автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Методы и алгоритмы анализа элементов устройств вычислительной техники и систем управления на предсказуемость поведения

доктора технических наук
Петров, Андрей Борисович
город
Москва
год
2005
специальность ВАК РФ
05.13.05
Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Методы и алгоритмы анализа элементов устройств вычислительной техники и систем управления на предсказуемость поведения»

Автореферат диссертации по теме "Методы и алгоритмы анализа элементов устройств вычислительной техники и систем управления на предсказуемость поведения"

На правах рукописи

Петров Андрей Борисович

Методы и алгоритмы анализа элементов устройств вычислительной техники и систем управления на предсказуемость поведения

Специальность: 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)»

Научный консультант:

академик РАН, доктор технических наук, профессор

Евтнхиев Николай Николаевич.

Официальные оппоненты:

- академик РАН, доктор технических наук, профессор

Левин Владимир Константинович,

- доктор технических наук, профессор

Оганян Герман Арташесович,

- доктор технических наук, профессор

Лотоцкнй Владимир Леонтьевич.

Ведущая организация: Институт электронных управляющих машин (ОАО «ИНЭУМ»).

Защита состоится «_апреля 2006 года в_часов в

ауд. Г-412 на заседании диссертационного совета Д 212.131.03 при Московском государственном институте радиотехники, электроники и автоматики (техническом университете) по адресу: 119454, Москва, пр-т Вернадского, д.78.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета).

Автореферат разослан « » марта 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.131.03

кандидат технических наук, доцент / О.А. Тягунов

Общая характеристика работы

Акту а л ьность. Развитие современных средств вычислительной техники, их внедрение в различные сферы практической деятельности, расширение областей применения автоматизированных систем обработки информации создает информационно-вычислительную среду, обеспечивающую человеку целый спектр сервисных возможностей: от информационной поддержки до автоматического управления процессами и системами.

При этом возрастает потенциальная возможность возникновения опасных для человека и окружающей среды последствий в результате сбоя или отказа в работе элементов устройств и систем под влиянием различных внешних и внутренних воздействий, В частности, возможны нарушения в работе объекта управления, смежных устройств и систем, разрушение объектов, возникновение экологических и техногенных катастроф, гибель людей,

К основным видам устройств и систем, для которых возможность возникновения опасных для человека и окружающей среды последствий является значимой, относятся;

- комплексы устройств, интегрированные системы, гиперсистемы, если в их составе имеются потенциально опасные элементы (опасные объекты и производства, боевые части и т.д.);

- устройства (системы), работающие в опасных условиях окружающей среды;

- сложные системы, имеющие распределенный характер;

- устройства массового применения, для которых последствия в расчете на одно устройство могут и не иметь катастрофического характера, однако для значительного числа таких устройств становятся существенными;

- инфраструктурные элементы бизнеса в условиях воздействия природных катаклизмов, чрезвычайных ситуаций, социальных явлений, техногенных угроз и т.д.

Возможность появления аварийных ситуаций в перечисленных устройствах и системах, влияющих отрицательно на жизнедеятельность человека и окружающую среду при функционировании в соответствии с целевым назначением, требует уже на стадии проектирования (для новых систем) или на стадии модификации (для существующих или интегрируемых систем) обеспечить безопасность их функционирования путем раннего выявления возможных негативных последствий.

В настоящее время существуют подходы к повышению безопасности функционирования устройств и систем, основанные на повышении надеж-

ности их элементов, а также на анализе и последующем совершенствовании внутренней структуры устройства (системы).

Вместе с тем, учитывая широкий спектр применений и масштаб воз* можных последствий, необходимо разработать новые методы анализа устройств и систем, позволяющие выявить потенциальные опасности, обусловленные внутренней организацией, архитектурой, схемными, топологическими н иными особенностями реализации устройств и систем, обеспечить предсказуемое поведение устройств и систем при нарушении нормального функционирования составляющих их элементов, а также определить наличие и интервалы значений параметров элементов устройства (системы), при которых будет обеспечено его (ее) гарантированное функционирование.

Предсказуемость поведения важна для различных типов устройств (аналоговых, цифровых, смешанных и т.д.) и классов систем (вычислительных, информационных, телекоммуникационных), применяемых в различных сферах экономики, производстве, управлении, связи, телекоммуникации, транспорте, а также в военной сфере.

Актуальность подобных исследований, помимо объективной необходимости, определяется также положениями Федерального Закона РФ от 21.12.94 № 68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (в ред. ФЗ № 122 от 22.07,04) и идеологией безопасности, заложенной в Федеральном Законе РФ от 27.12.02 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании».

Используя достижения современной фундаментальной и прикладной науки, на основе теоретических и практических результатов, полученных в разное время российскими учеными, такими как В.А. Геловани, C.B. Емельянов, Ю.И. Журавлев, В.П. Иванников, Н.Т. Клещев, В.В. Кульба, В.К. Левин, В.В. Липаев, АЛ. Олейников, И.В. П ран гиш вили, Б.Я. Советов, В.А. Сухомлин, Е.А. Федосов и друга ми, в диссертации разработано новое решение проблемы повышения безопасности функционирования устройств и систем по отношению к внешней среде, связанное с разработкой комплексной методологии анализа устройств и систем на предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения составляющих элементов, в том числе на основе подходов, базирующихся на методах функциональной стандартизации и принципах открытых систем.

Основное назначение разрабатываемых методов:

- определение наличия и интервалов значений параметров элементов устройства (системы), обеспечивающих их гарантированное функционирование;

- определение перечней возможных последствий неадекватного поведения элементов устройств и систем на их функционирование в целом и на внешнюю среду;

- выявление возможных опасностей, определяемых внутренней организацией, архитектурой, схемными, топологическими и иными особен* ностями реализации устройства (системы);

- повышение качества разработки устройств и систем за счет выбора более безопасных архитектурных, схемных, топологических и иных решений.

Целью работы является исследование возможностей и разработка нового решения проблемы повышения безопасности функционирования устройств и систем, связанное с разработкой методологии анализа устройств и систем на предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов, в том числе с использованием методов функциональной стандартизации и подходов открытых систем.

Для достижения цели в диссертационной работе поставлены и решаются следующие основные задачи;

- исследование возможностей решения проблемы повышения безопасности функционирования устройств и систем на основе анализа на предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения элементов с использованием аппарата нечеткой логики при описании основных характеристик элементов;

- определение классов устройств и систем, для которых применение методов анализа является необходимым и востребованным;

- исследование возможных последствий неадекватного поведения элементов различного типа (электрорадиоэлементы, цифровые элементы, линии связи, джозефсоновские контакты и другие) на функционирование устройства (системы);

- разработка комплексной оценки безопасности функционирования устройств и систем;

- разработка методов и алгоритмов анализа устройств и систем на предсказуемость поведения для различных условий и глубины рассмотрения;

- разработка количественных характеристик предсказуемости и вероятностно-структурной модели устройства (системы);

- разработка подходов к проектированию устройств и систем с предсказуемым поведением в условиях неадекватного поведения элементов на основе методов функциональной стандартизации и подходов открытых систем.

Методы исследования. В основу анализа, моделирования поведения и разработки устройств и систем с предсказуемым поведением в условиях

неадекватного поведения одного или нескольких элементов положены принципы и подходы системного анализа, теории надежности, функциональной стандартизации, методов декомпозиции, теории нечетких множеств, теории алгоритмов, а также методология структурного анализа, принципы и технология открытых систем.

Обоснованность н достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обусловлена их согласованностью с известными данными, опубликованными в отечественной и зарубежной литературе, с действующими стандартами и спецификациями, а также корректностью и обоснованностью математических моделей, алгоритмов, выводов и допущений. Ряд результатов получен и опробован с использованием компьютерного моделирования.

Данные, полученные при практической апробации предлагаемых методов, показали их работоспособность и правильность заложенных в них подходов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложена новая характеристика устройств и систем - предсказуемость поведения устройства (системы), позволяющая оцените, степень опасности неадекватного поведения составляющих элементов на общее функционирование устройства (системы), а также на окружающую среду;

- определены область применения и основные категории устройств и систем, для которых предсказуемость поведения по отношению к объекту управления, человеку и внешней среде является существенным требованием;

• проведена систематизация и разработано описание признаков нормального функционирования и возможных последствий неадекватного поведения для широкого набора типов элементов устройств {электрорадиоэлементов, цифровых элементов, линий связи, джозефсоновских контактов и т.д.) и систем;

- выполнен анализ влияния неадекватного поведения элементов устройств и систем на функционирование других элементов данного устройства (системы), а также на функционирование системы в целом, с использованием аппарата нечеткой логики, определены интервалы гарантированной работоспособности и перечни последствий неадекватного поведения элементов для устройств и систем;

- разработана классификация возможных реакций устройства (системы) на неадекватное поведение элементов в виде перечня возможных типовых состояний;

- разработаны решающие правила отнесения состояния элемента к одному из типовых состояний;

- разработаны методы анализа устройств и систем на предсказуемость поведения, включающие метод комплексного анализа (МКА), позволяющий выполнить полный анализ на предсказуемость поведения, метод приближенного анализа (МПА), позволяющий выполнить частичный анализ в ограничениях на рассматриваемые характеристики, задаваемых разработчиком, а также метод анализа на основе тестирования устройств и систем (МАТС), позволяющий выявить достаточно полный перечень возможных реакций на границе взаимодействия устройств и систем с внешней средой;

- разработаны алгоритмы анализа устройств и систем на предсказуемость поведения, включающие базовый алгоритм анализа на предсказуемость поведения, варианты алгоритма анализа устройств с учетом взаимного влияния и кратных связей, алгоритмы анализа информационных и информационно-управляющих систем, алгоритмы для случая множественного неадекватного поведения элементов, алгоритм анализа в динамических условиях, а также алгоритм анализа с учетом случайных факторов;

- предложена вероятностно-структурная модель устройства (системы), сочетающая надежностные характеристики безопасности функционирования и характеристики, обусловленные предсказуемостью поведения элементов устройства (системы);

- разработаны пути повышения эффективности методов анализа устройств и систем на предсказуемость поведения на основе использования кластерных, суперкомпьютерных и ОНГО-структур за счет распараллеливания алгоритма анализа;

- разработан метод проектирования устройств к систем с предсказуемым поведением на основе методов функциональной стандартизации и подходов открытых систем (ПУСПП);

- выполнена адаптация методики построения профилей (функциональных стандартов) для создания систем с предсказуемым поведением.

Практическая значимость работы:

- разработана комплексная методология анализа устройств и систем различного типа на предсказуемость поведения, позволяющая обеспечить повышенную степень безопасности функционировання устройств и систем, определить наличие и границы значений гарантированной работоспособности устройств и систем, а также выявить перечни возможных последствий для окружающей среды; полезные модели, обеспечивающие предсказуемость поведения устройств и систем, защищены патентами РФ (№49315 и №49637);

- предложена методика разработки функциональных стандартов — профилей, обеспечивающих описание и согласованный набор требований к типовым функциональным элементам, методика реализована в виде Ре-

комендаций по стандартизации Госстандарта России (Р 50.1.041-2002), полезная модель, реализующая подходы по применению данной методики защищена патентом РФ (№48084), данная методика адаптирована к задаче создания устройств и систем с предсказуемым поведением, позволяя формировать комплексный набор функциональных требований для проектирования или модернизации устройства (системы);

- предложена комплексная оценка безопасности функционирования устройств и систем на основе разработанной вероятностно-структурной модели, отражающей архитектурные и конструктивные характеристики безопасности функционирования устройства (системы);

- разработан и внедрен набор функциональных стандартов -- Профилей типовых функциональных элементов: «единая телекоммуникационная среда системы образования», «единая информационная образовательная среда типового учреждения образования», «среда открытой библиотечной информационной системы МИРЭА», «распределенная информационная система УГИБДЦ МВД Республики Татарстан», «информационный ресурс», «высокопроизводительный ресурс», использованных при совершенствовании соответствующих информационных и телекоммуникационных систем, а также при разработке автоматизированной системы управления сетями связи и передачи данных с помощью радиорелейного оборудования, одно решение защищено патентом РФ (№50019);

- разработанные теоретические положения и методы были применены при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в ряде организаций (ВНИИСтандарт, МИРЭА, УГИБДЦ МВД Республики Татарстан, ОФАП, Русская компания имущественной опеки, ЦНИИ 22 МО РФ и др.);

- ряд положений и выводов нашел отражение в Концепции Минпромнауки РФ «Применение принципов открытых систем как интеграционной основы построения информационной инфраструктуры для науки и образования»;

- результаты работы внедрены в учебный процесс, а также нашли отражение в опубликованных 2 учебных пособиях, защищены 2 свидетельствами Отраслевого фонаа алгоритмов и программ высшей школы (№50200000249 и №50200100434).

Таким образом, на основе результатов проведенного исследования, теоретических положений и предлагаемых методов повышения безопасности функционирования устройств и систем, были разработаны и практически внедрены решения, имеющие большое значение для ряда отраслей экономики Российской Федерации. Разработанная базовая методология анализа устройств и систем на предсказуемость поведения сокращает количество и тяжесть возможных последствий неадекватного поведения эле-

ментов устройств и систем на внешнюю среду, что, в свою очередь, позволит сократить возможные потери, утрату уникального оборудования, а также снизить вероятность крупных аварий и катастроф, вызванных возможными последствиями неадекватного поведения устройств и систем.

Теоретические положения и накопленный практический опыт, представленные в настоящей работе, могут служить основой для развития систем диагностики и прогнозирования отказов элементов устройств и систем, для разработки технического регламента РФ по определению требований, предъявляемых к устройствам и системам, с целью повышения их безопасности для окружающей среды, технического регламента по обеспечению конструктивной и технологической безопасности устройств и систем, а также технического регламента, определяющего основные технические требования по организации электронного правительства РФ.

