ri2014_materials

560	РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА – 2014

МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА «РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА И ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ»

Игнатьев М.Б., Бариков Л.Н.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА – ДЕЛОВАЯ ИГРА «МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОРОДА»

На протяжении многих лет авторы использовали город как объект моделирования при обучении студентов навыкам системного анализа.

Такой выбор объясняется тем, что город легко доступен для наблюдения и он является сложной самоорганизующейся системой и его изучение позволяет проиллюстрировать многие принципы управления сложными системами и применения информационно-вычислительных систем. Эта деловая игра занимает целый семестр и проводится с целым потоком студентов.

Условия игры следующие. Студентам предлагается придумать город, расположенный в любой точке земного шара или даже в космосе.

В дискуссии студенты сочиняют легенду города, определяют его местоположение, численность населения, основные занятия жителей, придумывают название, герб и гимн. После этого каждый из студентов должен выбрать для разработки и анализа одну из подсистем города, например поликлинику, торговый центр, полицейский участок, , предприятие по производству компьютеров, банк, транспортную контору и др.

Каждый из студентов должен написать реферат по выбранной подсистеме города, который включает следующие части :

1. Вербальное описание подсистемы и ее функционирование и эволюцию; 2 Количественное описание подсистемы с определением количества занятых в подсистеме

людей, технологией, финансами и др.;

3.Разработку информационно-вычислительной системы (ИВС) , которая могла бы улучшить функционирование подсистемы;

4.Оценку эффективности разработанной ИВС и ее стоимости;

5.Связь разработанной подсистемы с другими подсистемами города.

Для управления большим коллективом разработчиков – студентов создается иерархическая система управления.

Студенты открытым голосованием выбирают из своей среды руководителя города – мэра, который назначает своих заместителей по различным направлениям (см. учебное пособие – М.Б.Игнатьев «Кибернетическая картина мира» СПб, ГУАП, 2014).

В этом осеннем семестре 2014 года в игре участвуют две группы первого курса и на Молодежную научную школу «Региональная информатика и проблемы устойчивого развития» представляются следующие доклады:

Волков Е.В., Майн Е.Е., Морозова Е.О. «Город как сложная самоорганизующаяся развивающаяся система – от сказочной Атлантиды и Помпеи до современного города»;

Белоус Н.Д. , Гончаров А.Ф., Леонтьев Ю.С., Ситников И.А.«Эволюция системы здравоохранения – до электронного паспорта здоровья»;

Глотова О.С., Янович Э.В. «Эволюция системы образования – до многоагентных обучающих систем»;

Кузьменко Р.А., Ларин И.К., Олегова А.М., Сухорученко А.А. «Эволюция жилого дома – до умного дома с интеллектуальной системой управления»;

Кондратьев Д.Б. «Эволюция обувной промышленности – до использования 3Д принтеров»;

Суслов С.А. –«Эволюция производства одежды – вплоть до виртуального костюма»;

Буслов И.А. «Эволюция пищевой промышленности – вплоть до умной пищи»;

Белов К.А. «Эволюция судостроительной промышленности – до экранопланов»;

Калюжнов А.С., Кужель А.О., Уразов А.С. «Эволюция финансовой системы – до разнообразных финансовых компьютерных механизмов»;

Маковлев Н.С., Певцов А.Ю. – «Эволюция торговли – вплоть до интернет-торговли»;

Скрябин Н.А., Пенский С.А. «Эволюция системы охраны полрядка – до роботаполицейского»;

http://spoisu.ru

МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА «РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА И ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ»	561

Блинов Н.С., Борисевич М.А., Николаев Н.В. «Эволюция системы водоснабжения и экологические проблемы»;

Гарин Д.О., Дегтярев Д.А. «Эволюция системы транспорта – вплоть до телепортации»;

Богдаренко К.С., Грибков В.П., Кадыгроб Е.В. «Эволюция спорта – от олимпийских игр Древней Греции до компьютерных тренажеров»;

Анисифолров А.С., Дмитриев А.А., Черкесов Е.Ю. «Эволюция средств массовой информации – вплоть до Интернета»;

Левин К.С., Успанов А.А. «Эволюция налоговой системы»;

Мочалов М.А. «Эволюция энергоснабжения города»;

Мальцев К.В., «Эволюция театра и кино»;

Захаров В.Г. «Эволюция туристического бизнеса и причины его кризиса в России»;

Барышева А.А. «Эволюция парфюмерной промышленности и информационные технологии».

