Разработка программного комплекса автоматизированного расчета показателей надежности некоторых элементов интегрированных систем безопасности

4. Следующий уровень WS4 задает структуру системы труб кабельной канализации с целью упаковки в них кабельных линий. На этом же уровне и определяются трассы для подвески воздушных и радиорелейных линий связи.

5. Строительный уровень WS5 является определяющим для строительства линейных сооружений. Здесь реализуются решения для прокладки кабельной канализации, формируются постоянные кроссы между кабелями, лежащими в различных а/ц трубах, осуществляется оптимизация линейных сооружений.

6. Уровень WS6, на котором определяются трассы линий связи на графе ситуационных трасс. На этом уровне окончательно решается задача трассировки кабельной канализации, включая и воздушные линии связи.

7. Седьмой уровень WS7 - это, по сути, граф ситуационных трасс (суграф графа города или другой территории), в котором реализуется магистральная сеть.

8. Последний уровень WS8 объединяет распределительную и магистральную части общей транспортной сети.

Таким образом, построенная иерархия структур полностью задаёт транспортную сеть связи на заданной территории. Кроме того, локальная оптимизация на каждом уровне позволяет снизить издержки для строительства допустимых сетей связи, предназначенных для получения всего спектра информационных услуг.

Литература

1. Конин М.В., Лепнер Э.Ю., Попков Г.В. Применение гиперсетей для автоматизированного проектирования инженерной инфраструктуры предприятия // Проблемы информатики. 2013. №2. С. 65-72.

2. Попков Г.В., Попков В.К. Вопросы проектирования, строительства и эксплуатации первичных сетей связи // Проблемы информатики. 2013. №4. С. 60-65.

Попков Глеб Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности и управления в телекоммуникациях (БиУТ) Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики (Сиб-ГУТИ), e-mail: glebpopkov@rambler.ru

Popkov Gleb Vladimirovich, candidate of technical sciences, associate professor, Siberian State University of Télécommunication and Information Sciences, e-mail: glebpopkov@rambler.ru

УДК 654.924; 621.38.019.3

© А.А. Рогожин, В.А. Дурденко, Б. О. Баторов

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ

В статье рассмотрена проблема подготовки исходных данных при моделировании оценки надежности интегрированных систем безопасности. Систематизированы и доведены до программной реализации расчетные математические модели показателей надежности некоторых элементов интегрированных систем безопасности.

Ключевые слова: интегрированная система безопасности, надежность, показатель надежности, вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, программный комплекс.

A.A. Rogozhin, V.A. Durdenko, B.O. Batorov

DEVELOPMENT OF PROGRAM COMPLEX OF AUTOMATED CALCULATION FOR RELIABILITY INDICATORS OF SOME ELEMENTS IN INTEGRATED SECURITY SYSTEMS

In the article the problem of preparation of basic data while modeling an assessment of the integrated security systems reliability is considered. The calculated mathematical models for reliability indicators of some elements of the integrated systems safety are systematized and prepared for program implementation.

Keywords: integrated security system, reliability, reliability indicator, reliability function, failure rate, program complex.

Введение

В настоящее время проблема количественной оценки надежности интегрированных систем безопасности (ИСБ), функционирующих в условиях воздействия нарушителей и других дестабилизирующих факторов, является достаточно актуальной и на стадии проектирования предусмотрена требованиями государственного стандарта [1], а также рассмотрена в ряде научных публикаций [2,3,6].

В публикациях [4-9] для оценки надежности ИСБ авторы используют методику общего логико-вероятностного метода моделирования (ОЛВМ) [10] структурно-сложных технических систем (ССТС), которая характеризуется следующими основными этапами:

- принятие и формулировка основных ограничений и допущений;

- формирование перечня оцениваемых показателей надежности ИСБ;

- определение структурной схемы ИСБ в минимальной конфигурации для формализованной постановки задачи моделирования оценки ее надежности;

- формализованная постановка задачи моделирования и расчета, включающая в себя разработку структурно-логической модели (схемы функциональной целостности) ИСБ и задание логического критерия ее функционирования (ЛКФ);

- построение логической математической модели (логической функции) работоспособности ИСБ (прямой подход);

- построение расчетной вероятностной модели, позволяющей количественно оценить исследуемое свойство надежности ИСБ;

- определение исходных данных (вероятностных, временных параметров элементов ИСБ) и расчет оцениваемых показателей надежности с помощью программного комплекса «АРБИТР» [11], анализ полученных данных.

