Инфокоммуникационные технологии для обеспечения безопасности передачи сообщений мониторинга и управления в речных автоматизированных системах управления движением судов icon

Инфокоммуникационные технологии для обеспечения безопасности передачи сообщений мониторинга и управления в речных автоматизированных системах управления движением судов



Смотрите также:
Рабочая программа по дисциплине: Теория информации Для специальности: 230201 Информационные...
Математическое и информационное обеспечение мониторинга и управления движением судов с...
Доклады представителей комплексов городского управления...
N=N0. Здесь n – число кодовых слов, используемых для передачи сообщений...
Технология построения информационного и математического обеспечения систем автоматизированного...
Технология построения информационного и математического обеспечения систем автоматизированного...
Информационные технологии управления...
Литература Богачек И. А. Философия управления. Спб., 1999...
Наставление по производству полетов...
А. А. Воронин является руководителем Волгоградского научно-образовательного центра проблем...
Реферат Изобретение относится к системам автоматического регулирования полета и может быть...
Учебная программа по дисциплине основы теории управления трибунский А. И...



скачать


На правах рукописи




Петриева Оксана Владимировна



ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ В РЕЧНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ


Специальность: 05.13.06 – «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)»


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Санкт – Петербург

2007


Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций


Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Сикарев Александр Александрович


Официальные оппоненты:

доктор технических наук Бескид Павел Павлович,

кандидат технических наук Чертков Александр Александрович


Ведущая организация

ОАО научно-производственная фирма «МЕРИДИАН»


Защита состоится 1 ноября 2007 г. на заседании диссертационного совета Д.229.009.03 при Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу:

198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская 5/7


Автореферат разослан 27 сентября 2007 года.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.


Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент


Барщевский Е.Г.


^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.


Актуальность темы исследований. Для обеспечения безопасности и повышения эффективности транспортного процесса на внутренних водных путях во многих странах мира уже более 20 лет используют различные системы управления движением судов, которые в последние годы в силу развития присущих им информационных технологий и методов управления стали определять как автоматизированные.

Более того, в силу существенного отличия организационно-технических принципов АСУДС речных бассейнов от морских акваторий с начала 90-х годов прошлого века в рамках Европейского Союза разрабатываются различные программы и концепции, призванные систематизировать и унифицировать инфокоммуникационные системы управления и мониторинга судоходства на внутренних водных путях.

Одной из наиболее перспективных и конструктивных является концепция, получившая название «Корпоративные речные информационные системы (КРИС)». Отраслевой формой реализации этого класса информационных систем являются организационно-технические образования, получившие название «Речные информационные службы» (РИС). Структурным ядром последних и являются АСУДС на внутренних водных путях (ВВП).

Опыт реализации, мониторинга и управления в АСУДС на ВВП, полученный в странах Европы, США, Канады и России, свидетельствует о том, что подобные автоматизированные системы обычно имеют в своем составе такие информационные подсистемы телекоммуникаций и мониторинга, как системы УКВ-радиосвязи, транкинговой и сотовой радиосвязи, автоматизированные идентификационные системы (АИС), системы видеонаблюдения и радиолокационного контроля. Координация функционирования указанных систем обеспечивается центром управления движением судов, важнейшей составляющей которого является информационно-диспетчерская служба. Для регионов с крупными озёрами или озёрными объединениями (например, Ладожское и Онежское озеро в России, объединение Великих озёр в США и Канаде) возможно включение в состав речной АСУДС так называемых Речных региональных спасательно-координационных центров (РРСКЦ), обеспечивающих приём от судов сигналов бедствия и организацию оперативных поиско-спасательных работ. Помимо отмеченного, вся структура речной АСУДС, как правило, бывает погружена в радионавигационное поле ГЛОНАСС/GPS и его подсистему высокоточных дифференциальных радионавигационных поправок ДГЛОНАСС/DGPS.

Настоящая работа посвящена новому решению актуальной научной задачи по повышению безопасности передачи сообщений мониторинга и управления в указанных выше подсистемах речных АСУ ДС на основе новых инфокоммуникационных CASE-технологий.

Для обеспечения решения такой задачи необходимо выполнить исследование по следующему кругу вопросов.

^ Цели и задачи исследований.