Гуламов А.А., Митюков Н. В.

Россия, г. Ижевск, Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова РАСЧЕТ ГИДРОПРИВОДА ДЛЯ ШТАНГОВОГО НАСОСА

Основной проблемой нефтяной отрасли последние годы является ухудшение состояния сырьевой базы. Происходит не только сокращение запасов, но и их качественное ухудшение. Вновь вводимые в эксплуатацию месторождения по своим масштабам не сравнимы с ранее освоенными – они располагаются в основном в труднодоступных, заболоченных районах с вечно мерзлыми грунтами, а к перспективным относятся районы шельфа и морские месторождения.

В связи с этим, нефтяные компании внедряют нетрадиционные конструкции для извлечения флюида, среди которых успешно зарекомендовали себя гидроприводы штангового скважинного насоса, как более надежный, удобный в эксплуатации, экономичный и ремонтопригодный.

Технические расчеты показали, что гидропривод штангового скважинного насоса в зависимости от модификаций, показывает лучшие технические характеристики, при этом достигается также и экономия энергии.

С точки зрения эргономики и безопасности, гидропривод прост в эксплуатации, компактен, автоматизирован, надежен и достаточно безопасен в эксплуатации.

Экономические расчеты показали, что гидропривод дешевле в эксплуатации по сравнению с цепным приводом и механическим, которая достигается снижением электроэнергии до 50%, затратами на содержание и ремонт оборудования, количеством обслуживающего персонала, повышением производительности и, следовательно, большей прибылью.

Касаткин Т.А., Митюков Н.В.

Россия, г. Ижевск, Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ДОЗВУКОВЫХ ПОРАЖАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Аэродинамический расчет является необходимой частью проектирования поражающих элементов стрелково-артиллерийского и ракетного вооружения. Традиционно в учебниках по аэродинамике кроме фундаментальных уравнений в частных производных, с помощью которых можно определить аэродинамические коэффициенты, содержится упрощенные аналитические методики, позволяющие с достаточной степенью точности решить эту задачу уже на ранних стадиях проектирования новых изделий.

Как показал информационный поиск, существует несколько различных методик аэродинамического расчета, которые и были подвергнуты сравнительному анализу на примере стандарта формы ARROW.

Были проведены расчеты по методикам Н.Ф. Краснова, С.Н. Храмова, А.А. Лебедева и Л.С. Чернобровкина для дозвукового режима полета ЛА.

Сравнение моделей с экспериментом показало, что все они дают завышенные результаты. При этом максимально завышает результат методика С.Н. Храмова.

Поскольку в ее основе лежит более ранняя методика С.И. Зонштайна, не учитывающая донное сопротивление, можно сделать вывод, что методика С.Н. Храмова учитывает его два раза.

При расчете по методике Н.Ф. Краснова, он рекомендует принимать в первом приближении Reкр = 106, что сильно завышает результат при М < 0,2. Однако если принять Reкр = 3,7 104, по рекомендации С.И. Зонштайна, результат более приближается к экспериментальным данным.

Поскольку Н.Ф. Краснов рекомендует две разные методики с учетом сжимаемости и без учета сжимаемости потока, расчеты показали, что они дают практически одинаковый результат.

http://spoisu.ru

562	РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА – 2014

Кудрявцева К А.

Россия, Санкт-Петербург, Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова ЗАЩИТАВОЗМОЖНЫХКАНАЛОВУТЕЧКИИНФОРМАЦИИВОПТОВОЛОКОННОЙЛИНИИСВЯЗИ

До недавнего времени считалось, что оптоволоконные линии связи совершенно недоступны для злоумышленников, то есть подключиться к такому типу кабеля для несанкционированного прослушивания практически невозможно, но в настоящее время можно сказать с уверенностью, что даже он не дает стопроцентной гарантии безопасности.

В данной статье рассмотрены меры, с помощью которых можно предотвратить несанкционированное подключение к каналу ОВ связи:

1.получение оптического сигнала с волокна

2.детектирование сигнала (это избирательное выделение сенсорным нейроном того или иного признака раздражителя, имеющего поведенческое значение).

3.обнаружение механизма передачи (декодирование протокола)

4.программная обработка обнаружения фреймов/пакетов и извлечение из них необходимых

данных.

А так же способы шифрования информации, передаваемой по этим каналам, нужные для того, чтобы минимизировать вероятность получения конфиденциальной информации злоумышленником.

