CC BY
22
УДК 621.395
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБОСНОВАНИЯ ТРЕБУЕМОГО УРОВНЯ ЖИВУЧЕСТИ
РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ В УСЛОВИЯХ ДЕСТРУКТИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
В.С. Шумилин, В. А. Фролов, Р.В. Гладышев, Е.А. Цицин
Рассмотрен способ моделирования процессов обоснования требуемого уровня живучести распределенных сетей связи, в основу которого положен разработанный авторами алгоритм структурно-функциональной реконфигурации элементов распределенной сети связи в условиях внешних деструктивных воздействий.
Ключевые слова: распределенная сеть связи, деструктивные воздействия, живучесть сети связи, структурно-функциональная реконфигурация.
Современные подходы и принципы управления войсками (силами), требуют существенного повышения устойчивости, разведывательной защищённости, мобильности и конфигурационной способности элементов системы управления с целью создания условий для оперативного решения поставленных задач в различных условиях обстановки.
В связи с этим, наиболее перспективным направлением, в рамках развития системы управления вооружёнными силами, является переход к распределённым системам управления, созданных на основе территориально распределенных функциональных групп, объединенных единой коммуникационной средой и позволяющих существенно повысить устойчивость системы управления в условиях внешних деструктивных воздействий [1].
Переход на новые принципы построения территориально распределенных систем управления, с учетом существенного увеличения количества и важности информации, передаваемой в интересах государственного и военного управления в реальном масштабе времени, обуславливает повышение уровня требований, предъявляемых к информационно-телекоммуникационной составляющей, а именно к распределенным сетям связи (РСС). В условиях интеграции распределенных сетей связи различных министерств и ведомств с Единой сетью электросвязи, а Единой сети электросвязи с общемировым информационно-телекоммуникационным пространством, наиболее актуальным становится вопрос обеспечения живучести распределенных сетей связи в условиях внешних деструктивных воздействий как физического, так и информационного характера.
Под РСС понимается техническая основа системы государственного и военного управления, предназначенная для обмена всеми видами информации на ПУ различного уровня [2].
Проведенный анализ показал, что существующие научно-методические подходы по математическому (имитационному) моделированию РСС не в полном объеме учитывают современные условия их функционирования.
В частности, при моделировании РСС, не учитываются ряд факторов: развертывание и функционирование РСС на значительно большой территории, перемещение элементов (узлов связи) РСС, использование телекоммуникационного ресурса систем связи пунктов управления и ЕСЭ РФ, особенности вскрытия и воздействия на элементы распределенной сети связи со стороны злоумышленника, возможности структурно-функциональной реконфигурации распределенной сети связи и др.
Таким образом, необходимо разработать научно-методический подход по моделированию РСС в виде обобщенной блок-схемы, с помощью которого возможно имитировать процессы: развертывания и функционирования РСС, вскрытия и воздействия на элементы распределенной сети связи, перемещения элементов РСС и абонентов (должностных лиц и мест их размещения и перемещения), использования РСС телекоммуникационного ресурса систем связи ПУ и ЕСЭ РФ, информационного взаимодействия элементов (узлов связи) РСС с техническими средствами пунктов управления, структурно-функциональной реконфигурации РСС в условиях вскрытия и внешних деструктивных воздействий.
Задача разработки обобщенной блок-схемы математической (аналитико-имитационной) модели РСС включает в себя ряд основных этапов [3]:
- выявление основных параметров, являющихся ключевыми показателями в имитируемой РСС, в том числе, входных и выходных параметров;
- установление взаимосвязи между входными и выходными показателями в виде математического описания (использования математических методов);
- определение законов распределения вероятностей для ключевых параметров модели РСС.
Моделирование процессов функционирования РСС является задачей стохастической, динамической в условиях неопределённости. Такой класс задач, возможно, решить, используя имитационное моделирование методом Монте-Карло. Метод предполагает разработку моделирующего алгоритма и ряд имитационных прогонов с помощью ЭВМ, причем случайный выбор значений из определенных вероятностных распределений не должен нарушать существования известных или предполагаемых отношений корреляции среди переменных.
Для решения сформулированной задачи разработан способ моделирования, блок-схема которого представлена на рис.1.