  1. Анализ мирового и отечественного опыта построения иерархических триад типа «Корпоративная речная информационная система – речная информационная служба – АСУДС» и особенностей обеспечения безопасности информационных потоков на третьем нижнем уровне с учетом требований метасистемы КРИС – РИС.

  2. Модель структурно-логического синтеза информационно-диспетчерской системы на основе принципов CASE-технологий в информационно-диспетчерских службах (ИДС) речных АСУ ДС. Синтез структуры информационно-диспетчерской службы на основе принципов CASE-технологий. Особенности построения модели «сущность-связь» и построения баз данных для информационно-диспетчерских систем АСУ ДС. Формирование специальных интернет-серверов для хранения и обмена судовыми и навигационными сообщениями.

  3. Математическое обеспечение и разработка алгоритмов анализа количественных характеристик, обеспечивающих комплексную информационную безопасность судовых и АИС сообщений с приоритетами и без приоритетов информационно-диспетчерской системы речных АСУ ДС на основе использования аппарата Марковских процессов.

  4. Имитационное моделирование системы потоков, обеспечивающих комплексную информационную безопасность передачи судовых и АИС сообщений и разработка предложений по совершенствованию компонентов ИДС информационного обслуживания в речной АСУ ДС.

^ Методологической основой исследований являются принципы системного анализа и управления технологическими процессами, методы структурного синтеза информационных систем на основе современных CASE-технологий, теория алгоритмов, теория систем массового обслуживания, теория управления и принятия решений, основы программной инженерии, теория управления базами данных.

^ Научная новизна работы состоит:

  1. В выявлении закономерностей поведения защищенных информационных потоков судовых сообщений и АИС и построении новой модели информационно диспетчерской системы обслуживания таких потоков на основе исследования динамики их поведения при мониторинге и управлении транспортным процессом на ВВП и использование методов и принципов CASE-технологий.

  2. В синтезе алгоритмов для количественного анализа основных характеристик совокупности информационных потоков судовых сообщений и АИС с различными дисциплинами обслуживания на основе Марковских процессов.

  3. В разработке процедур имитационно моделирования защищенных информационных потоков судовых сообщений и АИС с различными дисциплинами обслуживания и в разработке предложений по совершенствованию дисциплины обслуживания таких потоков с ИДС АСУ ДС.

^ Практическая ценность работы состоит в том, что сформулированные выводы и рекомендации могут быть использованы при реализации утвержденных федеральным агентством «Росморречфлот» программ построения речных АСУ ДС, прежде всего ГБУ «Волго-Балт» и важнейшего его сегмента – Невско-Ладожского района водных путей и судоходства. Кроме того, выводы, рекомендации и предложения работы могут быть использованы при реализации аналогичных программ в других речных бассейнах Единой глубоководной системы ВВП Российской Федерации.

^ Реализация научных результатов. Отдельные положения диссертационной работы реализованы в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций при построении информационно-диспетчерской системы информационного обслуживания.

^ Публикации и апробации работы. По тематике работы опубликованы 6 научных статей, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ, разработано методическое учебное пособие.

^ Объем и структура работы. Диссертация включает в себя 225 страницы текста, 54 рисунка, 5 таблиц и 7 графиков, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка опубликованных источников, содержащего 112 отечественных и зарубежных работ.

^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В
ПЕРВОЙ ГЛАВЕ
освещается современное состояние и перспективы развития речных информационных служб (РИС) как отраслевой формы реализации корпоративных речных информационных систем (КРИС). Исследуются состав, назначение и классификация РИС. Определены и сформулированы функции РИС в соответствии с Международными и Российскими требованиями и нормативными документами и положениями, как основного средства мониторинга, управления и обеспечения безопасности на внутренних водных путях (ВВП) Единой глубоководной системы Европейской части России. В результате исследования деятельности РИС определено, что основным инструментом, обеспечивающим ее функционирование, является автоматизированная система управления движением судов (АСУ ДС), которая имеет в своем составе необходимый набор информационных и технических служб, каждая из которых решает свою специальную задачу по обеспечению судоходства на ВВП. Структура АСУ ДС представлена на Рис. 1.

Рис 1. Типовая конфигурация СУ ДС.

