CC BY
39Синтез информационно-коммуникационного пространства эргатических систем военного назначения
Полковник В А, СКИБА, кандидат технических наук
АННОТАЦИЯ. Предложен новый концептуальный подход к формированию информационно-коммуникационного пространства системы управления военного назначения на основе фантомной полиэдральной среды как базисной основы функционирования информационно-управляющих систем, сформированной с учетом достижений современных программно-ориентированных технологий.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: информационная среда, сетеориентированные информационные услуги, информационно-управляющая система, информационно-коммуникационное пространство.
SUMMARY. The author proposes a new conceptual approach to forming information-and-communication space for a military-purpose control system based on the phantom polyhedral environment as the main basis for functioning information-and-control systems, taking into account achievements of up-to-date software-oriented technologies.
KEYWORDS: information environment, network-oriented information services, information-and-control system, information-and-communication space.
ПОВСЕМЕСТНОЕ оснащение пунктов управления (ПУпр) цифровой техникой связи и современными программно-аппаратными комплексами (ПАК) ознаменовало новый этап внедрения /Г-технологий в деятельность органов военного управления, конечная цель которого — повышение эффективности функционирования системы управления (СУ) и создание единого информационного пространства ВС РФ.
Актуальность вопроса подчеркивают основные оперативно-стратегические факторы и условия, а также принятые МО РФ концепции и стратегии (рис. 1), определяющие дальнейшее развитие системы управления ВС РФ, где конечной целью является переход к сетевой организации обеспечения управления боевыми действиями и создание единого информационно-коммуникационного пространства (ЕИКП), позволяющих рационально и гибко использовать ударные, управленческие и информационные ресурсы, что в конечном итоге призвано обеспечить достижение информационного превосходства на театре военных действий. Для достижения данной цели требуется решение определенных задач, обеспечивающих реализацию системно-технических решений по построению перспективной системы управления ВС РФ, на основе объединенной автоматизированной цифровой системы связи (ОАЦСС).
Возникает противоречие в том, что направления совершенствования перспективного состава, структуры системы управления ВС РФ, форм и способов ее применения основаны на цифровизации систем (комплексов) передачи и обработки информации, разработке интегрированных автоматизированных систем боевого управления, ПАК и комплексов средств автоматизации (КСА), рассчитанных на сетевую структуру системы управления, а в ВС РФ функционирует строго иерархическая структура системы управления, не предусматривающая применения
Рис. 1. Системотехнические решения, определяющие развитие системы управления ВС РФ
информационно-управляющих систем и межвидового взаимодействия на нижних звеньях.
Данное противоречие может быть устранено в рамках решения научной задачи, а именно создания информационно-коммуникационного пространства (среды функционирования) перспективной системы управления, обеспечивающего удовлетворение информационных потребностей и оптимизацию состояния элементов системы управления в условиях меняющейся обстановки, определяющего повышение живучести и оперативность взаимодействия межвидовых пунктов управления.
Решению данной проблемы посвящены научные труды докторов наук, профессоров Ю.В. Бородакий, E.H. Хохлачева, A.B. Сухова, A.B. Цымбала и научных коллективов ВА РВСН им. Петра Великого, проведены соответствующие НИР, однако вопросы внедрения технологий виртуализации среды управления и распределенных вычислений в них рассмотрены поверхностно и требуют углубленной проработки. В данном случае под технологиями виртуализации понимается совокупность методов и инструментов абстракции вычислительных ресурсов, позволяющих создавать на одном сервере (или ПЭВМ) несколько логических систем (изолированных виртуальных машин), с полным набором функций физических устройств. На современном уровне развития технологий имеется возможность виртуализации не только виртуальных машин, но и систем хранения данных и полнофункциональной информационной сети.
Система управления сложными динамическими объектами, к которым и относится СУ ВС РФ, должна полностью соответствовать предъявляемым требованиям по надежности и устойчивости функционирования в условиях ведения боевых действий, в том числе и с учетом использования высокоточного оружия большой дальности. Системообразующим ядром для перспективной СУ военного назначения (ВН), оснащенной информационно-управляющими системами (ИУС), служит стек протоколов и телекоммуникационная среда единой системы информационного обмена, учитывающие не только специфику обмена информацией между ПАК ПУпр вида или рода войск, но и специфику задач управления и обеспечения взаимодействия с другими ПУпр в едином информационно-коммуникационном пространстве.
Формирование информационной среды СУ ВН оперативно-стратегического и оперативно-тактического уровней связано со спецификой современных вооруженных конфликтов и обусловливает необходимость решения задач по разработке соответствующей информационной инфраструктуры для обеспечения функционирования и взаимодействия ИУС ПУпр, что в конечном итоге призвано обеспечить следующее.
