Выбор телекоммуникационных ресурсов информационной системы обеспечения транспортной безопасности

Обеспечение транспортной безопасности является важнейшей сферой ответственности государства. Целью обеспечения транспортной безопасности является устойчивое и безопасное функционирование транспортного комплекса, защита интересов личности, общества и государства в сфере транспортного комплекса от актов незаконного вмешательства, в том числе от актов терроризма во всех его формах. Основополагающим документом в сфере обеспечения транспортной безопасности является принятый 9 февраля 2007 года Федеральный закон Российской Федерации №−16-ФЗ «О транспортной безопасности» (далее ФЗ-16) [1].

В статье 11 этого закона («Информационное обеспечение в области транспортной безопасности») определено, что в целях осуществления мер по обеспечению транспортной безопасности, создается единая государственная информационная система обеспечения транспортной безопасности (ЕГИС ОТБ), являющаяся собственностью Российской Федерации [1].

Важность разработки ЕГИСОТБ определяется и тем, что она должна войти в состав создаваемой Автоматизированной системы управления транспортным комплексом Российской Федерации (АСУ ТК) [2], поскольку одной из основных задач, возлагаемых на АСУ ТК, является контроль безопасности и устойчивости транспортного комплекса, управление в чрезвычайных ситуациях [2].

В статье № 2 ФЗ-16 определена необходимость категорирования объектов транспортной инфраструктуры и транспортных средств, а в статье № 6 определены основные принципы категорирования. Очевидно, что реализация функции категорирования должна осуществляться в рамках функционирования ЕГИСОТБ (далее ИСОТБ — информационная система обеспечения транспортной безопасности) с использованием ее информационно-вычислительной базы и телекоммуникационных ресурсов, в качестве которых должны рассматриваться, прежде всего, телекоммуникационные ресурсы ведомств транспортного комплекса России.

Изложенное делает актуальной задачу анализа телекоммуникационных ресурсов информационной системы обеспечения транспортной безопасности, с учетом особенностей создаваемого системой трафика.

Целью диссертационной работы является выбор основных телекоммуникационных ресурсов ИСОТБ.

Для достижения поставленной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Разработка структурной схемы ИСОТБ и основной ее подсистемыподсистемы категорирования.

2. Аналитический обзор известных методик категорирования и разработка методики, предоставляющей возможность оптимизации процесса категорирования.

3. Разработка критерия категорирования и порядка определения стоимостного выражения его составляющих.

4. Оптимизация процесса категорирования, приводящая к изменениям функционирования подсистемы категорирования и изменениям нагрузки ИСОТБ на телекоммуникационные ресурсы.

5. Исследование основного телекоммуникационного ресурса ИСОТБ. Определение степени влияния на него дополнительной нагрузки, создаваемой ИСОТБ.

На защиту выносятся:

1. Методика категорирования, применимая для объектов любой принадлежности и предоставляющая возможность оптимизации процесса категорирования. Интегральный критерий категорирования.

2. Процедуры оптимизации решающей функции категорирования и более выгодные по сравнению с известными процедуры разделения области категорирования на зоны категорий.

3. Методика и результаты многокритериального выбора телекоммуникационных ресурсов ИСОТБ. Методика и результаты определения степени влияния дополнительной нагрузки, создаваемой ИСОТБ на существующую телекоммуникационную сеть.

Основу диссертационной работы составляют результаты исследований в области математической статистики, теории случайных процессов, теории телетрафика М. Д. Бенедиктова, Е. С. Вентцель, Б. С. Гольдштейна, Г. В. Горелова, Н. А. Казанского, О. Н. Ромашковой, В. В. Смирнова, А. А. Харкевича, JI. Клейнрока, У. Стивенса, В. Столлингса и др.

В работе применены методы теории массового обслуживания, теории вероятностей и математической статистики, теории телетрафика.

Научная новизна диссертации определяется:

1. Разработкой структурной схемы ИСОТБ, подсистемы категорирова-ния и схемы потоков передачи данных в ИСОТБ.

2. Предложенной новой методикой категорирования, предоставляющей возможность оптимизации процесса категорирования.

3. Применением многокритериальной методики при выборе основных телекоммуникационных ресурсов ИСОТБ по результатам сравнения гипотетических телекоммуникационные ресурсов.

4. Определением степени влияния дополнительной нагрузки, создаваемой ИСОТБ на телекоммуникационную сеть.