Проанализированы структура и принципы функционирования современных АСУ ДС. Установлено, что для эффективной работы АСУ ДС необходима подсистема, которая сможет объединить информацию, полученную от различных технических средств, сохранить ее в долговременной памяти, на основе анализа и совмещения существующей информации прогнозировать развитие ситуации на ВВП, отображать хранящуюся в системе информацию в виде различных отчетов и экранных форм. Системой, отвечающей данным требованиям, является Информационно-Диспетчерская Система (ИДС), которая является ядром-АСУ ДС, интегрирующим разнородную информацию. В работе проанализированы структура и содержание информационных потоков (ИП), обрабатываемых ИДС АСУ ДС. Исследования показали, что такие потоки, являются важным элементом функционирования ИДС АСУ ДС и с точки зрения функционирования системы могут быть классифицированы как:

  • входящие ИП (ВхИП) - данные, поступающие от внешних источников информации;

  • внутренние ИП межмодульного взаимодействия системы (ВнИП) – данные, циркулирующие внутри самой ИДС;

  • исходящие ИП (ИсИП) - данные, предназначенные для участников транспортного процесса.

Исследования структуры и содержания входящих ИП показали, что к наиболее важным на сегодняшний день относятся:

  • ^ Система судовых сообщений (ССС), которая составляет основу получения информации в ГБУ «ВолгоБалт». Включает в себя статическую информацию (рейсы, грузы и т.д.) и динамическую информацию (местонахождение каждого судна во время рейса). Основным недостатком существующей ССС является отсутствие автоматического ввода получаемой информации в систему;

  • ^ Автоматизированная идентификационная система (АИС). Используется для передачи информации по опознаванию судна, получению сведений о судне и его рейсе, параметрах движения судна, контроля за соблюдением режима плавания и мониторинга судов на ВВП;

  • ^ Средства радиолокационного наблюдения и контроля (РЛС). В ГБУ "ВолгоБалт" радиолокационные посты наблюдения установлены в Отрадном, Шлиссельбурге, Свирице и Лодейном поле. В силу того, что РЛИ отражает текущую дислокацию флота - она дополняет динамическую составляющую ССС. Данный ИП имеет две составляющие: первичная и вторичная РЛИ.

Проведенный анализ показал необходимость глубокого исследования методов и средств построения ИДС, как ядра АСУ ДС определяющего эффективность мониторинга и управления транспортным процессом на ВВП.

Информационная защищенность передаваемых сообщений представляет собой одну из важнейших проблем, возникающих при обеспечении безопасности и повышении эффективности транспортного процесса на ВВП.

Радикальное решение проблем защиты информации, циркулирующей в ИДС АСУ ДС, может быть получено на базе использования криптографических методов. При этом важным является применение скоростных алгоритмов шифровании, которые не приводят к снижению производительности компьютерных и телекоммуникационных систем.

Для обеспечения безопасности коммерческой информации применение Интернет как среды для передачи данных в нашей стране началось сравнительно недавно. Послужило этому появление высокоскоростных каналов. VPN (Virtual Private Network) – это технология, которая объединяет доверенные сети, узлы и пользователей через открытые сети, которым нет доверия. Эта группа протоколов может позволить соединить несколько компьютеров или компьютерных сетей находящихся на значительном удалении (рис. 2). Выделено четыре основных варианта построения сети VPN, которые используются во всем мире. Проанализированы преимущества и недостатки данной технологии, а также рассмотрены основные протоколы для обеспечения защиты данных.

Р
ис. 2
Структура сети с VPN (Remote Access VPN).

^ ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ исследуются вопросы построения информационных систем и синтезируется структура ИДС с использованием методов и средств CASE-технологий. Рассмотрено понятие жизненного цикла (ЖЦ) информационной системы. Сделан вывод о том, что более предпочтительным является ЖЦ, обеспечивающий итеративный подход к созданию ИС. Примером такого подхода является спиральная модель ЖЦ. В работе основное внимание уделено начальным этапам ЖЦ: системному анализу, анализу требований и предварительному проектированию.

^ Исследованы принципы структурного анализа, к которым принято относить декомпозицию, формализацию, полноту абстрагирования, концептуальную общность, непротиворечивость и др. Исследование вопросов структурного анализа и проектирования позволили сделать вывод о том, что для целей такого анализа необходимо использовать три группы средств отображающих функции, которые система должна выполнять, отношения между данными и зависящее от времени поведение системы. Рассмотрены методологии структурного анализа ориентированные на потоки данных и технологию проектирования SADT.

