Анализ и оптимизация систем физической защиты особо важных объектов
 Скачать 252.7 Kb.
|
|
На правах рукописи БЫСТРОВ Сергей Юрьевич АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ФИЗИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ОСОБО ВАЖНЫХ ОБЪЕКТОВ Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ПЕНЗА 2004 Работа выполнена в Пензенском государственном университете на кафедре «Вычислительная техника». Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Макарычев П. П. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Лебедев В. Б.; доктор технических наук, профессор Горбаченко В. И. Ведущая организация - ФГУП «НПП «Рубин», г. Пенза. Защита состоится « _ _ » _ _ _ 2004 г., в часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.04 при Пензенском государственном университете по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Крас- ная, 40. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета. Автореферат разослан « » 2004 г. Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Смогунов В. В. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ: Актуальность темы. Изменения в общественно-экономической формации, произошедшие в последние годы в России, вызвали рез- кий рост угрозы безопасности военных и крупных промышленных объектов России, в первую очередь, объектов ядерно-оружейного комплекса, предприятий- ядерной энергетики, объектов топливно- энергетического комплекса, химической отрасли и т. п. Это связано с ростом масштабов внутреннего и международного терроризма, появ- лением в стране организованной преступности, с высоким уровнем внутригосударственной экономической и социальной напряженно- сти. Основой систем безопасности особо важных объектов являются системы физической защиты (СФЗ) на базе комплексов инженерно- технических средств физической защиты (ИТСФЗ), обеспечивающих решение задач обнаружения и пресечения несанкционированных действий персонала и посторонних лиц. Актуальность задачи совершенствования средств анализа и опти- мизации СФЗ, особенно на ранних этапах разработки проекта, опре- деляется жесткими требованиями, предъявляемыми к эффективности СФЗ, увеличением числа альтернативных вариантов построения сис- темы вследствие возрастающей сложности ее структуры. При этом высокая (Стоимость СФЗ не позволяет провести практическую про- верку полученных проектных решений. Средства анализа и оптимизации СФЗ в настоящее время разви- ваются крайне медленно. Это обусловлено наличием, ряда проблем. Основная проблема состоит в том, что СФЗ представляет собой кон- фликтную систему с антагонистическими, интересами, вследствие чего в процесс ее анализа и оптимизации вносится элемент неопре- деленности. Отсутствие единого понятийного аппарата и показате- лей эффективности приводит к росту влияния субъективных факто- ров при принятии проектных решений. Кроме того, для решения за- дач анализа и оптимизации СФЗ в первую очередь необходима раз- работка, формализованного описания, показателей эффективности системы и методик их получения, способов структурного и парамет- рического синтеза систем защиты. В настоящее время наметились основные тенденции решения ука- занных проблем. Ведутся работы по созданию единого понятийного аппарата и выработке единых критериев оценки, предложены мето- дики параметрического синтеза СФЗ. Вопросы создания СФЗ особо важных объектов нашли свое отражение в работах российских уче- ных Ю. А. Оленина, А. В. Измайлова, Г. Е. Шепитько, Э. И. Абал- мазова и других. Однако многие вопросы анализа и оптимизации СФЗ остаются нерешенными. В частности, большинство предлагаемых показателей эффективности СФЗ не позволяют в полной мере учесть взаимное влияние элементов системы и не применимы для анализа СФЗ объек- тов со сложной топологией при наличии множества предметов защи- ты, что затрудняет использование существующих методов решения задачи оптимизации. Целью диссертационной работы является совершенствование средств анализа и оптимального синтеза систем физической защиты особо важных объектов со сложной топологией. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: — разработка математической модели систем физической защиты объектов со сложной топологией, адекватно отображающей связи внутри системы для решения задачи оценки и оптимизации по кри- терию «эффективность - стоимость»; — исследование и теоретическое обоснование функционально- стоимостных показателей эффективности СФЗ особо важных объек- тов; — определение функциональных зависимостей интегральных по- казателей эффективности СФЗ от параметров ее подсистем; — разработка способа и алгоритмов оптимального синтеза СФЗ особо важных объектов со сложной топологией на основе заданного набора опций реализации рубежей защиты; — теоретическое и экспериментальное исследование алгоритмов оптимального синтеза СФЗ объектов со сложной топологией. Методологической основой работы являются методы системно- го анализа, методы динамического программирования, математиче- ский аппарат теории графов, теории вероятностей, теории алгорит- мов. Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Предложена математическая модель систем физической за- щиты особо важных объектов на основе сети с кратными дугами. 4 В отличие от известных модель позволяет описать СФЗ объектов со сложной топологией на заданном уровне декомпозиции и получить интегральную оценку эффективности СФЗ при наличии множества предметов защиты без применения операции редукции вектора эф- фективности к интегральному показателю. 2. Разработаны и обоснованы интегральные функционально- стоимостные показатели эффективности СФЗ особо важных объек- тов. В отличие от известных предложенные показатели позволяют выполнять оптимизацию СФЗ с учетом принципов равнопрочности и адекватности для предметов защиты различной категории. 3. Получены функциональные зависимости интегральных пока- зателей эффективности СФЗ от параметров ее подсистем, позволяю- щие, в отличие от известных, обобщить способ количественной оценки эффективности для субъектов защиты со сложной структурой подсистем. 4. Предложены эквивалентные преобразования на взвешенных графах, которые позволяют формализовать процесс агрегирования на модели СФЗ при решении задачи оптимизации. 5. Разработан алгоритм поиска последовательности эквивалент- ных преобразований, приводящих исходную модель к трехэлемент- ной модели, что позволяет представить непоследовательный процесс выбора оптимального управления последовательным. 6. Предложен способ оптимизации СФЗ особо важных объектов со сложной топологией. В отличие от известных предложенный спо- соб позволяет выполнять оптимизацию на всем множестве возмож- ных вариантов реализации при заданных ограничениях на исполь- зуемые ресурсы с учетом топологии и взаимного влияния подсистем СФЗ, что дает возможность значительно снизить влияние субъектив- ного фактора на результаты оптимизации. Практическая значимость работы состоит в создании новых, более эффективных средств оптимального синтеза систем физиче- ской защиты объектов, что позволяет сократить затраты на разработ- ку и повысить качество концептуального проекта. В работе получе- ны следующие практические результаты: 1. Алгоритм оптимального синтеза систем физической защиты особо важных объектов на заданном наборе опций реализаций рубе- жей защиты. В отличие от известного алгоритма прямого перебора, имеющего экспоненциальную зависимость времени работы от коли- чества опций реализации рубежей защиты, сложность предложенно- го алгоритма имеет линейную зависимость. 2. Программная реализация предложенного алгоритма «Ana- lyzer», позволяющая автоматизировать процесс оптимизации СФЗ на этапе разработки концептуального проекта, существенно снизить время проектирования и влияние субъективных факторов. Реализация и внедрение результатов. Основные результаты и положения диссертационной работы использованы ДГУП Научно- исследовательский и конструкторский институт радиоэлектронной техники (НИКИРЭТ) ФГУП «СНПО «Элерон» (г. Заречный Пензен- ской обл.). Основные положения, выносимые на защиту: 1. Математическая модель систем физической защиты особо важных объектов со сложной топологией на основе сети с кратными дугами. 2. Интегральные функционально-стоимостные показатели эф- фективности систем физической защиты и их функциональные зави- симости от параметров, входящих в нее подсистем. 3. Операции параллельного и последовательного агрегирования на модели систем физической защиты с использованием преобразо- ваний на взвешенных графах. 4. Алгоритм поиска на графе последовательности эквивалент- ных преобразований, приводящих исходную модель к трехэлемент- ной модели. 5. Способ решения задачи оптимизации систем физической за- щиты особо важных объектов со сложной топологией на заданном наборе опций реализации рубежей защиты методом динамического программирования. 6. Алгоритм оптимизации систем физической защиты особо важных объектов со сложной топологией и его программная реали- зация. Апробация-работы. Основные положения диссертационной ра- боты докладывались и обсуждались на следующих конференциях: - III Всероссийской научно-практической конференции «Тех- нические средства охраны. Комплексы охранной сигнализации и системы управления доступом» (г. Заречный,- Пензенская область, 2000 г.); — IV Международной научно-технической конференции «Но- вые информационные технологии и системы» (г. Пенза, 2000 г.); - XII Международной школе-семинаре «Синтез и сложность управляющих систем» (г. Пенза, 2001 г.); - IV Всероссийской научно-практической конференции «Со- временные охранные технологии и средства обеспечения комплекс- ной безопасности объектов» (г. Заречный, Пензенская область, 2002 г.); - VI Всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии» (г. Москва, 2003 г.); — XIV научно-технической конференции профессорско-препо- давательского состава и студентов (г. Пенза, 2003 г.); — Всероссийской научно-технической конференции «Вооруже- ние, безопасность, конверсия» (г. Пенза, 2003 г.). Публикации. По теме диссертации опубликованы. 