CC BY
20
Y
методика адаптивного управления
информационном системой критически важных
объектов в условиях массовых возмущений
Легков Константин Евгеньевич,
Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, constl@mail.ru
Левко Игорь Владимирович,
Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, levko_iv@mail.ru
Оркин Вадим Витальевич,
Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, orc225@mail.ru
В целях повышения эффективности управления сложными организационно-техническими объектами за счет своевременного обеспечения менеджеров требуемой информацией для принятия решений создаются информационные системы. Задача адаптивного управления информационной системой критически важных объектов в условиях массовых возмущений является комплексной (в силу многофункциональности информационной системы) задачей и предполагает использование совокупности процедур, применяемых в зависимости от состояния информационной системы и окружающей среды. При управлении информационной системой критически важных объектов необходимо, чтобы были достигнуты цели управления, сводящиеся к успешному выполнению задач всей автоматизированной системы управления вышестоящей системой. Для этого необходимо соответствие значений показателей эффективности требуемым в условиях массовых возмущений. Рассматривается вопрос решения проблем, связанных с внедрением централизованного управления информационной системой. Процесс управления включает этапы: получение информации о поведении информационной системы, анализ полученной информации, выработка решения и исполнение решения, осуществление управляющих воздействий на все объекты управления (все компоненты информационной системы, их системы управления и оборудование). Внедрение централизованного управления в информационных системах критически важных объектов затрудняется в связи с разнородностью применяемых информационных и телекоммуникационных технологий и типов оборудования, включая как сами системы управления, так и стандартные протоколы управления, что приводит к появлению ряда дополнительных проблем: прерывания в информационных потоках, замедление процессов выработки управляющих команд и повышение вероятности возникновения ошибок. Предлагается обобщенная схема управления информационной системой в зависимости от состояния её компонентов и значений параметров.
DOI 10.24411/2072-8735-2018-10176
Ключевые слова: информационная система, критически важный объект, массовые возмущения; вектор управления, информационный поток.
Информация об авторах:
Легков Константин Евгеньевич, к.т.н., доцент, начальник кафедры Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия
Левко Игорь Владимирович, к.т.н., доцент, доцент кафедры Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия,
Оркин Вадим Витальевич, адъюнкт кафедры Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия Для цитирования:
Легков К.Е., Левко И.В., Оркин В.В. Методика адаптивного управления информационной системой критически важных объектов в условиях массовых возмущений // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. №11. С. 51-56.
For citation:
Legkov K.E., Levko I.V., Orkin V.V. (2018). Methods of adaptive management of the information system of critically important objects in mass disturbances. T-Comm, vol. 12, no.11, рр. 51-56. (in Russian)
у
Постановка задачи
В плоскости управления эффективность функционирования информационной системы критически важных объектов (ИС КВО) задана некоторым функционалом (I, Ув, 2А-, который зависит от век-
тора фиксированных (невозмущенных) параметров и характеристик ИС - УЛ., вектора возмущающих параметров (внешние и внутренние воздействия) - , информационных ресурсов ИС - структуры ИС - , состояния ИС - Хд(/), вектора управления, определяющего управляющие воздействия на компоненты ИС, вырабатываемые системой управления ИС - ик.
Рассматривая (I, Уй, Ъ^, Иек, , Хя (О» и к} как функцию от управления функционированием, можно утверждать, что выбор конкретной процедуры 1)в = и,';.'{/) обеспечит вполне конкретное значение показателя эффективности ИС, где „т - решение по выбору процедуры адаптивного управления ИС КВО. Представим функционал Г в следующем виде / (К, О, Т). В качестве показателя эффективности функционирования ИС целесообразно взять функционал, зависящий от количества информационно-вычислительных ресурсов (ИВР) и предоставляемых ими информационных услуг (ИУ) с соответствующими показателями качества и оперативности их предоставления.
Решение задачи управления ИС сводится к поиску такого = и^.'(/), где и£"(/)еД,
—/тх>— ^шЬ "' ~ ЧИСЛО возможных процедур управления, ик = /иле/.? ' Яе /Л* * .Чгг/Я ' ' и , И, - управляющие воздействия, вырабатываемые системой управления при управлении функционированием, ресурсами и структурой ИС в соответствии со схемой декомпозиции общей задачи управления.