Определено, что в методологиях структурного анализа ориентированных на потоки данных в качестве средств решения задач применяются следующие элементы: диаграмма потоков данных (DFD); диаграммы «сущность-связь» (ERD); диаграммы переходов состояний (STD).

Исследование методологии SADT показало, что данная методология представляет собой совокупность принципов, правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия и связи между этими действиями. В работе проведен сравнительный анализ DFD-ориентированных методов и SADT.

^ Исследование этапа проектирования показало, что данный этап ЖЦ является итерационным процессом, при помощи которого требования к программной системе транслируются в ее инженерные представления. Определено, что при этом выделяются следующие ступени: предварительное проектирование, детальное проектирование и интерфейсное проектирование. В данной главе рассмотрен этап предварительного проектирования. Определено, что предварительное проектирование обеспечивает идентификацию подсистем и определение основных принципов управления и взаимодействия подсистем, а также включает в себя три типа деятельности: структурирование системы; моделирование управления; декомпозицию подсистем на модули.

Выполненный анализ модульной декомпозиции показал, что важными свойствами модульности являются информационная закрытость, связность и сцепление модулей. Пусть С(х) - функция сложности решения проблемы х, Т(х) - функция затрат времени на решение проблемы х. Для двух проблем p1 и р2 из соотношения С(р1) > С(р2) следует, что Т(р1) > Т(р2) Очевидно: решение сложной проблемы требует большего времени. Далее из практики решения проблем следует С(р1 + р2) > С(р1) + С(р2) (1). Отсюда с учетом отношения (1) запишем: Т(р1 + р2) > Т(р1) + Т(р2) (2)

Последнее соотношение может служить обоснованием модульности. В этой части работы также представлены результаты, связанные с оценкой сложности программной системы.

^ Методы и средства CASE-технологий позволили проанализировать предметную область и синтезировать структуру информационно-диспетчерской системы. Определено, что эксплуатируемые сегодня, в частности в ГБУ «Волго-Балт», ИДС можно охарактеризовать как системы информационного накопления, основными задачами которой является сбор, обработка, хранение и отображение поступающей информации в виде различных отчетов и экранных форм. Важнейшим результатом исследования стал вывод о том, что для повышения качества мониторинга и управления транспортным процессом на ВВП, ядром АСУ ДС должна стать ИДС, которую можно определить как систему информационного обслуживания. На Рис.3 представлена контекстная диаграмма потоков данных (DFD) ИДС информационного обслуживания. Установлены существенные преимущества систем информационного обслуживания по сравнению с системами информационного накопления: гибкое планирование и распределение информационных потоков; предоставление участникам транспортного процесса принятых от внешних источников и обработанных ИДС данных в формате и моменты времени удобные пользователю; оказание информационных услуг на периодической или регулярной основе, а так же по запросу; адаптируемость системы к условиям эксплуатации; легкость организации новых информационных каналов; повышение качества решения задач информационного обеспечения транспортного процесса на ВВП. Для ИДС информационного обслуживания были определены ключевые понятия:

• «Абонент» - описывает в системе любого потребителя исходящей информации и является существенным элементом ИДС информационного обслуживания, т.к. под информационным обслуживанием подразумевается адресное предоставление информации конкретным потребителям - абонентам. Важно отметить, что предлагаемое представление позволяет рассматривать «Абонента» как элемент, независимый от предоставляемых И
ДС услуг, что является важным для управления услугами.


Рис. 3. Контекстная диаграмма потоков данных (DFD) системы информационного обслуживания.


• «Информационная услуга» (далее в тексте просто услуга) - является одним из ключевых понятий ИДС информационного обслуживания. Технические средства, которые поставляют в систему информацию (ССС, АИС, РЛС и др.) определим как «источник информации», а внешние технические приемные средства (у абонента) - «приемник информации». Таким образом, услугу в системе можно представить как композицию «источника информации» и «приемника информации», т.к. передача информации между ними обеспечивает реализацию услуги. Специальные процессы системы обеспечивают возможность обработки информации при ее передаче между «источником» и «приемником». Предлагаемое представление услуги унифицирует понятие «Услуга», используемое в ИДС информационного обслуживания, что в свою очередь обеспечит возможность развития системы.