10 печатных работ, в том числе 5 статей, 5 тезисов докладов. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литерату- ры из 72 наименований. Работа содержит 144 страницы основного текста, 25 рисунков и 5 таблиц. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирова- ны цель и задачи исследований, показаны его научная новизна и практическая значимость, перечислены методы исследований, при- ведены сведения об апробации работы и публикациях. В первой главе вводятся основные понятия, рассматриваются во- просы концептуального проектирования СФЗ, стратегии и тактики защиты. Проводится анализ известных методов оценки эффективно- сти и оптимизации СФЗ, обосновывается выбор метода решения за- дачи оптимизации. Под системой физической защиты понимается совокупность ор- ганизационных и инженерно-технических мероприятий, направлен- ных на пресечение угроз объекту со стороны вероятных внешних и внутренних нарушителей. Жизненный цикл СФЗ включает следующие основные этапы: раз- работка концептуального проекта (КП), разработка технического за- дания, рябочее проектирование, строительно-монтажные и пускона- ладочные работы, эксплуатация, гарантийное и послегарантийное обслуживание, вывод системы из эксплуатации. Наиболее важным этапом является этап разработки КП, на кото- ром решаются следующие задачи: определение целей защиты, пред- метов физической защиты, анализ возможных угроз и разработка моделей нарушителей, разработка стратегии и тактики защиты, раз- работка структуры и состава СФЗ, оценка эффективности СФЗ и оп- тимизация ее структуры по выбранным критериям и технико- экономическое обоснование проекта. На выбор критериев оптимальности СФЗ значительное влияние оказывает принятая стратегия защиты. Стратегия, которая наиболее часто применяется для СФЗ особо важных объектов, направлена на обеспечение максимальной эффективности. Кроме того, может при- меняться стратегия, направленная на обеспечение максимальной средней эффективности на единицу затрат. Получение объективных показателей эффективности СФЗ связано с проблемами, характерными для сложных конфликтных систем с антагонистическими интересами: наличие большого числа взаимо- связанных элементов, принципиальная неопределенность из-за не- полной информации о потенциальном противнике и его действиях, многообразие условий функционирования системы. Количественная оценка эффективности таких систем строится в основном на использовании математического аппарата теории веро- ятностей, теории множеств, методов имитационного моделирования. Используются различные методы получения показателей эффектив- ности: аналитические, статистические, экспертные и другие. В работе проведен сравнительный анализ различных показателей и моделей систем физической защиты. В основе большинства моде- лей лежит модель EASI, предложенная Сандийскими национальны- ми лабораториями (SNL) США. В данной модели в качестве показа- теля эффективности используется вероятность пресечения несанк- ционированных действий (НСД), которая определяется как вероят- ность своевременного обнаружения НСД, т. е. обнаружение на таком этапе развития атаки, на котором время завершения НСД превышает время развертывания подразделения сил охраны (ПСО). На основе данной модели разработаны различные программные продукты оценки уязвимости СФЗ, позволяющие оценить эффективность СФЗ как вероятность пресечения для каждого вида угрозы и предмета защиты, но не обеспечивающие получение интегрального показателя эффективности СФЗ. В наиболее общем виде показатель зависит от вероятности своевременного и достоверного об- наружения НСД, вероятности достоверной оценки тревожной ситуа- ции, вероятности достоверной передачи сигнала тревоги силам охра- ны, вероятности безотказной работы технических средств, вероятно- сти своевременного развертывания ПСО в точке перехвата после по- лучения сигнала тревоги, вероятности благоприятного исхода боево- го столкновения и других. Другой подход, основанный на использовании ранговых коэффи- циентов, позволяет получить интегральный показатель эффективно- сти. Однако количественная оценка данного показателя на основе параметров СФЗ является достаточно сложной задачей. Существуют различные способы