры X = {^1, Х2,..., хт }, которые могут целенаправленно изменяться с помощью определенных регулирующих органов. Входными неуправляемыми параметрами назовем параметры и = {и\,м2,. .,ик}, характеризующие состояние и отражающие воздействие внешней среды на функционирование управляемого объекта (процесса). В качестве выходных параметров используются величины, которые могут быть измерены с помощью какой-либо совокупности теоретических зависимостей (математической модели). Обозначим множество выходных параметров через Р = {р\, р 2,..., рп}.
Для реальных объектов и процессов характерно наличие ограничений на их предельные значения и отсутствие полного математического описания функционирования объекта.
Этим объясняется невозможность использования детерминированных методов теории управления и применение эвристических подходов, одним из которых является ситуационное управление.
Для организации ситуационного анализа и управления можно рекомендовать следующую совокупность процедур:
1) определение целей и полного множества ситуаций;
2) классификация ситуаций по степени их предпочтительности;
3) формирование альтернатив перехода из одной ситуации в другую;
4) ранжирование альтернатив по степени предназначения;
5) формирование сценариев поведения лиц, принимающих решения, в соответствии со складывающимися на объекте ситуациями, обеспечивающих переход в самую предпочтительную ситуацию.
Последняя задача связана с реализацией ситуационного управления, которое предполагает разработку и применение множества сценариев целесообразного поведения, связанных с соответствующими ситуациями. Задачи анализа направлены на разработку множества сценариев целесообразного поведения ЛПР в каждой возможной ситуации.
В случае выхода значений за допустимые пределы должна решаться оптимизационная задача ввода в допустимую область. Этот процесс приходится реализовывать как многошаговый процесс дискретного ситуационного управления, в ходе которого определяются такие значения управляемых параметров X1, при которых значения выходных показателей приближаются или удерживаются в допустимых границах. При этом возникает задача определения стратегий управления, которую предлагается решать на основе сигнатурной ситуационной модели.
Разделим управленческие решения на стратегические и тактические. Процедура принятия решения инициируется в определенные дискретные моменты времени ?.
Под стратегическим решением будем понимать выбор наилучшей альтернативы, подобно тому, как это понимается в теории игр.
Альтернативной будем считать дискретное изменение значения управляемого параметра Х1 в сторону увеличения Хг + АХг либо Хг - АХ1, которую будем для краткости называть управленческим действием dm.
Под тактическим решением будем подразумевать определение величины А для выбранного наилучшего стратегического решения.
Из анализа большинства объектов и процессов с позиции управления следует, что на сегодня разработаны и внедрены в практику различные методики проведения анализа их состояния. Используя их, можно провести достаточно подробный анализ текущего состояния. Однако существует другой не менее важный вопрос: что делать, чтобы изменить состояние к лучшему?
Для ответа на этот вопрос предлагается применить идеи ситуационного анализа и управления текущим состоянием с использованием сигнатурных моделей.
При этом примем, что ситуация характеризуется совокупностью знаков (сигнатур) изменения значений выходных показателей Рп е Р и неуправляемых параметров Ике и. Эти изменения (тенденции) обозначим через Т = {тъ Т^... т2(п+к) |
Переход описания ситуации как совокупности тенденций равносилен замене непрерывного гиперпространства выходных управляемых параметров на дискретное пространство тенденций, назовем их для кратности сигнатуры [1].
Целесообразность перехода к описанию ситуаций как совокупности тенденций изменения выходных показателей и неуправляемых параметров объясняется тем, что менеджера при принятии управленческих решений интересует не только и не столько конкретные значения выходных показателей управляемого объекта, сколько направление изменения в сторону увеличения или уменьшения их значений. И для формирования стратегии управления важно оценить не столько значение выходного показателя, сколько направление его изменения. Например, достаточно трудно сделать выводы о предпочтительности ситуации путем сравнения двух совокупностей выходных показателей, определенных в разные моменты времени. Менеджеру легче сравнить совокупность тенденций, так как он, как правило, имеет представление о том, какие тенденции позитивные для достижения целей, а какие негативные, и разделение тенденций на положительные и негативные не вызывает затруднений. Более того, несмотря на увеличение размерности задачи поиска целесообразных стратегий управления, описание ситуаций как совокупности тенденций равносильно переходу от непрерывного пространства параметров к дискретному пространству тенденций их изменения, что позволяет определить фиксированное множество ситуаций и упростить процедуру оценки степени предпочтительности (ранга) каждой ситуации, связывая тенденции с целями управления.
Рассмотрим методику разработки и использования сигнатурной модели реакции объекта на управляющие воздействия, которая реализуется в виде совокупности процедур. Первой процедурой является идентификация ситуаций. Для этого необходимо определить цель проведения ситуационного анализа, и в соответствии с целью определить множество выходных показателей и неуправляемых параметров внешней среды. Обозначим множество анализируемых параметров как
р* ={р1, р2 ,..., рП ,..., Л}, (1)
где п - индекс анализируемого параметра; N - количество параметров, характеризующих состояния объекта; * - индекс шага управления.