Первое. Межвидовое взаимодействие ПУпр в реальном масштабе времени.
Второе. Взаимодействие с объектами вышестоящих звеньев управления подразделений ФСБ РФ, Росгвардии РФ, ФСО РФ, МЧС России и органов местного самоуправления в рамках единой взаимоувязанной системы военного и государственного управления (ЕВСГВУ).
Третье. Своевременную адаптацию к изменению оперативных требований к автоматизации систем управления и особенностей организации управления войсками (силами).
Четвертое. Взаимоувязанное многовариантное планирование боевых действий и автоматизацию процессов поддержки принятия решений.
Пятое. Гарантированную защиту информации во всех звеньях управления от несанкционированного доступа и от несанкционированной выдачи приказов.
Создание перспективных ПАК ИУС должно опираться на средства отечественной вычислительной базы, отечественные базовые информационные защищенные компьютерные технологии, унифицированные средства обмена данными, перспективные аппаратно-программные комплексы и средства связи, а также унифицированное семейство телекоммуникационных протоколов и средств.
В целом техническая основа СУ ВН должна создаваться как сете-ориентированная и представлять собой совокупность информационных, вычислительных и телекоммуникационных ресурсов, объединенных в единое информационно-коммуникационное пространство, основой которого будет ОАЦСС ВС РФ, включающая единую транспортную сеть связи, сети доступа и объектовые сети ПУпр и обеспечивающая сопряжение с унифицированными комплексами средств доступа узлов связи ПУпр федеральных органов исполнительной власти.
В данном случае ЕИКП следует рассматривать как составную часть информационной сферы, представляющее собой совокупность информационных телекоммуникационных систем и специальных информационно-управляющих систем, построенных и функционирующих на основе общих принципов и обеспечивающих информационное взаимодействие элементов системы управления и удовлетворение их информационных потребностей.
В настоящее время в основе функционирования СУ на базе ПАК лежит технология структурированных локальных вычислительных сетей, которая предопределяет аренду каналов связи из транспортной сети связи Единой сети электросвязи (ЕСЭ) РФ и использование услуг «доверенных операторов» связи, что не гарантирует их функционирование в военное время. Проблема получения услуг связи в том, что, опираясь на функционал доверенного оператора и транспортные узлы ЕСЭ, необходимо учитывать происхождение всего телекоммуникационного оборудования, программного обеспечения, систем хранения данных и электроснабжения провайдеров, так как оно все импортного производства и не сертифицировано на отсутствие различных технологических и программных «закладок», что вряд ли обеспечит его работоспособность в период ведения боевых действий.
На функционирование многих систем МО РФ по каналам связи ЕСЭ РФ (системы передачи данных НЦУО, ЗСПД, /Р-телефонии и т. д.) можно рассчитывать только в мирное время, так как резервирования через каналы связи военного назначения они, как правило, не имеют, да и технология построения локальных сетей ПУпр и ПАК на базе аппаратных средств VPN устарела и к моменту ее полной реализации (к 2025 году) имеет существенные шансы оказаться нежизнеспособной и не востребованной, так как не рассчитана на технологии виртуализации сетевых функций, программируемой коммутации сетей и распределенных (облачных) вычислений.
Важнейшей проблемой формирования ИУС ВН на базе программно-определяемых технологий является определение структуры и среды функционирования информационных объектов в едином информационно-коммуникационном пространстве, так как от полноты и качества их разработки в значительной мере зависит эффективность СУ в целом.
Построение локальных сетей связи ПУпр как основы функционирования их ПАК на основе пакета программно-определяемых технологий Software-defined (SDx), таких как программно-конфигурируемые сети (ПКС), виртуализация сетевых функций (ВСФ) и облачные (распределенные) вычисления (ОВч) открывает принципиально новые возможности предоставления сетеориентированных информационных услуг в системе управления военного назначения на базе программно-определяемых центров обработки данных (ЦОД)1.
Формирование СУ ВН на основе специализированной информационной среды должно быть направлено на обеспечение ПУпр нижестоящих звеньев доступа к полному спектру сетевых (предоставляемых сетью) информационных услуг (рис. 2), а именно доступа к распределенному информационному ресурсу, системе электронного документооборота, мультимедиа услугам (IP-телефония, видео-, аудио-), системам видеонаблюдения и сигнализации, геоинформационным системам и т. д.