оптимизации СФЗ, основанные на рассмотренных показателях эффективности: метод нормирован- ных частных производных, позволяющий достичь сбалансированно- сти СФЗ, метод линейной целевой функции, учитывающий категори- рование предметов защиты по важности, метод многорубежной мат- рицы угроз, основанный на экспертных оценках и другие. Кроме то- го, широкое применение находят методы, использующие программ- ные пакеты оценки уязвимости в сочетании с различными числен- ными методами, в частности, с методом динамического программи- рования (ДП). Проведенный анализ позволяет уточнить требования к модели СФЗ, показателям эффективности и методу оптимизации. Вторая глава посвящена разработке математической модели сис- тем физической защиты особо важных объектов со сложной тополо- гией и получению интегральных показателей ее эффективности. В общем случае система физической защиты представляется в виде трехэлементной системы, модель которой представлена на рисунке 1. В модели СФЗ выделяются три подсистемы: объект защи- ты, субъект угрозы и субъект защиты. Основой системы является объект защиты, характеризуемый зна- чимостью С - экономической мерой ущерба или потерь при полной реализации угрозы. Объект защиты подвергается различным воздей- ствиям со стороны других систем, в том числе и опасным, т. е. при- водящим к недопустимому изменению его системных качеств. Система, воздействия которой являются опасными, представляет собой субъект угрозы, характеристикой которого является вероят- ность возникновения угрозы Р. Снижение уровня опасного воздейст- вия субъекта угрозы на объект защиты достигается применением- подсистемы «субъект защиты». Показателем эффективности при этом является отношение потенциала начального воздействия субъ- екта угрозы 1 и итогового - 2. В качестве показателя эффективности субъекта защиты W используется вероятность пресечения угрозы субъектом защиты. Интегральным экономическим показателем эффективности СФЗ является риск от реализации угрозы R — количественная оценка веро- ятностного ущерба при реализации атаки субъекта угрозы на объект защиты через канал реализации угрозы при воздействии субъекта защиты: При оптимизации в зависимости от применяемой стратегии по- строения для оценки качества СФЗ используются показатель эффек- тивности 10 или показатель средней эффективности на единицу затрат где - условная стоимость СФЗ. Субъект защиты возлагает решение различных задач защиты на отдельные подсистемы. Системные качества каждой подсистемы оцениваются эффективностью субъекта защиты при решении -й задачи . Рассматриваются два базовых варианта взаимодейст- вия подсистем: параллельно и последовательно функционирующие подсистемы защиты. В первом случае предотвращение угрозы дости- гается при предотвращении угрозы хотя бы одной из подсистем за- щиты, во втором случае - только при успешном выполнении своих функций каждой из подсистем. Эффективность субъекта защиты в целом определяется через эффективность совместного решения за- дач защиты каждой подсистемой в соответствии с выражениями: где - эффективность субъекта защиты с параллельно и последовательно функционирующими подсистемами соответствен- но. Для построения модели СФЗ объекта со сложной топологией вы- полняется декомпозиция модели СФЗ, представленной на рисунке 1, на основе структуры объекта защиты. В модель включаются элемен- ты объекта защиты и элементы внешней среды, оказывающие влия- ние на уровень полезного системного качества объекта защиты и связи между ними. Полученная модель задается конечным ориенти- рованным мультиграфом представляющим собой двухполюсную сеть: (6) где - конечное множество вершин графа - отображение , заданное конечным множеством дуг 11 - множество неотрицательных целых чисел. Каждая дуга графа представляет собой субъект защиты, а вершина объект защиты относительно множества вершин и субъект уг- розы относительно множества вершин . Вершины являются входом и выходом сети и определяют интегральный субъ- ект угрозы и интегральный объект защиты соответственно, что по- зволяет получить интегральный показатель эффективности СФЗ при наличии множества предметов защиты в зависимости от риска реа- лизации угрозы субъекта угрозы s относительно объекта защиты Для получения оценки эффективности СФЗ на графе вводится функция . Функция учитывает структурные осо- бенности модели и имеет вид: где — эффективность субъекта защиты — от- носительная значимость объекта защиты - относитель- ная вероятность возникновения угрозы от субъекта угрозы Тогда в соответствии с принципом гарантированного результата интегральный показатель риска где - множество всех путей на графе из вершины s в вершину — эффективность защиты на маршруте , кото- рая определяется в соответствии с выражением (4) для параллельно функционирующих субъектов защиты: (9) 12 Для построения модели на основе пространственной структуры объекта защиты используется зона защиты - множество точек про- странства , относительно которых выполняются функции защиты. Объект защиты представляет собой множество непересекающихся зон защиты такое, что из . На множестве зон защиты определяется отображение такое, что из . Взаимодействие между зонами защиты осуществля- ется через рубежи защиты, формально представленные в модели множеством субъектов защиты Эффективность субъекта защиты зависит от параметров СФЗ, заданных кортежем где - количество дуг графа (рубежей защиты); - множество параметров, поставленных в соответствие каждому рубежу защиты Каждый рубеж защиты характеризуется множеством методов его преодоления. При этом множество параметров рубежа задается множеством кортежей - кортеж па- раметров рубежа защиты при его преодолении методом - количество методов преодоления рубежа. Эффективность рубежа защиты в этом случае определяется в соответствии с принципом- гарантированного результата: где — эффективность защиты для метода i преодоления рубежа субъектом угрозы В работе рассматриваются вопросы оценки эффективности рубе- жа защиты для заданного метода его преодоления на основе пара- метров входящих в него подсистем. Оценка эффективности рубежа защиты при его преодолении методом определяется на основе вероятности обнаружения НСД , интенсивности ложных тревог (ИЛТ) используемых средств 13 обнаружения, вероятности готовности ПСО , вероятности свое- временного развертывания ПСО , вероятности благоприятного исхода боевого столкновения W , вероятности предотвращения уг- розы Каждая из указанных характеристик определяет эффективность соответствующей подсистемы рубежа защиты . Эффективность рубежа в целом при преодолении методом определяется с учетом выражений (4) и (5) следующим образом: где - эффек- тивность пресечения НСД рубежом защиты при его преодолении методом . Предложенная модель позволяет получить интегральный крите- рий эффективности в зависимости от множества параметров z и сформулировать задачу оптимизации СФЗ. В третьей главе на основе предложенной модели и показателей эффективности формулируется задача оптимизации СФЗ методом динамического программирования. На модели СФЗ задано множество несовместимых альтернатив реализации рубежей защиты (опций), характеризуемых набором па- раметров и условной стоимостью В. Необходимо получить такой набор опций , который максимизирует интегральный показа- тель эффективности СФЗ при заданных ограничениях на используе- мые ресурсы (стоимость СФЗ): Таким образом, задача оптимизации СФЗ является задачей опти- мального распределения ресурсов по рубежам защиты, для решения которой применяется метод динамического программирования (ДП). 14 Применение метода ДП требует наличия последовательности ша- гов выбора оптимального управления. Этому требованию удовлетво- ряют частные случаи задачи оптимизации СФЗ: оптимизация систе- мы только последовательно или только параллельно соединенных рубежей защиты. Для СФЗ объектов со сложной топологией задача выбора-наи- лучшего набора опций реализации рубежей защиты преобра- зуется в задачу оптимального распределения ресурсов. Для этого на модели СФЗ вводятся эквивалентные преобразования - операции параллельного и последовательного агрегирования. Пусть задан граф (6) и существует подграф , и полустепень захода и исхода вершины равна 1, т. е. , и на дугах v и и заданы функции эффективности Тогда операция последовательного агрегирования дугой дуги определяется, как операция удаления вер- шины и добавления дуги такой, что функция ее эффек- тивности равна Операция параллельного агрегирования определяется для подгра- фа графа (6) такого, что и на дугах v и и заданы функ- ции эффективности . Тогда операция параллельного агре- гирования дугой дуги определяется, как операция удале- ния дуг и добавления дуги такой, что функция ее эффективности равна В главе рассматриваются условия существования последователь- ности операций агрегирования, преобразующих исходную сеть (6) в сеть (13) Применение операций агрегирования позволяет представить зада- чу распределения ресурсов как процесс, заданный последовательно- стью этапов — операций агрегирования, и сформулировать задачу оп- тимизации СФЗ методом ДП следующим образом: 15 1. Фазовые переменные (ФП). Вектор ФП имеет размерность и равен где определяет остаток финансо- вых ресурсов после применения управления на шаге опреде- ляет значение полной ИЛТ во всей системе; определяет остаток запаса ИЛТ после применения управления на шаге . В данной по- становке задачи ИЛТ выступает в качестве специфического ресурса для распределения с тем, чтобы устранить обратную связь в после- довательном процессе. 