Основные результаты получены при выполнении проектов 14.3.6-3283, 4.3.4.(000). 112.4 и 1494 (1091) Минобразования России, проектов К 0075, А 0086 и В 0022 ФЦП «Интеграция», грантов РФФИ 00-07-90278-в, 01-07-90305-в, 01-07-95008-д, 02-07-08015-инно, 02-07-96019-р2002подмосковье_в, контракта № А2/068/5/1 от 29.08.03 Национального фонда подготовки кадров «Разработка структуры и содержания открытой автоматизированной информационной библиотечной системы, интегрированной в систему управления университетом», а также в рамках договора И-175, заключенного между МИРЭА и УГИБДД МВД Республики Татар-стаи.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на X Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях. СПИ-ТТ-2005» (Воронеж, январь 2005 г.), X Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике СПИ-НЭ-2005» (Воронеж, январь 2005 г.), IX Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в системах моделирования, программирования и телекоммуникациях. СПИ-МП-2004» (Воронеж, январь 2004), IX Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике н технологиях. СПИ-ТТ-2004» (Воронеж, январь 2004 г.), У1Г1 международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике (Воронеж, январь 2003 г.), XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика ,2004» - С.П. (7-10 июня 2004 г.), X Всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2003» (С.П., 17-19 апреля 2003 г.), Всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2002» (С.П., 3-6 июня 2002 г.), Международной научно-методической конференции «Телематнка'2001»

(С.П., 18-21 июня 2001 г.), Всероссийском форуме «Интеллектуальные ресурсы регионов России на рубеже тысячелетий» в рамках II межрегиональной конференции «Интеллектуальные технологии двойного применения» (Ярославль, 11-13 апреля 2000 г.), научно-практической конференции «Эффективность использования НИТ в учебном процессе» ЭНИТ'2000 (Ульяновск, 17-19 мая 2000 г.), научно-технической конференции 0реп5"2000 «Открытые системы — технология XXI века» (М., 15 июня

2000 г.), второй научно-практической конференции «Современные информационные технологии в управлении и образовании» (М„ 10-11 декабря

2001 г.), Международной научно-технической школ е-конференции ЮНЕСКО «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию» - М., (1-4 октября 2002 г.), 42 -53 научно-технических конфе-, ренциях МИРЭА (1993-2004 гг.), на научном семинаре в ИРЭ РАН «Информационные технологии и численное моделирование в радиоэлектронике» (01 ноября 2005 года).

На защиту выносятся следующие положения:

- результаты анализа основных категорий устройств и систем, для которых предсказуемость поведения по отношению к объекту управления, человеку и внешней среде является существенным требованием;

- результаты систематизации и разработки описаний признаков нормального функционирования и возможных последствий неадекватного поведения с использованием аппарата нечеткой логики для широкого набора типов элементов устройств (электрорадиоэлементов, цифровых элементов, линий связи, джозефсоновских контактов и т.д.) и систем в виде интервалов базовых значений характеристик элементов и соответствующих им значений функций принадлежности;

• методология и результаты анализа влияния неадекватного поведения элементов на функционирование других элементов данного устройства (системы), а также на функционирование устройства (системы) в целом с использованием аппарата нечеткой логики в виде интервалов значений характеристик устройств и систем и соответствующих им значений функции принадлежности к одному из типовых состояний;

- подходы по определению интервалов гарантированной работоспособности и перечней последствий для устройств и систем на основе аппарата нечеткой логики;

- метод комплексного анализа (МКА), позволяющий выполнить полный анализ устройств и систем на предсказуемость поведения, метод приближенного анализа (МПА), позволяющий выполнить частичный анализ в ограничениях на рассматриваемые характеристики, задаваемых разработчиком, а также метод анализа на основе тестирования устройств и систем (МАТС), позволяющий выявить достаточно полный перечень воз-

можных реакций на границе взаимодействия устройств и систем с внешней средой;

■ базовый алгоритм анализа на предсказуемость поведения, варианты алгоритма анализа устройств с учетом взаимного влияния и кратных связей, алгоритмы анализа информационных и информационно-управляющих систем, алгоритмы для случая множественного неадекватного поведения элементов, алгоритм анализа в динамических условиях, а также алгоритм анализа с учетом спутанных факторов;

- решающие правила отнесения состояния элемента к одному из типовых состояний функционирования;

- вероятностно-структурная модель устройства (системы), сочетающая результаты качественного и количественного анализа устройств и систем, позволяющая выявить его «слабые» места с целью повышения безопасности функционирования;

- методологические принципы анализа и синтеза устройств и систем с предсказуемым поведением на основе методов функциональной стандартизации;

- результаты адаптации методики построения профилей (функциональных стандартов) для создания систем с предсказуемым поведением;

- результаты практических работ по анализу и совершенствованию информационных н телекоммуникационных систем с учетом требований предсказуем ости.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем:

- предложена новая характеристика устройств и систем - предсказуемость поведения устройства (системы), позволяющая оценить степень опасности неадекватного поведения составляющих элементов на общее функционирование устройства (системы), а также на окружающую среду;

- обоснованы область применения и необходимость разработки методов анализа устройств и систем на предсказуемость поведения на основе прогнозирования возможных последствий, воздействующих на внешнюю среду, в условиях неадекватного поведения составляющих элементов;

- определены классы устройств и систем, для которых предсказуемость поведения по отношению к объекту управления, человеку и внешней среде является существенным требованием;

- определены признаки нормального функционирования и перечень возможных последствий неадекватного поведения для широкого набора типов элементов устройств (электрорадиоэлементов, цифровых элементов, линий связи, джозефсоновских контактов и т.д.) и систем;

- выполнен анализ влияния неадекватного поведения элементов устройств и систем на функционирование других элементов данного уст-

ройства (системы), а также на функционирование системы в целом, с использованием аппарата нечеткой логики, определены интервалы гарантированной работоспособности и перечни последствий неадекватного поведения элементов для устройств и систем;

- разработана классификация возможных реакций устройства (системы) иа неадекватное поведение элементов в виде перечня возможных типовых состояний;

- разработаны решающие правила отнесения состояния элемента к одному из типовых состояний;

- разработаны метод комплексного анализа (МКА), позволяющий выполнить полный анализ устройств и систем на предсказуемость поведения, метод приближенного анализа (МПА), позволяющий выполнить частичный анализ в ограничениях на рассматриваемые характеристики, задаваемых разработчиком, а также метод анализа на основе тестирования устройств и систем (МАТС), позволяющий выявить достаточно полный перечень возможных реакций на границе взаимодействия устройств и систем с внешней средой;

• разработаны базовый алгоритм анализа на предсказуемость поведения, варианты алгоритма анализа устройств с учетом взаимного влияния и кратных связен, алгоритмы анализа информационных и информационно-управляющих систем, алгоритмы для случая множественного неадекватного поведения элеммгтов, алгоритм анализа в динамических условиях, а также алгоритм анализа с учетом случайных факторов;

- проведен сравнительный анализ и показана область применения разработанных методов, предложены пути повышения нх эффективности, в том числе на основе применения методов функциональной стандартизации, включая формирование типовых функциональных элементов и разработку их профилей, разработаны методологические принципы анализа и синтеза устройств и систем на предсказуемость поведения на основе методов функциональной стандартизации,

• разработаны количественные характеристики предсказуемости поведения устройств и систем, представленные в виде коэффициента предсказуемости устройства (системы);

- предложена комплексная оценка безопасности функционирования устройств и систем на основе разработанной вероятностно-структурной модели, отражающей архитектурные и конструктивные характеристики безопасности функционирования устройства (системы);

- разработан метод проектирования устройств и систем с предсказуемым поведением на основе методов функциональной стандартизации и подходов открытых систем (ПУСПП);

- осуществлена апробация предложенных методов при разработке ряда функциональных стандартов, определяющих набор требований к типовым функциональным элементам, в качестве которых были рассмотрены конкретные корпоративные информационные и телекоммуникационные системы;

- развито норматив но-методичес кое обеспечение, связанное с проектированием функциональных стандартов (профилей), включающее адаптацию методики построения профилей для повышения безопасности функционирования устройств и систем;

- практически отработано применение методов функциональной стандартизации для разработки профилей, определяющих набор требований и правила построения информационных систем различного типа.

Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликовано более 50 печатных работ, включая 2 монографии, 1 стандарта, 24 статьи, в том числе в рекомендованных ВАК изданиях, 4 патента РФ, 2 свидетельства ОФАП, 18 публикации в сборниках трудов научных конференций: в том числе 6 международных, 8 всероссийских и 4 отраслевых конференций.

Структура II объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 298 страницах текста, содержит 30 рисунков, 63 таблицы, библиографический список из 165 наименований и 4 приложения.

Основное содержание работы

Во введении показана актуальность исследования, проведенного в рамках настоящей диссертационной работы, для различных отраслей экономики, определены основные сферы применения устройств и систем с предсказуемым поведением, возможные последствия неадекватного поведения элементов устройств и систем, показаны основные направления исследования, сформулирована цель работы.

В первой главе рассмотрены методологические принципы и подходы к повышению безопасности функционирования устройств и систем, определяются перечень типов устройств и систем и начальные условия для решения задачи анализа на предсказуемость поведения, определен перечень основных последствий, их значимость по масштабности, по обратимости, по воздействию на человека и окружающую среду.

Показана необходимость подобного анализа, вызванная как объективными причинами, так и требованиями законодательства Российской Федерации, в частности, Федеральными Законами «О защите населения и

территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», «О техническом регулировании».

Рассмотрены существующие аналоги решения задачи анализа устройств и систем для повышения безопасности функционирования, в частности, рассмотрены подходы, определяемые ISO 12182, 13335-1. ..5, 15408, 17799, МЭК 60880, ГОСТ 24.701, 28195, ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126, ГОСТ Р 51904, M1L-STIM629, а также рядом публикаций, приводятся основные определения, дается обзор существующих методов повышения безопасности функционирования устройств и систем.

Глава завершается постановкой задачи разработки методологии анализа устройств и систем различных классов, обеспечивающей предсказуемое поведение и исключающей или снижающей степень негативных последствий в условиях неадекватного поведения элемента(тов) устройств и систем.

Вторая глава посвящена разработке признаков нормального функционирования и перечней последствий неадекватного поведения с использованием аппарата нечеткой логики для электрорадиоэлементов, элементов печатного монтажа, цифровых элементов, джозефсоновских контактов, функциональных блоков и подсистем. Также в главе разработаны алгоритмы анализа устройств и систем на предсказуемость поведения.

Введем множество FF1 (I), определяющее перечни возможных последствий внешних и внутренних воздействий на функционирование элемента, исходя из их тяжести:

FF1 (I) {(нормальный режим), (критический процесс), (отказ)}. (1)

Данное множество будет служить основой для принятия решений в процессе анализа устройств и систем на предсказуемость поведения.

Введем множество FF2 (I), определяющее перечни возможных последствий неадекватного поведения рассматриваемого элемента на смежные ЭС, на функционирование устройства (системы) в целом, исходя из их тяжести:

FF2 (I) = {(нормальный режим), (критический процесс без появления новых реакций), (критический процесс с появлением новых реакций), (отказ без появления новых реакций), (отказ с появлением новых реакций)}, (2)

Основным признаком нормального функционирования элемента будет выполнение им своей основной функции при нахождении значения физических величин (ФВ), характеризующих выполнение основной функ-

ции элемента в диапазоне: [Х„ - ¿X, К„ + ДХ], определяемом разработчиком исходя из схемотехнических и надежностных характеристик.

Для определения перечня последствий возможных внешних и внутренних воздействий, приводящих к изменению функционирования элемента, необходимо знать значения основных характеристик элемента: Хл-1< Х„.2„. (номинальное значение к-той характеристики), ДХ1, ДХг,..., ДХк (допустимые отклонения от номинального значения) и задать значения Хщш, к и Хшах, к — минимальное и максимальное значение ФВ, при котором высока вероятность наступления отказа.

Определим множество базовых значений ФВ:

= {(О, Х^.Л, [Х™.,к, Х„,к - ЛХ.4, (Х.,1! - ДХоЛ, Хц,к + ДХ„,к], 1 Х„А +ДХ.(к, Хяицк]. ] Х„„.к, со)}. (3)

В качестве примера рассмотрим резистор. Определим множество базовых значений сопротивления Я:

W(R) = {[0, ншт[, [К„,,., К„ - ЛК[, (К„ ЛИ, И. + ДИ],

1К. + ДН, И.« ], ]11„„, 00)}. (4)

Далее была разработана классификация последствий внешних и внутренних воздействий на элемент в зависимости от изменения значения ФВ (табл.1).

Таблица 1. Классификация последствий внешних и внутренних

воздействий на резистор в зависимости от изменения сопротивления.

Функция принадлежности

Базовое значение сопротивления резистора Последствие

нормальный режим критический процесс отказ

[0, Ниш! 0 0 1

[К™, Кп -ДК[ 0.1 0.9 0.2

ц^-дк.н. + дщ, 1 0 0

11^ + АК, К_а11 0.1 0.9 0.2

Шп.«, <*>) 0 0 1

Для проведения дальнейшего анализа был разработан обобщенный (базовый) алгоритм анализа последствий для устройства (системы), когда учитываются только непосредственные воздействия) (рис.1).

Начало

Ввод (ТЛ'м),

{\V\YN} щ

N=1

Выбор элемента NN(14)

Формирование ((М1))

Ои-1

\У0= \УМ О \VQ-WnuWQ

N-N+1

1-1+1

Ист

Все«}* выбраны)

Рис. 1.Обобщенный алгоритм моделирования последствий неадекватного поведения для устройства (системы).

Суть алгоритма заключается в разбиении устройства (системы) на функционально законченные элементы, формировании графа связей и последующем последовательном переборе всех вершин графа (элементов) с выполнением анализа последствий для связанных с рассматриваемым элементов.

Пусть NN(1), NN(2).. №1(К) - элементы схемы, и(1)...и(К) - связи между элементами, {УЛ..,1^} - множество условий функционирования элементов NN(1)... NN(N1), - множество условий гаранти-

рованного функционирования элементов NN(1)... №4(М).

Предположим, что произошел переход первого элемента NN(1) в неадекватное состояние, то есть изменились значения и

Пусть элемент NN(1) имеет связь с элементами NN(2)... NN(1). Рассматриваем множество связей 1-го порядка {и(1,К)}, связывающих NN(1) с другими элементами. Определяем подмножество <3(1) множества {ММ(Ы)}, содержащее все элементы графа СЕ, имеющие связи с первым элементом. Фиксируем первый элемент (1=1) подмножества О и анализируем его возможность выполнять свои функции в изменившихся условиях. Для зтого выполняем операции пересечения и объединения нечетких множеств значений соответствующих физических величин, определяемых характеристиками рассматриваемых элементов согласно рассматриваемым ниже формулам (б) и (7).

Анализ последствий в базовом алгоритме осуществляется следующим образом. Будем представлять смежный элемент в виде эквивалентного четырехполюсника, а возможные последствия - через изменение одного из параметров, характеризующих входную цепь.

Операция анализа последствий будет проводиться по следующему алгоритму:

- выбираем множество №,(Х) базовых значений одной из характеристик рассматриваемого элемента с соответствующими значениями функции принадлежности, где в качестве X выступают Я, С, Ь и т.д. в соответствии с типом рассматриваемого элемента,

- выбираем множество ТЛУХ) базовых значений характеристик смежного с рассматриваемым элемента, той же физической природы с соответствующими значениями функции принадлежности, где в качестве X также выступают К, С, Ь и т.д. в соответствии с типом смежного элемента,

- осуществляем нормирование границ интервала относительно номинального значения рассматриваемой ФВ по следующему правилу:

\^Х) = {(О, (Х„„/ Х„)[, (1, (Хц - ДХ) / Х„ (, ((X. - ДХ) / Х„

(Х„ + ДХ) / X.], ](Х„ + ДХ)/Х., ХП1„ / X«], 1Х„,„ / Х„, <»)}.. (5)

- для определения интервалов значений рассматриваемой характеристики, при которых гарантированно выполняется основная функция, выполняем операцию пересечения для нечетких множеств W1 и

= (6)

- в результате получаем интервалы значений рассматриваемой характеристики с новым значением функции принадлежности, при этом нас, в данном случае, будет интересовать только тот интервал, на котором существует ненулевое значение функции принадлежности к последствию «нормальный режим» и нулевые значения функции принадлежности к любому другому последствию,

- для определения изменений условий функционирования смежного элемента вследствие неадекватного поведения текущего рассматриваемого элемента, выполняем операцию объединения для нечетких множеств V/) и

:

XV, и (7)

- в результате получаем новое множество базовых значений рассматриваемой физической величины с новыми значениями функции принадлежности, характеризующее новое состояние смежного элемента, возникшее вследствие неадекватного поведения рассматриваемого элемента.

