Введение к работе
Актуальность темы исследования. Железнодорожный транспорт имеет важное стратегическое значение для Республики Узбекистан. Который является связующим звеном единой экономической системы, обеспечивает стабильную деятельность промышленных предприятий, своевременный подвоз жизненно важных грузов в самые отдаленные уголки страны, а также является самым доступным транспортом для миллионов граждан. Например, АО «Узбекистон темир йуллари» на сегодняшний день выполняют почти 40% грузовых и более 70% пассажирских перевозок страны.
Качество перевозочного процесса на железнодорожном транспорте
определяется быстротой и безопасностью доставки грузов и пассажиров к месту
назначения. Оба эти показателя в основном зависят от успешности
функционирования и взаимодействия подразделений и служб, непосредственно
участвующих в организации движения и эксплуатации подвижного состава.
Возможность организации этого взаимодействия зависит от уровня
функциональной целостности (ФЦ) сети оперативно-технологической связи (ОТС) железнодорожного транспорта.
Функциональная целостность сети ОТС в процессе эксплуатации во многом зависит от устойчивости ее функционирования. Для обеспечения устойчивости функционирования сеть ОТС строится на базе современных надежных систем связи, а качество услуг поддерживается на заданном уровне. Однако с возникновением нештатных ситуаций из-за внешних дестабилизирующих факторов (ВДФ) не только снижается качество предоставляемых услуг связи, но и возникают отказы в обслуживании пользователей. Это, в свою очередь, приводит к задержкам поездов, репутационным и экономическим потерям, а также к аварийным ситуациям.
Степень разработанности темы. Общими вопросами надежности
радиоэлектронных устройств занимались: В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, С.М. Боровиков, Г.В. Дружинин, С.В. Степанов, И.А. Ушаков, Н.П. Ямпурин, Е.И. Зиземский, А.В. Баранова, Ю.К. Беляев, В.А. Богатырев и другие. Вопросы, связанные с оценкой надежности, живучести и устойчивости сетей связи анализировались в работках: Б.П. Филина, Н.И. Носова, В.В. Шмытинского, В.Р. Антонеца, В.К. Котова, Г.П. Лабецкой, С.А. Букринского, И.А. Здоровцова, В.Ю. Королева, А.Г. Суркова, С.В. Беловолова, Н.В. Яроновой, А.П. Вандича, А.С. Агеева, Б.Я. Дудника, В.Ф. Овчаренко, В.К.Орлова, Р.Л. Михайлова, В.К.Попкова, В.П. Блукке, В.В. Величко, А.Н. Назарова, К.И. Сычева и многих других. Вопросы, касающиеся анализа воздействия кибератак на телекоммуникационную сеть или инфокоммуникационную систему, подробно описаны в работах: Д.П. Зегжды, Г.Ф. Конаховича, В.П. Климчука, С.М. Паука, М.А. Коцыняка, А.А. Привалова, О.С. Лаута, В.И. Ярочкина, А.А. Корниенко, В.Е. Дементьева, Д.Ю. Васюкова, Н.В. Евглевской, Е.В. Скудневой, Я.А. Бекеневой, Н.Н. Шипилова, Г.О. Крылова и др.
Указанные работы имеют важное значение в области теории надежности, живучести, устойчивости и радиоэлектронной защиты сетей связи. Однако,
полученные в ходе этих исследований результаты ориентированы, в основном, на учет структурных свойств сети связи и не позволяют оценить их устойчивость с точки зрения пригодности по функциональному предназначению.
Эти недостатки, во-первых, ограничивают область использования
предлагаемых методик для решения задач проектирования реальных сетей или коррекции структуры сетей в условиях эксплуатации с учетом ВДФ, во вторых, установленные в базовых нормативных документах нормы назначение показателей надежности и устойчивости сети на практике не достижимы, а их оценка по значению коэффициента готовности мало информативна.
Поэтому актуализируется задача разработки новой методики для оценки функциональной целостности на основе устойчивости функционирования элементов сетей, с учетом изменения ВДФ, к которым относятся: погодно-климатические условия, механические воздействия в результате сильных землетрясений, мощные электромагнитные помехи и реализуемые нарушителем DDoS-атаки на сетевые элементы сети ОТС.
Диссертация соответствует паспорту научной специальности 05.12.13 –
«Системы, сети и устройства телекоммуникаций» области исследования – п.10.
«Исследование и разработка новых методов защиты информации и обеспечение
информационной безопасности в сетях, системах и устройствах
телекоммуникаций» и п.12. «Разработка методов эффективного использования сетей, систем и устройств телекоммуникаций в различных отраслях народного хозяйства».
Цели и задачи. Целью исследования является повышение устойчивости функционирования сетей ОТС на участках ВСМ АО «УТЙ».
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
-
Проанализированы условия функционирования сети ОТС участка ВСМ «Ташкент – Самарканд» АО «УТЙ»;
-
Проанализированы основные виды и механизмы проявления внешних дестабилизирующих факторов, воздействующих на элементы сети ОТС участка ВСМ «Ташкент – Самарканд» АО «УТЙ»;
-
Разработаны вербальные модели узла связи железнодорожной станции и сети ОТС участка ВСМ, а также типовые схемы их функциональной целостности (СФЦ);
-
Разработаны частные модели воздействий ВДФ на элементы ОТС участка ВСМ «Ташкент – Самарканд» АО «УТЙ»;
-
Разработан подход к оценке функциональной целостности сети ОТС участка ВСМ;
-
Разработана методика для оценки устойчивости функционирования и функциональной целостности узла связи, а также сети ОТС участка «N» ВСМ «Ташкент – Самарканд» АО «УТЙ»;
-
Разработаны программы для оценки устойчивости функционирования и функциональной целостности узла связи, а также сети ОТС участка ВСМ «Ташкент – Самарканд» АО «УТЙ»;
8. Разработаны научно-технические предложения по повышению устойчивости функционирования сети ОТС железнодорожного транспорта в условиях внешних дестабилизирующих факторов.
Объектом исследования является сеть оперативно-технологической связи на участке ВСМ «Ташкент - Самарканд» АО «УТЙ».
Предметом исследования являются методы, модели, методики и основные закономерности обеспечения надежности, живучести и безопасности функционирования сетей оперативно-технологической связи железнодорожного транспорта.
Научная задача - на основе схемы функциональной целостности разработать логико-вероятностную модель и методику оценки устойчивости сети ОТС участка ВСМ «Ташкент - Самарканд» АО «УТЙ», а также организационно-технические мероприятия, обеспечивающие повышение устойчивости ее функционирования в условиях внешних дестабилизирующих факторов.
Научная новизна диссертации заключается в разработке:
логико-вероятностной модели для анализа функциональной целостности узла связи железнодорожной станции, в которой структура и функциональная взаимосвязь элементов исследуемого объекта представляются в виде СФЦ, отображающей специфику железнодорожных станций с учетом внешних дестабилизирующих факторов и позволяющей определить устойчивость функционирования узла связи;
логико-вероятностной модели для анализа функциональной целостности сети ОТС участка ВСМ, в которой структура и функциональная взаимосвязь элементов сети представляется в виде СФЦ, включающей модели узлов связи железнодорожных станций участка и частные модели воздействия внешних дестабилизирующих факторов на элементы сети и позволяющей определить устойчивость функционирования сети ОТС участка ВСМ «Ташкент - Самарканд»;
методики оценки устойчивости сети ОТС участка ВСМ «Ташкент -Самарканд» АО «УТЙ», учитывающей динамику изменения показателей надежности, живучести и кибербезопасности в процессе ее функционирования, совместимость протоколов, электрических и оптических интерфейсов средств связи, а также связность узлов сети, что позволяет на основе использования оригинальных алгоритмов производить оперативную оценку устойчивости ее функционирования в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов;
- научно-технических предложений по повышению устойчивости и уровня
функциональной целостности сети ОТС участка ВСМ, функционирующей в
нестационарных условиях, включающих:
оригинальный программный комплекс для АРМ должностных лиц дирекции связи для оценки устойчивости функционирования и функциональной целостности узла связи ж.д.станции и сети ОТС участка высокоскоростной железнодорожной магистрали, а также предложения по его использованию в практике железнодорожных дирекций связи. Предлагаемый программный комплекс наряду с расчетом надежности, живучести и устойчивости функционирования элементов сети ОТС обеспечивает визуализацию состояния
элементов узла связи и сети ОТС, функционирующих в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов, а также прогнозирование их работоспособности в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов;
предложения по повышению структурной надежности и живучести сети ОТС высокоскоростной железнодорожной магистрали «Ташкент - Самарканд» АО «УТЙ»;
предложения по повышению киберустойчивости сети ОТС высокоскоростной железнодорожной магистрали «Ташкент - Самарканд» АО «УТЙ».