Для идентификации ситуаций обозначим Т - кортеж сигнатур выходных показателей, которые отражают тенденции изменения значений выходных показателей:
Т = Т1,Т2,...,Т],...,Т2N), (2)
где Т1,Т2,...,Tj,...,Т2N - элементы кортежа сигнатур выходных неуправляемых параметров, формируемых по следующим правилам: для нечетных ] = 1, 3, 5,...ДК -1
1, если
Т} = <
0, если
р *ир (-< е*
р +1)^ - р (-+1^ > - е * ;
для четных /=2, 4, 6, ..., 2N
Т, =
1, если р )у - р\/ > е* Рн
/2 /2 /2
0, если р// - р/-1 < е * Р7Н /2 /2 /2
Параметр е введен для обеспечения возможности изменения дискретизации процесса принятия решений с учетом динамических свойств управляемого процесса. Назовем его порогом чувствительности и будем задавать в относительных величинах (процентах) от номинального (средн н
него) значения показателя р ■ ^ (или р/+1/2)/2). Если модуль изменения
н н
показателя меньше е* р(■+1)/2 или больше е* р ■ /2, то наличие тенденции не будет фиксироваться.
В этом случае полное множество ситуаций при количестве выходных параметров N будет 3 ^+к.
Следующим этапом является формирование матрицы кодов ситуаций
С (22 N+2 к ,2 N + 2 К).
Она составляется с применением двоичного кодирования. При этом элементы матрицы с/ формируются по правилу [2]
22N+2К 2N+2К
с{г/)2 = I I [с/ +12]2 ; с11 = 0.
/=1 7=1
Из матрицы С удаляются строки с совпадением единиц в 1 и 2; 3 и 4 и т.д. разрядах. Для нечетных ]=1,3,5..., С/ а СI / /+1 Ф 0.
Каждая строка с^ = (С1, С2,..., C2N+2K) матрицы С является кодом, единичные значения которого характеризуют ситуацию и отражают наличие соответствующих сигнатур изменений параметров Р и и.
Следующая процедура ситуационного анализа предполагает ранжирование ситуаций. Для этого в соответствии с определенной целью К
множество Т разделяется на подмножества Т +, Т-, ТН так, что Т + - со-
держит позитивные тенденции (сигнатуры); Т - содержит негативные
н
тенденции (сигнатуры); Т - содержит нейтральные тенденции (сигнатуры).
При этом Т + с Т; Т- с Т; ТН с Т должно обеспечиваться условие Т + п Т - п ТН = 0.
Для каждой Tj е Т + экспертом определяется весовой коэффициент
аj в диапазоне [0,+1] так, что X аj = 1; Аналогично для каждой
jеT+
Tj е Т определяется весовой коэффициент рj в диапазоне [0,-1] так, что
jеT -
Н
X Рj = -1 и для каждой Tj е Т весовой коэффициент уj^тн = 0.
На основе матрицы кодов С и весовых коэффициентов ауру у формируется матрица V в виде
V (22п+2 K ,2 N + 2 K
^ = а у у р у у уу
jеT+ jеT- jеTН
На основе матрицы V определяется ранг I -й ситуации
К
C 2 N+2 K
г = X ^х си.
j=1
Используя значение г , все допустимые ситуации ранжируются по степени предпочтения для достижения цели G.
Затем определяется множество регулируемых параметров X = X2,..., xм } и на их основе формируется кортеж управляющих действий
D = ^1,d2,..., d2м ), где dm = xm + А * хт; dm+l = xm - А * хт - множества возможных воздействий;
dl = Xl + А * Xl; d2 = Xl - А * Xl;
А - относительное приращение управляемого параметра.
Определив множество управляющих воздействий, экспертом или группой экспертов формируется дискретная ситуационная модель управляемого процесса. Она представляется матрицей
W (2М * 3* ,2N)= [wmi Ь
где м>т=(^Л2..ЖЖ), т=1,2М - строка матрицы, отражающая изменение состояния объекта, вызванное управленческим действием dm е В и изменением совокупности неуправляемых параметров, зафиксированных в момент времени Дк.
Для обеспечения соответствия матриц С и W значения wmj формируются по единому правилу (3).
Эта матрица отражает связь «действие - ситуация» - тенденции объекта из текущей ситуации во множество прогнозируемых ситуаций в результате соответствующих управленческих воздействий и используется для формирования множества возможных переходов.
Сигнатурная модель функционирования объекта представляется матрицей Ж, которая формируется из двух матриц Я(2М ,2 N) и Яи (2К ,2 N).
Строки матрицы Я отражают коды реакции объекта на соответствующее управленческое действие dm, проявляющееся в возникновении тенденций Т/ е Т в соответствии с единичными значениями в определенных логикой функционирования объекта (строка матрицы Я) при отсутствии тенденций изменений неуправляемых параметров.