Где в блоке 1 задают (вводят) исходные данные, необходимые для моделирования развертывания, функционирования и структурно-функциональной реконфигурации распределенной сети связи вышестоящей системы управления в условиях вскрытия и внешних деструктивных воздействий злоумышленника.
В блоке 2 моделируют топологию распределённой сети связи вышестоящей системы управления - . При этом топология размещения элементов распределенной сети связи представлена с учетом нескольких N групп элементов.
Начало
Рис.1. Блок-схема способа моделирования процессов обоснования требуемого уровня живучести распределённых сетей связи в условиях внешних деструктивных воздействий
Для каждой группы элементов осуществляется генерация координат районов их размещения [4]:
X(м) = X (м-1)
^ РСС ^ Р
У (м) = У
1ипп Т
РСС
+
]
РСС
(N-1) РСС
+
сов р [ с;+(сх - ¿42) д
р [ мтп+(мN - мт;) ]
151
(1) (2)
^(N-1) "^(N-1)
где XРСС', УРСС - координаты района развертывания элемента распределенной сети связи (^1)-ой группы; ^пах, ¿тП - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента распределенной сети связи N-ой группы от элемента распределенной сети связи (^1)-ой группы
по оси X; М^Х, М^П - соответственно максимально и минимально возможное удаление элемента распределенной сети связи ^ой группы от элемента распределенной сети связи (^1)-ой группы по оси У; / - угол, определяющий местоположение элемента распределенной сети связи ^ой группы относительно элемента распределенной сети связи (^1)-ой группы.
Имитация координат размещения элементов распределенной сети связи всех групп осуществляется последовательно от групп с наименьшими номерами к группам с наибольшими номерами в порядке возрастания.
В блоке 3 моделируют функционирование (применение по назначению) распределенной сети связи вышестоящей системы управления. При этом моделируют следующие процессы:
- взаимодействие элементов (узлов связи) распределенной сети связи вышестоящей системы управления с техническими средствами пунктов управления различных уровней управления,
- перемещение элементов (узлов связи) распределенной сети связи вышестоящей системы управления на пунктах управления различных уровней и объектов органов вышестоящего управления.
- использование ресурса системы связи пунктов управления различных уровней и ЕСЭ РФ в процессе функционирования.
В блоке 4 моделируют процессы вскрытия и воздействия на элементы распределенной сети связи вышестоящей системы управления со стороны злоумышленника.
При оценке процессов функционирования элементов распределенной сети связи вышестоящей системы управления в условиях вскрытия злоумышленником используют обобщенные показатели разведзащищен-ности: вероятность вскрытия - рвскр п радиоразведкой противника п-го
элемента распределенной сети связи течение времени, не превышающего допустимое, и продолжительность вскрытия - ¿вскр п п-го элемента распределенной сети связи.
Исходя из комплексного подхода злоумышленника к ведению разведки вероятность вскрытия п-го элемента распределенной сети связи за
время /вскр п может быть определена в соответствии с выражением [4, 5, 6]:
Рвскр п (/вскрп ) _ Робнп (/вскр п ) ^мп п (/вскр п )ррасп п (/вскр п ), (3)
где Рвскр п (/вскр п) - вероятность вскрытия п-го элемента распределенной сети связи за время /вскр п; Робн п (/вскр п) - вероятность обнаружения любым видом разведки злоумышленника п-го элемента распределенной сети связи
за время /вскр п; Рмп п (/вскр п) - вероятность определения местоположения п-го элемента распределенной сети связи за время /вскр п с точностью, необходимой для применения внешних воздействий; Ррасп п (/вскр п) - вероятность опознавания п-го элемента распределенной сети связи по совокупности демаскирующих признаков, выявленных за время /вскр п .
В блоке 5 моделируют процессы сбора, обработки и анализа данных о: степени воздействия злоумышленника на элементы распределенной сети связи вышестоящей системы управления, динамике перемещения элементов (узлов связи) распределенной сети связи вышестоящей системы управления, а так же интенсивности и продолжительности предоставления телекоммуникационных услуг (используемом ресурсе) объектам органов вышестоящего управления.