• «Задача». Формирование задачи инициируется или поступлением новых данных от внешних источников информации или по таймеру. Специальные процедуры системы определяют через какие внешние технические устройства («источники») поступили данные, кто является потребителем поступившей информации («Абонент»), на какие внешние технические устройства («приемники») информация должна быть передана. На основе проанализированной информации определяется «Услуга», которую необходимо реализовать. В результате перечисленных операций формируется «Задача», которая определяет: какая информация, кому, когда и как должна быть передана. Элемент «Задача» является фактически планом функционирования ИДС.

В главе проведена детализация процессов. В результате исследования для процессов определены основные модули ИДС информационного обслуживания. Данные модули решают следующие задачи:

• Модуль приема данных предназначен для приема информации от внешних источников данных. Ввод информации в систему, выполняется как вручную оператором (ССС), так и автоматически (АИС, РЛС).

• Модуль первичной обработки информации предназначен для первичной обработки поступающих данных, оценки поступающей информации с точки зрения ее непротиворечивости и достоверности, определяется приоритет информации для ее дальнейшей обработки.

• Модуль вторичной обработки информации. Данный модуль является интеллектуальным программным модулем (ИПМ) и выполняет основную функцию по обработке всей поступившей в систему информации, формированию услуг (каналов передачи информации), созданию задач на реализацию услуг. ИПМ состоит из следующих подсистем: обработки и анализа информации, определения абонента, формирования каналов, формирования задач. На заключительном этапе работы ИПМ, на основе принятой и обработанной информации, а также данных существующих в системе, формирует задачи, выполнение которых является реализацией услуг.

• Модуль передачи данных (реализации услуги) предназначен для организации процесса непосредственной передачи данных абоненту, т.е. реализацию услуг. Основные задачи модуля: получить доступ к передаваемой информации, распределить передаваемую информацию между модулями передачи (в зависимости от заданных каналов), выстроить очередь передачи с учетом приоритетов, получить квитанцию от модулей передачи.

В процессе исследования предметной области была создана ее информационная модель. Выделены основные сущности, рассмотрен их атрибутный состав, определены связи и взаимоотношения между сущностями, определены свойства сущностей и связей. Результатом исследования стало построение модели «сущность-связь» ИДС информационного обслуживания. На основе полученной модели «сущность-связь» спроектирована и предложена схема модели данных ИДС информационного обслуживания. При синтезе схемы модели данных каждая сущность в модели была представлена отношением, а атрибутами отношений стали атрибуты сущностей. Созданные отношения были проанализированы на предмет необходимости нормализации, были определены первичные и уникальные ключи отношений. При проектировании связей были определены внешние ключи между отношениями с учетом возможной производительности. На основе исследования делового регламента были определены ограничения целостности. Анализ существующих и перспективных технологий построения информационных систем показал, что предпочтительным вектором развития ИДС информационного обслуживания должно стать использование Интернет-технологий. Современное развитие мобильных технических средств, использующих семейство протоколов TCP/IP, HTTP, WAP и т.д. позволяют расширять перечень «источников информации» и «приемников информации» с которыми может взаимодействовать ИДС информационного обслуживания. Для использования возможностей Интернет необходимо построение соответствующей инфраструктуры на основе многозвенной архитектуры «клиент-сервер», которая в общем случае включает в себя такие элементы как СУБД, где информация хранится и обрабатывается посредством SQL-запросов; сервер приложений, где реализуется логика работы приложения; WEB-сервер, который обрабатывает протокол HTTP, принимает запросы и генерирует отклики в формате HTTP; браузер, который генерирует запросы на получение web-страниц и преобразует HTML-страницы, полученные от web-сервера.

^ В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ выполнен количественный анализ характеристик информационных потоков (ИП) ИДС речных АСУ ДС в рамках теории массового обслуживания. Установлено, что данные каждого типа информации можно представить как отдельный ИП. Очевидно, что вероятность поступления на вход системы ИП носит случайный характер. Как следствие процессы обработки и передачи информации также зависят от ряда заранее неизвестных факторов. Таким образом, функционирование ИДС во многом носит вероятностный характер, который можно эффективно описать методами и средствами теории массового обслуживания. Тогда ИДС представляется как система массового обслуживания (СМО), а ИП рассмотрены как потоки требований СМО. Понятно, что потоки требований отвечают условиям ординарности (стационарные, без последействия), т.е. являются простейшими потоками, а также что в рассматриваемой системе вероятность любого состояния в будущем зависит только от ее состояния в настоящем и не зависит от ее состояний в прошлом. Тогда случайные процессы, протекающие в СМО, являются марковскими. Для каждого перехода указана интенсивность потока событий, которые переводят систему из состояния zi в состояние zj . На Рис. 4 приведен граф одноканальной СМО с количеством состояний n=7. Полной характеристикой марковского процесса являются вероятности P
i(Т), которые определяют нахождение процесса в состоянии zi,

для i=1, 2, ..., n в момент времени t.