Разработка методики адаптивного управления в условиях массовых возмущений
Основной особенностью ИС КВО, как объекта управления, является наличие как современного серверного оборудования, современных и перспективных сетей и программно-аппаратных средств, основанных на передовых технологиях, так и использование устаревшего серверного оборудования и существующих традиционных сетей (включая даже сети, ориентированные на аналоговые системы передачи), объединенных единой транспортной сетью инфокоммуни-кационной системы (ИКС), осуществляющей перенос информации и универсальной процедурой доступа к услуге переноса, причем в рамках инфокоммуникапионной сети необходимо обеспечить выход на региональные и глобальные телекоммуникационные сети других операторов, других министерств, ведомств или корпораций.
Основная задача управления ИС КВО при этом — это обеспечение функционирования с заданными показателями эффективности в условиях внешних и внутренних возмущений.
Методика учитывает следующие факторы, вызванные сложностью внедрения единого управления в рамках ИС КВО: - большое разнообразие типов оборудования, эксплуати-
руемого в различных сетях, с различными средствами технической эксплуатации и обслуживания;
- использование в ИС КВО большого числа устаревших аналоговых систем, изначально не приспособленных для подключения к ТМ^-сиетемам;
- отсутствие встроенных в аппаратуру средств контроля функционирования и удаленного воздействия;
- отсутствие у органов управления достаточных средств для повсеместного внедрения дорогостоящих программно-аппаратных платформ управления.
Методика управления обеспечивает внедрение современною комплекса управления, позволяющего получить следующие преимущества:
- повышается качество предоставляемых ИУ и обслуживания разнородных сетей и их оборудования;
- повышается оперативность обнаружения и устранения неисправностей;
- снижаются эксплуатационные расходы и появляются дополнительные возможности за счет качественно новых наращиваемых ИУ, что создает предпосылки для дальнейшего расширения и модернизации ИС КВО;
- при управлении можно контролировать других пользователей, пользующихся ИС КВО на нравах присоединения;
- при управлении можно контролировать техническое состояние и работоспособность как отдельных ценгров и узлов, так и всей ИС КВО в целом;
- при управлении можно контролировать уровневые компоненты, единообразно управлять различными потоками информации, анализировать трафик во всех уровневых сетях, а также принимать обоснованные решения по вопросу номенклатуры ИУ и обслуживания всех уровневых сетей.
Методика управления ИС КВО учитывает иерархию организационных уровней управления, существующую для ЕСЭ РФ на ближайшую и отдаленную перспективу, в основе организации которых лежат следующие принципы:
- интеграция функциональных, физических и информационных структур управления;
- создание гибкой архитектуры на основе методологии открытых систем, обеспечивающей возможность реконфигурации и развития системы управления;
- стандартизация компонентов системы управления.
Методика гарантирует, что управление ИС КВО осуществляется в целях эффективного функционирования И С с заданными значениями показателей качества предоставления ИУ ДЛ ОУ и КСА и характеристик функционирования ИС. Методика предусматривает, что система управления реализует два типа процессов.
Первый - процесс управления ИС, направленный на поддержание в пределах установленных норм значений показателей основных характеристик функционирования ИС, который включает управление развитием ИС' и динамическое управление ею.
Второй тип - процесс управления установлением логических соединений к серверам информационных служб и обеспечение доведения сервисной информации. В соответствии с этим методика предполагает включение в состав каждого центра управления двух подсистем: подсистемы управления сервисными сетями и подсистемы управления установлением логических соединений с серверами.
у
В методике объектом управления являются информационные направления и У У И С, находящиеся (характеризующиеся) в определенном состоянии.
Методика управления рассматривает внешние воздействующие факторы трех групп.
К первой группе относятся факторы, в ОСНОВНОМ обусловленные характером использования и функционирования ИС:
- стадии жизненного цикла ИС и ее элементов (развертывание, наращивание, свертывание ИС, включение, выключение УУ);
- изменение характера и интенсивности потоков заявок по информационным направлениям.