В блоке 6 с учетом полученного набора статистических данных моделируют прогнозирование количества элементов распределенной сети связи вышестоящей системы управления, которые могут выйти из строя в результате вскрытия и воздействий злоумышленника, а так же состояние ресурса системы связи пунктов управления и ЕСЭ РФ с учетом воздействий злоумышленника и динамики перемещения элементов (узлов связи) распределенной сети связи и объектов органов вышестоящего управления от одного положения к другому [7].
В блоке 7 с учетом результатов прогнозирования оценивают эффективность функционирования распределенной сети связи вышестоящей системы управления [8].
Оценка эффективности функционирования распределенной сети связи производится с учетом: требуемого объема телекоммуникационного ресурса - > Кгреб, требуемого набора предоставляемых телекоммуникационных услуг - ^сл > ^сл. треб и времени их предоставления -Т > Т Л
пред. усл _ пред. усл треб •
В случае, если объекты органов вышестоящего управления удовлетворены требуемым набором, качеством и своевременностью предоставляемых телекоммуникационных услуг, то переходят к блоку 12, где осуществляется проверка окончания модельного (системного) времени.
В случае если модельное (системное) время не закончилось, управление передается блоку 3, где осуществляется дальнейшее моделирование функционирования (применения по назначению) распределенной сети связи вышестоящей системы управления, если модельное (системное) время закончилось, то производят остановку процесса моделирования.
Если же структура распределенной сети связи не обеспечивает объекты органов вышестоящего управления требуемым набором телекоммуникационных услуг или объекты органов вышестоящего управления не удовлетворены своевременностью и качеством предоставляемых телекоммуникационных услуг, осуществляется переход к блоку 8, где осуществляется моделирование структурно-функциональной реконфигурации распределенной сети связи вышестоящей системы управления [9].
Блок-схема, поясняющая порядок и особенности моделирования структурно-функциональной реконфигурации распределенной сети связи вышестоящей системы управления представлена на рис. 2.
При этом в блоке 8.1 определяют и рассчитывают структурно-топологические и структурно-функциональные показатели распределенной сети связи вышестоящей системы управления.
К структурно-топологическим (статическим) показателям относятся: структурная живучесть (надежность), структурно-топологические свойства, связность и т.д.:
К (5 ), И е Н , с Я, (4)
Определение критически важных элементов распределенной сети связи вышестоящей системы управления
8.3 I
Моделирование процесса разработки вариантов структурной реконфигурации распределенной сети связи вышестоящей системы управления
Моделирование параметрического синтеза распределенной сети связи вышестоящей системы управления
Рис. 2. Блок-схема, поясняющая порядок и особенности моделирования структурно-функциональной реконфигурации
распределенной сети связи
К структурно-функциональным (динамическим) показателям относятся: функциональная живучесть (надежность), производительность, удельная пропускная способность, расходуемые ресурсы и т.д.:
К (5 ), И е Нг с Н НК V" /ип ~
(5)
где 5 = ,V = 1,2,...,/} - множество структурных состояний распределенной сети связи в процессе реконфигурации; К(^),И = 1,2,...,Н - значения
частных показателей элементов распределенной сети связи в каждом из структурных состояний.
Совокупность частных показателей элементов распределенной сети связи в каждом из структурных состояний будет определятся выражением:
К(^) = (К^),^),...,^(^),...,КН(^)),Ие Н={1,2,...,Н}. (6)
В блоке 8.2 с учетом рассчитанных структурно-топологических и структурно-функциональных показателей определяют критически важные элементы распределенной сети связи вышестоящей системы управления, которые играют ключевую роль в обеспечении надежности, безопасности и живучести распределенной сети связи.
Для выявления критически важных элементов распределенной сети связи определяют и рассчитывают показатели критичности отказов (выхода из строя) основными из которых являются: устойчивость элемента распределенной сети связи к воздействию внешних неблагоприятных факторов (живучесть), возможность резервирования элемента распределенной сети связи, возможность контроля (мониторинга) состояния элемента распределенной сети связи; возможность восстановления элемента распределенной сети связи и др.
Полученное множество показателей критичности отказов имеет
вид:
F = {f ,i е K}, (7)
где f.,iе K={1,2,...,k} - частные показатели критичности отказов элементов
распределенной сети связи.
В блоке 8.3 с учетом критичности отказов элементов распределенной сети связи моделируют процесс разработки вариантов структурной реконфигурации распределенной сети связи вышестоящей системы управления.