Рис. 4 Граф состояний одноканальной СМО при n=7.


Были получены уравнения для всех состояний на Рис.4:







(1)







Данные зависимости представляют собой уравнения Колмогорова и позволяют находить вероятности состояний при обязательном знании начальных условий, в которых находится система. В правой части стоит сумма произведений вероятностей всех состояний, из которых ведут стрелки в это состояние на интенсивности соответствующих потоков событий минус суммарная интенсивность всех потоков, выводящих систему из данного состояния, умноженная на вероятность этого состояния.

Для общего случая n-состояний по аналогии с предыдущим уравнением в компактной форме можно записать:

, i=1,2,…,n. (2)

В реальных условиях функционирования ИДС, поток требований, поступает на вход системы, обрабатывается системой по многим каналам, что обусловлено различными типами поступающей информации.

Требования имеют разные интенсивности λ1, λ2,..,λт. Можно принять, что поток требований одного типа является простейшим. Подобная система является многоканальной системой, с числом каналов K и ограниченной очередью m. В терминах теории массового обслуживания такая система обозначается как М/М/K/m. Загрузку системы потоком требований типа i можно представить так:

(3)

г
де xi - средняя длительность обслуживания заявок типа i. Суммарная загрузка прибора всеми потоками: (4)


Рис. 5 Граф состояний многоканальной СМО.


Определено, что для многоканальной системы имеют место следующие выражения, описывающие основные характеристики системы.

Средняя длина очереди требований: (5)

Среднее число требований в системе: (6)

Формулы Литтла позволяют определить среднее время пребывания требования в очереди: (7)

а также время реакции (время обслуживания требования): (8)

Были рассмотрены основные характеристики одноканальной СМО с произвольным распределением длительности обслуживания (M/G/1). В систему поступает простейший поток заявок с интенсивностью λ. Длительность обслуживания имеет произвольное распределение с математическим ожиданием и коэффициентом v. Для системы на основании формул Поллачека-Хинчина получаем среднее число требований в очереди:

(9)

и среднее число требований в системе:

(10)

Средние времена пребывания требований в очереди и в системе определяются по формулам Литтла. Исследования показали, что в процессе эксплуатации ИДС могут возникать ситуации, когда заявки по тем или иным причинам не обслуживаются. Характеристиками данной системы служат пропускная способность, вероятность обслуживания, среднее число занятых каналов. Вероятность нахождения в СМО m-требований (каналы все заняты):

(11)

формула вероятности того, что очередное требование будет обслужено:

(12)

формула пропускной способности системы:

(13)

формула среднего числа занятых каналов:

(14)

Исследования показали, что есть определенные классы СМО, к которым относится ИДС и, прежде всего это G/G/1 и G/G/m, для которых в определенных режимах работы затруднительно найти характеристики в аналитической форме. Поэтому приходится пользоваться приближенными зависимостями. Для приближенного определения характеристик ИДС предлагается использовать метод непрерывного приближения. Данный метод является достаточно приближенным. В нем не учитывается случайный характер поступления и ухода требований.

Метод диффузионной аппроксимации лишен этих недостатков, так как в нем учитываются флуктуации относительно среднего значения.

В работе исследованы основные характеристики информационных потоков с различными дисциплинами облуживания.

Рассмотрен вариант работы ИДС информационного обслуживания при обработке входящих требований, характерных для БУС ГБУ «Волго-Балт». Входящие требования обрабатываются двумя устройствами обработки информации (приборами). При этом на вход системы поступают три потока входящих требований, с интенсивностью: λ1, = 61/с, λ2=151/с, λ3 = 91/с.

Будем полагать, что быстродействие приборов считается одинаковым: Вср= 50000 опер/с.