1 Шалагинов A.B. Руководство по SDN/NFV. Телеком и ИТ. 2017. URL: http://shalag-inov.com.; Монахов Д.Н. и др. Облачные технологии. Теория и практика // МГУ имени М.В. Ломоносова. М.: МАКС Пресс, 2013; Информационный ресурс для IT-специалистов. 2017. URL: http://habrahabr.ru.; Притула П.В. Программно-определяемый ЦОД: маркетологи передали эстафету практикам // Сетевое издание «C-News/аналитика». 2016. URL: http:www.cnews.ru.
Само понятие «сетеориентированные информационные услуги» (СИУ) для СУ ВН довольно ново и определяет совокупность действий, направленных на оперативное удовлетворение информационных потребностей элементов эргатической системы, включающих динамическое управление информацией (информационным ресурсом) системы в информационной среде определенного информационно-коммуникационного пространства.
В данном случае эргатическая система — это сложная система управления объектами технических комплексов, в которой управляющая система (в частности, ИУС) содержит человека-оператора как основной компонент, характеризующаяся функциональной активностью и го-меостазисом на множестве функциональных возможностей в условиях динамически изменяющейся внешней среды.
Развивающийся в настоящее время путь формирования СИУ должен опираться на возможности технологий ПКС/ВСФ и ОВч, которые позволяют обеспечить: эластичность и масштабируемость глобальных сетей; автоматизацию процессов управления, администрирования и обслуживания; динамическое управление потоками трафика; предоставление услуг в виде сервисов.
Концепция ПКС заключается во введении программируемости и абстрагирования сети, что позволяет независимо масштабировать ресурсы плоскости управления и плоскости передачи данных, а концепция ВСФ основана на том, что сетевые сервисы (функции) реализуются программно, на стандартизированном оборудовании (серверы, базы данных), и ориентирована (как и в ПКС) на разделение плоскости управления и плоскости данных2.
Технология облачных вычислений как модель обеспечения дистанционного сетевого доступа к вычислительным ресурсам виртуальной инфраструктуры позволяет формировать фантомную (физически не существующую) среду взаимодействия элементов сетевой структуры сложной эргатической системы. Рассматривая модели развертывания облачных сервисов на базе изолированных сред (облаков) можно выделить отдельные типичные черты, присущие сложной и высокоструктурированной системе информационного обмена, которые при соответствующей модернизации целесообразно внедрять в перспективные ИУС ВН на базе ОАЦСС. На основе классификации существующих моделей построения облаков (частные, общедоступные (публичные) и гибридные)3, с точки зрения внедрения технологий виртуализации в СУ ВН, появляется возможность формирования соответствующей среды их применения с учетом специфики функционирования и взаимодействия межвидовых пунктов управления.
Представив фантомную среду виртуального доступа ПУпр в полиэдральном виде (например, куб) (рис. 3), получим объемную фигуру, поверхность которой ограничена многоугольниками, представляющими определенный вид услуги (хранение данных, платформа, программное приложение и т. д.), где грани многоугольников соединены в ребрах (область взаимодействия), точки схождения которых будут вершинами (направление взаимодействия) (рис. 4). Объединяя виртуальные среды через ЦОД взаимодействующих ПУпр, мы получим единую фантомную полиэдральную среду как совокупность условий функционирования информационно-управляющих систем военного назначения согласно их функциональной и иерархической принадлежности.
2ШалагиновА.В. Руководство по ЗОМ/МБУ. Телеком и ИТ.
3 Монахов Д.Н. Облачные технологии. Теория и практика.
Рис. 3. Среда доступа к фантомной инфраструктуре
Взаимодействие
Рис. 4. Структура взаимодействия фантомных сред ПУпр
Таким образом, фантомная полиэдральная среда (ФнПС) — это созданная на базе определенного информационно-коммуникационного пространства совокупность инфраструктуры, информационных технологий и средств, определяющая условия создания и использования информационного ресурса распределенных элементов сложной иерархической системы.
Исходя из этого перспективные модели развертывания и формирования информационной инфраструктуры4 СУ ВН в интересах ИУС конкретного ПУпр могут быть представлены как среды индивидуального видового доступа (СИВД), видового доступа (СВД), межвидового (общего или межведомственного) доступа (СММД), а также целевого взаимодействия (СЦВ), формирующие внутреннюю виртуальную инфраструктуру и программные службы, обеспечивающие создание, обработку и хранение видовой информации (рис. 4).
Каждое ребро и вершина ФнПС (куб) определяют направление определенной совокупности услуг (сопряжение баз данных, приложений и т. д.) и области взаимодействия в формируемой среде доступа, что характеризуется формированием более закрытой среды в открытой среде каждого ПУпр (командного пункта (КП)). Доступ к СИВД и СВД име-
4 Монахов Д.Н. Облачные технологии. Теория и практика.
