CC BY
2
B. П. Удалов, кандидат физико-математических наук, доцент
C. Л. Анисимов, кандидат технических наук
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ НА БАЗЕ ПРОТОКОЛА LORA
ASSESSMENT OF SECURITY SYSTEM RELIABILITY PARAMETERS USING HARDWARE BASED ON THE LORA PROTOCOL
В статье проведена оценка надежности функционирования системы охраны и безопасности применительно к расчету параметров надежности охранных систем распределенных объектов с использованием аппаратных средств на базе беспроводного протокола LoRa.
The article evaluates the reliability of the functioning of the security and safety system in relation to the calculation of the reliability parameters of security systems of distributed objects using hardware based on the LoRa wireless protocol.
Введение. В современных условиях охранные системы распределенных объектов посредством использования технических радиоэлектронных средств и устройств обеспечивают сохранность объектов и имущества. Данная структура системы охраны может содержать ряд устройств: извещатели, блок управления и обработки сигналов, основной интерфейс передачи данных, автоматизированное рабочее место (АРМ), реализованное с применением компьютера. При этом структура представляет собой распределенную сеть, которая может наращиваться при необходимости, но необходимо отметить, что эта сеть всегда иерархична. Можно сказать, что в данной системе при совершении незаконного физического проникновения на АРМ формируется сигнал тревоги, при поступлении которого оперативный дежурный направляет на объект силы реагирования [1]. При использовании силами реагирования транспортных средств в условиях ограниченного времени, отводимого на прибытие к объекту, например, в течение 3—4 минут, следует, что при средней скорости движения 30—60 км/час наибольшие дальности до объектов охраны могут составлять 1,5—3,0 км и 2,0—4,0 км соответственно. Это говорит о необходимости применения средств связи для передачи данных на АРМ, обеспечивающих надежную работу на протяженных участках в условиях городской местности.
Основная часть. Важной характеристикой системы охраны и безопасности является надежность ее функционирования в условиях осуществления противоправной стороной акта проникновения в охраняемую зону либо возникновения другого события.
Под надежностью понимается способность системы сохранять свои технические характеристики с течением времени эксплуатации, что является особенно актуальным для систем охраны и безопасности [2]. Существует ряд факторов, оказывающих влияние на надежность технических устройств. К ним относятся качество производства на предприятии-изготовителе, интенсивность эксплуатации, правильность и своевременность технического обслуживания, влияние человеческого фактора и ряд других.
Чтобы повысить уровень надежности охранной системы, необходимо учитывать ее схемотехнические и функциональные особенности, порядок взаимодействия с внешними устройствами.
Расчет надежности охранной системы, с использованием аппаратных средств сети ЬоЯа, которая позволяет в современных условиях обеспечить сохранность объектов, произведем с учетом того, что структура представляет собой распределенную сеть и может наращиваться при необходимости [3].
Применение большого числа элементов в охранной системе и факт их взаимного влияния приводит к необходимости исследования надежности всей системы в целом, включая и необходимую составляющую — сеть беспроводного протокола ЬоЯа.
В [3] был произведен анализ возможности применения низкоскоростных модулей архитектуры ЬоЯа при построении систем охраны, которые, как правило, требуют от радиопередающей аппаратуры бесперебойной и надежной работы. Анализ надежности системы охраны является важным условием для принятия решения о возможности ее применения для обеспечения сохранности объектов.
Важным аспектом надежной работы средств охраны является сохранность их технических характеристик в процессе эксплуатации и своевременная замена устройств, выработавших свой ресурс, для исключения отказа всей системы либо ее подсистем.
Под отказом понимается состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации [2]. Применительно к системе охраны отказ следует трактовать как возникновение уязвимости, возможности проникновения на охраняемый объект злоумышленником.
На начальном этапе расчета параметров надежности системы охраны необходимо составить структурную схему надежности в виде графического изображения, в котором функциональные и электрические связи между элементами системы заменяются логическими, характеризующими ее безотказную работу. Каждая часть системы или каждый компонент структурной схемы надежности может быть работоспособным или неработоспособным. Наиболее универсальными схемами являются схемы, содержащие последовательные и параллельные соединения элементов.
Рассмотрим укрупненную структуру системы охраны объекта, содержащую N извещателей, устройство управления и обработки сигналов с установленным программным обеспечением, радиомодули на стороне объекта охраны и в месте расположения автоматизированного рабочего места (АРМ) с установленным специализированным программным обеспечением, а также системы теле/видео наблюдения, контроля и управления доступом, инженерные системы, эргатическую составляющую (человеческий фактор). Отдельно выделены дежурно-диспетчерская составляющая, принимающая решение и составляющая своевременного реагирования на поступивший сигнал тревоги. Все структурные составляющие соединены техническими каналами связи. Разработанная структурная схема надежности укрупненной структуры объекта охраны представлена на рис. 1.