Обслуживание требований заключается во вводе поступивших требований в систему, соотнесение поступившей информации с существовавшей в системе и отправке информации абоненту. При этом трудоемкость принимается равной θср = 2500 операций. Дисциплины обслуживания и ожидания бесприоритетны и что у системы реализован буфер емкостью 4 требования.

Тогда формализация в терминах СМО позволяет считать ИДС разомкнутой системой М/М/К/т, где К = 2, m = 4.

Интенсивность обслуживания равна а интенсивность ухода заявок из очереди и обслуживающего прибора

Определены вероятностные характеристики состояний системы:

Ро = 0,3534; Р1, = 0,3534; Р2 = 0,1767; Р3 =0,0757; Р4 =0,0284; Р5 =0,0095; Р6 = 0.029, при этом среднее число занятых каналов составляет:

K3,

средняя длина очереди равна .

Для этих данных коэффициент загрузки системы:

а вероятностные характеристики таковы:

1) вероятность отказа по причине ограниченности буфера Ротк= Р6 = 0.0029

2) вероятности ухода требования во время обслуживания:



3) вероятности ухода требования из очереди:



4) общая вероятность ухода: Ру = Р'у + Р"у = 0.3133 + 0.0575 = 0.3708

Полученные оценки числовых и вероятностных характеристик информационных потоков в ИДС позволяют количественно оценить возможности системы по обработке информационных потоков. К сожалению, такие оценки, в ряде случаев, весьма затруднительны. Тогда необходимо использовать другие способы, прежде всего, различные модификации имитационного моделирования.

^ В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ проанализирована технология моделирования информационных потоков, которая опирается на имитационное машинное моделирование. Термин «имитационное моделирование» часто отождествляется с термином «статистическое моделирование». Статистическое моделирование как метод машинной реализации имитационных моделей систем, подверженных случайным воздействиям, в настоящее время наиболее употребим.

Статистическое моделирование – это технология, основанная на применении законов математической статистики и способностях современных компьютеров порождать и обрабатывать за короткие промежутки времени огромное количество данных. Тем самым, становиться возможным строить достаточно точные модели реальных сложных объектов.

Разработано построение модели двухканальной СМО с отказами и абсолютным приоритетом. Модель СМО была реализована с помощью программы в среде Delphi. В результате моделирования работы СМО, а также анализе полученных данных были сделаны следующие выводы:

    1. При времени функционирования системы меньше 2000, работа системы нестабильна, трудно выявить какие-либо закономерности в поведении системы. Поэтому, чтобы сделать выводы об эффективности работы СМО, следует рассматривать её функционирование на временном интервале более 2000 единиц.

    2. При увеличении времени функционирования системы соответственно увеличивается и количество заявок, поступивших в систему. Количество поступивших и обслуженных заявок увеличивается пропорционально увеличению времени работы системы, причем, чем больше значения интенсивностей, тем больше быстрее увеличивается количество поступающих заявок с увеличением времени.

    3. На интервале времени до 3000 значение абсолютной пропускной способности системы хаотически колебалось (особенно это заметно при втором варианте реализации). При времени больше 3000 амплитуда колебаний снизилась, а при времени Т 7000 значения абсолютной пропускной способности системы приобретают стационарный характер, и примерно равно 0,036.

    4. Значение относительной пропускной способности системы хаотически колебалось при всех временах функционирования. Однако при больших временах амплитуда колебаний значительно снизилась. С увеличением времени заметна тенденция к стационарности в поведении величины относительной пропускной способности.

    5. Так как вероятность отказа системы величина обратная относительной пропускной способности системы, то их поведение аналогично. При малых значениях времени (до 7000) вероятность отказа хаотично колебалась, а при увеличении времени, амплитуда колебания значительно снизилась. Практически вероятность отказа принимает стационарный характер при значении времени больше 17000.


^ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Настоящая диссертационная работа посвящена новому решению актуальной научной задачи по повышению безопасности передачи сообщений мониторинга и управления в речных АСУ ДС на основе применения новых инфокоммуникационных CASE-технологий для математического обеспечения и элементов имитационного моделирования характеристик важнейшего компонента таких АСУ ДС – ИДС информационного обслуживания.