ют только ПУпр своего вида (рода), в СЦВ только ПУпр осуществляющие прямое взаимодействие, а в СММД осуществляется общий доступ, так как там размещается общий информационный ресурс (рис. 4, 5) обеспечивающий ситуационную осведомленность.
Межвидовой ЦОД ВС РФ
7
Рис. 5. Структура взаимодействия ПУпр через ФнПС
Данная среда должна формироваться в пределах закрытой сети пунктов управления позиционного района, где виртуальная инфраструктура обеспечит функционирование специализированных систем фантомной среды, таких как: база данных (включая СУБД и витрину), база знаний, программная платформа, сервер, специализированные приложения автоматизированных рабочих мест (АРМ) и система разграничения доступа. В данном случае возможно видовое управление средами, а в роли «внешнего подрядчика» для синхронизации работы и резервирования данных должен выступать вышестоящий ПУпр через межвидовой программно-определяемый ЦОД с виртуализированной инфраструктурой.
ПАК ИУС могут размещаться на видовых мобильных ПУпр в форме «тонкого клиента», а сама ФнПС формируемой виртуальной инфраструктуры на вышестоящем ПУпр и ближайшем ЦОД. ПУпр соответствующего уровня иерархии самостоятельно занимается установкой и поддержкой ФнПС для обеспечения функционирования ПУпр НЗУ. Такая среда обеспечит детальный контроль над информационными ресурсами и предоставит требуемые варианты конфигурации и защиты информации, под конкретные ПУпр и видовые ИУС (см. рис. 4, 5).
В коммерческой (гражданской) сфере абонентом облачного сервиса может стать любая компания, так как это простой и доступный по цене способ развертывания веб-сайтов или бизнес-систем с большими возможностями масштабирования, которые в других решениях для них недоступны (например, онлайн-сервисы М1сго$о/Ю/АсеЖеЬ, АтсцопЕС2, Ооо&еАррз/Босзж др.), а в военной — любой межвидовой ПУпр находящийся в зоне обслуживания ЦОД.
Исходя из того что появляется возможность обеспечения межвидового доступа ПУпр к единой информационной среде структура существующей СУ ВН требует пересмотра самой концепции осуществления
взаимодействия ПУпр, так как она ориентирована на стволовую иерархическую архитектуру СУ, построенные еще в 70-е годы прошлого века и не предусматривает сетевого взаимодействия. Требуется разработка нового концептуального подхода к построению СУ ориентированной на виртуальную инфраструктуру ФнПС, которая базируется на системе стационарных высокозащищенных программно-определяемых ЦОД соответствующего звена управления, а доступ в информационную среду осуществляется по требованию с учетом разграничения прав доступа (рис. 6).
Информационный ресурс
Рис. 6. Доступ ПУпр к вычислительным ресурсам ЦОД
Применение достижений технологии ПКС позволяет оптимизировать процессы управления, администрирования сетями ИУС ПУпр вне зависимости от их юрисдикции посредством программно-определяемых ЦОД, осуществлять динамическую адаптацию сети под нужды приложений (из состава АРМ ПАК), тем самым повышая операционную гибкость и упрощая доступ к получению СИУ.
При учете технологических и операционных преимуществ и возможности технологий ЯОх назревает необходимость разработки нового
концептуального подхода к построению системы ситуационного управления, объединяющей в себе функции оперативного боевого управления, обеспечения боевых действий и обеспечения взаимодействия по надежности, не уступающей системе ЦБУ.
Применение данных технологий обеспечивает централизацию плоскости управления информационными сетями через программно-определяемые ЦОД ПУпр различных звеньев путем оркестрации доступных ресурсов и сервисов, а также предоставляет широкие возможности по стандартизации протоколов и моделей данных в гетерогенной и многоуровневой сети.
Применение технологии ВСФ позволит виртуализировать основные сетевые функции, отделяя проприетарное (имеющее стороннего разработчика) и специализированное программное обеспечение от конкретного оборудования, что в конечном итоге приводит к повышению оперативности доступа и обработки информационного ресурса, надежности функционирования ПАК и расширению возможностей по резервированию данных. Замена устройств с сетевыми функциями на сервера с программными обеспечивает функционирование СУ и полный контроль состояния ее элементов с ВЗУ в любых условиях обстановки за счет автоматизации и виртуализации устройств конечных подключений.
СУ ВН, построенная по концепции виртуального взаимодействия, обеспечит доступ к объединенному информационному ресурсу независимо от уровня взаимодействия и звена управления для удовлетворения информационной потребности элементов системы управления и «ситуационной осведомленности» должностных лиц органов управления.