Задача разработки вариантов структурной реконфигурации распределенной сети связи представляет собой оптимизационную задачу следующего вида:
N
X D (\\Fh (St_i + Щ), h е Hsr }) ® min (8)
.=1 dStieV
i=1,2,..., N
StN = Stf
где St - структура распределенной сети связи; dSt - изменения (вариации) структуры распределенной сети связи, принадлежащие заданному множеству допустимых вариаций dSt eV; Fh (St), h е Hstr с //-множество
структурно-топологических показателей элементов распределенной сети связи; D - согласующее правило, используя которое можно перейти к задаче однокритериального оценивания качества структурных изменений распределенной сети связи: D(Fh (St),h е Hstr})® min;
St. = St. _i + dSt. ,i = 1,2..., N - поэтапный процесс реконфигурации структуры распределенной сети связи, обеспечивающий трансформацию структуры St, которая переводится из начального состояния - St0 в некоторое финальное структурное состояние -Stf .
В блоке 8.4 моделируют процесс выбора оптимального варианта структурно-функциональной реконфигурации распределенной сети связи вышестоящей системы управления.
Процесс выбора оптимального варианта структурно-функциональной реконфигурации распределенной сети связи может быть представлен в виде теоретико-множественной модели:
(ад, а, V, гш, {г 00}^, {р оо}^), (9)
где &(у)- исходная структура распределенной сети связи; А -множество альтернатив (вариантов структурной реконфигурации распределенной сети связи); V=1,2,...,I - количество промежуточных структурных состояний распределенной сети связи. трек = (^)- временной интервал, отведенный на структурно-функциональную реконфигурацию распределенной сети связи; {г (V)}- к- пространственно-временные, технические, технологические и организационные особенности, связанные с условиями функционирования распределенной сети связи, используемыми методами (методиками, технологиями) моделирования, используемыми средствами автоматизации и обработки данных, наличием ресурса (человеческого, временного и финансового) и др.; {р (V)} - параметры выбора оптимального варианта структурно-функциональной реконфигурации, задаваемые с учетом рассчитанных структурно-функциональных показателей распределенной сети связи.
В блоке 8.5 с учетом выбранного варианта структурно-функциональной реконфигурации моделируют параметрический синтез распределенной сети связи вышестоящей системы управления.
Параметрический синтез распределенной сети связи осуществляется с целью обоснования характеристик элементов распределенной сети связи и связей между ними, обеспечивающих эффективность функционирования распределенной сети связи с учетом выбранного варианта структурно-функциональной реконфигурации при различных деструктивных воздействиях.
В целом задача параметрического синтеза распределенной сети связи представляет собой задачу линейного программирования большой размерности с ограничениями.
В блоке 9 оценивают эффективность функционирования сформированной распределенной сети связи вышестоящей системы управления.
В случае если сформированная распределенная сеть связи не обеспечивает объекты органов вышестоящего управления требуемым набором телекоммуникационных услуг или объекты органов вышестоящего управления не удовлетворены своевременностью и качеством предоставляемых телекоммуникационных услуг, осуществляется переход к блоку 10 , где проверяется потребность в корректировке исходных данных.
В случае необходимости корректировки исходных данных управление передается блоку 1, в котором осуществляется корректировка исходных данных. В случае если корректировка исходных данных не требуется, осуществляется возврат к блоку 8, где осуществляется дальнейшее моделирование структурно-функциональной реконфигурации распределенной сети связи вышестоящей системы управления, исходя их предъявляемых к ней требований.
Если же объекты органов вышестоящего управления удовлетворены требуемым набором, качеством и своевременностью предоставляемых телекоммуникационных услуг, то переходят к блоку 11, где осуществляется сохранение и документальное оформление результатов моделирования.
Результаты моделирования сохраняются в удобном для пользователя виде (таблицы, графики, массивы данных), которые записываются в базу данных. Документальное оформление результатов моделирования заключается в разработке различных документов, схем, карт и т.п. в которых устанавливается последовательность, способы и время выполнения поставленных задач в рамках структурно-функциональной реконфигурации распределенной сети связи.