Существует три основных группы методов, предотвращающих или снижающих до минимума влияние посторонних подключений:

1.Наблюдение за кабелем и мониторинг.

Которое включает в себя не только пилотные тоны, проходящие по волокну также как и коммуникационные данные, которые используются для обнаружения перерывов в передаче, но и внедрение в оптоволокно дополнительных волокон.

2. Сильногнущееся волокно.

Эти виды волокна, обычно называемые волокном с низкими потерями и сильным радиусом изгиба, защищают сеть передачи данных, ограничивая высокие потери, возникающие при прокалывании волокна или его сгибании.

3. Шифрование Хотя шифрование никак не препятствует подсоединению к волокну, оно делает украденную

информацию малополезной для злоумышленников.

Шифрование обычно классифицируется по уровням – второго и третьего.

На данном этапе развития кабелей и сетей в целом, ОВ являются самыми надежными, а методы внедрения устройств, мешающие их нормальной работе, дорогостоящими, поэтому это хороший выбор для организаций и компаний.

Першин С.А., Митюков Н.В.

Россия, г. Ижевск, Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

В ходе работы по оптимизации параметров когенерационной установки был произведен тепловой расчет дизельного двигателя QSX15G8 с целью выявления характеристик влияющих на выработку тепловой энергии.

Рассмотренный двигатель работает в двух режимах резервный и основной в диапазоне частоты вращения вала от 1500 до 1800 об/мин.

Рассчитав количество теплоты, отводимое в охлаждающей средой определено, что теплота унесенная теплоносителем пропорционально зависит от частоты вращения вала. Рассматривая зависимость теплоты передаваемой окружающей среде от диаметра поршня была установлена пропорциональная зависимость.

Проведя аналогичные расчеты по выявлению зависимости теплоты унесенной с отработавшими газами от других характеристик двигателей установлено, что она изменяется пропорционально повышению или понижению средней скорости движения поршня.

Исходя из того, что теплота, вырабатываемая в процессе сгорания топлива, напрямую зависит от механических показателей дизельного двигателя, а также химического состава дизельного топлива, для оптимизации параметров когенерационной установки на базе ДГУ «Cummins C500D5» необходимо использовать с наибольшим цетановым числом, например биодизель.

Это топливо имеет цетановое число не менее 51 и в случае утечки, оно подвергается полному биологическому распаду, не причиняя вред окружающей среде.

Также повысить теплоотдачу двигателя можно за счет установки наддува, в данном случае количество передаваемой теплоты охлаждающей среде повысится на 4 %, а теплота, унесенная с отработавшими газами, увеличится на 18 %.

http://spoisu.ru

МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА «РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА И ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ»	563

Плигин Н.А., Митюков Н.В.

Россия, г. Ижевск, Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова СПОСОБ ПОВЫШЕНИИ НЕФТЕОТДАЧИ МАЛОДЕБИТНЫХ СКВАЖИН

Для повышения нефтеотдачи малодебитных скважин обычно происходит закачка в пласт вытесняющей жидкости. Самый простой способ – использование для этой цели воду из соседнего водоносного пласта. Традиционная технология предполагает подъем воды на поверхность с помощью насоса ЭЦН с повторной закачкой в нагнетающую скважину. В случае расположения пластов один над другим используется схема, когда насос-перевертыш ЭЦН подает воду в нефтяной пласт без подъема на поверхность. В работе предлагается при эксплуатации высокодебитных водоносных пластов использовать в связке одновременно обычный насос и насос-перевертыш ЭЦН. В этом случае часть воды нагнетается в нефтяной пласт, без подъема на поверхность, а часть понимается с последующим использованием для технологических нужд.

Узким местом подобной технологии являются разные межпластовые расстояния разных месторождений, в связи с чем было проведено проектирование межпластовой муфты, передающей крутящий момент на насос-перевертыш. Для упрощения производства были использованы уже освоенные производством уплотнения и опоры, так, что степень унификации по номенклатуре используемых деталей достигает 90%. И единственным деталями, определяющими индивидуальность муфт, являются корпус и вал, длина которых выбирается в зависимости от межпластового расстояния.

Ральникова Н.С.

Россия, Санкт-Петербург, Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова

ТЕХНОЛОГИЯ «ETHERNET» И КАНАЛЫ УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ СВЯЗИ

В основе любой деятельности лежит информация. Часто получение достоверной информации требует проведения дорогостоящих исследований, поэтому сфера получения информации более дешевым, но незаконным путем расширяется. Во многом этому способствуют недостатки нормативно-правовой базы по защите интеллектуальной собственности, а также существование множества технических средств, позволяющих получить информацию нелегально.