В процессе функционирования уровнсвых сетей могут изменяться как их структура, так и состав, а нагрузка в направлениях может превышать расчетные значения для периода наибольшей нагрузки (ИНН) из-за перемещения элементов сети и изменения тяготения между органами управления. Потоки при этом могут увеличиваться, перераспределяться между ветвями и направлениями и концентрироваться на отдельных УУ, вызывая локальные или общесетевые перегрузки.
Внешние воздействующие факторы первой группы определяются требованиями системы управления министерства (ведомства, корпорации).
Вторую группу составляют факторы, обусловленные влиянием внешней среды, которые также имеют специфические ДЛЯ ИС К ВО особенности. Так, помимо возмущений естественного происхождения (землетрясений, наводнений, гроз, наводок), ИС подвергается преднамеренным возмущениям нарушителей (программно-аппаратные атаки, порча оборудования и т.д.). Эти факторы являются мешающими нормальному функционированию ИС КВО и могут приводить к дезорганизации ее системы управления, увеличивая вероятность принятия ошибочного решения по управлению.
Третья группа включает факторы, вызванные необходимостью установления логических соединений для передачи сервисной информации, направленные на выполнение основного целевого назначения ИС КВО - своевременного предоставления требуемых информационных услуг.
Управляющие воздействия (УВ), передаваемые в виде команд от органа (пункта или центра) управления на элементы ИС, делятся на три группы.
- У В, обеспечивающие выполнение требований но использованию и функционированию ИС;
- УВ, обеспечивающие предотвращение или уменьшение влияния внешней среды;
- УВ, обеспечивающие установление требуемых соединений.
Контролируемыми параметрами являются характеристики и показатели эффективности функционирования ИС, а также данные о результатах функционирования подсистемы управления установлением логических соединений. В результате воздействий подсистемы составляются логические факты передачи. Информация о результате функционирования подсистемы служит сигналом инициализации процесса динамического управления ИС.
ИС КВО может находиться в условиях массовых возмущений, поэтому в методике речь идет о комплексном адаптивном управлении, т.е. применении нескольких вариантов изменения плана управления в зависимости от сложившейся
ситуации. Разработанные в предыдущих работах методы управления и мониторинга И С КВО являются частью представленной методики. Обобщенная схема методики приведена на рис. 1.
В методике предусматривается, что на основе контроля качества обслуживания пользователей, структурных изменений, связанных со стадиями жизненного цикла ИС и ее элементов (развертывание, наращивание, свертывание, включение, выключение узлов коммутации), характера и иитенснвностей информационных потоков по направлениям и других внешних воздействующих факторов АСУ ИС выявляются отклонения показателей эффективности функционирования ИС и показателей качества обслуживания пользователей от нормы.
При фиксации АСУ структурных изменений в ИС КВО автоматически переформировывается план управления. После получения информации от элементов системы управления или от ДЛ ОУ о структурных изменениях лицом, принимающим решение, отдается команда на ввод тех или иных резервов, □ при их отсутствии на использование алгоритмов ограничения нагрузки.
Обобщенно механизм взаимодействия составных частей процесса управления заключается в следующем. АСУ министерством, ведомством или корпорацией посредством требований воздействует на подсистемы управления сервисными сетями, где эти требования анализируются с учетом состояния элементов ИС по контролируемым параметрам. В результате анализа выбираются управляющие воздействия на элементы ИС для коррекции ее структуры, распределения нагру зки и ресурсов, а также векторов ограничений доступа к информационно-вычислительным ресурсам на различных уровнях сервисных сетей. Результат этих коррекций проявляется а виде выходных параметров.
Воздействия перестраивают элементы ИС для уменьшения влияния внешних воздействий, что влечет за собой появление изменений выходных параметров, используемых подсистемой управления сервисными сетями в последующих циклах управления. Воздействия принимаются, хранятся, обрабатываются и преобразуются в подсистеме управления установлением логических соединений в управляющие воздействия, обеспечивающие составление логических соединений.
По степени соответствия величины параметров требуемой величине можно судить об эффективности функционирования подсистемы управления сервисными сетями.