2. Управление. В качестве управления используются количество финансовых ресурсов и запас ИЛТ используемых данным рубежом, в том числе и агрегирующими рубежами. Вектор управле- ния на шаге имеет размерность и равен 3. Уравнение процесса. Состояние системы ус- тановившееся на шаге , зависит от состояния на предыдущем шаге и примененного управления , при этом полная ИЛТ не меняется: 4. На фазовые переменные и переменные управления наклады- ваются следующие ограничения: 5. Целевая функция зависит от типа применяемой на каждом ша- ге оптимизации операции агрегирования и имеет вид: при послед, агрегировании; (15) при парад, агрегировании, где - эффективность агрегируемого на шаге рубежа защиты при заданных ограничениях на используемые ресурсы 6. Параметры. Состояние системы на шаге 0 определяется за- данным ограничением на ресурсы и равно 16 Решение задачи ДП выполняется в три этапа: условная оптимиза- ция, затем для заданного ограничения на финансовые ресурсы выби- рается значение полной ИЛТ, дающее наименьшее значение риска, и выполняется абсолютная оптимизация. В четвертой главе предлагаются алгоритм поиска на графе по- следовательности операций агрегирования и алгоритм оптимизации методом ДП, полученный на его основе, исследуются свойства раз- работанных алгоритмов, выполняется оценка временной и емкостной сложности, рассматриваются особенности результата работы алго- ритма оптимизации. Алгоритм поиска последовательности операций агрегирования, представленный на рисунке 2, основан на рекуррентной процедуре SEARCH, реализующей поиск последовательности операций агреги- рования для вершины. Алгоритм реализует «стягивание» последова- тельно соединенных дуг в текущую вершину, выполняя процедуру последовательного агрегирования SERIAL, и выполняет процедуру параллельного агрегирования PARALLEL в точках соединения па- раллельных дуг. В работе доказываются свойства конечности, дис- кретности и массовости алгоритма. Для решения задачи оптимизации в рассмотренном алгоритме в функции параллельного и последовательного агрегирования вводятся процедуры вычисления риска. Для этого вводятся дополнительные структуры данных для хранения результата условной оптимизации и модифицируются функции агрегирования SERIAL и PARALLEL, при выполнении которых вычисляется условный риск для каждого рубежа. В работе приводятся структуры данных, используемые в программной реализации алгоритма оптимизации. Программная реа- лизация алгоритма оптимизации «Analyzer» представляет собой кон- сольное приложение Windows, разработанное на языке Visual C++. В главе проведен сравнительный анализ предложенного алгорит- ма оптимизации и алгоритма оптимизации методом прямого перебо- ра по показателям временной и емкостной сложности. Анализ пока- зал, что временная сложность предложенного алгоритма слабо зави- сит от количества опций, в то время как алгоритм прямого перебора имеет экспоненциальную зависимость. В то же время емкостная сложность предложенного алгоритма, в отличие от алгоритма прямо- го перебора, экспоненциально зависит от длины вектора ФП. 17 Проведен анализ результатов решения задачи оптимизации и ус- тановлено, что предложенный алгоритм позволяет выявлять «бес- смысленные» опции, а также выполнять оптимизацию с учетом вза- имного влияния параметров рубежей защиты, входящих в СФЗ. В заключении сформулированы основные результаты диссерта- ционной работы. Приложения содержат перечень принятых сокращений, список терминов и определений, листинг программы, а также акт, подтвер- ждающий внедрение результатов работы. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В ходе теоретических и экспериментальных исследований, вы- полненных в диссертационной работе, получены следующие науч- ные и практические результаты: 1. Разработана математическая модель систем физической защи- ты особо важных объектов со сложной топологией на основе сети с кратными дугами, что позволяет получить интегральный показатель эффективности без применения операции редукции. 2. Предложены интегральные функционально-стоимостные пока- затели эффективности систем физической защиты особо важных объектов со сложной топологией, обеспечивающие выполнение оп- тимизации с учетом принципов равнопрочности и адекватности за- щиты. 3. Получены функциональные зависимости интегральных показа- телей эффективности систем физической защиты от параметров ее подсистем, позволяющие обобщить способ количественной оценки эффективности для сложно структурированных систем защиты. 4. Предложены операции параллельного и последовательного аг- регирования на модели систем физической защиты с использованием преобразований на взвешенных графах, позволяющие формализовать процесс распределения ресурсов при решении задачи оптимизации. 