Практическая ценность диссертации определяется:

1. Разработкой новой методики категорирования, применимой для категорирования объектов любой принадлежности и позволяющей производить оптимизацию процесса категорирования. Сокращением сроков проектирования подсистемы категорирования на 14%.

2. Уменьшением в 1,3 раза среднего значения ожидаемого риска категорирования при замене эквидистантного разделения области категорирования на неэквидистантный.

3. Существенным упрощением определения оптимальной сетки категорирования при использовании разработанного алгоритма неэквидистантного разделения и использованием его в программном обеспечении, разработанном в диссертации.

4. Определением рациональных вариантов практического разделения области категорирования на зоны категорий, позволяющих уменьшить среднее значение ожидаемого риска на 33—50%. Уменьшением требуемого объема данных о категорируемых объектах на 12%.

Разработанные в рамках данной работы методики и методы внедрены в ОАО «Мобильные ТелеСистемы», а также ФГУП «ЗащитаИнфоТранс». Материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе на кафедре «Радиотехника и электросвязь» МИИТа.

Материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе на кафедре «Радиотехника и электросвязь» МИИТа.

Апробация работы выполнена: на научно-технических семинарах кафедры «Радиотехника и электросвязь» МИИТа и на научно-технических (НТК) и научно-практических (НПК) конференциях:

1. Транспортный конгресс 2007 г., Москва, ЦВК «Экспоцентр»;

2. VII-я Международная НПК «Терроризм и безопасность на транспорте». Москва, 2008 г.;

3.У-я Международная НПК TRANS-MESH-ART-CHEM, Москва, МИИТ, 2008 г.;

4. 1-я международная НПК «Компьютерные и телекоммуникационные сети на железнодорожном транспорте». Украина, Алушта, 2008 г.;

5. VIIl-я НТК «Безопасность движения поездов». Москва, МИИТ, 2007 г.;

6. IX-я НТК «Безопасность движения поездов». Москва, МИИТ, 2008 г.;

7. НТК «Электроэнергетика и связь на ж.д. транспорте». Москва, МИИТ, 2007 г.;

8. НТК «Электроэнергетика и связь на ж.д. транспорте». Москва, МИИТ, 2008 г.;

9. 62-я НТК, посвященная Дню радио. Санкт-Петербург, ЛЭТИ, 2007 г.;

10.63-я НТК, посвященная Дню радио. Санкт-Петербург, ЛЭТИ,.

2008 г.;

11 64-я НТК, посвященная Дню радио. Санкт-Петербург, ЛЭТИ, 2009 г.;

12. VIII-я НТК «Безопасность движения поездов». Москва, МИИТ, 2007 г.;

13.1Х-Я НТК «Безопасность движения поездов». Москва, МИИТ, 2008 г.;

14. НТК «Неделя науки-2008». Москва, МИИТ, 2008 г.

Проект «Методика категорирования объектов транспортной инфраструктуры и транспортных средств» удостоен диплома выставки НТТМ 2008 и премии, установленной Указом Президента Российской Федерации № 325 от 6 апреля 2006 г. «О мерах государственной поддержки талантливой молодежи».

Материалы диссертации использованы в научно-исследовательских работах:

1. НИР «Оценка качества обслуживания участка сети NGN ЗАО „Компания ТрансТелеКом“ методами имитационного моделирования». МИИТ, 2006 г. Заказчик: ЗАО «Компания ТрансТелеКом»;

2. НИР «Разработка упрощенной методики расчета тепловой нагрузки на систему кондиционирования в помещениях и стойках/шкафах аппаратных ММТС ЗАО «Компании ТрансТелеКом». МИИТ, 2007 г. Заказчик: ЗАО «Компания ТрансТелеКом»;

3. НИР «Разработка Единой государственной информационной системы обеспечения транспортной безопасности», МИИТ, 2007 г. Заказчик: ФГУП «ЗащитаИнфоТранс». Номер госрегистрации 0120.0 712 981.

Основные результаты диссертационных исследований опубликованы в 15-ти печатных работах [3−17].

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 131 наименование, 2-х приложений. Основная часть работы изложена на 125 страницах машинописного текста и содержит 21 рисунок и 37 таблиц.

4.7. Выводы.

1. Распределение вероятностей скорости передачи пакетов на рассмотренных фрагментах СПД ОАО «РЖД» не является пуассоновским из-за наличия кратковременных всплесков скорости передачи, нагрузки, приводящих к появлению «тяжелых хвостов» распределения вероятностей. Отвергнута гипотеза о возможности использования для распределения вероятностей скорости передачи распределения Парето.