Предметом рассмотрения в настоящей статье является последний из этапов методики общего логико-вероятностного метода моделирования (ОЛВМ) структурно-сложных технических систем - этап определения исходных данных (вероятностных, временных параметров элементов ИСБ). Целью статьи является разработка программного комплекса, предназначенного для автоматизированного расчета показателей надежности некоторых элементов интегрированных систем безопасности.

1. Краткая характеристика проблемы исходных данных при моделировании оценки надежности ИСБ

Определение числовых значений исходных вероятностных (и других) параметров элементов является важной составной частью общей постановки задачи, т.е. первичного структурно-логического моделирования. В практике применения ЛВМ вообще и ОЛВМ в частности разрешимость проблемы исходных данных достигается тогда, когда требуемые параметры Рг элементов системы удовлетворяют следующим трем условиям:

1. Являются принципиально определимыми (теоретически или экспериментально) и соответствуют физическому и смысловому содержанию сформулированных исходных бинарных событий.

2. Обладают безусловной статистической устойчивостью на рассматриваемом интервале времени функционирования системы.

3. Обеспечивают правильность комплексирования разных параметров элементов и характеристик элементов средствами вычисления вероятностей сумм, произведений и дополнений множеств случайных событий.

Решение проблемы исходных данных при моделировании оценки надежности ИСБ требует выполнения специальных работ по их поиску, добыванию, определению и т.п. В большинстве случаев на предельном элементном уровне исходные параметры могут быть определены только экспериментально или при проведении специальных исследований на основе сбора и обработки эксплуатационных данных. Если в качестве элементов используются сложные системные объекты или процессы, то определение соответствующих параметров может осуществляться с использованием любых известных методов анализа на предварительных этапах подготовки к логико-вероятностному моделированию системы в целом.

При задании и определении исходных вероятностных параметров Рг очень важно обеспечить их точное соответствие физическому и смысловому содержанию тех бинарных событий г, которыми представляются собственные характеристики элементов ИСБ. Здесь необходимо, прежде всего, четко различать собственные г и функциональные уг события, сопоставляемые каждому элементу ИСБ. Ве-

роятностная характеристика Pi собственного события i является условной в том смысле, что определяет работоспособность данного элемента (элементарного процесса) в заданных, конкретных условиях его работы в системе. В разрабатываемой структурно-логической модели - схеме функциональной целостности (СФЦ) ИСБ такое событие всегда считается простым (бинарным), а вероятность его свершения Pi - известным числовым параметром, например вероятность безотказной работы.

В некоторых случаях собственные параметры Pi элементов могут задаваться не непосредственно, а косвенно, с помощью, например, дополнительных параметров и соответствующих расчетных процедур. Необходимым условием такого задания исходных данных является вычислимость значения собственных вероятностных параметров Pi элементов системы.

Четкое определение и уяснение физического смысла собственных и функциональных событий является обязательным условием правильного задания исходных вероятностных параметров элементов и, следовательно, корректности формируемых структурных, логических и вероятностных моделей исследуемых ИСБ.

2. Программный комплекс автоматизированного расчета показателей надежности элементов интегрированных систем безопасности — ПК «АРПНЭИСБ»

При моделировании и оценке надежности ИСБ на стадии проектирования в публикациях [5,9] возник вопрос о нахождении количественных показателей надежности кабельных изделий, оконечных элементов (резисторов) в шлейфах сигнализации и вероятности воздействия нарушителя на технические средства ИСБ.

Учитывая громоздкость проведения расчетов показателей надежностей элементов ИСБ по моделям (2,4) вручную, было принято решении о разработке соответствующего программного комплекса (ПК) «АРПНЭИСБ». Для этого использован язык программирования - Delphi (компилятор - Borland Delphi 7.0).

Внешний вид интерфейса ПК «АРПНЭИСБ» представлен на рис. 1.

Приведем результаты систематизации математических моделей, реализованных в программном комплексе «АРПНЭИСБ».

Математическая модель для расчета вероятности воздействия нарушителя на технические средства охраны, установленные на объектах, охраняемых подразделениями вневедомственной охраны, с целью кражи (или другого криминального воздействия) за требуемый период времени:

P

ГнаЛ ) N

попыток V /

где

Рнар - вероятность воздействия нарушителя на технические средства охраны, установленные на

объектах, охраняемых подразделениями вневедомственной охраны, с целью кражи (или другого криминального воздействия) за требуемый период времени t;

- общее количество краж, совершенных нарушителями на объектах, охраняемых подразделениями вневедомственной охраны с помощью технических средств, за период времени ';

- общее количество попыток проникновений нарушителей, зафиксированных на объектах, охраняемых подразделениями вневедомственной охраны с помощью технических средств, за период времени ';

t - рассматриваемый период времени, как правило, t =1 год.

Накопленные ГУВО МВД России статистические данные о количестве краж и попыток проникновений нарушителей на охраняемые объекты ежегодно отражаются в соответствующих Обзорах служебной деятельности [13, 14].

Приведем математическую модель для расчета вероятности безотказной работы резистора:

P

где

Л = Л • K„ • K„ • K,, • K

K • Kn,

% ^ р М А

где Л.б - базовая интенсивность отказов резисторов при Т=25 °С, приходящаяся на 1 м длины, [1/ч-м];

КР - коэффициент режима работы, зависящий от электрической нагрузки (коэффициента КН) и температуры корпуса элемента;

К - коэффициент, зависящий от номинального сопротивления; КМ - коэффициент, зависящий от номинальной мощности; К - коэффициент, зависящий от значения допуска на сопротивление; Кэ - коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации; Кп - коэффициент приемки, учитывающий степень жесткости требований к контролю качества и правила приемки элементов в условиях производства.

Численные значения базовой интенсивности отказов резисторов и коэффициентов

KR, Км , К а , Кэ, Кп выбираются из соответствующей справочной литературы [12]. Численное значение КР рассчитывается по математической модели:

KP = A exp

B

toy + 273

N

,G

exp

K

нагр

N

s J

toy + 273 273

V

H

где Кнагр - коэффициент электрической нагрузки резистора по мощности; tокр - температура окружающей среды (корпуса элемента), °С;

А, В, Ыт, G, J, Н - постоянные коэффициенты, которые принимают значения согласно табл. 1.

Таблица 1

Постоянные коэффициенты модели КР

Виды резисторов постоянных A B NT G Ns J H

Металлодиэлектрические, металлизированные 0,26 0,5078 343 9,278 0,878 1 0,886

Композиционные пленочные 0,06 1,616 328 2,746 0,622 1,198 0,77

Композиционные объемные 0,093 2,194 358 2,019 1,245 1,2 1,362

Математическая модель для расчета вероятности безотказной работы кабельного изделия:

P

где

= • Ьлс • Kt • K3 • Kn , где Хб - базовая интенсивность отказов кабельных изделий при Т=25 °С, приходящаяся на 1 м длины, [1/ч-м];

Ьлс - длина линии связи, [м];

Kt - коэффициент, зависящий от рабочей температуры материала, конструкции изоляции и оболочки; K3 - коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации; Кп - коэффициент приемки, учитывающий степень жесткости требований к контролю качества и правила приемки элементов в условиях производства.

Численные значения базовой интенсивности отказов кабельных изделий и коэффициентов K3, Kn выбираются из соответствующей справочной литературы [12]. Значение длины линии связи

Lno рассчитывается как можно более точно при проектировании ИСБ, что возможно при тщательном обследовании объекта, выявлении особенностей строительных конструкций, мест установки приборов и прокладки трасс электропроводок.

Численное значение коэффициента Kt рассчитывается по математической модели:

Kt = exp

E

1

1

tOKp ^ .2

298 1

Г • n~ I2

J max г лс

где Е - коэффициент, определяемый материалом изоляции кабельного изделия, см. в [6]; 'окр - температура окружающей среды, °С;

tmax - максимальная рабочая температура кабельного изделия по ТУ, °С, может быть выбрана из [12];

jmax - максимально допустимая по ТУ плотность тока (можно принять 3,5 А/мм ); U - напряжение в линии связи, В;

р - удельное сопротивление проводника кабельного изделия [Ом-мм2/м].

Таким образом, созданный ПК «АРПНЭИСБ» позволяет производить автоматизированный расчет:

- вероятности воздействия нарушителя на технические средства охраны, установленные на объектах, охраняемых подразделениями вневедомственной охраны полиции, с целью кражи (или другого криминального воздействия) за период времени ^

- вероятности безотказной работы резисторов с учетом факторов, влияющих на изменения интенсивности их отказов за период времени ^

- вероятности безотказной работы кабельных изделий с учетом факторов, влияющих на изменения интенсивности их отказов за период времени t.

Это позволяет существенно сэкономить временные и трудозатраты при осуществлении оценки надежности ИСБ на стадии проектирования.

P{t)=af[-ß., K K.-K. K.-^-K^t)

и h=

.1=

KF~-Il= Км=

ъ

к,= %

и-f>

W '.-.к^,' -Грж; 'Г .-Л5;..; М", ffii&fo-4;^

— ИЯт^'..- .ДЙ- г Ж .-I ^чки

РасчЕзгьРЙ

КР=Ащ

К(нагр^ j

/„„+273

£Яр<

N, I 273

Расмать.Кр-

А = В =

G-Nr J = Н=

.i-ч. ¿if--"1'

вздвЩн

РЩ: _ ff Г

хрзх

N Г

вмени =j

v v

N I.')'