В методике принимается, что задача управления ИС заключается в приведении ее выходных параметров к требуемым нормам при воздействии всех факторов. Наличие большого количества характеристик ИС и внешних воздействующих факторов усложняет задачу оптимизации управления. Поэтому, в методике говорится лишь о рациональном управлении и определении рациональных границ управляющих воздействий в различных ситуациях в ИС КВО с учетом тех или иных допущений и ограничений.
На основе анализа результатов контроля внешних воздействующих факторов, состояний элементов ИС КВО, показателей загрузки и качества обслуживания пользователей принимается решение на задержку очередного цикла управления на некоторое время, либо на выбор управляющего воздействия н доведение его в виде команд элементам И С КВО, с последующим контролем.
7ТТ
т
Сбор данных о событиях, протекающих в ИС и параметрах, характеризующих состояние элементов и ИС в целом, на основе методов
оперативного мониторинга
X
Формирование плана управления на основе метода управления процессами предоставления ИС услуг
Оценивание эффективности функционирования ИС
Контроль событий, протекающих в ИС и параметров, характеризующих состояние элементов и ИС а целом, оценивание эффективности функционирования ИС на осноае методов оперативного мониторинга
Оценивание событий, протекающих в И С и параметров, характеризующих состояние элементов и ИС в целом Оценивание эффективности функционирования ИС
Выявление отклонений полученных результатов от требуемых значений показателя эффективности функционирования ИС и заданных
значений контролируемых параметров
Значение показателей параметров элементов ИС соответствуют заданным
Значение показателей параметров элементов ИС не соответствуют заданным
Значение показателя
эффективности функционирования ИС соответствует требуемому
Значение показателя эффективности функционирования ИС не соответствует требуемому
Предупреждение ДЛ ДС Службы информационных ресурсов об отклонениях значений параметров элементов и эффективности
функционирования ИС от требуемых
Выявление причин отклонений значений показателей от требуемых
Структурные изменения
X
Функциональные изменения
Выявление неисправных элементов ИС и анализ путей приведения значения показателя эффективности функционирования ИС к требуемому
Значение показателя эффективности функционирования ИС соответствует минимально допустимым
Выявление перегруженных серверов и информационных _направлений_
Значение показателя эффективности функционирования ИС не соответствует требуемому
х
Формирование планов управления на основе методов управления параметрами, характеризующими процессы функционирования ИС
При незначительных структурных изменениях
Формирование планов управления на основе процедур распределенного программного управления с глобальными и локальными процедурами _адаптации_
При значительных структурных изменениях
Формирование плана управления на основе метода интеллектуального зондового _управления_
Приведение структуры служб в соответствие с методом оперативного управления ресурсами
X
Управление процессами выделения ресурсов информационных служб ДЛ
X
Управления процессами ограничения предоставления ИУ до момента ввода резервных средств И С
Формирование новой структуры ИС на основе метода управления структурой
3
X
Управление процессами подключения ДЛ к средствам предоставления ИУ
Управление процессами ввода резервных средств или формирования новой
Выбор управляющих воздействии на ИС
Восстановление структуры И С Увеличение пропускной способности информационных направлений ИС Оптимизация распределения ресурсов служб Оптимиза предоставг услуг СTpt показателя!^ дия путей ения инф. буемыми М качества Оптимизация исходящих направлений для потоков требований Оптимизация структуры И С
1 i
Воздействия на элементы ИС
1
Ввод резервов сил и средств Ввод резервов дополнительных каналов Изменение структуры служб ИС Изменение планов управления
Изменение путей прохождения потоков
требований на предоставление инф. _услуг_
ш
Изменение структуры ИС с использованием протоколов и услуг общей управляющей информации
Рве. 1. Обобщенная схема методики адаптивного управления ИС
т
При функционировании ИС КВО в штатном режиме осуществляется постоянный контроль параметров и событий, характеризующих состояние ИС, оценивание эффективности функционирования ИС на основе метода мониторинга и подхода к формализации описания функционирования ИС.
При выявлении отклонений полученных значений показателя эффективности функционирования ИС КВО от требуемых при заданных значениях контролируемых параметров проводится:
- оценивание параметров и событий, характеризующих состояние элементов и ИС в целом;
- оценивание эффективности функционирования ИС.