Однако гипотеза о самоподобии рассматриваемого случайного процесса может быть принята с учетом значений параметра Херста полученных различными методами: — анализа индекса дисперсии отсчетов (Н=0,691 — 0,862);

— анализа R/S-подобных статистик (Н=0,563- = 0,669).

2. Определена степень влияния на сеть передачи данных ОАО «РЖД» дополнительной нагрузки, создаваемой ИСОТБ.

С учетом критического значения коэффициента использования ркр =0,7 дополнительная гипотетическая нагрузка, создаваемая ИСОТБ, приводит к нарушениям функционирования рассмотренных фрагментов СПД ОАО «РЖД» при значениях отношения % интенсивностей потоков гипотетического и традиционного трафиков в пределах от 0,88 до 83, что свидетельствует в пользу применения СПД ОАО «РЖД» в качестве телекоммуникационного ресурса ИСОТБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании исследований, выполненных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты и выводы.

1. Предложена структурная схема ИСОТБ, основой которой является подсистема категорирования объектов транспортной инфраструктуры, являющаяся основным источником нагрузки, формируемой ИСОТБ для своих телекоммуникационных ресурсов.

2. Определены недостатки известных методик категорирования, к которым, в первую очередь, относится невозможность оптимизации процесса категорирования. На основе формализации задачи математической статистики в терминах категорирования разработана методика, применимая для категорирования объектов любой принадлежности и предоставляющая возможность оптимизации процесса категорирования.

3. В качестве критерия категорирования предложен интегральный критерий — экономический ущерб, возникающий в результате совершения акта незаконного вмешательства. Определен порядок определения стоимостного выражения его составляющих и определения их удельного веса.

4. Оптимизация решающей функции путем изменения числа категорий при эквидистантном разделении на зоны категорий фиксированной области категорирования предоставляет локальный минимум среднего значения ожидаемого риска категорирования, на основании которого сетка категорирования признается оптимальной. При неэквидистантном разделении (варьировании положения границ зон категорий) существенно повышается эффективность процесса категорирования. Для условий рассмотренного примера среднее значение ожидаемого риска сетки удается уменьшить в 1,3 раза по сравнению со случаем использования оптимальной сетки при эквидистантном разделении области категорирования.

5. Разработан алгоритм, использующий неэквидистантное разделение области категорирования и существенно упрощающий задачу определения оптимальной сетки с помощью программных средств.

6. При случайном характере формирования групп объектов на момент очередного регламентного категорирования использование математического ожидания величины M[C (s, yj)] сохраняет возможность оптимизации решающей функции.

7. Для исходных данных известных методик определены более выгодные варианты разделения области категорирования на области категорий, позволяющие уменьшить значения M[C (s, yj)]. Например, с использованием исходных данных Методических рекомендаций по категорированию объектов науки, промышленности, энергетики и жизнеобеспечения по степени их потенциальной опасности диверсионно-террористической уязвимости и Методики категорирования опасных производственных объектов ФГУП «НТЦ «Промышленная безопасность» установлено, что и при фиксированном и при плавающем значении Э* величина M[C (s, yj)] уменьшается в 1,5 и в 1,33 раза, соответственно.

8. Для исходных данных известных методик определены более рациональные варианты разделения области категорирования на области категорий, позволяющие уменьшить среднее значение ожидаемого риска на 3350%. Требуемый объем данных о категорируемых объектах уменьшается на 12%.

9. Разработана обобщенная структурная схема потоков передачи данных ИСОТБ. На основании многокритериального сравнения гипотетических телекоммуникационные ресурсов ИСОТБ предложено в качестве основного телекоммуникационного ресурса использовать СПД ОАО «РЖД».

10. Гипотеза о самоподобии процесса изменения скорости передачи пакетов в СПД ОАО «РЖД» может быть принята с учетом значений параметра Херста полученных методами:

— анализа индекса дисперсии отсчетов (Н=0,691−0,862);

— анализа R/S-подобных статистик (Н=0,563−0,669).

11. Определена степень влияния на сеть передачи данных ОАО «РЖД» дополнительной нагрузки от ИСОТБ, которая приводит к нарушениям функционирования рассмотренных фрагментов сети при отношении интенсивностей потоков гипотетического и традиционного трафиков, превышающем 88%, что свидетельствует в пользу применения СПД ОАО «РЖД» в качестве телекоммуникационного ресурса ИСОТБ.