Множество будет характеризовать принадлежность нового состояния смежного элемента одному из типов согласно классификации с соответствующим значением функции принадлежности.

В общем случае число интервалов множества базовых значений рассматриваемой физической величины с учетом взаимного влияния будет равно или меньше суммы количества интервалов базовых значений рассматриваемой физической величины для текущего и смежного с ним элементов, но не меньше количества интервалов для того элемента, где их больше по отношению к другому.

Также предюжены варианты базового алгоритма при необходимости учета взаимного влияния н кратных связей, в этом случае увеличивается количество ветвей в графе и объем рассмотрения, варианты алгоритма для информационной и информационно-управляющей системы, для случая множественного неадекватного поведения элементов устройства (системы), при этом выделены случаи множественного неадекватного поведения однотипных элементов, разнотипных элементов и множественного отказа цепочки элементов, варианты алгоритма анализа в динамических условиях и с учетом влияния случайных факторов.

В главе проведен анализ парных взаимодействий элементов различных типов на основе подходов теории нечеткой логики, приведены примеры такого анализа для конкретных пар элементов: «резистор-транзистор», «логический элемент - логический элемент».

Глава завершается выводами, содержащими общую характеристику последствий неадекватного поведения элементов, применимости разработанных алгоритмов для различных типов устройств и систем.

Третья глава посвящена разработке методов анализа устройств и систем с предсказуемым поведением. Предложены три метода: метод комплексного анализа (МКА), метод приближенного анализа (МПА), метод анализа на основе тестирования устройств и систем (МАТС). Введена количественная характеристика оценки трудоемкости и на ее основе проведен сравнительный анализ предлагаемых методов.

МКА предназначен для осуществления полного комплексного анализа устройства (системы) на предсказуемость поведения в условиях одиночного или множественного отказа элементов, составляющих устройство (систему). Исходными данными для МКА являются:

- представление устройства (системы) в виде набора элементов, обладающих функциональной завершенностью;

- граф связей между этими элементами, включая как явные (электрические, информационные и т.д.), так и дополнительные связи, определяемые взаимным влиянием элементов; 1

- описание характеристических признаков нормального функционирования элементов устройства (системы);

- наличие потока случайного и (или) преднамеренного воздействия на устройство (систему) со стороны внешней среды.

Результатами анализа с использованием МКА являются:

- интервалы значений физической величины, характеризующей функционирование элементов устройства (системы), при которых обеспечивается гарантированная работоспособность устройства (системы);

- перечни последствий (SP) для работы устройства (системы) в целом, в том числе и перечни возможных новых явлений на выходе устройства (системы); I

- результаты комплексного анализа (SPP) для случая, когда наряду с непосредственными результатами анализа используется вероятностно-структурная модель. I

Основными ограничениями на применение метода являются:

- конечный исчерпывающий перечень рассматриваемых случайных и закономерных воздействий, 1

- ограничение на число рассматриваемых элементов и связей, определяемое суммарной ресурсоемкостью процедуры анализа,

- применимость метода к следующим объектам анализа: радиоэлектронные устройства, устройства ВТ, информационные, вычислительные, телекоммуникационные системы.

Идеология метода заключается в последовательном рассмотрении всех элементов устройства (системы) как потенциально отказавших с последующим анализом влияния этого отказа на все смежные с ним (соединенные явными и дополнительными связями) элементы. При этом необходимо учитывать возможность случайных воздействий, выражающуюся в том, что возможно появление новых реакций в устройстве (^системе), либо возможно изменение условий функционирования элементов и устройства (системы) в целом. Для реализации метода используются алгоритмы, разработанные во второй главе.

Для определения перечня возможных последствий были разработаны решающие правила отнесения состояния элемента к одному из типовых состояний после учета возможных последствий от воздействия смежных элементов (операция дефаззифнкации).

МПА предназначен для осуществления комплексного анализа устройства или системы на предсказуемость поведения в условиях одиночного или множественного отказа элементов, составляющих устройство (систему) с заданной степенью детальности рассмотрения. МПА является частным случаем МКА, определяемым объемом рассматриваемых связей и случайных воздействий.

Исходными данными для МПА являются:

- представление устройства (системы) в виде набора элементов, обладающих функциональной завершенностью (аналогично, как и для МКА);

- граф рассматриваемых связей между этими элементами, включая как явные (электрические, информационные и т.д.), так и дополнительные связи, определяемые взаимным влиянием элементов, при этом граф для МПА является подмножеством графа для МКА, причем объем рассматриваемых связей задастся разработчиком;

- описание характеристических признаков нормального функционирования элементов устройства (системы);

- наличие/отсутствие потока случайного и (или) преднамеренного воздействия на устройство (систему) со стороны внешней среды (задается разработчиком).

Результатами анализа с использованием МПА являются:

- интервалы значений физической величины, характеризующей функционирование элементов устройства (системы), при которых обеспечивается гарантированная работоспособность устройства (системы);

- перечни последствий (ЭР) для работы системы в целом, в том числе и перечни возможных новых явлений на выходе системы;

- результаты комплексного анализа (SPP) для случая, когда наряду с непосредственными результатами анализа используется вероятностно-структурная модель, !

Основными ограничениями на применение метода являются;

• конечный исчерпывающий перечень рассматриваемых случайных и закономерных воздействий; !

- ограничение на число рассматриваемых элементов и связей, определяемое суммарной ресурсоемкостью процедуры анализа;

- применимость метода к следующим объектам анализа: радиоэлектронные устройства, устройства ВТ, информационные, вычислительные, телекоммуникационные системы.

Идеология метода заключается в | последовательном рассмотрении всех элементов устройства (системы) как потенциально отказавших с последующим анализом влияния этого отказа на все смежные с ним (рассматриваются только заданные разработчиком связи) элементы. При этом, случайные воздействия либо не рассматриваются, либо их объем также задается разработчиком. Для реализации метода используются алгоритмы, разработанные во второй главе, и решающие правила, разработанные для МКА. !

МАТС предназначен для осуществления полного комплексного анализа устройства или системы на предсказуемость поведения в условиях одиночного или множественного отказа элементов, составляющих устройство (систему). |

Основными ограничениями на применение метода являются:

- конечный исчерпывающий перечень рассматриваемых случайных и закономерных воздействий; J

- применимость метода к следующим объектам анализа: радиоэлектронные устройства, устройства ВТ, информационные, вычислительные, телекоммуникационные системы. 1

МАТС исходит из предположения, что при анализе необходимо рассматривать не совокупность внешних и внутренних действующих факторов, как это было в двух предыдущих методах, а множество возможных реакций устройства (системы). Так как'множество и пределы изменения значений величин на выходе устройства (системы) известны и определяются целевой функцией, то достаточно рассмотреть возможные последствия, вызванные выходом значений за допустимые пределы, а также провести анализ (сокращенный) тех элементов устройства (системы), которые являются конечными (выходными) в графе, описывающем само(у) устройство (систему), для выявления возможного появления новых, не планируемых реакций на выходе устройства (системы).

Для устранения возможных последствий необходимо выделить (а затем и исключить, по возможности) действие тех факторов, которые могли бы вызвать негативное воздействие на внешнюю среду, или блокировать возможность появления такой реакции вообще. Данный метод концентрируется не на перечне внешних воздействий, который может быть сколь угодно большим, а на возможностях технических средств по отработке команд системы, которые имеют конечный характер и их существенно меньше, чем действующих факторов. Таким образом, налицо выигрыш в затратах на анализ и одновременно с анализом выявляется перечень технических характеристик, подлежащих ограничению. К недостатку метода можно отнести то, что он не работает в случае, когда планируемая неадекватная реакция системы находится в поле возможных значений для нор-, мальной работы системы.

Исходными данными для МАТС являются:

- представление устройства (системы) в виде «черного ящика», характеризующегося наборами детерминированных входных воздействий и выходных реакций, определяемых выполнением основной функции устройства (системы); .

- математическая модель функционирования устройства (системы);

- описание характеристических признаков нормального функционирования устройства (системы);

- наличие потока случайного и (или) преднамеренного воздействия на устройство (систему) со стороны внешней среды.

Результатами анализа с использованием МАТС являются:

- перечни значений и комбинаций входных воздействий, приводящих к возникновению отказа или нарушению нормального функционирования устройства (системы);

- набор и перечни значений выходных реакций, выходящих за рамки нормального функционирования устройства (системы), и соответствующие им наборы и значения входных воздействий.

Идеология метода заключается в проведении натурных испытаний (или их моделировании) устройства (системы), когда осуществляется последовательный перебор всех возможных комбинаций значений входных величин с последующим фиксированием появления реакций на выходе устройства (системы) и выявление среди них перечня таких реакций, которые не'Соответствуют значениям и типам реакций, определяемых моделью устройства (системы).

При этом возможны следующие области значений входных воздействий:

- когда они находятся в пределах допустимых диапазонов их изменения, определяемых математической моделью и основной функцией (функциями) устройства (системы);

- когда диапазоны изменения входных величин являются произвольными, задаваемыми разработчиком исходя из предварительного анализа пх возможных значений, при этом задаваемый диапазон значений частично или полностью находится вне пределов допустимых значений.

По результатам анализа с применением МАТС, в отличие от МКА и МПА, выявляются не «слабые» элементы устройства (системы), а перечни «опасных» комбинаций на входе и «опасных» реакций на его выходе.

Предлагаемые решения по анализу устройств и систем на предсказуемость поведения защищены 2 патентами РФ (№49315 и №49637).

Рассмотрена сравнительная эффективность методов анализа путем определения максимального числа единичных операций, в том числе, для простого случая, для случая наличия однотипных элементов, для случая применения параллельных вычислений, а также при их сочетании.

Введена количественная характеристика оценки предсказуемости поведения элементов устройств (систем) - коэффициент предсказуемости Кпр,, определяемый как отношение количества элементов (N0), изменивших условия функционирования вследствие неадекватного поведения одного из элементов, к общему числу элементов в устройстве (системе) (IV)-

Для интегральной оценки степени предсказуемости устройств и систем был введен средний коэффициент предсказуемости (К„Р1), определяемый как отношение суммы коэффициентов предсказуемости по каждому

элементу (КП1Ц¡) кобщему числу элементов в устройстве (системе):

]

(8)

1

I

Оценить опасность возникновения неадекватного поведения (в дальнейшем: опасность элемента) Ьтого ЭС (Р<), вызванной неадекватным поведением других ЭС можно воспользовавшись следующей формулой:

I

Pi=<N.^ + ;Nи.¡)/Nl| (9)

I

где N„,1 - общее число возможных последствий для данного элемента, приводящих к его отказу; |

N„,1 - общее число возможных последствий для данного элемента, приводящих к изменению условий функционирования,

N | - общее число возможных последствий для данного ЭС.

Элементы, имеющие наибольшее значение Р, требуют дополнительной проработки с точки зрения их конструктивной, схемотехнической и

физической реализации, а также для принятия организационно-технических и иных мер по «усилению».

Для построения вероятностно-структурной модели устройства (системы) формируется массив ХР(1), такой, что каждый элемент этого массива имеет ряд атрибутивных характеристик: номер элемента, вероятность отказа Р,д, степень опасности элемента Р;

ХР(1)-Ро1* Р, (10)

Необходимо отметить, что вероятность отказа Р, характеризует физическую реализацию элемента, тогда как степень опасности элемента P¡ -структурную (схемотехническую, алгоритмическую и т.д.) реализацию.

На основе вычисленных значений ХР(1) находят среднее значение

<ХР(1)> (ХР(1)) /1. (11)

Элементы, для которых значения интегральной степени опасности, выше среднего значения <ХР(1)>, являются потенциальными «слабыми» звеньями, вероятность отказа которых является достаточно высокой, а последствия отказа приводят либо к отказу устройства (системы), либо к существенному изменению выходных характеристик, включая появление новых выходных реакций. Следовательно, именно эти элементы требуют дополнительного внимания разработчика, а последствия их отказа — ограничения влияния возможных последствий. Значение

<ХР(Х)> = 1 - <ХР(1)> (12)

будет определять суммарную степень безопасности элементов устройства (системы) как с точки зрения их конструктивной реализации, так и с точки зрения особенностей функционирования.

Методы анализа, предложенные выше, можно применять для выявления опасностей, заложенных в схемных решениях. Существенным является, например, определение потенциальной опасности реализованных схемных решений внутри корпуса микросхемы. Особенно это приобретает актуальность при использовании решений типа «система на кристалле». Ответ на вопросы о том, как поведет себя элементная база в условиях внешних воздействий и внутренних (непреднамеренных или заранее заложенных) причин для сфер применения, описанных в главе 1, является крайне актуальным. Приводятся примеры анализа устройства памяти (САТ241ЛгС1б), частотомера и телекоммуникационной архитектуры.

Глава заканчивается выводами, содержащими сводные рекомендации по применению методов, а также по использованию предлагаемых возможностей для сокращения ресурсоёмкости анализа на предсказуемость поведения. ;

В четвертой главе рассмотрены пути повышения эффективности методов анализа устройств и систем, сокращения их ресурсоемкости на основе применения методов функциональной стандартизации и подходов открытых систем, разработана методология проектирования устройств и систем с предеказуемым поведением. 1

Был разработан метод проектирования устройств и систем с предсказуемым поведением (ПУСПП), включая подходы по выделению типовых функциональных элементов (ТФЭ), алгоритм анализа и синтеза устройств и систем с предсказуемым поведением, а также алгоритм формирования перечня ТФЭ (Госреестра ТФЭ), разработана методология проектирования функциональных стандартов (профилей) ТФЭ с учетом предсказуемости поведения.

Суть метода ПУСПП заключается в следующем. До начала проектирования устройств и систем необходимо иметь пополняемый Реестр сертифицированных продуктов и нормативное обеспечение, обеспечивающее включение объекта в реестр. Реестр должен содержать типовые элементы (программные модули, схемные решения, типовые алгоритмы) такие, что для них уже выполнена процедура анализа на предсказуемость и определены перечни последствий отказа.