В качестве отличительных характеристик СУ применительно к концептуальной модели применения ФнПС можно отметить: самостоятельность обслуживания, универсальность доступа, объединение ресурсов, широкий спектр услуг, возможность осуществления контроля состояния ПУпр с ВЗУ.
С точки зрения экономии благодаря объединению вычислительных и информационных ресурсов на базе ЦОД, создание ФнПС на базе технологий виртуализации, позволяет экономить на масштабах, используя меньшие аппаратные ресурсы, чем требовались бы при выделенных аппаратных мощностях для каждого ПУпр, а за счет автоматизации процедур модификации выделения ресурсов существенно снижаются затраты на их обслуживание. Данные характеристики позволяют получать услуги с высоким уровнем доступности и низкими рисками неработоспособности, обеспечивать масштабирование вычислительной системы благодаря эластичности без необходимости создания, обслуживания и модернизации собственной аппаратной инфраструктуры.
Отсюда видно, что отличие первичной виртуализации от предлагаемой концепции управления через виртуализацию инфраструктуры заключается в том, что с созданием ФнПС отпадает необходимость в индивидуальных терминальном серверах, полной стандартизации ПО, так как все реализуется в выделенной среде. Рассматривая виртуализацию как комплексную технологию, обеспечивающую совместное использование различных физических ресурсов для решения поставленных задач, мы видим, что в процессе виртуализации несколько ОС функционируют одновременно на выделенном сервере, совместно используя его информационные ресурсы, а в итоге получается целостная среда этой виртуальной инфраструктуры, определяющая набор настраиваемых сервисов по предоставлению СИУ.
В отличие от технологий, применяемых в процессе построения ПАК и КСА, предлагаемая концепция построения системы ситуационного управления на базе ФнПС позволит обеспечить возможность хранения информации не только на конкретных АРМ соответствующего ПУпр, но и одновременное дублирование ее на удаленном защищенном сервере. Существенные преимущества, связанные с использованием ФнПС, по сравнению с проводимой цифровизацией и установкой ПАК на ПУпр выражаются в том, что обеспечивается: доступность, мобильность, экономичность, гибкость, высокая технологичность, надежность, безопасность.
Наряду с преимуществами у технологии ФнПС имеется и ряд существенных недостатков:
недостаточная проработанность применения технологии без привязки к сети Интернет;
высокие требования к скорости передачи данных и объему передаваемой информации;
отсутствие необходимого отечественного ПО и должных наработок по обеспечению режимов секретности данной технологии.
В настоящее время на федеральном уровне реализуется проект Минкомсвязи РФ, выполняемый ОАО «Ростелеком», по созданию в стране сети закрытых ЦОД, в которых будут храниться и обрабатываться данные госорганов. Сейчас у оператора построено несколько межрегиональных и региональных data-центров, что входит в концепцию «Национальной платформы для распределенной обработки данных», но МО РФ пока должного внимания этой теме не уделяет. Попытки российских разработчиков распыляя силы и ослабляя друг друга, создать отечественную операционную систему (например, Ось, Заря, Рассвет, МС ВС, Орел, Смоленск, Новороссийск, Фантом, Эльбрус, Циркон, Роса, Базальт, Аврора, GosLinux, AstraLinux, AltLinux и др.) выглядят неубедительно, тем более само МО РФ продолжает пользоваться программными продуктами Microsoft, не поддерживая их начинаний, а это значит, что требуется объединение усилий для создания единой базовой Российской операционной системы, способной противостоять таким гигантам, как Windows, а не расширенной совокупности индивидуальных ОС под каждого разработчика.
Таким образом, создание собственной обособленной информационной инфраструктуры СУ ВН на базе достижений SDx (формирование ФнПС) позволит упростить процессы автоматизации управления, конфигурирования и масштабирования сетей и получения СИУ, увеличить мощность физической инфраструктуры ПУпр за счет виртуальной, снизить расходы на модернизацию, обслуживание и энергоснабжение, а в перспективе, определившись в выборе операционной системы, рекон-фигурировать всю информационную систему под текущие задачи. Реализация предложенных системно-технических решений по внедрению достижений технологий SDx в СУ ВН обеспечит переход к сетевой организации управления боевыми действиями и создание единого ИКП (на основе фантомной полиэдральной среды) перспективной СУ ВС РФ, обеспечивающего удовлетворение информационных потребностей и оптимизацию состояния элементов СУ в условиях меняющейся обстановки, определяющего повышение живучести и оперативность взаимодействия межвидовых ПУпр.