После сохранения и документального оформления результатов моделирования переходят к блоку 12, где осуществляется проверка окончания модельного (системного) времени. В случае если модельное (системное) время не закончилось, управление передается блоку 3, где осуществляется дальнейшее моделирование функционирования (применения по назначению) распределенной сети связи вышестоящей системы управления, если модельное (системное) время закончилось, то производят остановку процесса моделирования.
Разработанный способ может быть использован при проведении исследований и выполнении научно-исследовательских работ по исследованию вопросов определения рациональной структуры и особенностей функционирования распределенных сетей связи в условиях внешних деструктивных воздействий злоумышленника. На предлагаемый способ оформлена заявка на предполагаемое изобретение.
Список литературы
1. Иванов В. Г. «Теория и практика построения технической основы системы управления специального назначения»: [монография] / В.Г. Иванов, С.А. Панихидников; СПбГУТ. СПб., 2016. 184 с.
2. Ермишян А.Г. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях и соединениях: учебник. Часть 1. Методологические основы построения организационно-технических систем военной связи. СПб.: ВАС, 2005. 740 с.
3. Анисимов В.Г., Гречишников Е.В., Белов А.С., Скубьев А.В., Добрышин М.М. Способ моделирования процессов управления и связи на распределенной территории. Патент на изобретение № 2631970 от 29.09.2017.
4. Гречишников Е.В., Белов А.С., Шумилин В.С., Сучков А.М. Способ формирования защищенной системы связи, интегрированной с Единой сетью электросвязи в условиях внешних деструктивных воздействий. Патент на изобретение № 2544786 от 20.03.2015.
5. Гречишников Е.В., Стародубцев Ю.И., Белов А.С., Способ (варианты) защиты системы связи от внешних деструктивных воздействий. Патент на изобретение № 2451416 от 20.05.2012.
157
6. Гречишников Е.В., Белов А.С., Иванов В.А. Способ моделирования процессов обеспечения живучести системы связи в условиях огневого поражения и радио-электронной борьбы. Патент на изобретение №2406146 от 10.12.2010.
7. Горелик С.П., Гречишников Е.В., Шумилин В.С. Способ обеспечения своевременности связи. Патент на изобретение № 2646598 от 06.03.2018.
8. Горелик С.П., Гречишников Е.В., Шумилин В.С. Способ моделирования пунктов управления. Патент на изобретение № 2640734 от 11.01.2018.
9. Павлов А.Н. Методологические основы решения проблемы планирования структурно- функциональной реконфигурации сложных объектов // Известия Вузов. Приборостроение, 2012. Том 55 (11). С. 7-12.
Шумилин Вячеслав Сергеевич, сотрудник Академии, v-shumilinamail.ru, Россия, Орел, Академия ФСО России,
Фролов Владислав Алексеевич, сотрудник Академии, r414@bk.ru, Россия, Орел, Академия ФСО России,
Гладышев Роман Владимирович, сотрудник Академии, rogla03amail.ru, Россия, Орел, Академия ФСО России,
Цицин Егор Алексеевич, сотрудник Академии, egacicinamail.ru, Россия, Орел, Академия ФСО России
PROCESS MODELING FEATURES SUBSTANTIATION OF THE REQUIRED LEVEL OF VIVILITY DISTRIBUTED COMMUNICATION NETWORKS UNDER CONDITIONS
DESTRUCTIVE INFLUENCE
V.S. Shumilin, V.A. Frolov, R. V. Gladyshev, E.A. Cicin
A method for modeling the processes of substantiating the required survivability level of distributed communication networks is considered, which is based on the algorithm developed by the authors for the structural and functional reconfiguration of the elements of a distributed communication network under external destructive influences.
Key words: distributed communications network, destructive impacts, survivability of communications networks, structural andfunctional reconfiguration.
Shumilin Vyacheslav Sergeevich, worker of Academy, v-shumilina mail. ru, Russia, Orel, Academy FSO Russia,
Frolov Vladislav Alekseevich, worker of Academy, r414@bk.ru, Russia, Orel, Academy FSO Russia,
Gladyshev Roman Vladimirovich, worker of Academy, rogla03a mail.ru, Russia, Orel, Academy FSO Russia,
Cicin Egor Alekseevich, worker of Academy, egacicin a mail, Russia, Orel, Academy FSO Russia