Теоретическая значимость диссертационной работы состоит в расширении методической базы по оценке устойчивости и функциональной целостности сетей ОТС, а также защиты сетевых элементов от кибервоздействий в условиях реализации организованным нарушителем DDoS-атак. Разработанный научно-технический аппарат позволяет количественно оценить устойчивость функционирования узла связи и сети ОТС на основе вложенных схем их функциональной целостности.
Практическая значимость заключается в разработке программного комплекса для оценки устойчивости функционирования узла связи железнодорожной станции, а также сети ОТС в целом, который позволяет операторам (старшим механикам) связи и должностным лицам дирекций связи оперативно обрабатывать инциденты по связи, в автоматизированном режиме определять рациональные способы устранения возникающих отказов и производить прогнозирование состояния элементов узлов и сети ОТС.
Методология и методы исследования. Основным методом исследования является системный анализ и обобщенный логико-вероятностный метод (ОЛВМ). Для решения частных задач применялись методы исследования операций, теории вероятностей, теории надежности и живучести систем связи, а также метод топологического преобразования стохастических сетей (ТПСС).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Логико-вероятностная модель для анализа функциональной целостности сети ОТС участка ВСМ «Ташкент - Самарканд» АО «УТЙ»;
-
Методика оценки устойчивости функционирования сети ОТС участка ВСМ «Ташкент - Самарканд» АО «УТЙ»;
-
Рекомендации по повышению устойчивости функционирования узла связи железнодорожной станции и сети ОТС участка ВСМ «Ташкент - Самарканд» АО «УТЙ».
Личный вклад. Все результаты, изложенные в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. Автор тщательно проанализировал и выполнил обзор проблем по выбранной тематике, собрал исходные данные об отказах в сетях ОТС АО «УТЙ», разработал модели и методику, а также реализующую их программу для ЭВМ с использованием программных продуктов ПК АСМ-2001, Mathcad, Delphi7 подготовил публикации и доклады на научных конференциях.
Реализация и внедрения работы. Результаты диссертационной работы, включая модели, методику и научно-технические предложения, используются на ряде предприятий, в частности в «Управлении сигнализации и связи» АО «УТЙ», а также в учебном процессе ФГБОУ ВО ПГУПС и ТашИИТ.
Степень достоверности полученных результатов. Достоверность
диссертационной работы обеспечена применением апробированного
математического аппарата, обоснованным выбором и полнотой исходных данных,
корректностью вводимых ограничений и допущений, непротиворечивостью
теоретических результатов, адекватностью разработанных математических
моделей процессу функционирования ОТС в нестационарных условиях,
согласованностью частных результатов моделирования с данными
предшествующих исследований.
Достоверность результатов подтверждают положительные отзывы и одобрение при апробации новых научных результатов на научно-технических и научно-практических конференциях и семинарах.