Учитывая экономическую эффективность применения унифицированных и стандартизированных функциональных узлов и блоков, а также в соответствии с подходами, изложенными в ряде действующих нормативных документов, при включении в единый реестр унифицированных элементов конкретного функционального узла (блока) необходимо сформировать набор его описательных характеристик, характеризующих его свойства и условия функционирования. При использовании методов функциональной стандартизации и подходов открытых систем подобный набор формируется на основе создания профиля ТФЭ. Если в состав профиля включить требования по предсказуемости поведения ТФЭ в условиях отказа, а также регламентируемые возможные последствия такого отказа, то, при проектировании устройств и систем на основе ТФЭ оказывается возможным сочетание процесса проектирования и анализа на предсказуемость поведения, что снижает суммарные затраты на оба процесса.

При практическом применении, как при проектировании новых устройств и систем, так и при анализе уже существующих, в начальный момент осуществляется представление проектируемого устройства (системы) через ТФЭ (декомпозиция на ТФЭ), но не любые, а только те, которые

входят в реестр. В том случае, если часть устройства (системы) не удается представить через ТФЭ, она разбивается на законченные функциональные элементы, для которых дополнительно осуществляется процедура анализа на предсказуемость. При этом полезно рассмотреть возможность выделения рассматриваемого элемента в качестве ТФЭ с последующим включением его в Реестр.

После того, как устройство (система) будет представлено в виде набора функциональных элементов, имеющих наряду с основными техническими характеристиками, набор дополнительных характеристик, определяющих безопасность функционирования, проводится интегральный анализ на предсказуемость поведения в условиях отказа для устройства (системы) в целом.

Показана эффективность применения ТФЭ для сокращения ресурсо-ём кости анализа устройств и систем на предсказуемость поведения.

Для решения задачи построения функциональных стандартов (профилей) бьша разработана (в соавторстве) методика проектирования профилей среды открытой системы организации-пользователя, базирующееся на основе методологии IEEE, изложенной в IEEE Std. 1003.23:1996, которая была реализована в виде Рекомендаций по стандартизации Госстандарта РФ Р 50,1.41-2002 , решения по практическому применению методики защищены патентом РФ.

На ее основе была разработана методика построения функциональных стандартов - профилей, адаптированная к задаче создания устройств и систем с предсказуемым поведением в условиях неадекватного поведения составляющих элементов. Ока предусматривает введение дополнительных ограничений, связанных с потенциальной опасностью устройства (системы) для окружающей среды, формулирование требования предсказуемости поведения устройства (системы) и определения степени безопасности разрабатываемого решения, что приводит с корректировке (увеличению) служб информационной системы и списка информационных технологий, их реализующих список, а также к появлению дополнительных перечней стандартов, которым должны соответствовать предлагаемые решения и к разработке методик тестирования.

Были разработаны профили ТФЭ «единая телекоммуникационная среда системы образования», «единая информационная образовательная среда типового учреждения образования», «среда открытой библиотечной информационной системы МИРЭА», «РИС УГИБДЦ МВД РТ», «информационный ресурс», «высокопроизводительный ресурс».

Показано решение практической реализации доступа массового конечного пользователя к распределенным высокопроизводительным вычислительным ресурсам, выполненной на основе функциональной стандарта-

зации и технологии открытых систем в виде программы удаленного доступа к суперкомпьютерным ресурсам «Каскад», зарегистрированной в Отраслевом фонде алгоритмов и программ высшей школы и в Информацион-но-библиотечиом фонде РФ.

Решение для системы электронного документооборота, выполненное на основе изложенных в главе подходов, защищено патентом РФ (№50019).

Глава заканчивается выводами, содержащими перечень основных практических итогов по совершенствованию систем.

В заключении представлены обобщенные результаты исследования.

Библиографический список насчитывает 165 источников.

В приложении представлены копии документов о внедрении, изложение методики проектирования профилей, а также иные документы,

I

Заключение —выводы по диссертации

I

В результате выполнения исследования, представленного в диссертационной работе были получены следующие результаты:

1. Предложена новая характеристика устройств и систем - предсказуемость поведения устройства (системы), позволяющая оценить степень опасности неадекватного поведения составляющих элементов на общее функционирование устройства (системы), а также на окружающую среду;

2. Обоснована область применения и определены основные категорий устройств и систем, для которых требование предсказуемости поведения для повышения безопасности функционирования является существенным, в частности комплексы устройств, интегрированные системы, гиперсистемы, если в их составе имеются потенциально опасные элементы;

- устройства (системы), работающие в опасных условиях окружающей среды;

- сложные системы, имеющие распределенный характер;

- устройства массового применения, для которых последствия в расчете на одно устройство мо!уг и не иметь катастрофического характера, однако для значительного числа таких устройств становятся существенными; I

- инфраструктурные элементы (бизнеса в условиях воздействия природных катаклизмов, чрезвычайных ситуаций, социальных явлений, техногенных угроз и т.д.

3. Выполнен анализ влияния неадекватного поведения элементов на функционирование других элементов данного устройства (системы), а также на функционирование системы в целом, классификация возможных реакций устройства (системы) на неадекватное поведение элементов.

4. Разработана методология анализа устройств и систем на предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов, включающая:

- описания признаков нормального функционирования и возможных последствий неадекватного поведения для широкого спектра элементов устройств (электрорадиоэлемектов, цифровых элементов, линий связи, джозефсоновских контактов и т.д.) и систем;

- решающие правила отнесения состояния элемента к одному из типовых состояний (осуществление операции дефаззификации);

- метод комплексного анализа (МКА), позволяющий выполнить полный анализ устройств и систем на предсказуемость поведения, метод приближенного анализа (МПА), позволяющий выполнить частичный анализ в ограничениях на рассматриваемые характеристики, задаваемых разработчиком, а также метод анализа на основе тестирования устройств и систем (МАТС), позволяющий выявить достаточно полный перечень возможных реакций на границе взаимодействия устройств и систем с внешней средой;

- базовый алгоритм анализа на предсказуемость поведения, варианты алгоритма анализа устройств с учетом взаимного влияния и кратных связей, алгоритмы анализа информационных и информационно-управляющих систем, алгоритмы для случая множественного неадекватного поведения элементов, алгоритм анализа в динамических условиях, а также алгоритм анализа с учетом случайных факторов. Элементы методологии защищены 2 патентами РФ (№49315 и №49637).

5. Разработаны пути повышения эффективности методов анализа устройств и систем на предсказуемость поведения на основе использования кластерных, суперкомпьютерных и вЯЮ-структур за счет распараллеливания алгоритма анализа.

6. Разработан метод проектирования устройств и систем с предсказуемым поведением на основе методов функциональной стандартизации и подходов открытых систем (метод ПУСПП),

7- Разработана методика построения функциональных стандартов — профилей, реализованная в виде нормативного документа Госстандарта России - Рекомендаций по стандартизации Р 50.1.041-2002, полезная модель, реализующая подходы по применению данной методики защищены патентом РФ (№48084) , Выполнена адаптация данной методики для создания устройств и систем с предсказуемым поведением.

8. Разработан и внедрен набор функциональных стандартов — Профилей типовых функциональных элементов «единая телекоммуникационная среда системы образования», «единая информационная образовательная среда типового учреждения образования», «среда открытой библио-

течной информационной системы МИРЭА», «РИС УГИБДД МВД РТ», «информационный ресурс», «высокопроизводительный ресурс».

9, Разработанные теоретические положения и методы были применены при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в ряде организаций (ВНИИСтандарт, МИРЭА, ОФАП, Русская компания имущественной опеки и др.), одно решение защищено патентом РФ (№50019).

10. Результаты работы внедрены в учебный процесс и нашли отражение в 2 учебных пособиях, защищены 2 свидетельствами Отраслевого фонда алгоритмов и программ высшей школы.

Список основных публикаций

1. Петров А.Б. Система для моделирования предсказуемости поведения устройств в условиях неадекватного функционирования элементов. Патент РФ на полезную модель №49637 от 27.11.05, приоритет от 29.06.05

- М„ 2005. !

2. Петров А.Б. Система для моделирования предсказуемости поведения устройств в условиях неадекватного функционирования элементов. Патент РФ на полезную модель №49315 от 10,11,05, приоритет от 29.06.05

- М„ 2005. '

3.Гуляев Ю.В., Олейников А.Я., Петров А.Б. и др. Автоматизированная информационная система для придания совместимости программно-аппаратным компонентам в гетерогенных информационных средах. Патент на полезную модель №48084 от 10.09,05, приоритет от 20.12.04. - М„ 2005. ¡

4. Петров А.Б., Сонис Р.Г. Модель оценки качества системы управления электронным документооборотом.1 - Патент РФ на полезную модель №50019 от 10.12.05, приоритет от 25.07.05. - М„ 2005.

5. Технология открытых систем, Гуляев Ю,В,, Олейников А.Я., Петров А.Б. и др. Под ред. А.Я. Олейникова.!- М., «Янус-К», 2004 - 288 с.

6. Руководство по проектированию профилей среды открытой системы, Рекомендации IEEE. Батоврин В.К., Васютович В.В., Петров А.Б. и др. /Под ред. А.Я. Олейникова - М., «Янус-К», 2002-158 с.

7. Петров А.Б. Применение технологии открытых систем для создания систем с предсказуемым поведением. — Информационные технологии и вычислительные системы, №3, 2003 - с.61-63.

8. Петров А.Б. Интегральные количественные характеристики открытости информационных систем. - Информационные технологии и вычислительные системы, №3, 2003 - с.73-75.

9. Петров А.Б. Анализ информационно-управляющих систем на предсказуемость поведения в условиях отказа элементов. - «Датчики и системы» №2 (57), февраль 2004 - с. 10-13

10. Петров А.Б. «О повышении безопасности функционирования устройств и систем». - «Надежность», №4(15), 2005 - с.З - 7.

П.Петров А,Б, Вопросы повышения безопасности функционирования сложных информационных систем. - "Информационные технологии моделирования и управления", №17, 2004 - с. 161-165.

12. Петров А.Б. Анализ функционирования устройств и систем с использованием нечеткой логики. - "Информационные технологии моделирования и управления", №21, 2005 - с, 383 -389.

13. Петров А.Б. О повышении безопасности функционирования сложных систем. — «Информатизация и системы управления в промышленности» - №4, 2004 - с.37-39.

14. Петров А.Б. Разработка систем с предсказуемым поведением в условиях отказа элементов системы. - Журнал радиоэлектроники, №12, 2002 г. - 17 стр.

15. Олейников А.Я., Петров А.Б, Применение технологии открытых систем для создания систем с предсказуемым поведением. - Журнал радиоэлектроники, №12,2002 г. - 9 стр.

16. Васютович В.В., Теряев Е.Д., Петров А.Б. и др. Построение профиля информационных, вычислительных и телекоммуникационных ресурсов для обеспечения фундаментальных исследований. - «Журнал радиоэлектроники» №12, 2001 — 7 стр.

17. Евтихиев Н.Н., Олейников А.Я, Петров А.Б. и др. Методы функциональной стандартизации как основа развития единой информационной образовательной среды технического университета. - Индустрия образования. Сборник статей. Выпуск б - М., МГИУ, 2002. - с.221-234.

18. Батоврин В.К., Васютович В.В., Журавлев Е.Е„ Петров А.Б. Идентификация требований пользователя ресурсами и выбор объектов стандартизации при разработке профиля информационной инфраструктуры для фундаментальных исследований Троицкого научного центра. Методические указания. - Препринт №23 - М,, РИИС ФИАН, 2004 — 31 с.

19. Петров А.Б. Последствия неадекватного поведения элементов на функционирование устройств и систем. /Современные проблемы информатизации в системах моделирования, программирования и телекоммуникациях. СПИ-МП-2004 - Сб. трудов IX Международной открытой научной конф. Выпуск 9, - Воронеж, изд-во «Научная книга», 2004 —с. 302-303.

20. Петров А.Б, Применение ^Ш-структур для повышения эффективности анализа систем на предсказуемость поведения. /Современные проблемы информатизации в технике и технологиях. СПИ-ТТ-2004 - Сб.

трудов IX Международной открытой научной конф. Выпуск 9. - Воронеж, нзд-во «Научная книга», 2004 — с. 244-245.

21. Петров А.Б. Создание сложных систем с предсказуемым поведение в условиях нештатной ситуации. /Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике, СПИ-НЭ-2003 -Сб. трудов 8 международной открытой научной конференции. Воронеж, Центрально-Черноземное книжное изд-во, 2003 — с. 110.

22. Петров А.Б. Развитие информационной инфраструктуры образования на основе технологии и стандартов открытых систем. /Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике. СПИ-НЭ-2003 - Сб. трудов 8 международной открытой научной конференции. Воронеж, Центрально-Черноземное книжное изд-во, 2003 - с. 27-28.

23. Петров А.Б. Функциональная стандартизация как основа создания сложных систем с предсказуемым поведением в условиях нештатной ситуации. /Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике. СПИ-НЭ-2003 - Сб. трудов 8 международной открытой научной конференции. Воронеж, Центрально-Черноземное книжное изд-во, 2003-с. 111-112

24. Петров А.Б., Сонис Р.Г, Развитие банковской системы управления документооборотом на основе методов открытых систем. - Труды XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика "2004» -С.П.,7-10 июня 2004 г.-с. 132-133.

25. Петров А.Б. Повышение безопасности функционирования систем различного назначения на основе методов функциональной стандартизации. - Труды XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика "2004» - С.П., 7-10 июня 2004 г. -с.48-49.

26. Батоврин В.К., Покаместов Е.В., Петров А.Б. и др. Интеграция информационных ресурсов на основе методов функциональной стандартизации. - Труды XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика '2004» - С.П., 7-10 июня 2004 г.-с.47-48.

27. Батоврин В.К., Евтихиев H.H., Петров А.Б., Сигов A.C. Интеграция информационных ресурсов науки и образования на основе технологии XML и методов функциональной стандартизации - Сб. трудов X Всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2003» т,1. -С-П., 2003 стр.72.

28. Батоврин В.К., Петров А.Б., Сигов A.C. и др. Функциональная стандартизация и развитие единой информационной образовательной среды. - Труды Всероссийской научно-метод. конф. «Телематика 2002» - С.П., 3-6 июня 2002 г. - с.53-54,

29. Батоврин В.К., Евтихиев H.H., Петров А.Б. и др. Методы функциональной стандартизации как основа развития единой информационной

образовательной среды. - Труды Всероссийской научно-метод. конф. «Телематика 2002» - С.П., З-б июня 2002 г. - с.53-54.

30. Евтихиев H.H., Петров А,Б,, Сигов A.C. и др. Развитие информационной инфраструктуры вуза для обеспечения доступа к распределенным информационным и вычислительным ресурсам науки и образования. -Труды Международной научно-методич. конф. «Телематика "2001» -СЛ., 18-21 июня 2001 г. - с.97-98.

31. Евтихиев H.H., Петров А.Б. Моделирование последствий отказа: обобщенный подход Вопросы кибернетики: устройства и систе-мыУМежвуз.сб. науч.трудов. - М.:МИРЭА, 1996 г. - с.1-5.