Формирование матрицы Я осуществляется в диалоге с экспертом постановкой вопроса типа: «Укажите, какие тенденции (сигнатуры) изменения Тс выходных параметров возникнут, если применить действие dm неизменных значениях неуправляемых параметров ?» По ответу эксперта устанавливаются единичные значения в определенных разрядах кода тенденций в матрице Я. Количество таких вопросов равно числу возможных управленческих действий (2М) [3].
Строки матрицы Яи отражают коды реакций объекта на определенную тенденцию изменения неуправляемого параметра иК еи , проявляющееся в прогнозировании тенденций Т/ е Т.
Формирование матрицы Яи также осуществляется в диалоге с экспертом постановкой вопроса типа: «Укажите, какие тенденции изменений Т/ е Т возникнут в результате изменения ит на Лит или (-Лит)?».
По ответу эксперта устанавливаются единичные значения в определенных разрядах строки кода матрицы Яи. Количество таких вопросов, задаваемых эксперту, будет 2К.
Формирование сигнатурной ситуационной модели осуществляется в режиме реального времени следующим образом.
В момент времени принятия решения фиксируются тенденции изменения неуправляемых параметров и формируется соответствующий код с определенной совокупностью единиц, отражающих сигнатуры измененных неуправляемых параметров.
Из матрицы Яи выбираются строки, соответствующие этим единичным значениям, и производится их логическая схема.
Затем к полученному суммарному коду прибавляются коды строк матрицы Я, формируя строки матрицы Ж.
В результате совместного использования матрицы кодов ситуаций и сигнатурной ситуационной модели формируется множество возможных переходов
нК = (кИ, Ъ 2-Лт -Л 2 М ).
Каждый элемент ит е н К отражает ожидаемый переход объекта из ситуации с в ситуацию Сщ при выполнении действия dm е В.
2 N -1 / \ •
Индекс ожидаемой ситуации Ш = X ^ щ ® с ^ )2 ^ .
j = 0
Соответственно ранг ожидаемого состояния гщ будет равен рангу ситуации, в которую должен произойти переход при действии dm.
Применение всех действий в ситуации с1 позволяет, определив
множество возможных переходов, осуществлять их анализ и выбор допус-
+ К
тимых dm. Для этого из множества Н выбираются допустимые и формируется множество альтернативных допустимых управленческих действий аК = ^ }
При этом dm определяется из условия: если г < гт , то dm = dm ,
если г > гш , то d ш = d Щ .
Затем из множества допустимых альтернативных действий е а К выбирается наилучшая альтернатива
а° = ^ (тах гш ).
Итерационное повторение процедуры позволяет сформировать стратегию для достижения цели, как множество наилучших альтернатив, соответствующих множеству возможных ситуаций,
АК = { а? }.
Итерационное повторение вышеописанной совокупности процедур для каждой цели при многоцелевом управлении позволит сформировать подмножество допустимых альтернатив для каждой из них. В этом случае в качестве наилучшей будет выбрана альтернатива, попавшая в большее число подмножеств, либо альтернатива, принадлежащая подмножеству для цели с наилучшим приоритетом.
Эффективность изложенной методики формирования стратегических решений в существенной степени зависит от компетенции экспертов, осуществляющих определение весовых коэффициентов для негативных и позитивных тенденций, которые связаны с весомостью выходных показателей.
Текущая ситуация оценивается определенной совокупностью тенденций, принадлежащих к Т+ или Т-. Целесообразным управление будет в
335
том случае, если в результате применения a -го управленческого решения по применению входного воздействия число и весомость отрицательных тенденций уменьшатся. Для количественной оценки альтернатив предложен интегральный показатель, являющийся взвешенной суммой показателей, оцененных по соответствующим методикам, с учетом значимости каждого из них выявленной группой экспертов.
На основе сигнатурной ситуационной модели и таблицы состояний формируется множество альтернатив перехода из текущей ситуации в более предпочтительную. При формировании альтернатив на основе идентификации текущей модели выбирается из таблицы состояний строка конкретного состояния и осуществляется её логическое сложение последовательно со строками сигнатурной ситуационной модели, моделируя переходы в новое состояние как результат применения соответствующего управленческого действия.
Составленная таким образом сигнатурная ситуационная модель позволяет автоматизировать поиск наилучших стратегий управления в системах, для которых принцип быстрого реагирования является главным.
Список литературы
1. Поспелов Д. А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука, 1986. 288 с.
2. Клыков Ю.Н. Ситуационное управление большими системами. М.: Энергия, 1974. 135 с.
3. Саати Т. Л. Математические модели конфликтных ситуаций/ пер. с англ.; под ред. И.А. Ушкова. М.: Сов. радио, 1977. 304 с.
S.U. Borzenkova, O.V. Chechuga
THE CONCEPT OF USING DISCRETE SITUATION MODELS IN CONTROL SYSTEMS PROTECTION OF INFORMA TION
The question of expediency of application of situational management in control systems of information protection is considered. It is offered to describe a situation tendencies of change of parameters that allows to analyze full set of situations and to use discrete situational models in support systems have received decisions for one purpose and multi-purpose control in mode OLAP.
Key words: situational management, systems of protection of the information, a sis-theme of support of decision-making.
Получено 09.11.11