На основе теоретических исследований поставленных задач, структурно-логического синтеза, математического, алгоритмического, программного и имитационного моделирования основных характеристик защищенных информационных потоков судовых сообщений и АИС получены следующие основные научные результаты:

  • Проведены аналитический обзор и обобщение мирового и отечественного опыта построения иерархических триад типа «Корпоративная речная информационная система – Речная информационная служба – речная АСУ ДС. Проанализированы особенности обеспечения безопасности информационных потоков на третье нижнем уровне триады речных АСУ ДС с учетом требований метасистемы.

Проанализированы преимущества и недостатки технологии VPN (Virtual Private Network), нашедшей свое применение для обеспечения коммерческой безопасности передачи данных через Интернет, а также рассмотрены основные протоколы для обеспечения защиты данных. Выделено четыре основных варианта построения сети VPN, которые используются во всем мире.

  • На основе системного подхода при анализе существующих и перспективных ИДС для речных АСУ ДС и применения методов и принципов CASE-технологий, сформулирована и обоснована концептуальная структурно-логическая модель ИДС информационного обслуживания, органично сочетающая динамику информационных потоков при мониторинге и управлении транспортным процессом на ВВП.

  • Сформулирована методика построения элементов ИДС информационного обслуживания как специальных серверов для хранения и обмена судовыми и навигационными сообщениями, с использованием многозвенной архитектуры «клиент-сервер», на базе глобальной сети Интернет и семейства протоколов TCP/IP, для обеспечения удаленного доступа к информационным ресурсам ИДС.

  • Исследованы количественные характеристики информационных потоков в ИДС информационного обслуживания речных АСУ ДС при различных дисциплинах обслуживания. С использованием теории Марковских процессов подвергнуты анализу варианты обслуживания без приоритетов, с приоритетами и смешенного типа.

  • Предложена конструктивная методика расчета важнейших характеристик информационных потоков в ИДС, таких как: среднее число занятых каналов; средняя длина очереди; коэффициент загрузки системы; вероятность отказа по причине ограниченности буфера; вероятности ухода требования во время обслуживания;

  • Разработано построение модели двухканальной СМО с отказами и абсолютным приоритетом. Модель СМО была реализована с помощью программы в среде Delphi. В процессе нескольких реализаций работы СМО были получены результаты функционирования системы. На основе полученных данных построены графики, позволяющие провести исследование работы СМО. С их помощью проведен анализ полученных данных и сделаны выводы о работе системы.


^ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


  1. Петриева О.В. Проектирование программного обеспечения информационной системы. «Программные продукты и системы» Приложение к международному журналу «Проблемы теории и практики управления», – с. 67. (Издание, рекомендованное ВАК).

  2. Петриева О.В. Сикарев И. А. Информационные потоки, обрабатываемые информационно-диспетчерской системой АСУ ДС. «Программные продукты и системы» Приложение к международному журналу «Проблемы теории и практики управления», – с.30. (Издание, рекомендованное ВАК).

  3. Петриева О.В. Case-технологии. Сборник научных трудов: Распределенные системы автоматизированного управления на транспорте/ под ред. Кулибанова Ю.М. – СПб.: СПГУВК, 2005, – с. 86.

  4. Петриева О.В., Юрин И.В. Программное обеспечение систем автоматизированного проектирования в водопользовании и водоподготовке. Сб. научн. тр. Экология. Охрана окружающей среды. Безопасность жизнедеятельности. СПб.: СПГУВК, 2006. – с.89.

  5. Петриева О.В. Анализ информационных потоков при мониторинге и управлении движением судов в структурах речных АСУ ДС. Труды VIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Анализ и прогнозирование систем управления» II ч.– СПб.:

СЗТУ.– с. 102.

  1. Петриева О.В. Информационные потоки в системе управления водным транспортом. Материалы конференций. Общество информатики, вычислительной техники, систем связи и управления (СПОИСУ), 2006 – с. 318.

  2. Петриева О.В. Сикарев И. А. Методическое пособие «Обеспечение безопасности телекоммуникационных систем». III ч.– СПб.: СПГУВК, 2007 – 76с.




Лицензия № 00023 от 19.10.99. Сдано в производство .03.06.




Подписано к печати .03.06 Формат 60х84 1/16.




Усл.-печ. Тираж Заказ      Уч.-изд.л.




















ИИЦ ФГОУ ВПО СПГУВК  198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, д.2






Скачать 271,46 Kb.
оставить комментарий
Петриева Оксана Владимировна
Дата28.09.2011
Размер271,46 Kb.
ТипАвтореферат, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх