CC BY
69
Современные технологии - транспорту
24
Современные технологии - транспорту
УДК 656.25:004.942
Д. С. Марков, А. А. Лыков
Петербургский государственный университет путей сообщения
МЕТОД ФОРМАЛИЗАЦИИ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ХОЗЯЙСТВЕ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
Рассмотрен метод формализации имитационных моделей систем информационного обеспечения технической эксплуатации систем железнодорожной автоматики и телемеханики на основе их морфологического описания как сложных систем массового обслуживания. Предложен моделирующий алгоритм для сложных систем массового обслуживания, не зависящий от свойств конкретной системы информационного обеспечения.
имитационная модель, системы информационного обеспечения, морфологическое описание, сложные системы массового обслуживания.
Введение
Основными технологическими
процессами, выполняемыми в хозяйстве автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, являются:
• техническая эксплуатация (ТЭ) устройств и систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ);
• ввод в эксплуатацию новых и реконструкция существующих СЖАТ.
Важнейшим фактором,
определяющим качество ТЭ СЖАТ, является качество функционирования систем информационного обеспечения (СИО) ТЭ СЖАТ (СИО ТЭ).
Информационное обеспечение ТЭ включает:
• планирование и мониторинг процессов ТЭ, формирование отчетной и справочной информации;
• диагностирование и мониторинг технического состояния СЖАТ;
• документооборот технической
документации СЖАТ.
В настоящее время на различных стадиях создания, эксплуатации и модернизации находятся следующие автоматизированные информационные системы:
• автоматизированная система
управления хозяйством автоматики и телемеханики (АСУ-Ш);
• система диагностики и удаленного мониторинга технического состояния СЖАТ (СДУМ);
• система электронного
документооборота технической
документации.
Именно эти системы являются основой СИО ТЭ, которые постоянно совершенствуются: увеличиваются виды и объемы обрабатываемой информации, расширяется круг решаемых задач. Однако взаимодействию отдельных информационных систем между собой и с системой, выполняющей ТЭ, не уделяется должного внимания.
ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС
2012/1
Современные технологии - транспорту
25
Комплексное решение проблем координации указанных взаимодействий предполагает формулирование
системотехнических задач [1] и количественную оценку принимаемых системотехнических решений. В работе [2] показано, что оценка системотехнических решений для сложных систем, к которым относятся СИО ТЭ, возможна только с использованием метода имитационного моделирования. При этом СИО ТЭ представляются как сложные системы массового обслуживания (ССМО) [3]. В статье [4] изложен метод формализации имитационных моделей (ИМ) ССМО на основе функционально-алгоритмического описания, наиболее эффективный для
1 Формализованная схема СИО ТЭ
Формализованная схема внешней среды ССМО представляется вектором технологической нагрузки исследуемой системы S:
К = [Я; zd ; F(t); W); РШ С“ ], где Я - множество заявок различного типа hi, i= 1,1, обслуживаемых системой S; zld -
множество свойств d = 1, D заявки i-го типа; F(t) - характеристика времени поступления заявок множества Я в систему S; X(t) - зависимость
интенсивности потока заявок Я от текущего времени; Phi(t) - вероятность поступления в систему заявки i-го типа в
зависимости от текущего времени; Ц -идентификаторы устройств S, начинающих обслуживание заявок i-го типа.
Следует отметить, что в СИО ТЭ заявки подразделяются на две категории:
• информационные сообщения,
формируемые автоматически или автоматизированным способом;
исследования систем организационнотехнологического типа.
В данной работе предлагается морфологический подход к формализации ИМ ССМО, эффективный для систем с жесткой структурой, в которых преобладает техническая составляющая. Именно к системам такого класса относятся СИО ТЭ.
Далее рассматривается
морфологический подход к формализации ИМ ССМО в общем виде, т. е. независимо от конкретных систем, привязка к которым должна быть максимально упрощена. С этой целью по аналогии с [4] вводится формализованная схема, включающая описание внешней среды и собственно ССМО.
• запросы на решение технологических задач или получение отчетно-справочной информации.
Внутри указанных категорий заявки в свою очередь делятся на типы по видам передаваемой информации и запросов.
Формализованная схема исследуемой системы, как ССМО, в соответствии с морфологическим подходом формируется на основе структурного описания S:
S={E; R/t С; O; Dv>,
где E - множество элементов ed е Ej = 1, J , рассматриваемых в конкретном
исследовании; Rj - множество свойств j-го
элемента Г;те Rj,m= 1, M ; Cj - множество связей j-го элемента для заявок i-го типа С j ,к е Cj, к = 1, J; j Ф к; O - множество
операций, выполняемых системой S по обслуживанию заявок множества Я; Oj е O - подмножество операций, выполняемых j-м элементом; О' е O- операции,
выполняемые j-м элементом по
ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС
2012/1
Современные технологии - транспорту
27
обслуживанию заявок /-го типа; Dij- -дисциплина обслуживания заявок /-го типа j-м устройством.
Целью формализации ИМ является решение проблемы синтеза
моделирующего алгоритма (МА) и,
2 Концепция синтеза моделирующего алгоритма
соответственно, моделирующей
программы (МП), не зависящих от свойств исследуемой системы на основе формализованной схемы Ут, S как ССМО.
Для решения поставленной задачи предложена следующая концепция.
1. Описание элементов системы, их связей, логики доступности связей, множества выполняемых элементами операций и их параметров должно осуществляться на уровне исходных данных МП, построенной по МА.
2. МА должен представлять собой алгоритм обработки данных п. 1 о моделируемой системе как ССМО в процессе обслуживания заявок.
3. МП должна включать
универсальные генераторы потоков заявок, имитирующих вектор
технологической нагрузки и библиотеку моделей обслуживающих устройств, позволяющих моделировать различные устройства исследуемой системы с различными дисциплинами обслуживания
D
у
4. Изменения данных п. 1 не должны приводить к изменению МА. Это означает, что при изменениях множества E элементов, структуры исследуемой системы или при исследовании другой
системы МП не должна
модифицироваться в рамках
моделирования ССМО.
Для реализации сформулированной концепции в соответствии с формализованной схемой Ут системы S в среде GPSS World [5] предложен
следующий подход:
1) в GPSS-программу включается библиотека генераторов потоков заявок, предложенная в [6];
2) в GPSS-программу включается библиотека моделей обслуживающих
устройств un, n= 1, N, причем каждой модели присваивается код K = 1...N;
3) заявки h/ е ^отображаются в GPSS-программе транзактами, причем
параметру транзактов P1: = /, / = 1,1, а
~ i
значения ее свойств zd записываются в
параметры P(d+ 1), d = 1, D ;
4) операциям ^множества O,Og е O,присваиваются коды К = 1...G;
5) вводятся паспорта устройств
системы Se-, представляющие собой матрицу, идентификатором которой
является код Kj = 1...J. Паспорт
устройства ej содержит следующую информацию:
• в первом столбце первой строки записывается код К = 1...N модели
обслуживающего устройства un;
• во второй строке записываются коды
операций К° = 1 ...G, выполняемых
данным устройством для заявки /-го типа Oj е О-, причем номер столбца
соответствует типу заявки /;
• в следующих строках матрицы записываются коды паспортов К, с
которыми связан данный элемент по типу заявки (номера строк / + 2), тем самым
реализуются связи Ce е Cj;
j
• в среде GPSS World паспорта устройств представляются матрицами
ячеек MXj, j = 1, J ;
ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС
2012/1
Современные технологии - транспорту
26
6) вводится паспорт входа в систему, представляющий собой матрицу, номера строк которой соответствуют типу заявки
i, а в столбцах записываются коды Ke
паспортов элементов, с которых начинается обслуживание i-й заявки в системе S, тем самым реализуются связи CJX. В GPSS-программе паспорт входа
представляется матрицей ячеек MX$VHOD.
Коды Kg, Ke, K'g присваиваются
элементам множеств O, E, U в
произвольном порядке.
В сложных системах, к которым
относятся СИО ТЭ, связи C,, Cвх могут
J J
быть «жесткими» или условными. Условные связи в зависимости от состояний системы S, свойств элементов
rj,m е R, свойств z'd и типа hi е H заявок могут быть доступными или недоступными в данный момент текущего времени. Следует отметить, что связи CJ и CJX реализуются в GPSS-программе
переходом транзакта от одного элемента к другому в соответствии с данными паспортов. Тогда «жесткая» связь означает безусловный переход транзакта от данного элемента к элементу-последователю. Для описания условных связей вводится объект оборудования языка GPSS - логический ключ (LK); каждому
LK присваивается код К^к ,q = 1, Q , где
Q - количество условных связей из
Г/~>вх
J, C J .
Для установки ключей в требуемое состояние вводятся булевы функции, описываемые в языке GPSS объектом BVARIABLE:
KqLKBVARIABLE (S, rUm, h, z'd ),
где KqLK - идентификатор булевой переменной.
Если KLKBV = 1, то логический ключ
ч
t^LK
с кодом Kq устанавливается в состояние
«включено» (S), в противном случае - в состояние «выключено» (R). Включенный ключ означает доступность, a выключенный - недоступность связи для
данного транзакта. Код KqLK является функцией KgK = f(i, KJe) и однозначно
определяется типом заявки, кодом KeJ
данного элемента и элемента-
последователя. Для моделирования ситуации «отказ жесткой связи» также
T^LK
вводятся логические ключи с кодами Kb
, b = 1, B, где B - количество жестких связей. На основе сформулированных положений авторами разработана GPSS-программа - морфологическая
формализация ССМО (МФССМО), блок-схема которой представлена ниже.
Перед началом работы МП командами INITIAL устанавливаются в исходное состояние ключи жестких связей LK(S) и ключи моделей обслуживающих устройств, требующие выполнения такой процедуры.
Г енератор потока заявок (ГПЗ) настраивается на генерацию вектора технологической нагрузки в систему S на уровне исходных данных и в процессе моделирования вводит в модель транзакты-заявки T, соответствующие заявкам hi е H. Блоком SPLIT языка GPSS создается
ГТ1 rTlk
копия транзакта T , которая
поступает в программу установки состояния ключей-связей PUSTLK в состояние, соответствующее значению
BVKqLK из массива булевых переменных
для всех условных связей. Основной транзакт Ti передается в программу POBRVH обработки паспортов входа (MX$VHOD). Программа POBRVH по i определяет в MX$VHOD коды паспортов
ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС
2012/1
Современные технологии - транспорту
27
Kj элементов, начинающих
обслуживание заявки i-го типа, и передает транзакт T с кодом Kj в программу
POBRE обработки паспортов устройств ej (MX1, ..., MXJ).
Передача T осуществляется в зависимости от вида связи («жесткая» или условная) и состояния ключа,
соответствующего данной связи. Если
ключ K<L'K выключен, то T выводится из
активного состояния и помещается в
список пользователя SPP до изменения значения ВУК^к на «1». Если
обслуживание заявки h начинается несколькими устройствами одновременно, т. е. выполняются параллельные
процессы, то в POBRVH блоком SPLIT создается требуемое количество
транзактов-копий Тк, которые также
передаются со своими кодами Kj- в
программу POBRE.
MXSVHOD
к;
т,
Ж
PUSTLK
%
^1
POBRVH
Ж
◄ ►
а:
£3
лг
POBRE
о is е is и
Массив паспортов устройств
MX 1 МХ2
Блок-схема программы морфологической формализации ССМО
Программа POBRE по коду Kj-
обращается к паспорту --го устройства (MX). Обработка MXj осуществляется в
два этапа. На первом этапе по коду Кип производится обращение к библиотеке моделей обслуживающих устройств ип,
п = 1, N , и выбирается соответствующая модель ип, которая по кодам KU и К° настраивается для выполнения операции по коду К° с учетом типа заявки, ее свойств Zj и свойству устройств системы
S. Далее выполняется программа ип с установленными настройками. После
выполнения ип основной транзакт T возвращается в POBRE для реализации второго этапа обработкиМХ/. На втором этапе по данным MXj определяется код
Kj паспорта элемента-последователя.
Переход к обработке элемента-
последователя программой POBRE
осуществляется с проверкой состояния
связей аналогично программе POBRVH. Инициализация логических ключей-
связей LK осуществляется посылкой T k
ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС
2012/1
Современные технологии - транспорту
28
блоком SPLIT в PUSTLK перед началом обработки паспорта элемента-
последователя. В программе POBRE реализуется также организация моделирования параллельных процессов.
Объединение параллельных процессов обслуживания Ti осуществляется блоком ASSEMBLE, выполнение которого рассматривается как одна из операций множества O и кодируется
Заключение
Предложенная GPSS-программа МФ ССМО соответствует сформулированной в данной работе концепции, т. к. ее настройка на конкретную систему осуществляется записью исходных данных в паспорт входа MXSVHOD, паспорта устройств системы MXj, массив
булевых функций BVK^, задающих
^ /'Т /'твх
логику связей ц, Ц , массив характеристик моделей обслуживающих устройств un. При этом моделирующая GPSS-программа остается без изменений при анализе различных систем или модификации исследуемой системы.
Дальнейшее развитие предложенного подхода к формализации ИМ и, следовательно, GPSS-программы
определяется задачами
системотехнического анализа (синтеза)
Библиографический список
1. Применение комплекса базовых
имитационных моделей для решения задач обеспечения надежности и безопасности систем железнодорожного транспорта /
М. Н. Василенко, Д. С. Марков,
Н. И. Рубинштейн // материалы всесоюзн. конф. «Моделирование систем и процессов управления на транспорте». - М. : ВНИИЖТ, 1991. - С. 76-79.
2. Имитационное моделирование АСУ
технологическими процессами на
lyOi
соответствующим кодом Kg в паспорте
того устройства, где происходит
объединение.
Вывод Ti из модели происходит после того, как в паспорте какого-либо
устройства MXj будет определен код К фиктивного паспорта P, отсылающий Т)к блоку TERMINATE.
СИО ТЭ и должно проводиться по следующим направлениям:
• расширение состава реквизитов паспортов входа и элементов системы с целью более полного учета свойств устройств СИО ТЭ;
• разработка набора моделей обслуживающих устройств un для устройств и подсистем СИО ТЭ;
• синтез моделирующей GPSS-
программы, объединяющей
функционально-алгоритмический подход - матричную модель сложных систем массового обслуживания (ММ ССМО) [4] и предложенную в данной работе GPSS-программу МФ ССМО, что позволит выполнять совместное моделирование как процессов ТЭ, так и СИО ТЭ для решения системотехнических проблем на основе анализа показателей функционирования ТЭ СЖАТ.
железнодорожном транспорте / М. Н. Василенко, А. В. Гриненко, Д. С. Марков // материалы науч.-техн. конф. «Пути повышения
эффективности использования подвижного состава». - Гомель : БелИИЖТ, 1983. - С. 5153.
3. Адекватность имитационных моделей системы управления железнодорожными станциями / А. В. Гриненко, Д. С. Марков // Новые разработки в области ж.-д. автоматики и
ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС
2012/1
Современные технологии - транспорту
29
телемеханики : сб. трудов. - СПб. : ПГУПС, 1991. - С. 32-38.
4. Матричный метод формализации имитационных моделей сложных систем массового обслуживания / П. Е. Булавский, Д. С. Марков // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2010. - № 4. -С.186-195.
5. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSSWorld : учеб. пособие / В. Д. Боев. - СПб. : БХВ-Петербург, 2004. - 368 с. - ISBN 5-94157-515-7.
6. Моделирование потока заявок сложных
систем на языке GPSS / М. Н. Василенко, А. В. Гриненко, Д. С. Марков // Автоматика и телемеханика на железнодорожном
транспорте. - М. : ЦНИИ ТЭИ МПС, 1981. - С. 57-65.
Общетехнические задачи и пути их решения
УДК 621.382.26
Е. А. Аникевич, В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников
Петербургский государственный университет путей сообщения
СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ И ПРОВЕРКИ ЭЛЕКТРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ПОДПИСИ НА ОСНОВЕ ОТКРЫТОГО КОЛЛЕКТИВНОГО КЛЮЧА ДЛЯ ЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРОННОГО ДОКУМЕНТООБОРОТА
Рассмотрены вопросы защиты информации и применения электронной цифровой подписи. Разработан метод и схема формирования и проверки электронной цифровой подписи на основе открытого коллективного ключа. Приведены сравнительные характеристики обычной ЭЦП и ЭЦП ОКК.
защита информации, электронная цифровая подпись на основе открытого коллективного ключа.
Введение
В настоящее время основу обеспечения безопасности электронного документооборота составляют системы электронной цифровой подписи [1], [2], [3], [4]. Наиболее широко применяемым видом ЭЦП является индивидуальная подпись. Однако вариант «один документ - одна подпись» является не единственным, требуемым на практике. В частности, вопросы передачи документов от имени некоторого коллегиального органа или от имени совокупности субъектов делают актуальным вопрос
разработки таких систем ЭЦП, как групповая, кратная ЭЦП и ЭЦП на основе открытого коллективного ключа.
Современные системы электронного документооборота позволяют
обрабатывать и подписывать электронный документ (ЭД) одновременно только одним пользователем, что увеличивает время обработки и подписания документа, если его должны подписать несколько пользователей. Следовательно, размер ЭЦП увеличивается в несколько раз пропорционально числу пользователей,
ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС
2012/1