32.Евтихиев H.H., Лебедев А.В„ Петров А.Б. Расчет некоторых параметров элементов памяти, выполненных на основе ВТСП- материалов. -Вопросы кибернетики: устройства и системы./Межвуз.сб. науч.трудов. — М., МИРЭА, 1993 г. - стр. 20-28.

33.Петров А.Б. Проектирование межсоединений и шин питания для схем на основе ВТСП- элементов. - Вопросы кибернетики: устройства и систем ы./Межвуз. сб. науч. трудов. - М., МИРЭА, 1998 г. - с.41- 46.

34. Основы построения открытых систем. Электронное учебное пособие. Батоврин В.К., Дешко И.П„ Петров А.Б. и др./ Под ред. Олейникова А,Я. - М., ИРЭ РАН, 1999. - 120 стр.

35. Петров А.Б. Открытые информационные системы. Учебное пособие. - М., МИРЭА. 2000 г. - 56 стр.

Зб-Evtikhiev N.N., Petrov A.B. Algorithm of analysis of failure effects {Алгоритм анализа последствий отказа) - Сб, науч. трудов ОИВТА РАН, посвящ. 275-легию РАН - М., 1999 г.-3 стр.

37. Батоврин В.К., Олейников А.Я., Петров А.Б. Развитие информационной инфраструктуры научных исследований и системы образования на основе построения отраслевых и региональных профилей (функциональных стандартов). - Всероссийский форум «Интеллектуальные ресурсы регионов России на рубеже тысячелетий», II межрегиональная конференция «Интеллектуальные технологии двойного применения». Труды. Часть 2. —Ярославль, 11-13 апреля 2000 г. - с.62.

38. Батоврин В.К., Васютович В.В., Петров А.Б. и др. Разработка профиля информационных, вычислительных и телекоммуникационных ресурсов для фундаментальных исследований. — Всероссийский форум «Интеллектуальные ресурсы регионов России на рубеже тысячелетий», II межрегиональная конференция «Интеллектуальные технологии двойного применения». Труды. Часть 2 — Ярославль, 11-13 апреля 2000 г. — с.70,

39. Батоврин В.К., Петров А.Б. Развитие информационной инфраструктуры системы образования на основе разработки и применения функциональных стандартов (профилей), построенных с применением

технологии и принципов открытости. - Науч.-практ. конф. «Эффективность использования НИТ в учебном процессе» ЭНИТ'2000 - Ульяновск, 17-19 мая 2000 г. - 1 стр.

40. Петров Л.Б. Проблема гетерогенности аппаратно-программных средств, применяемых при дистанционном обучении. - Науч.-практ. конф. «Эффективность использования НИТ в учебном процессе» ЭНИТ'2000 -Ульяновск, 17-19 мая 2000 г. - I стр.

41. Петров Л.Б. Анализ взаимодействий в сложных информационных системах. - Науч.-техн. конф. OpenS'2000 «Открытые системы — технология XXI века», М., МИРЭА, 15 июня 2000 г. - 1 стр.

42. Батоврин В.К., Олейников АЛ., Петров A.B. Разработка отраслевого функциональног о стандарта (профиля), построенного на основе принципов открытости, как интеграционная основа развития информационной инф р астру кту р ы системы образования. - Науч.-техн. конф. OpenS 2000 «Открытые системы — технология XXI века», М., МИРЭА, 15 июня 2000 г. - 1 стр.

43. Петров А.Б. Анализ возможностей моделирования последствий отказов в открытых информационных системах. - Вопросы кибернетики; устройства и системы./Межвуз. сб. науч.трудов. - М.:МИРЭА, 2000 г. - с. 43-47. '

44. Петров А.Б. Открытые информационные системы. Принципы построения. /Электронное учеб.пособие. Per. № 50200000249 Информ,-библиотеч. фонда РФ, 23.11.2000. Per. №20010228204858 Международного каталога Интернет-ресурсов, - М„ МИРЭА, 2000 г. - 38 стр.

45. Петров А.Б. Математические методы анализа взаимодействий в сложных информационных системах. - Сб. трудов XLIX научно-техн. конф. МИРЭА - М., МИРЭА, 2000 г. - с. 23-24.

46. Батоврин В.К., Евтихиев H.H., Петров А.Б., Сигов A.C. Функциональные стандарты н единая образовательная среда. - Сб. трудов Второй научно-практ. конф. «Современные информационные технологии в управлении и образовании» - М„ 10-11 декабря 2001 г. - с. 31-33.

47. Петров А.Б. Создание перспективных ИУС на основе функциональных стандартов. - Сб. трудов Второй научно-практической конференции «Современные информационные технологии в управлении и образовании» - М., 10-11 декабря 2001 г. - с. 33-36.

48. Петров А.Б. Методы создания перспективных информационно-управляющих систем на основе функциональных стандартов. Вопросы кибернетики: устройства и системы./Межвуз. сб. науч. трудов. — М,:МИРЭА, 2002 г. - с. 53-58.

49. Петров А.Б. Создание корпоративной информационной среды на основе методов функциональной стандартизации. Вопросы кибернетики:

устройства и системыТМежвуэ. сб. научлрудов. - М.:МИРЭА, 2003 г. -с.7-12.

50. Петров А.Б,, Сонис Р.Г. Совершенствование банковской информационной среды на основе методов функциональной стандартизации. /Мат-лы Международной научно-технической школы-конференции ЮНЕСКО «Молодые ученые — науке, технологиям и профессиональному образованию» - М., МИРЭА, 1-4 октября 2003 г. - 1 стр.

51. Петров А.Б. Вопросы повышения безопасности функционирования при проектировании сложных информационных систем. - Сб. трудов X Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях. СПИ-ТТ-2005» Выпуск 10. -Воронеж, изд-во «Научная книга», 2005 - с. 230-231

52. Батоврин В.К., Ижванов Ю.Л., Петров А.Б. Развитие образовательных порталов на основе методов функциональной стандартизации. -Вопросы кибернетики: устройства и системы. /Межвуз. сб. науч. трудов, — М.: МИРЭА, 2003 -с.3-7.

53.Данилкин A.A., Петров А.Б. Программа удаленного доступа к распределенным суперкомпьютерным ресурсам. Рег.Ка 50200100434 Информационно-библиотечного фонда РФ, 23.11.2000.

Нормативные документы, разработанные при участии автора

1. Рекомендации по стандартизации P5Ö.1.41-2002 «ИТ. Руководство по проектированию профилей среды открытой системы (СОС) организации-пользователя». - ИПК Издательство стандартов, 2002 - 70 с.

2. Профиль среды открытой системы Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета) по доступу к распределенным информационным и вычислительным ресурсам науки и образования. Общие технические требования. Стандарт предприятия. - М., МИРЭА, 2002. - 20 с.

Подписано в печать 26.02,2006. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,86. Усл. кр.-отт. 7,44. У ч.-изд. л. 2,0. Тираж 120 экз. Заказ 141

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)" 119454, Москва, пр. Вернадского, 78

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Петров, Андрей Борисович

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ.;.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ.

1.1. Понятие безопасности функционирования устройств и систем.

1.2. Основные подходы к анализу безопасности функционирования устройств и систем.

1.3. Причины и последствия неадекватного поведения элементов устройства (системы).

1.4. Существующие аналоги решения задачи повышения безопасности функционирования устройств и систем.

1.5. Категории рассматриваемых устройств и систем.

1.6. Постановка задачи.

Глава 2. АНАЛИЗ ПОСЛЕДСТВИЙ НЕАДЕКВАТНОГО ПОВЕДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА УСТРОЙСТВА (СИСТЕМЫ).

2.1. Начальные условия анализа элементов устройств (систем).

2.2. Определение признаков нормального функционирования элементов и перечней последствий внешних и внутренних воздействий.

2.2.1. Признак нормального функционирования и перечень последствий для резистора.

2.2.2. Признак нормального функционирования и перечень последствий для конденсатора.

2.2.3. Признак нормального функционирования и перечень последствий для индуктивности.

2.2.4. Признак нормального функционирования и перечень последствий для вентиля.

2.2.5. Признак нормального функционирования и перечень последствий для транзистора.

2.2.6. Признак нормального функционирования и перечень последствий для логического элемента.

2.2.7. Признак нормального функционирования и перечень последствий для триггера.

2.2.8. Признак нормального функционирования и перечень последствий для джозефсоновского контакта.

2.2.9. Признаки нормального функционирования и перечень последствий для линии связи.

2.2.10. Нормирование значений границ интервалов.

2.3. Анализ возможных последствий неадекватного поведения элемента на смежные элементы.

2.3.1. Описание возможных последствий.

2.3.2. Алгоритм анализа последствий неадекватного поведения элемента на смежный с ним.

2.3.3. Примеры анализа парного взаимодействия.

2.4. Признак нормального функционирования и перечень последствий для функционального блока (подсистемы).

2.5. Возможные последствия неадекватного поведения элементов для функционирования устройства (системы) в целом.

2.6. Алгоритмы анализа последствий неадекватного поведения элемента устройства (системы).

2.6.1. Общие подходы к разработке алгоритмов анализа.

2.6.2. Обобщенный алгоритм анализа последствий для устройства (системы) (АО).

2.6.3. Вариант алгоритма анализа для устройства (системы) с учетом взаимного влияния (А1).

2.6.4. Вариант алгоритма анализа с учетом кратных связей (А2).

2.6.5. Условия и анализ последствий неадекватного поведения ЭС для информационной и информационно-управляющей системы (A3).

2.6.6. Особенности анализа последствий множественного неадекватного поведения элементов устройства (системы) (Алгоритмы А4-А6).

2.6.7. Алгоритм анализа последствий неадекватного поведения в динамических условиях (А7-).

2.6.8. Алгоритмы анализа последствий неадекватного поведения с учетом влияния случайных факторов (А8-А9).

Выводы по главе 2.

Глава 3. МЕТОДЫ АНАЛИЗА УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ НА ПРЕДСКАЗУЕМОСТЬ ПОВЕДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ НЕАДЕКВАТНОГО ПОВЕДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ.

3.1. Перечень предлагаемых методов.

3.2. Метод комплексного анализа (МКА).

3.2.1. Содержание метода и решаемые задачи.

3.2.2. Математическая модель МКА.

3.2.3. Разработка решающих правил отнесения состояния элемента к одному из значений функции принадлежности.

3.2.4. Алгоритм реализации МКА.

3.3. Метод приближенного анализа (МПА).

3.3.1. Содержание метода и решаемые задачи.

3.3.2. Математическая модель МПА.

JV 3.3.3. Алгоритм реализации МПА.

3.4. Метод анализа на основе тестирования устройств и систем.

3.4.1. Содержание метода и решаемые задачи.

3.4.2. Математическая модель МАТС.

3.4.3. Алгоритм реализации МАТС.

3.5. Области применения методов.

3.6. Количественная характеристика предсказуемости поведения и оценка степени опасности элемента устройства (системы).

3.7. Вероятностно-структурная модель устройства (системы).

3.8. Пример анализа устройства с целью выявления опасностей, заложенных в схемных решениях.

3.9. Применимость методов для анализа на предсказуемость поведения различных объектов.

3.9.1. Пример анализа функционального блока.

3.9.2. Пример анализа телекоммуникационной архитектуры на предсказуемость поведения.

ЗЛО. Сравнительная эффективность методов анализа на предсказуемость поведения.

3.11. Повышение эффективности методов анализа на предсказуемость на основе применения Grid- структур.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СТАНДАРТИЗАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ.

4.1. Необходимость выделения типовых функциональных элементов.

4.2. Метод проектирования устройств и систем с предсказуемым поведением.

V 4.3. Примеры аналогичных подходов к решению задачи.

4.4. Эффективность применения ТФЭ для сокращения ресурсоем-кости анализа устройства (системы) на предсказуемость.

4.5. Разработка методологии проектирования функциональных стандартов (профилей) ТФЭ, в том числе с учетом требования предсказуемости поведения.

4.6. Разработка профиля ТФЭ «единая телекоммуникационная среда системы образования».

4.7. Разработка профиля ТФЭ «единая информационная образовательная среда типового учреждения образования».

4.8. Разработка профиля ТФЭ «среда открытой библиотечной информационной системы МИРЭА».

4.9. Разработка профиля ТФЭ «РИС УГИБДЦ МВД РТ».

4.10. Разработка профиля ТФЭ «информационный ресурс».

4.11. Практическая реализация решений, заложенных в профиле ТФЭ высокопроизводительный ресурс».

Выводы по главе 4.

Введение 2005 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Петров, Андрей Борисович

Развитие современных средств вычислительной техники, их внедрение в различные сферы практической деятельности, расширение областей применения автоматизированных систем управления и обработки информации привело к ситуации, когда современный мир невозможно представить без сложных информационных систем, АСОИ, АСУ ТП, автоматических систем, вычислительных комплексов, телекоммуникационных сетей - всего того, что создает информационно-вычислительно-телекоммуникационную среду, обеспечивающую человеку целый спектр сервисных возможностей: от информационной поддержки до автоматического управления процессами и системами.

Положительные стороны этого процесса очевидны из-за сокращения рутинных действий человека в процессе жизнедеятельности, увеличения его потенциала за счет того, что все большее количество функций передается вычислительным устройствам и системам управления.

Вместе с тем, одним из отрицательных качеств расширенного применения средств вычислительной техники (СВТ) и систем управления является возрастание потенциальной опасности возможных последствий сбоя или отказа в работе СВТ и систем управления для объекта управления, человека, окружающей среды.

Опасность подобных последствий становится еще более значимой, когда рассматриваются комплексы устройств, интегрированные системы, гиперсистемы, особенно, если в их составе имеются потенциально опасные элементы (опасные объекты и производства, боевые части и т.д.), устройства (системы), работающие в опасных условиях окружающей среды, либо устройства (системы), имеющие распределенный характер и ориентированные на обслуживание массовых пользователей (клиентов)

Данная проблема стала особенно острой в современных условиях, когда СВТ и системы управления стали интегрироваться между собой и в структуры более высокого уровня, когда возникновение негативных последствий в осуществлении своих функций в локальном устройстве (системе) стало существенным образом сказываться на нормальном функционировании смежных устройств (систем), вызывая негативные последствия уже в существенно больших масштабах.

При этом возрастает потенциальная возможность возникновения опасных для человека и окружающей среды последствий в результате сбоя или отказа в работе элементов устройств и систем (возникновения нештатной ситуации) под влиянием различных внешних и внутренних воздействий (неадекватность поведения устройства (системы) (УСС)). В частности, возможны нарушения в работе объекта управления, смежных устройств и систем, разрушение объектов, возникновение экологических и техногенных катастроф, гибель людей.

К основным УСС, для которых цена и объем последствий отказа являются существенными, относятся автоматические аппараты, автоматизированные системы контроля и управления опасными объектами и производствами, а также устройства и системы, применяемые для проведения уникальных исследований в космосе, под водой и в иных опасных условиях.