В случае воздействия злоумышленника на составляющие системы охраны происходит их функциональный отказ, приводящий к появлению возможности проникновения на охраняемую территорию, то есть возникновению частичного или полного отказа системы. Другими словами, снижается вероятность безотказной работы системы и повышается вероятность отказа.
Рис. 1. Схема надежности системы охраны объекта
Рассмотрим в качестве характеристики надежности системы охраны вероятность отказа, определяющую вероятность того, что к моменту времени I система выйдет из строя [2]. Для разработанной структурной схемы (рис. 1) вероятность отказа системы охраны получена в следующем виде:
Ротк С) = 1 - (1 - [1 - (1 - ПРИ, С))(1 - {1 - (1 - РКС С))(1 - РБУОС С))(1 - РПОБУОСС)) •
1=1
• (1 - РТКС ('))(1 - РМ (* ))(1 - РРКС ))(1 - ри (' ))(1 - РТКС ('))(1 - РДРМС ))}) •
• (1 - РОС С)РАНТС)РПО (0)(1 - РКС «)))] • (1)
• [(1 - РТВ (1 )РТКС (г))(1 - РКУД (г)РТКС С))(1 - РИС С)РТКС (г))(1 - РЭС (г)РТКС (г))] •
• (1 - [1 - (1 - РДДП (г))(1 - РТКС (г))(1 - Рр (г))],
где введены следующие обозначения: Рож (г) — вероятность отказа системы охраны в целом; Ри; (г) — вероятность отказа /-го извещателя объекта охраны (блоки И1, , ИN на рис. 1); Ржс (г) — вероятности отказов технических каналов связи между составляющими компонентами системы охраны вследствие превышения уровня помех сверх определенного уровня (блоки с обозначением ТКС на рис. 1); Рбуос (г) — вероятность отказа блока управления и обработки сигналов, расположенного на объекте охраны (блок с обозначением БУОС на рис. 1); Рм (г)) — вероятность отказа модулей Б32-433Т20БТ, подключенных к БУОС на стороне объекта охраны и к АРМ соответственно (блоки с обозначением М на рис. 1); РПОБУОС(г) — вероятность отказа программного обеспечения систем передачи извещений и команд управления беспроводных модулей ЬоЯа (блок с обозначением ПОБУОС на рис. 1); рк (г) — вероятность отказа радиоканала между модулями Б32-433Т20БТ (блок с обозначением РК на рис. 1); Рар м(г) — вероятность отказа АРМ на базе компьютера (блок с обозначением АРМ ЗИ на рис. 1); Рос (г), ), РПО(г) — вероятности отказов операционной системы, ан-
тивирусной программы и специализированного программного обеспечения системы передачи извещений и команд управления АРМ (блоки с обозначением ОС, АНТ, ПО соответственно на рис. 1); Рта (г), Ркуд (г), РИС(г), Рэс (г) — вероятности отказов систем теле/видеонаблюдения, контроля и управления доступом, инженерного обеспечения объекта, эргатических (человеческий фактор) средств охраны объекта (блоки с обозначением ТВ, КУД, ИС, ЭС соответственно на рис. 1); Рддп (г) — вероятность отказа дежурно-диспетчерской составляющей (блок с обозначением ДДП на рис. 1); Рр (г) — вероятность отказа своевременного реагирования на сигнал тревоги (блок с обозначением Р на рис. 1).
При этом вероятность отказа разработанной в [3] составляющей охранной системы, реализованной на базе модулей архитектуры ЬоЯа, получена в виде
N
Рьскл(г) = 1 - (1 - ПРи. (г))(1 - {1 - (1 - РТКС (г))(1 - РБУОС (г))(1 - РПОБУОС(')) •
1=1
• (1 - РТКС (г))(1 - РМ (г))(1 - РРК^))(1 - РМ (*))(1 - РТКС (*))(1 - РАРМ('))}) • (2)
• (1 - РОС (г)РАнт(г)РПО С))(1 - РТКС С)))•
Здесь введены те же обозначения, что и в выражении (1). Данная совокупность блоков является подсистемой общей схемы охранной системы (рис. 1). Надежность подсистемы передачи информации на базе радиомодулей архитектуры сети ЬоЯа может быть рассчитана на основе выражения (2), в котором вероятность отказа подсистемы может быть рассчитана при наличии данных о вероятностях отказов составляющих ее модулей, образующих последовательно-параллельную схему [4].