Если значения параметров элементов ИС и показателей
эффективности функционирования ИС соответствуют заданным значениям, то функционирование продолжается в штатном режиме. В том случае, если значения элементов ИС н показателей эффективности функционирования И С не соответствуют заданным, производится предупреждение ДЛ дежурной смены службы информационных ресурсов о недопустимых отклонениях значений параметров элементов и показателей эффективности функционирования И С. Для визуального контроля со стороны должностных лиц состояний ИС и качества предоставления услуг вся необходимая информация выводится на экран оператора.
Основными причинами, вызывающими отклонение значений показателей эффективности функционирования ИС и показателей качества предоставления услуг ДЛ от нормы, являются структурные и функциональные изменения в подсистеме. Для устранения этих причин выявляются перегруженные сервера услуг, информационные направления и ветви, анализируются пути приведения характеристик И С к норме и из множества управляющих воздействий выбираются те, которые в данной ситуации наилучшим образом могут обеспечить приведение характеристик к норме.
Алгоритм управления доступом в ИС не может быть использован в автоматическом режиме. Решение о месте использования этого децентрализованного алгоритма должно приниматься на основе оценки важности информационных направлении, которая может изменяться. Исходя из того, что в существующих системах управления в силу того, что корректно получить эту оценку не представляется возможным, такое решение принимается ДЛ органа управления И С. В этой ситуации ДЛ центра управления принимает решение на основе своего профессионального опыта по эксплуатации иифокоммуникационных сетей, накопленной статистики по использованию управляющих воздействий, информации, полученной в результате контроля состояния элементов И С системой управления, а также с использованием рекомендаций, полученных на этапе планирования функционирования ИС. В зависимости от принятого решения могут осуществляться следующие мероприятия:
- формирование плана управления на основе методов управления параметрами, характеризующими процессы функционирования ИС;
- формирование новой структуры ИС на основе метода управления структурой;
- формирование плана управления на основе метода интеллекту ají ьного зондового управления;
- приведение служб в соответствие с методом управления ресурсами.
Далее осуществляется выбор управляющих воздействий на уровневые сети ИС:
- восстановление и оптимизация структуры уровпевых сетей И С;
- увеличение пропускной способности выбранных ветвей уровпевых сетей ИС;
-оптимизация распределения ресурсов служб;
- оптимизация путей предоставления ИУ с требуемыми показателями качества;
- оптимизация исходящих направлений для потоков требований.
В зависимости от управляющего воздействия на уровневые сети ИС осуществляются воздействия на элементы уровневых сетей ИС, такие как:
- воздействия на элементы уровневых сетей ИС;
- ввод резервов сил и средств, дополнительных каналов;
- изменение структуры служб ИС;
- изменение матриц рельефов;
- изменение путей прохождения потоков требований на предоставление ИУ услуг;
- изменение структуры уровневых сетей ИС с использованием протоколов и услуг общей управляющей информации.
Заключение
Рассмотренная общая схема процесса управления охватывает все основные вопросы обеспечения функционирования информационной системы и может быть признана достаточно эффективной.
В связи с тем, что в последние годы проблемам стандартизации процедур управления различными информационными и телекоммуникационными сетями уделяется все больше внимания, задачи их типового решения, отраженные в методике, приобретают особую значимость. Развертывание информационных сиетсм, предоставляющих целый ряд новых информационных услуг, требует эффективного контроля за их качеством, а также взаимодействия их систем управления. 11ри этом проблема унифицированности средств администрирования и управления становится все более острой по мере того, как активно внедряются продукты технологий управления сетями разных производителей, улучшающих характеристики отдельных сетей и сервисов, что нашло отражение в разработанной методике.
Литература
1. Бутрименко A.B., Лазарев.В.Г. Система поиска оптимальных путей передачи сообщений // Проблемы передачи информации. 1965. T.I. № I.C. 80-87.
2. Оркин В. В., Легкое К.Е., Буренин А.Н. Постановка задачи управления функционированием информационной системы Н Вопросы оборонной техники. Серия 16. Технические средства противодействия терроризму, 2017. № 7-8. С. 36-39.