Аналогичные последствия возникают и для простых систем массового применения, когда последствия в расчете на одну систему могут и не иметь катастрофического характера, однако помноженные на число таких систем, становятся значимыми.

Также, в настоящее время остро стоит вопрос об устойчивости инфраструктуры бизнеса в условиях воздействия внешних и внутренних факторов, таких как климатические воздействия, чрезвычайные ситуации, социальные явления, техногенные угрозы и т.д.

Среди таких угроз является распространение компьютерных вирусов и организация вирусных атак. Так, согласно [125], в США организации, в которых парк компьютеров составляет менее 1000 компьютеров, тратят в среднем 100 000 - 1 000000 долларов в год на устранение последствий воздействия компьютерных вирусов на корпоративную сеть, а в целом, в масштабах страны было потрачено в 1999 году - 12 миллиардов долларов, в 2002 году - 25 миллиардов долларов.

Возможность появления аварийных ситуаций в перечисленных выше УСС, влияющих отрицательно на жизнедеятельность человека и окружающую среду при функционировании в соответствии с целевым назначением, требует уже на стадии проектирования (для новых систем) или на стадии модификации (для существующих или интегрируемых систем) обеспечить безопасность их функционирования путем раннего выявления (моделирования) и последующего устранения (или снижения влияния) возможных негативных последствий.

Для выявления особенностей функционирования УСС в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов требуется разработать методологию анализа устройств и систем на предсказуемость поведения с целью выявления перечней возможных последствий неадекватного поведения, а также наиболее уязвимых элементов архитектуры УСС.

Для оценки опасности последствий, к которым может привести нарушение нормального функционирования УСС под влиянием различных внешних и внутренних воздействий, введем новую, дополнительную характеристику УСС - предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения составляющих элементов. Под неадекватным поведением элементов устройства (системы) будем понимать возникновение одной из следующих ситуаций: отказ одного или нескольких элементов устройства (системы), сбой одного или нескольких элементов, сочетание отказа одного или нескольких элементов и сбоя одного или нескольких элементов.

Критерием создания УСС с предсказуемым поведением (УСС ПП) является безопасность их функционирования по отношению к объекту управления, человеку, окружающей среде в условиях неадекватного поведения одного или нескольких составляющих их элементов.

Понятие предсказуемости устройств и систем в условиях неадекватного поведения элементов относится к различным типам устройств (аналоговым, цифровым, смешанным и т.д.) и классам систем (вычислительным, информационным, телекоммуникационным), а областями применения, для которых это понятие значимо, являются различные сферы экономики, производства, управления, связи, телекоммуникации, а также военные применения.

В настоящее время существуют подходы к повышению безопасности функционирования устройств и систем, основанные на повышении надежности их элементов, а также на анализе и последующем совершенствовании внутренней структуры устройства (системы) [1-7, 10, 13-21, 25, 28-29, 32-35,43,45-46,48-51, 83,105, 148, 151].

Вместе с тем, необходимо определить возможные последствия неадекватного поведения составляющих элементов на функционирование устройств и систем в целом и на внешнюю среду, выявить возможные опасности, определяемые внутренней организацией, архитектурой, схемными, топологическими и иными особенностями реализации устройства (системы), а также определить наличие и интервалы значений параметров элементов устройства (системы), обеспечивающих гарантированное функционирование.

Данная идеология основывается на положениях действующего законодательства в частности, на Федеральном Законе РФ от 21.12.94 №68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (в ред. ФЗ от 22.07.2004 №122) (далее - Закон), который предусматривает комплекс заблаговременно проводимых мероприятий, направленных на максимально возможное уменьшение риска возникновения чрезвычайных ситуаций, а также на сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба окружающей природной среде и материальных потерь в случае их возникновения.

В статье 7 Закона отмечено, что «мероприятия, направленные на предупреждение чрезвычайных ситуаций, а также на максимально возможное снижение размеров ущерба и потерь в случае их возникновения, проводятся заблаговременно», а «планирование и осуществление мероприятий по защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций проводятся с учетом экономических, природных и иных характеристик, особенностей территорий и степени реальной опасности возникновения чрезвычайных ситуаций».

Статья 26 Закона предусматривает проведение государственной экспертизы предполагаемых для реализации проектов и решений по объектам производственного и социального назначения и процессам, которые могут быть источниками чрезвычайных ситуаций или могут влиять на обеспечение защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций в целях проверки и выявления степени их соответствия установленным нормам, стандартам и правилам.

Учитывая объективную необходимость и с целью выполнения положений Закона для решения проблемы повышения безопасности функционирования УСС, используемых на объектах экономики, а также, учитывая широкий спектр применений и уровень возможных последствий, необходимо разработать методологию анализа УСС на предсказуемость поведения.

Используя достижения современной фундаментальной и прикладной науки на основе теоретических и практических результатов, полученных в разное время В.А. Геловани, С.В. Емельяновым, Ю.И. Журавлевым, В.П. Иванниковым, Н.Т. Клещевым, В.В. Кульбой, В.К. Левиным, В.В. Липае-вым, А.Я. Олейниковым, И.В. Прангишвили, Б.Я. Советовым, В.А. Сухо-млиным, Е.А. Федосовым и другими, в диссертации разработано новое решение проблемы повышения безопасности функционирования устройств и систем по отношению к внешней среде, связанное с разработкой комплексной методологии анализа устройств и систем на предсказуемость ^ поведения в условиях неадекватного поведения составляющих элементов, в том числе на основе подходов, базирующихся на методах функциональной стандартизации и принципах открытых систем.

Основное назначение разрабатываемых методов:

- определение наличия и интервалов значений параметров элементов УСС, обеспечивающих гарантированное функционирование УСС;

- определение возможных последствий неадекватного поведения элементов УСС на их функционирование в целом и на внешнюю среду;

- выявление возможных опасностей, определяемых внутренней организацией, архитектурой, схемными, топологическими и иными особенностями реализации УСС;

- повышение качества разработки УСС за счет выбора более безо-(f пасных архитектурных, схемных, топологических и иных решений.

Идеология диссертационной работы состоит в разработке новых подходов по обеспечению безопасности функционирования устройств и систем в условиях неадекватного поведения элементов и связана с решением следующих основных задач:

- исследование возможностей решения проблемы повышения безопасности функционирования устройств и систем на основе анализа на предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения элементов, с использованием нечеткой логики при описании основных характеристик элементов;

- определение классов УСС, для которых применение методов анализа является необходимым и востребованным;

- исследование возможных последствий неадекватного поведения элементов различного типа (электрорадиоэлементы, цифровые элементы, линии связи, логические элементы, основанные на новых физических принципах, и другие) на функционирование УСС;

- разработка методов и алгоритмов анализа УСС на предсказуемость поведения для различных условий и глубины рассмотрения;

- разработка количественных характеристик предсказуемости и вероятностно-структурной модели УСС;

- разработка комплексной оценки безопасности функционирования устройств и систем;

- разработка подходов к проектированию УСС с предсказуемым поведением в условиях неадекватного поведения элементов на основе методов функциональной стандартизации и подходов открытых систем.

В основу анализа, моделирования поведения и разработки УСС ПП в условиях неадекватного поведения одного или нескольких элементов системы положены принципы и подходы системного анализа, теории надежности, функциональной стандартизации, методов декомпозиции, теории нечетких множеств, теории алгоритмов, а также методология структурного анализа, принципы и технология открытых систем.

При выполнении декомпозиции информационных систем применялась методология структурного анализа информационных систем, изложенная в нормативных документах ISO, IEEE и Госстандарта России [22, 82, 84].

Для повышения эффективности методов анализа устройств и систем на предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения элементов, а также при разработке функциональных стандартов корпоративных информационных систем применялась технология открытых систем и методы функциональной стандартизации [22, 53-54, 82, 94, 120].

В целях сокращения возможных затрат на внедрение разработанной методологии, и ее согласование с уже действующими подходами к анализу устройств и систем, применялись методы и решения, изложенные в действующих стандартах, в частности, в [22, 36-37, 56-57, 92, 101, 129-137].

Научная новизна работы состоит в следующем:

- в теоретической части:

- предложена новая характеристика устройств и систем - предсказуемость поведения устройства (системы) в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов, повышающая качество разработки и эксплуатации;

- определены область применения и основные категории устройств и систем, для которых требование предсказуемости поведения является существенным;

- проведена систематизация и разработано описание признаков нормального функционирования и возможных последствий неадекватного поведения для широкого спектра элементов устройств и систем, в том числе для элементов, основанных на новых физических принципах;

- выполнен анализ влияния неадекватного поведения элементов устройств и систем на функционирование других элементов данного устройства (системы), а также на функционирование системы в целом;

- разработана классификация возможных реакций устройства (системы) на неадекватное поведение элементов (возможные типовые состояния);

- разработаны решающие правила отнесения состояния элемента к одному из типовых состояний;

- в методологической части:

- разработан комплекс методов анализа устройств и систем на предсказуемость поведения по отношению к объекту управления, человеку и внешней среде в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов;

- разработан набор алгоритмов, реализующих методы анализа устройств и систем на предсказуемость поведения;

- предложена вероятностно-структурная модель устройства (системы), сочетающая надежностные характеристики безопасности функционирования и характеристики, обусловленные предсказуемостью поведения элементов устройства (системы);

- разработаны пути повышения эффективности методов анализа устройств и систем на предсказуемость поведения, а также их синтеза на основе методов функциональной стандартизации и подходов открытых систем, использования кластерных, суперкомпьютерных и GRID-структур;

- выполнена адаптация методики построения профилей (функциональных стандартов) для создания систем с предсказуемым поведением.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработана технология анализа устройств и систем различного типа на предсказуемость поведения, позволяющая обеспечить повышенную степень безопасности функционирования устройств и систем, снизить или предотвратить негативные воздействия на внешнюю среду, повысить качество разработки устройств и систем;

- разработана методика разработки функциональных стандартов -профилей, реализованная в виде нормативного документа Госстандарта России - Рекомендаций по стандартизации Р 50.1.041-2002;

- данная методика адаптирована к задаче создания устройств и систем с предсказуемым поведением, позволяя сформировать комплексный набор функциональных требований для проектирования или модернизации устройства (системы), в том числе связанных с повышением безопасности функционирования устройств и систем;

- предложена комплексная оценка безопасности функционирования устройств и систем на основе разработанной вероятностно-структурной модели, отражающей архитектурные и конструктивные характеристики безопасности функционирования устройства (системы);

- разработан и внедрен набор функциональных стандартов - Профилей типовых функциональных элементов «единая телекоммуникационная среда системы образования», «единая информационная образовательная среда типового учреждения образования», «среда открытой библиотечной информационной системы МИРЭА», «РИС УГИБДД МВД РТ», «информационный ресурс», «высокопроизводительный ресурс», использованных при совершенствовании информационных и телекоммуникационных систем различного назначения, в том числе для распределенной информационной системы Управления ГИБДД МВД Республики Татарстан, среды информационной системы МИРЭА, среды информационных ресурсов науки и образования, единой телекоммуникационной среды науки и образования, информационной инфраструктуры фундаментальных исследований Троицкого научного центра, профиля среды открытой автоматизированной информационной библиотечной системы, а также при разработке автоматизированной системы управления сетями связи и передачи данных с помощью радиорелейного оборудования;

- разработанные теоретические положения и методы были применены при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в ряде организаций (ВНИИСтандарт, МИРЭА, УГИБДД МВД республики Татарстан, ОФАП, Русская компания имущественной опеки, ЦНИИ 22 МО РФ, и др.);

- ряд положений и выводов нашел отражение в Концепции Минпромнауки РФ «Применение принципов открытых систем как интеграционной основы построения информационной инфраструктуры для науки и образования»;

- результаты работы внедрены в учебный процесс, а также нашли отражение в опубликованных 4 учебных и 1 учебно-методическом пособии;

- результаты работы защищены 4 патентами РФ и 2 свидетельствами Отраслевого фонда алгоритмов и программ высшей школы.

Таким образом, на основе результатов проведенного исследования, теоретических положений и предлагаемых методов повышения безопасности функционирования устройств и систем были разработаны и практически внедрены теоретические решения, имеющие большое значение для ряда отраслей экономики Российской Федерации.

Разработанная базовая технология позволяет сократить возможные потери от утраты уникального оборудования, а также снизить вероятность крупных аварий и катастроф, вызванных возможными последствиями неадекватного поведения устройств и систем. Теоретические положения и накопленный практический опыт, представленный в настоящей работе, могут служить основой для разработки технического регламента Российской Федерации по определению требований и характеристик, предъявляемых к устройствам и системам, с целью повышения их безопасности для окружающей среды,, а также технического регламента, определяющего основные технические требования по организации электронного правительства РФ.

На защиту выносятся следующие положения:

- результаты анализа основных категорий устройств и систем, для которых повышение безопасности функционирования путем определения возможного поведения в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов является существенным;

- результаты систематизации и разработки описаний признаков нормального функционирования и возможных последствий неадекватного поведения для широкого спектра элементов устройств и систем;

- результаты анализа влияния их неадекватного поведения на функционирование других элементов данного устройства (системы), а также на функционирование системы в целом;

- результаты разработки классификации возможных реакций устройства (системы) на неадекватное поведение элементов (возможные типовые состояния);

- три метода анализа устройств и систем на предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения;

- десять алгоритмов анализа устройств и систем на предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения, реализующих разработанные методы;

- решающие правила отнесения состояния элемента к одному из типовых состояний функционирования;

- вероятностно-структурная модель устройства (системы), сочетающая результаты качественного и количественного анализа устройств и систем, позволяющая выявить его «слабые» места с целью повышения безопасности функционирования;

- методологические принципы анализа и синтеза устройств и систем с предсказуемым поведением на основе методов функциональной стандартизации, результаты адаптации методики построения профилей (функциональных стандартов) для создания систем с предсказуемым поведением;

- результаты практических работ по анализу и совершенствованию информационных и телекоммуникационных систем с учетом требований предсказуемости.

Результаты работы нашли практическое воплощение при подготовке нормативного документа, имеющего статус Рекомендаций по стандартизации Госстандарта России [84], при разработке функциональных стандартов (профилей) отраслевого и корпоративного уровня [85-88, 122, 134] - Профилей типовых функциональных элементов «единая телекоммуникационная среда системы образования», «единая информационная образовательная среда типового учреждения образования», «среда открытой библиотечной информационной системы МИРЭА», «РИС УГИБДД МВД РТ», «информационный ресурс», «высокопроизводительный ресурс», использованных при совершенствовании информационных и телекоммуникационных систем различного назначения, в том числе для распределенной информационной системы Управления ГИБДД МВД Республики Татарстан, среды информационной системы МИРЭА, среды информационных ресурсов науки и образования, единой телекоммуникационной среды науки и образования, информационной инфраструктуры фундаментальных исследований Троицкого научного центра, профиля среды открытой автоматизированной информационной библиотечной системы, а также при разработке автоматизированной системы управления сетями связи и передачи данных с помощью радиорелейного оборудования, защищены двумя патентами РФ.