Рис. 1. Внешний вид интерфейса ПК «АРПНЭИСБ»

ЩЩЖРнарЩ

Литература

1. ГОСТ Р 53704-2009. Системы безопасности, комплексные и интегрированные. Общие технические требования.

2. Дурденко В.А., Рогожин А.А., Яковлев А.В. Оценка структурной и параметрической надежности интегрированных систем безопасности охраняемых объектов // Вестник Воронежского государственного университета. Системный анализ и информационные технологии. 2012. №1. С. 61-68.

3. Дурденко В.А., Рогожин А.А. Критериальное моделирование оценки качества функционирования и надежности интегрированных систем безопасности охраняемых объектов // Вестник Воронежского института МВД России. 2012. №1. С. 205-214.

4. Рогожин А.А. Применение технологии автоматизированного структурно-логического моделирования для количественной оценки надежности интегрированных систем безопасности: формализованная постановка задачи // Вестник Воронежского института МВД России. 2013. №2. С. 195-206.

5. Дурденко В.А., Рогожин А.А. Количественная оценка надежности интегрированной системы безопасности на основе логико-вероятностного моделирования // Вестник Воронежского института МВД России. 2013. №2. С. 207-215.

6. Рогожин А.А. Основы построения интегрированных систем безопасности: учеб. пособие. Воронеж: Изд-во Воронеж. ин-та МВД России, 2012. 74 с.

7. Дурденко В.А., Рогожин А.А. Разработка классификации и архитектуры построения интегрированных систем безопасности // Вестник Воронежского государственного университета. Системный анализ и информационные технологии. 2013. №1. С. 61-70.

8. Рогожин А.А., Дурденко В.А., Баторов Б.О. Логико-вероятностное математическое моделирование и оценка надежности системы контроля и управления доступом // Вестник Воронежского государственного университета. Системный анализ и информационные технологии. 2014. №1. С. 5-17.

9. Рогожин А.А., Дурденко В.А., Баторов Б.О. Математическое моделирование и оценка надежности интегрированной системы безопасности при воздействии дестабилизирующих факторов // Вестник Воронежского института МВД России. 2014. №1. С. 79-90.

10. Можаев А.С., Громов В.Н. Теоретические основы общего логико-вероятностного метода автоматизированного моделирования систем. СПб.: ВИТУ, 2000. 145 с.

11. Можаев А.С. Отчет о верификации программного средства «Программный комплекс автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета надежности и безопасности систем» (АРБИТР, ПК АСМ СЗМА, базовая версия 1.0). СПб.: СПИК СЗМА, 2007. 1031 с.

12. Боровиков С.М., Цырельчук И.Н., Троян Ф.Д. Расчет показателей надежности радиоэлектронных средств: учеб.-метод. пособие / под. ред. С.М. Боровикова. Минск: БГУИР, 2010. 68 с.

13. Обзор основных результатов служебной деятельности подразделений вневедомственной охраны полиции за 2012 год: письмо ГУВО МВД России от 23 января 2013 г. № 36/183.

14. Обзор основных результатов служебной деятельности подразделений вневедомственной охраны полиции за 2013 год: письмо ГУВО МВД России от 14 февраля 2014 г. № 36/471.

Рогожин Александр Александрович, преподаватель кафедры технических систем безопасности Воронежского института МВД России. E-mail: raa_tsbs@list.ru, тел. (473) 200-52-84.

Дурденко Владимир Андреевич, доктор технических наук, профессор кафедры менеджмента Воронежского института инновационных систем, е-mail: dva_viis@mail.ru, тел.(473) 2-354-898.

Баторов Батор Октябрьевич, начальник Пункта централизованной охраны управления вневедомственной охраны по г. Улан-Удэ - ФГКУ УВО МВД России по Республике Бурятия, е-mail: 03bator@rambler.ru, тел. (983) 435-31-33.

Rogozhin Alexander Alexandrovich, lecturer, security of technical systems department, Voronezh Institute of the Ministry of Interior of Russia. E-mail: raa_tsbs@list.ru, rel. (473) 200-52-84.

Durdenko Vladimir Andreevich, professor, management department, doctor of technical sciences, Voronezh Institute of Innovation Systems. E-mail: dva_viis@mail.ru, тel. (473) 2-354-898.

Batorov Bator Oktyabryevich, chief of the center of centralized security control of non-departmental security unit of Ulan-Ude. Ministry of Interior of Russia in the Republic of Buryatia. E-mail: 03bator@rambler.ru, тel. (983) 435-3133.