3. Mannt И.А.. Богатырев В.А.. Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. М.: Радио и связь, 1986.408 с.
4. Буренин А.Н., Курносое В.И. Теоретические основы управления современными телекоммуникационными сетями. Под ред. д-ра техн. наук, проф. В.И. Курносова. М.: Наука, 20П. 464с.
5. Буренин A.U., Легкое К.Е. И н фоко м м у н и ка п и о н н ы с системы и сети специального назначення. Основы построения и управления. М.: ИД Медиа Паблишер, 2015. 348 с.
г \
Y
METHODS OF ADAPTIVE MANAGEMENT OF THE INFORMATION SYSTEM OF CRITICALLY IMPORTANT OBJECTS IN MASS DISTURBANCES
Konstsntin E. Legkov, Military Space Academy, constl@mail.ru Igor V. Levko, Military Space Academy, levko_iv@mail.ru Vadim V. Orkin, Military Space Academy, orc225@mail.ru
Abstract
Information systems are created in order to improve the management of complex organizational and technical facilities by providing managers with the required information for decision-making. The task of adaptive control of the information system of critical objects in the conditions of mass perturbations is a complex task (due to the multifunctionality of the information system) and expects using procedures applied depending on the state of the information system and the environment. In during of management an information system of critically important objects, it is necessary that goals of management was achieved that are reduced to the successful executing of the tasks of the automated control system of the department. To do this, it is necessary to match the values of the performance indicators required in the conditions of mass disturbances. In the work the problem of the decision of the problems connected with the introduction of the centralized management of the information system is solved. The management process includes the steps: obtaining information on the behavior of the information system, analyzing the information obtained, developing a solution and implementing the decision, implementing control actions on all management objects (all components of the information system, their management systems and equipment). The introduction of centralized management in the information systems of critical facilities is hampered by the heterogeneity of the information and telecommunication technologies and types of equipment used, including the control systems themselves, and standard management protocols, which leads to a number of additional problems: interruptions in information flows, slowdown in production processes control commands and increase the probability of errors. The paper considers a generalized control scheme for the information system, depending on the state of its components and parameter values.
Keywords: information system, critically important object, mass disturbances, vector control, information flow. References
1. Butrimenko A.V., Lazarev.V.G. (1965). Sistema poiska optimal'nykh putey peredachi soobshcheniy [The system of searching for optimal ways of transmitting messages]. Problemy peredachi informatsii [Problems of Information Transmission]. Vol.1. No. 1, pp. 80-87.
(in Russian)
2. Orkin V.V., Legkov K.Ye., Burenin A.N. (2017). Postanovka zadachi upravleniya funktsionirovaniyem informatsionnoy sistemy [Statement of the task of managing the operation of the information system]. Voprosy oboronnoy tekhniki. Seriya 16. Tekhnicheskiye sred-stva protivodeystviya terrorizmu [Questions of defense technology. Series 16. Technical means of countering terrorism]. No. 7-8, pp. 36-39.
3. Mizin I.A., Bogatyrev V.A., Kuleshov A.P. (1986). Seti kommutatsii paketov [Packet switching networks]. Moscow: Radio and Communication. 408 p.
4. Burenin A.N., Kurnosov V.I. (2011). Teoreticheskie osnovy upravleniya sovremennymi telekommunikachionnymi setyami [Theoretical bases of management of modern telecommunication networks]. Moscow: Nauka. P. 464. (in Russian)
5. Burenin A.N., Legkov K.E. (2015). Sovremennye infokommunikatsionnye sistemy i seti spetsial nogo naznacheniya. Osnovy postroeniya i upravleniya: Monografiya. [Modern infocommunication systems and special purpose networks. Basics of creation and control]. Moscow, Media Publisher. 348 p. (In Russian)
Information about authors:
Konstsntin E. Legkov, Docent, head of the Department automated systems of control, Military Space Academy, St. Petersburg, Russia Igor V. Levko, Docent, assistant professor of the Department automated systems of control, Military Space Academy, St. Petersburg, Russia Vadim V. Orkin, post-graduate student of the Department of automated systems of control, Military Space Academy, St. Petersburg, Russia
w