Разработанные теоретические положения и методы были применены при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в ряде организаций (ВНИИСтандарт, МИРЭА, УГИБДД МВД республики Татарстан, ОФАП, Русская компания имущественной опеки, ЦНИИ 22 МО РФ, и др.).

Ряд положений и выводов нашел отражение в Концепции Минпромнауки РФ «Применение принципов открытых систем как интеграционной основы построения информационной инфраструктуры для науки и образования» [88].

Основные работы выполнялись в рамках проектов 14.3.6-3283, 4.3.4.(000). 112.4 и 1494 (1091) Минобразования России, проектов К-0075, А 0086 и В 0022 ФЦП «Интеграция», грантов РФФИ 00-07-90278-в, 01-07-90305-в, 01-07-95008-д, 02-07-08015-инно, 02-07-96019-р2002подмос-ковьев, контракта № A2/068/S/1 от 29.08.03 Национального фонда подготовки кадров «Разработка структуры и содержания открытой автоматизированной информационной библиотечной системы, интегрированной в систему управления университетом», а также в рамках договора И-175, заключенного между МИРЭА и УГИБДД МВД Республики Татарстан.

Результаты работы внедрены в учебный процесс в рамках чтения отдельных разделов по трем дисциплинам, а также нашли отражение в опубликованных 4 учебных и 1 учебно-методическом пособии [41, 44, 54, 60, 67], также имеется 2 свидетельства Отраслевого фонда алгоритмов и программ высшей школы о регистрации электронного учебного пособия и программы удаленного доступа к распределенным вычислительным ресурсам в ОФАП и в Информационно-библиотечном фонде РФ [67,91].

Результаты исследований докладывались на X Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях. СПИ-ТТ-2005» (Воронеж, январь 2005 г.) [156], X Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике СПИ-НЭ-2005» (Воронеж, январь 2005 г.) [157], IX Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в системах моделирования, программирования и телекоммуникациях. СПИ-МП-2004» (Воронеж, январь 2004) [106], IX Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в технике и технологиях. СПИ-ТТ-2004» (Воронеж, январь 2004 г.) [107], YIII международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике (Воронеж, январь 2003 г.) [9596], XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика '2004» - С.П. (7-10 июня 2004 г.) [143-145], X Всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2003» (17-19 апреля 2003 г.) [140], Всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2002» (С.П., 3-6 июня 2002 г.) [79-80], Международной научно-методической конференции «Телематика'2001» (С.П., 18-21 июня 2001 г.) [72], Всероссийском форуме «Интеллектуальные ресурсы регионов России на рубеже тысячелетий» в рамках II межрегиональной конференции «Интеллектуальные технологии двойного применения» (Ярославль, 11-13 апреля 2000 г.) [58-59], научно-практической конференции «Эффективность использования НИТ в учебном процессе» ЭНИГ2000 (Ульяновск, 17-19 мая 2000 г.) [62-63], научно-технической конференции OpenS'2000 «Открытые системы - технология XXI века» (М., 15 июня 2000 г.) [64], второй научно-практической конференции «Современные информационные технологии в управлении и образовании» (М., 10-11 декабря 2001 г.) [74-75],

Международной научно-технической школы-конференции ЮНЕСКО «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию» - М., МИРЭА, 1-4 октября 2002 г., 42 -53 научно-технических конференциях МИРЭА (1993-2004 гг.).

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений.

Заключение диссертация на тему "Методы и алгоритмы анализа элементов устройств вычислительной техники и систем управления на предсказуемость поведения"

- результаты работы внедрены в учебный процесс и нашли отражение в опубликованных 4 учебных и 1 учебно-методическом пособии, также имеется 2 свидетельства Отраслевого фонда алгоритмов и программ высшей школы о регистрации электронного учебного пособия и программы удаленного доступа к распределенным вычислительным ресурсам в ОФАП и в Информационно-библиотечном фонде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследования, представленного в настоящей работе, были решены следующие задачи:

- предложена новая характеристика устройств и систем, повышающая качество разработки и эксплуатации и связанная с обеспечением безопасности их функционирования, - предсказуемость поведения по отношению к объекту управления, человеку и окружающей среде в условиях неадекватного поведения элементов устройства (системы);

- обоснована область применения и определены основные категорий устройств и систем, для которых требование предсказуемости поведения для повышения безопасности функционирования является существенным;

- проведена систематизация и разработка описаний признаков нормального функционирования и возможных последствий неадекватного поведения для широкого спектра элементов устройств и систем, в том числе для элементов, выполненных на основе новых физических принципов;

- выполнен анализ влияния неадекватного поведения элементов на функционирование других элементов данного устройства (системы), а также на функционирование системы в целом, классификации возможных реакций устройства (системы) на неадекватное поведение элементов;

- разработаны решающие правила отнесения состояния элемента к одному из типовых состояний (осуществление операции дефаззификации);

- разработана технология анализа устройств и систем на предсказуемость поведения в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов (защищена 2 патентами РФ), включающая комплекс методов анализа устройств и систем на предсказуемость функционирования в условиях неадекватного поведения составляющих их элементов и набор алгоритмов, реализующих методы анализа устройств и систем на предсказуемость поведения;

- разработаны подходы повышения эффективности методов анализа устройств и систем на предсказуемость поведения, а также их синтеза на основе методов функциональной стандартизации;

- разработана методика построения функциональных стандартов -профилей, реализована в виде нормативного документа Госстандарта России - Рекомендаций по стандартизации Р 50.1.041-2002 и защищена патентом РФ;

- выполнена адаптация методики построения профилей (функциональных стандартов) для создания систем с предсказуемым поведением;

- - разработан и внедрен набор функциональных стандартов - Профилей типовых функциональных элементов «единая телекоммуникационная среда системы образования», «единая информационная образовательная среда типового учреждения образования», «среда открытой библиотечной информационной системы МИРЭА», «РИС УГИБДД МВД РТ», «информационный ресурс», «высокопроизводительный ресурс», одно решение защищено патентом РФ;

- разработанные теоретические положения и методы были применены при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в ряде организаций (ВНИИСтандарт, МИРЭА, ОФАП, Русская компания имущественной опеки и др.), защищены 2 патентами РФ;

Библиография Петров, Андрей Борисович, диссертация по теме Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

1. Емельянов С.В. Бинарные системы автоматического управления. -М.,МНИИПУ, 1984.

2. Емельянов С.В., Коровин С.К., Бобылев Н.А. Методы нелинейного анализа в задачах управления и оптимизации. М., УРСС, 2002.

3. Прангишвили И.В. Системный подход и общесистемные закономерности. М., СИНТЕГ, 2000.

4. Прангишвили И.В., Амбарцумян А.А. Основы построения АСУ сложными технологическими процессами. М., Энергоатомиздат, 1994.

5. Левин В.К. Высокопроизводительные вычислительные системы для решения задач науки и промышленности России. Информационная техника и вычислительные системы, 2003, №4.

6. Назаров А.В., Козырев Г.И. и др. Прогнозирование технического состояния низкоорбитальных космических аппаратов с использованием нейросетевых структур. «Космические исследования», т.40, №6, 2002 -с.641-652.

7. Аллаяров О.Н., Сургучев А.В. и др. АСУ ТП станции защитных атмосфер. «Приборы и системы. Управление, контроль и диагностика», №8,2003 -с.15-17.

8. Карелин А.Н. Использование микропроцессорных средств измерений при организации распределенных систем учета на транспорте. «Приборы и системы. Управление, контроль и диагностика», №5, 2003 - с.51-53.

9. Ольшевский Ю.Н., Сазонов С.В., Шаповалов Е.И. Модернизация автоматического регулятора мощности реактора Нововоронежской АЭС. -«Приборы и системы. Управление, контроль и диагностика», №3, 2003 -с.27-31.

10. Клещев Н.Т. Один из подходов к построению крупномасштабных распределенных информационно-вычислительных систем. «Приборы и системы. Управление, контроль и диагностика», №11, 2002 - с. 1-8.

11. П.Глушков В.М. Кибернетика, вычислительная техника, информатика. Изб.тр. в 3 т. Киев, Наукова думка, 1990.

12. Сборник работ по математической кибернетике./Под. ред. Ю.И. Журавлева. М., ВЦ АН СССР, 1988 - 167 с.

13. Белоусов В.В. Математические основы теории систем. Модели и методы исследования систем. Уч. пособие. Пермь, Пермский гос. техн. ун-т, 2001-227 с.

14. Аврамчук Е.Ф., Вавилов А.А., Емельянов С.В. и др. Технология системного моделирования./Под ред. Емельянова С.В.- М., Машиностроение, Берлин Техник, 1998 519 с.

15. Красовский В.Е., Прохоров H.JL, Тювин Ю.Д. Надежность управляющих ЭВМ. Уч. пособ. / М., МИРЭА, 2002 80 с.

16. Н. К. Тхыонг Методы и модели надежности, эффективности и безопасности сложных технических систем в конфликтных ситуациях. -Дисс. на соиск. уч. ст. д.т. наук. М., ВЦ РАН, 1999. - 323 с.

17. Блохнин А.Г. Разработка и исследование нечеткой системы управления на базе современных информационных технологий. Дисс. на соиск. уч. ст. д.т. наук. - М., 2000 г.

18. Зеленцов Б.П. Разработка матричных методов расчета надежности сложных систем. Дисс. на соиск. уч. ст. д.т. наук. - М., 1990 г.

19. Салин А.Г. Методы и средства агрегатно-декомпозиционного синтеза многокомпонентных технических систем. Дисс. на соиск. уч. ст. д.т. наук. - М., 2000 г.

20. Стефанюк В.JI. Локальная организация целесообразного поведения технических систем. Дисс. на соиск. уч. ст. д.т. наук. - М., ИППИ РАН, 1990-423 с.

21. Харрасов И.А. Анализ надежности сложных технических систем в процессе их проектирования на основе понятий развивающихся систем. -Уфа, УфГАТУ, 1999. 163 с.

22. IEEE Std. 1003.23-95 «IEEE Guide for Developing User Organization Open System Environment (OSE) Profiles»

23. Петров А.Б., Лебедев A.B. Применение сверхпроводников для создания устройств ЭВМ Вопросы кибернетики: устройства и систе-мы./Межвуз. сб. науч. трудов-М.: МИРЭА, 1992, с. 73-89

24. Прангишвили И.В., Бурков В.Н., Горгидзе И.А. и др. Системные закономерности и системная оптимизация. М., СИНТЕГ, 2004.

25. Кульба В.В., Назаретов В.М., Чухров И.П. Модифицированные функциональные графы как аппарат моделирования сложных динамических систем. М., ИПУ, 1995.

26. Евтихиев Н.Н., Лебедев А.В., Петров А.Б. Расчет некоторых параметров элементов памяти, выполненных на основе ВТСП- материалов. -Вопросы кибернетики: устройства и системы./Межвуз.сб. науч.трудов. -М., МИРЭА, 1993, стр. 20-28.

27. Советов Б.Я. Моделирование систем. М., Высшая школа, 2001.

28. Кульба В.В., Ковалевский С.С., Кононов Д.А. и др. Проблемы обеспечения экономической безопасности сложных социально-экономических систем. М., ИПУ, 2000.

29. Петров А.Б. Проектирование межсоединений и шин питания для схем на основе ВТСП- элементов. Вопросы кибернетики: устройства и системы./Межвуз.сб. науч.трудов. -М.:МИРЭА, 1996.

30. Евтихиев Н.Н., Петров А.Б. Моделирование последствий отказа: обобщенный подход. XLY НТК МИРЭА - М.: МИРЭА, 1996.

31. Кузнецов Н.А., Кульба В.В., Ковалевский С.С., Косяченко С.А. Методы анализа и синтеза модульных информационно-управляющих систем. М., Физматлит, 2002. - 798 с.

32. Гайкович А.И. Основы теории проектирования сложных технических систем. С.-П., Моринтех, 2001 430 с.

33. Левин В.К. Логические методы исследования вычислительных систем реального времени. Автоматика и телемеханика, №3, 1985 г. - с. 24-30.

34. Йордан Э. Структурное проектирование и конструирование программ. М., Мир, 1982.

35. ГОСТ 24.701-86 Единая система стандартизации автоматизированных систем управления. Надежность АСУ. Основные положения.

36. ГОСТ 24.702-85 Единая система стандартизации автоматизированных систем управления. Эффективность АСУ. Основные положения.

37. Евтихиев Н.Н., Петров А.Б. Моделирование последствий отказа: обобщенный подход Вопросы кибернетики: устройства и системы./Межвуз.сб. науч.трудов. -М.:МИРЭ А, 1996.

38. Петров А.Б. Моделирование последствий отказа в сложных вычислительных системах. XLYI НТК МИРЭА - М.: МИРЭА, 1997.

39. Петров А.Б. Кибернетический подход к исследованию сложных систем XLYII НТК МИРЭА М. МИРЭА, 1998.

40. Петров А.Б. Прикладная кибернетика: основы теории информационных систем. Уч.-метод. Пособие. М.: МИРЭА, 1998.

41. Высшая школа в 1998 году./ Под ред. Савельева А.Я.- М., НИИ-ВО, 1999.

42. Скляревич А.Н. Показатели надежности систем с возможными нарушениями, неисправностью, случайными профилактиками. Рига, 1997.

43. Петров А.Б. Прикладная кибернетика и открытые информационные системы. Уч. пособие. М., Учебный центр "Новые технологии обучения", 1999.

44. Фомин В.Н. Методологические основы управления надежностью технических устройств на базе стандартизации. Дисс. на соискание уч.ст. д.т.н.-М., 1987.

45. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М., Наука, 1978-399 с.

46. Evtikhiev N.N., Petrov А.В. Algorithm of analysis of failure effects (Алгоритм анализа последствий отказа) Сб. науч. трудов ОИВТА РАН, посвящ. 275-летию РАН - М., 1999.

47. Волощин А.Д. Схемы последовательного анализа вариантов в задачах исследования и проектирования сложных систем. Дисс. на соискание уч.ст. д.т.н. Киев, Ин-т кибернетики АН, 1987.

48. Эглит Я.Я. Имитационное моделирование сложных систем. Рига, Латв.НИИНТИ, 1980.

49. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М., Высшая школа, 1985-271 с.

50. Хруцкий О.В. Информационные процессы в АСУ. Уч. пособие -С.-П. Изд. центр СП ГМТУ, 1998.

51. Петров А.Б. Анализ возможностей моделирования последствий отказа в открытых информационных системах XYIII НТК МИРЭА М., МИРЭА, 1999.

52. Гуляев Ю.В., Журавлев Е.Е., Петров А.Б. и др. Проект Центра открытых систем в рамках ФЦП «Интеграция» Журнал радиоэлектроники, №11, 1999 г.