Численные значения вероятностей отказов отдельных модулей, образующих подсистему передачи информации на базе радиомодулей ЬоЯа, могут быть найдены в технических описаниях (инструкциях по эксплуатации) технических устройств, расчетов надежности программного обеспечения [5], расчетов надежности технических каналов связи.
Проведение вышеуказанных расчетов является важным условием получения вероятности отказа системы охраны и безопасности, не превышающего вероятности отка-
7-) крит
зов заданного критического порога г^ , достижение которого является недопустимым по условиям обеспечения надежности охраняемого объекта.
Фактически мы можем сформулировать критерий
Ротк (0 *ГТ , (3)
определяющий верхнюю границу допустимых значений вероятности отказа системы охраны и безопасности.
Аналогичный критерий надежности охранной системы, реализованной на базе модулей архитектуры ЬоЯа, может быть сформулирован в виде
р (<) *ркрит (4)
ГЬОКЛ(') * 1 тах • (4)
При этом в (3), (4) знак равенства является нежелательным в связи с возможными влияниями случайных факторов на надежность отдельных модулей (рис. 1).
Заключение. Таким образом, была разработана структурная схема надежности системы охраны обеспечения безопасности объектов с использованием аппаратных средств ЬоЯа в случае воздействия на систему злоумышленника. Получены показатели и сформулированы критерии надежности для системы охраны в целом и для ее компонента с использованием аппаратных средств ЬоЯа в виде вероятностей отказа. Для указанных систем на основе полученных выражений могут быть рассчитаны параметры надежности и определены области их возможного применения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Организация деятельности подразделений вневедомственной охраны : курс лекций / С. А. Винокуров [и др.]. Ч.1. — Воронеж : Воронежский институт МВД России, 2010. — 171 с.
2. Острейковский В. А. Теория надежности. — М. : Высшая школа, 2003. — 457 с.
3. Анисимов С. Л., Лазарев И. В., Шаталов Н. С. К вопросу о возможности применения архитектуры сети ЬоЯа в охранных системах // Вестник Воронежского института МВД России. — 2022. — № 2. — С. 133—141.
4. ГОСТ Р 53704-2009. Системы безопасности комплексные и интегрированные. Общие технические требования. — М. : Стандартинформ, 2010. — 72 с.
5. Удалов В. П. Синтез модели надежности подсистемы программного обеспечения системы безопасности объекта информатизации // Вестник Воронежского института МВД России. — 2017. — № 1. — С. 90—97.
REFERENCES
1. Organizaciya deyatel'nosti podrazdelenij vnevedomstvennoj ohrany : kurs lekcij / S. A. Vinokurov [i dr.]. CH.1. — Voronezh : Voronezhskij institut MVD Rossii, 2010. — 171 s.
2. Ostrejkovskij V. A. Teoriya nadezhnosti. — M. : Vysshaya shkola, 2003. — 457 s.
3. Anisimov S. L., Lazarev I. V., SHatalov N. S. K voprosu o vozmozhnosti primeneniya arhitektury seti LoRa v ohrannyh sistemah // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. — 2022. — № 2. — S. 133—141.
4. GOST R 53704-2009. Sistemy bezopasnosti kompleksnye i integrirovannye. Ob-shchie tekhnicheskie trebovaniya. — M. : Standartinform, 2010. — 72 s.
5. Udalov V. P. Sintez modeli nadezhnosti podsistemy programmnogo obespecheniya sistemy bezopasnosti ob"ekta informatizacii // Vestnik Voronezhskogo instituta MVD Rossii. — 2017. — № 1. — S. 90—97.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Удалов Валерий Петрович. Доцент кафедры физики и радиоэлектроники. Кандидат физико -математических наук, доцент.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: uvalery@yandex.ru
Россия, 394065, Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-61.
Анисимов Сергей Леонидович. Доцент кафедры физики и радиоэлектроники. Кандидат технических наук.
Воронежский институт МВД России.
E-mail: anisimov12@mail.ru
Россия, 394065, Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-66.
Udalov Vale^ Petrovich. Associate Professor of the chair of Physics and Radioelectronics. Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
E-mail: uvalery@yandex.ru,
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-61.
Anisimov Sergey Leonidovich. Associate Professor of the chair of Physics and Radioelectronics. Candidate of Technical Sciences.
Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.
E-mail: anisimov12@mail.ru
Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-66.
Ключевые слова: модель надежности; вероятность безотказной работы; система охраны и безопасности.
Key words: reliability model; probability of trouble-free operation; security and safety system.
УДК 396.621