5. Разработан алгоритм поиска последовательности эквивалент- ных преобразований, приводящих исходную модель к трехэлемент- ной модели, что позволяет применить для решения задачи оптимиза- ции методы динамического программирования. 19 6. Решена задача оптимизации систем физической защиты особо важных объектов со сложной топологией методом динамического программирования. Предложенный способ обеспечивает выполнение оптимизации на всем пространстве возможных вариантов реализации системы при заданных ограничениях на используемые ресурсы с учетом топологии и взаимного влияния подсистем, тем самым значи- тельно снижается влияние субъективного фактора на результаты оп- тимизации. 7. Разработаны алгоритм решения задачи оптимизации СФЗ ме- тодом динамического программирования и его программная реали- зация «Analyzer», что дает возможность автоматизировать процесс выбора оптимального варианта построения СФЗ на этапе разработки концептуального проекта, существенно снизить время проектирова- ния и влияние субъективных факторов. Результаты работы могут применяться к решению задач анализа и оптимизации систем информационной безопасности, систем контро- ля доступа и других технических систем. Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях: 1. Быстров С. Ю. Анализ и синтез комплексов средств охраны // Синтез и сложность управляющих систем: Материалы XII Между- нар. школы-семинара. - М.: Изд. центр прикладных исследований при механико-математическом факультете МГУ, 2001. — Ч. 1. — С. 63-67. 2. Быстров С. Ю. Формализованное описание структур системы охраны // Вычислительные системы и технологии обработки инфор- матизации: Межвуз. сб. науч. статей.- Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2002. - Выпуск 1 (27). - С. 82-92. 3. Быстров С. Ю. Модель интегрированной системы безопасно- сти и ее количественная оценка // Новые информационные техноло- гии: Сб. тр. VI Всерос. науч.-техн. конф. В 2-х т. Т.1 / Под общ. ред. А. П. Хныкина. - М.: МГАПИ, 2003. - С. 100-106. 4. Быстров С. Ю. Математическое описание комплекса средств охраны / С. Ю. Быстров, П. П. Макарычев // Новые информационные 20 технологии и системы: Тез. докл. IV Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: Информ.-издат. центр ПТУ, 2000. - С. 148. 5. Быстрое С Ю . Анализ комплекса средств охраны на основе ориентированного графа / С. Ю. Быстров, П. П. Макарычев, К. И. Шес- таков // Технические средства охраны, комплексы охранной сигнали- зации и системы управления доступом: Тез. докл. III Всерос. науч.- практ. конф. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000. - С. 48-50. 6. Быстров С. Ю. Базовая модель системы безопасности // Техни- ческие средства охраны, комплексы охранной сигнализации и системы управления доступом: Тез. докл. IV Всерос. науч.-практ. конф. - Зареч- ный - Пенза: Информ.-издат. центр ПГУ, 2002. - С.56-59. 7. Быстров С. Ю. Система управления доступом и охранной сигнализации «Цирконий-С» - ядро АСФЗ объектов: структура, осо- бенности, интеграция с другими системами / К. И. Шестаков, С. Ю. Быстров // Технические средства охраны, комплексы охранной сигнализации и системы управления доступом: Тез. докл. III Всерос. науч.-практ. конф. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000. - С . 51-52. 8. Быстров С. 10. Интегрированная система «Цирконий - С2000»: состав, структура, функциональные характеристики / К. И. Шеста- ков, С. Ю. Быстров, Д. И. Первушкин // Технические средства охра- ны, комплексы охранной сигнализации и системы управления досту- пом: Тез. докл. IV Всерос. науч.-практ. конф. - Пенза: Информ.- издат. центр ПГУ, 2002. - С. 96-98. 9. Быстров С. Ю. Оценка эффективности систем физической защиты в условиях неопределенности // Научно-технический журнал «Системный анализ, обработка информации и новые технологии». - Пенза: Информ.-издат. центр ПГУ, 2003. - № 10. - С. 37-40. 10. Быстров С. Ю. Проблемы анализа и оптимального синтеза систем физической защиты // Научно-технический журнал «Систем- ный анализ, обработка информации и новые технологии». - Пенза: Информ.-издат. центр ПГУ, 2003. - № 10. - С. 40-44. БЫСТРОВ Сергей Юрьевич АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ФИЗИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ О С О Ю ВАЖНЫХ ОБЪЕКТОВ Специальность 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации Редактор С. В. Сватковская Технический редактор Н. А. Въялкова Корректор Я. А. Сидельникова Компьютерная верстка М. Б. Жучковой Сдано в производство 24.02.04. Формат 60x84 1 / 1 6 Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 136. Тираж 100. Издательство Пензенского государственного университета. 440026, Пенза, Красная, 40 Отпечатано в типографии ПГУ , 1 |