53. Основы построения открытых систем. Электронное учебное пособие. Батоврин В.К., Дешко И.П., Петров А.Б. и др./ Под ред. Олейникова А.Я. М, ИРЭ РАН, 1999.

54. ГОСТ 24.703-85 ЕСС АСУ. Типовые проектные решения в АСУ. Основные положения.

55. ГОСТ 28195-89 Оценка качества программных средств. Общие положения.

56. Петров А.Б. Открытые информационные системы. Учебное пособие. М., МИРЭА. 2000.

57. Дж.Ван Гиг Прикладная общая теория систем. Т1. М., Мир,1981.

58. Петров А.Б. Проблема гетерогенности аппаратно-программных средств, применяемых при дистанционном обучении. Науч.-практ. конф. «Эффективность использования НИТ в учебном процессе» ЭНИТ2000 -Ульяновск, 17-19 мая 2000.

59. Петров А.Б. Анализ взаимодействий в сложных информационных системах. Науч.-техн. конф. OpenS'2000 «Открытые системы - технология XXI века», М., МИРЭА, 15 июня 2000.

60. Петров А.Б. Анализ возможностей моделирования последствий отказов в открытых информационных системах. Вопросы кибернетики: устройства и системы./Межвуз.сб. науч.трудов. -М.:МИРЭА, 2000.

61. Петров А.Б. Открытые информационные системы. Принципы построения. /Электронное учеб.пособие. Per. № 50200000249 Информ.-библиотеч. фонда РФ, 23.11.2000. Per. №20010228204858 Международного каталога Интернет-ресурсов. М., МИРЭА, 2000.

62. Петров А.Б. Математические методы анализа взаимодействий в сложных информационных системах. XLIX науч.-техн. конф. МИРЭА -М., МИРЭА. 2000.

63. Петров А.Б. Математические методы анализа взаимодействий в сложных информационных системах. Сб. трудов XLIX науч.-техн. конф. МИРЭА - М., МИРЭА, 2000.

64. Петров А.Б. Методы создания перспективных ИУС на основе создания функциональных стандартов. Юбилейная 50-я научно-техническая конференция МИРЭА - М., МИРЭА, 2001.

65. Высшая школа в 2000 г. Ежегодный доклад о развитии высшего профессионального образования. /Под ред. Савельева А .Я М., НИИВО, 2001.

66. Батоврин В.К., Евтихиев Н.Н., Петров А.Б., Сигов А.С. Функциональные стандарты и единая образовательная среда. Сб. трудов Второй научно-практ. конф. «Современные информационные технологии в управлении и образовании» - М., 10-11 декабря 2001 г.

67. Петров А.Б. Создание перспективных МУС на основе функциональных стандартов. Сб. трудов Второй научно-практической конференции «Современные информационные технологии в управлении и образовании» - М., 10-11 декабря 2001 г.

68. Васютович В.В., Теряев Е.Д., Петров А.Б. и др. Построение профиля информационных, вычислительных и телекоммуникационных ресурсов для обеспечения фундаментальных исследований. «Журнал радиоэлектроники» №12,2001 -М., 2001.

69. Петров А.Б. Анализ и синтез сложных информационных систем с предсказуемым поведением в условиях нестабильности работы./51 НТК МИРЭА. МИРЭА, 13-20 мая 2002 г.

70. Батоврин В.К., Петров А.Б., Сигов А.С. и др. Функциональная стандартизация и развитие единой информационной образовательной среды. Труды Всероссийской научно-метод. конф. «Телематика 2002» - С.П., 3-6 июня 2002 г.

71. Батоврин В.К., Евтихиев Н.Н., Петров А.Б. и др. Методы функциональной стандартизации как основа развития единой информационной образовательной среды. Труды Всероссийской научно-метод. конф. «Телематика 2002» - С.П., 3-6 июня 2002 г.

72. Петров А.Б. Методы создания перспективных информационно-управляющих систем на основе функциональных стандартов. Вопросы кибернетики: устройства и системы./Межвуз.сб. науч.трудов. М.:МИРЭА, 2002.

73. Руководство по проектированию профилей среды открытой системы. Рекомендации IEEE. /Под ред. А.Я. Олейникова М., «Янус-К», 2002

74. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем. М., Энергоатомиздат, 1986. - 480 с.

75. Рекомендации по стандартизации Р50.1.41-2002 «ИТ. Руководство по проектированию профилей среды открытой системы (СОС) организации-пользователя» .

76. Профиль распределенной информационной системы (РИС) УГИБДД МВД Республики Татарстан. Итоговый отчет по проекту К-175. -М., МИРЭА, 2000.

77. Концепция применения принципов открытых систем как интеграционной основы построения информационной инфраструктуры для науки и образования (проект). М., Минпромнауки РФ, 2003.

78. Петров А.Б. Применение технологии открытых систем для создания систем с предсказуемым поведением. Информационные технологии и вычислительные системы, №3, 2003 - с.61-63.

79. Петров А.Б. Интегральные количественные характеристики открытости информационных систем. Информационные технологии и вычислительные системы, №3, 2003 - с.73-75.

80. Данилкин А.А., Петров А.Б. Программа удаленного доступа к распределенным суперкомпыотерным ресурсам. Рег.№ 50200100434 Информационно-библиотечного фонда РФ, 23.11.2000.

81. ГОСТ Р МЭК 60950-2002 Безопасность оборудования информационных технологий.

82. Петров А.Б. Разработка систем с предсказуемым поведением в условиях отказа элементов системы. Журнал радиоэлектроники, №12, 2002

83. Олейников А.Я., Петров А.Б. Применение технологии открытых систем для создания систем с предсказуемым поведением. Журнал радиоэлектроники, №12, 2002

84. Петров А.Б. Анализ информационно-управляющих систем на предсказуемость поведения в условиях отказа элементов. «Датчики и системы», № 11, 2003.98. www.parallel.ru99. www.grid.org100. www.informika.ru

85. ГОСТ Р ИСО/МЭК 10000-1.3-99 ИТ. Основы и таксономия профилей международных стандартов.

86. Попков Ю.С. Макросистемы и GRID-технологии: моделирование динамических стохастических сетей. «Проблемы управления», №3, 2003-с. 10-20.

87. Оганян Г.А. Основные технические проблемы разработки и создания программно-технических комплексов информационно-управляющих систем. /52 научно-техн. конференция МИРЭА, 12-19 мая 2003 года М., МИРЭА, 2003.

88. Петров А.Б. Система для моделирования предсказуемости поведения устройств в условиях неадекватного функционирования элементов. Решение от 25.08.05 о выдаче патента РФ на полезную модель № 2005120044/22(022687), приоритет от 29.06.05 М., 2005.

89. Петров А.Б. Система для моделирования предсказуемости поведения устройств в условиях неадекватного функционирования элементов. Решение от 06.09.05 о выдаче патента РФ на полезную модель № 2005120040/22(022683), приоритет от 29.06.05 М., 2005.

90. Петров А.Б. Создание корпоративной информационной среды на основе методов функциональной стандартизации. Вопросы кибернетики: устройства и системы./Межвуз.сб. науч.трудов. М.:МИРЭА, 2003 -с.7-12.

91. Батоврин В.К., Васютович В.В., Журавлев Е.Е., Петров А.Б. Методические указания по проведению инвентаризации наследуемых сис-тем./Препринт №34 М., ФИАН, 2003 -32 с.

92. Петров А.Б. Анализ информационно-управляющих систем на предсказуемость поведения в условиях отказа элементов. «Датчики и системы» №2 (57), февраль 2004 - с. 10-13

93. М. Поташев «Лаборатория Касперского» подводит итоги и предупреждает. IT news, №1 (2), 27 января 2004 г.

94. Федеральный Закон РФ «О техническом регулировании», 184-ФЗ от 27.12.02.

95. Дюпин С. «Почему самолеты не летают?» Коммерсант, 29 июля 2004 г., №137.

96. Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА. М., «Радио и связь», 1983 - 312 с.

97. Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения. Л., Энергоатомиздат, Лен-кое отд., 1983.-c.211.

98. Автоматизированные информационные технологии в экономике. /Под.ред. Г.А. Титоренко М., ЮНИТИ, 2004 - с.297.

99. Технология открытых систем. Гуляев Ю.В., Олейников А.Я., Петров А.Б. и др. Под ред. А.Я. Олейникова. М., «Янус-К», 2004 - 288 с.

100. Федеральный Закон РФ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 21.12.94 (в ред. ФЗ №122 от 22.08.04)

101. Отчет о НИР «Разработка структуры и содержания открытой автоматизированной информационной библиотечной системы, интегрированной в систему управления университетом» М., МИРЭА, 2004 г. - 134 с.

102. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятности. М., Гос. изд-во технико-теоретической лит-ры, 1954 - 412 с.

103. Мищенко В.И., Скворцов С.А. Методика обоснования перечня параметров для контроля сложных технических систем. «Измерительная техника», ИПК изд-ва стандартов, №7, июль, 2004 - стр. 7-11.

104. Кузьмин А. Стратегические риски в информационной сфере, приводящие к чрезвычайным ситуациям. «Гражданская защита», « 11, 2004-стр. 36-38.

105. Иванников В.П. Анализ программ для поиска уязвимостей безопасности. Мат-лы семинара «Влияние современных ИТ на макропоказатели эффективности и роста экономики» - М., Президиум РАН, 17 февраля 2005 г.

106. Липаев В.В. Технологические процессы и стандарты обеспечения функциональной безопасности в жизненном цикле программных средств. Jetinfo-online, №3(130), 2004.129. 1SO/IEC 9126-1:2001 Software engineering. Product quality. Part 1: Quality model.

107. O/IEC TR 9126-2:2003 Software engineering. Product quality. Part 2: External metrics.

108. O/IEC TR 9126-3:2003 Software engineering. Product quality. Part 3: Internal metrics.

109. O/IEC TR 9126-4-2004 Software engineering. Product quality. Part 4: Quality in use metrics.

110. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

111. IEC 61508:2000 Part 1 to 7. Functional Safety and Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-Related Systems.

112. ISO 15408-1. .3-1999 Методы и средства обеспечения безопасности. Критерии оценки безопасности информационных технологий.

113. ISO/IEC 13335-1:2004 Information technology. Security techniques Management of information and communications technology security.

114. Part 1: Concepts and models for information and communications technology security management.

115. O/IEC TR 13335-4-2000 Information technology. Guidelines for the management of IT Security. Part 4: Selection of safeguards.

116. ГОСТ P 51904-2002 Программное обеспечение встроенных систем. Общие требования к разработке и документированию.

117. ISO/IEC TR 12182:1998 Information technology. Categorization of software.

118. IEC 60880, 1986 Software for computers in the safety systems of nuclear power stations.

119. C 60880-2, FDIS, 1986 Software for computers in the safety systems of nuclear power stations. Part 2 of IEC 60880.

120. ISO 17799: 1998 Управление информационной безопасностью. Практические правила.

121. Батоврин В.К., Ижванов Ю.Л., Петров А.Б. Развитие образовательных порталов на основе методов функциональной стандартизации. -Вопросы кибернетики: устройства и системы. /Меж-вуз.сб. науч.тру-дов. -М.:МИРЭА, 2003 -с.3-7.

122. Петров А.Б. Создание корпоративной информационной среды на основе методов функциональной стандартизации. Вопросы кибернетики: устройства и системы./Меж-вуз.сб. науч.тру-дов. - М.:МИРЭА, 2003 - с.7-12

123. Петров А.Б., Сонис Р.Г. Развитие банковской системы управления документооборотом на основе методов открытых систем. Труды XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика '2004» -С.П., 7-10 июня 2004 г. - с. 132-133.

124. Петров А.Б. Повышение безопасности функционирования систем различного назначения на основе методов функциональной стандартизации. Труды XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика '2004» - С.П., 7-10 июня 2004 г. - с.48-49.

125. Батоврин В.К., Покаместов Е.В., Петров А.Б. и др. Интеграция информационных ресурсов на основе методов функциональной стандартизации. Труды XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика 7004» - С.П., 7-10 июня 2004 г. - с.47-48.

126. Петров А.Б. Вопросы повышения безопасности функционирования сложных информационных систем. Международный сборник трудов "Информационные технологии моделирования и управления", №17,2004 - Воронеж, изд-во «Научная книга» - с. 161-165.

127. Петров А.Б. О повышении безопасности функционирования сложных систем. «Информатизация и системы управления в промышленности» - №4,2004 - с.37-39.

128. Лытиков И.П., Согомонян Е.С. Тестово-функциональное диагностирование цифровых устройств и систем. «Автоматика и телемеханика», №3, -М., Наука, 1985 г.-с 111-121.

129. Стекольников Ю.И. Живучесть систем. Теоретические основы. СПБ, Политехника, 2001 155 с.

130. MIL-STD-1629A Procedures for performing a failure mode, effects and criticality analisis. Department of defense, USA.

131. Маевский Jl.С. Проблемы надежности общегосударственных телекоммуникационных систем. Теория и практика. Дисс. на соиск. уч.ст. д.т.н. Гос. Предприятие «Дальняя связь», СПб, 1998.

132. Пожидаев Е.Д., Саенко B.C. и др. Повышение стойкости космических аппаратов к воздействию поражающих факторов электризации. -«Космонавтика и ракетостроение», №1(30), 2003 с.32-35.

133. Козлов В.И., Мартынов А.А. и др. Роль малых космических аппаратов в решении задач спутниковой связи и навигации. «Космонавтика и ракетостроение», №2(31), 2003 - с.29-36.

134. Ларин А.Л, Почукаев В.Н. Модель функционирования внешней среды центров управления полетами космических аппаратов. «Космонавтика и ракетостроение», №22, 2001 - с. 102-107.

135. Анфимов Н.А., Иванов Н.М. и др. Организация баллистико-навигационного и информационного обеспечения орбитального пилотируемого комплекса «Мир» на заключительном этапе его полета. «Космонавтика и ракетостроение», №25,2001 - с.32-37.

136. Ярушкина Н.Г. Основы теории нечетких и гибридных систем. М., Финансы и статистика, 2004 - 320 с.

137. Андрейчиков А.В., Андрейчикова О.Н. Анализ, синтез, планирование решений в экономике. М., Финансы и статистика, 2004 - 464 с.

138. Сухомлин В.А. Введение в анализ информационных технологий. М., Горячая линия-Телеком, 2003 - 427 с.161. www.rtsoft.ru.

139. Петров А.Б. Анализ функционирования устройств и систем с использованием нечеткой логики. "Информационные технологии моделирования и управления", №21,2005 - с. 383 -389.

140. Петров А.Б. «О повышении безопасности функционирования устройств и систем». «Надежность», №4, 2005 - с. 3-7.

141. Петров А.Б., Сонис Р.Г. Модель оценки качества системы управления электронным документооборотом. Решение от 12.09.05 о выдаче патента РФ на полезную модель №2005123493/22(026466), приоритет от 25.07.05.