Очень распространенную реализацию локальной вычислительной сети представляет собой технология «Ethernet». Основной принцип, положенный в основу «Ethernet», - случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны.

Волоконно-оптические линии связи имеют целый ряд достоинств по сравнению с использованием передач сигналов по коаксиальному кабелю или витой паре: широкую полосу пропускания, малое затухание сигналов, большую дальность передачи, отсутствие электромагнитных помех и т.д.

Современная технология «Gigabit Ethernet», сохранив преемственность с предыдущими спецификациями, приносит ряд потенциальных выгод: возможность наращивания пропускной способности сети на основе уже существующих кабельных систем; минимальные финансовые и трудозатраты на модернизацию сети; использование прежних технологий передачи данных и протоколов нижних уровней. Преимущества использования технологии «Gigabit Ethernet» повышают вероятность ее использования, а, следовательно, требуют более подробного рассмотрения вариантов защиты.

Уже изначально ВОЛС имеют более высокую степень защищённости информации от несанкционированного доступа, чем иные линии связи, что связано с физическими принципами распространения электромагнитной волны в световоде. В оптическом волноводе электромагнитное излучение выходит за пределы волокна на расстояние не более длины волны при отсутствии внешнего воздействия на оптоволокно. Однако, утечка информации из оптоволоконного кабеля всетаки возможна.

В случае использования для построения сети оптического волокна следует определить возможные каналы утечки информации.

Основной способ передачи информации в современных волоконно-оптических локальных сетях (ВОЛС) основывается на модуляции интенсивности света. Поэтому каналы утечки информации связаны, в основном, с интенсивностью светового потока. В качестве основных типов каналов утечки

вВОЛС следует рассмотреть:

1.Нарушение полного внутреннего отражения, в результате различных воздействий на волокно (изгиб, акустическое воздействие и т.д.), которое вызывает отвод части светового потока из используемого оптического волновода.

http://spoisu.ru

564	РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА – 2014

2. Нарушения отношения показателей преломления, когда растяжение или скручивание волокна вызывает изменение отношения показателя преломления оболочки оптоволокна к показателю преломления сердцевины и возникает канал утечки.

Существуют и другие каналы утечки информации с волоконно-оптической линии связи, однако, в настоящее время именно оптоволоконная связь представляет собой наиболее безопасную линию передачи информации и является наиболее эффективным и популярным методом для обеспечения телекоммуникационных услуг.

Родыгин М.П., Митюков Н.В.

Россия, г. Ижевск, Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ УДАРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Ударные испытания являются одним из наиболее важных видов испытаний в ракетной технике. С их помощью исследуется ударная прочность конструкций, запас ударной устойчивости и вибрационная устойчивость. В зависимости от способа разгона ударника стенды можно классифицировать на электромагнитные, механические, гидропневматические. Критерием качества стенда является возможность обеспечения заданной скорости ударника при выбранной массе. Но если для механического стенда скорость ударника определяется лишь высотой его отклонения, то на параметры пневматического стенда влияет целый комплекс параметров.

Для выявления степени влияния каждого из параметров на скорость ударника была разработана математическая модель, состоящая из четырех дифференциальных и свыше двух десятков алгебраических уравнений. Для получения численного решения осуществлялось интегрирование по методу Эйлера.

В результате исследования модели пневматической установки было выявлено, что наиболее эффективно скоростью ударника можно управлять через объем каморы – при ее увеличении уменьшается скорость. С увеличением проходного сечения главного клапана скорость увеличивается. А вот влияние зазора между ударником и стволом не столь очевидное: при увеличении зазора на первом этапе скорость растет, достигая максимального значения при относительном зазоре равном 0,84, после чего снижается. А вот влияние температуры газа и его газовой постоянной и показателя адиабаты не столь велико, как это может показаться.

http://spoisu.ru

МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА «БЕЗОПАСНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»	565

МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА «БЕЗОПАСНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Васильева А.В., Дранник А.Л., Елынко С.И., Комаров И.И.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАДИУСА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АГЕНТОВ РОЕВЫХ

РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАЧИ В УСЛОВИЯХ ДЕСТРУКТИВНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Работа выполнена в рамках НИР Университета ИТМО 610454/4111 «Разработка интеллектуальных технологий управления, навигации и обработки информации с применением к мобильным робототехническим системам и комплексам».

Роевые робототехнические системы (РРТС) в настоящее время активно исследуются в отечественной и мировой научной практике. Всё большую актуальность приобретает вопрос информационной безопасности (ИБ) данных систем.

Основные проблемы обеспечения ИБ указанной технологии связаны со специфическими формами поведения агентов, определяющими возможность решения трудноформализуемых задач, и в настоящее время оцениваемыми с помощью репрезентативных алгоритмов.

Особого внимания заслуживают алгоритмы внутрироевой коммуникации и принятия коллективных решений агентами РРТС.

Чрезвычайно важным с точки зрения эффективности группировки и устойчивости к деструктивным информационным воздействиям является процесс диффузии информации (о пространстве, предполагаемых целях и задаче, соседях и т.п.) от некоторой части осведомленных роботов (Couzin I. и др., 2005, Yu C. и др., 2010) к остальным членам группировки.

Вкачестве репрезентативных задач выделяют широко известные: алгоритм К. Рейнолдса (Reynolds C. и др., 1987), различные варианты метода роя частиц (PSO), метод потенциалов (Платонов А.К. и др., 2001). Продолжаются исследования адаптивного поведения групп агентов в стационарных и нестационарных средах (Ferrante E. и др., 2014).

Всилу недостаточного знания о факторах, существенно влияющих на поведение группировки автономных агентов, и слабой применимости формализованных результатов теории ИБ имеют место исследовательские задачи большой размерности, требующие многофакторного анализа.

Вдокладе представлены результаты исследования степени влияния радиуса информационного взаимодействия агентов роя на результативность решения задачи группирования. Исходные соображения основываются на естественном предположении, что увеличение радиуса информированности увеличивает эффективность выполнения задачи в условиях без помех (каждый агент может получить корректные данные от осведомленных и сформировать своё рациональное поведение).

Однако при наличии агентов-диверсантов увеличивается вероятность «введения в

заблуждение», и эта вероятность увеличивается с ростом радиуса взаимодействия, что ведет к снижению эффективности действия группировки.

Проверка гипотезы осуществляется методом имитационного моделирования на основе агентного подхода.

Реализация эксперимента потребовала решения ряда частных задач: разработка объектной модели агента и алгоритма взаимодействия агентов; определение количественного критерия выполнения задачи роем и разработка способа его получения; разработка средства автоматизации обработки результатов серий модельных экспериментов.

Рассматриваемая задача, в свою очередь, является составной частью комплексных исследований, направленных на:

поиск информативных признаков, характеризующих эффективность выполнения задачи группировкой в процессе её выполнения;

оценку степени влияния различных факторов на эффективность решения задачи, как с учетом технической реализации агентов, так и на общетеоретическом уровне;

разработку методов аналитической оценки/прогнозирования функционирования автономных агентов в условиях деструктивного информационного воздействия, например с использованием количественных метрик аутентичной и скомпроментированной информации.

http://spoisu.ru

566	РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА – 2014

Елисеев Ю.М., Комаров И.И.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики ЗАДАЧИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РОЕВЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Работа выполнена в рамках НИР Университета ИТМО 610454/4111 «Разработкаинтеллектуальных технологий управления, навигации и обработки информации сприменением к мобильным робототехническим системам и комплексам».

Внастоящее время применение роевых робототехнических систем (РРТС) рассматриваетсякак один из перспективных путей решения трудноформалуземых технических задач вслабодетерминированных условиях. РРТС строятся в соответствии с базовыми концепциями,воспринимаемыми мировым научным сообществом в качестве аксиом: избыточность,резервируемость, адаптивность, низкая маргинальная стоимость элементарного агента,принципиальная функциональная (в том числе вычислительная) ограниченность; децентрализацияпринятия решения; ограниченность зоны информирования агента и ряд других.

Следствием практического применения этих концепций является появление специфическихалгоритмов выполнения основной задачи роем, основанных на локально оптимальном поведенииавтономного агента при решении его частной задачи. Результаты модельных экспериментов повыполнению репрезентативных алгоритмов демонстрируют важнейшую роль информационноговзаимодействия агентов в «ближней зоне», которая за счет сетевого эффекта можетраспространяться и на весь рой.

Вконтексте задач ИБ РРТС выявлены закономерности между дальностью информационноговзаимодействия агентов и успешностью выполнения задач роем. Вместе с тем, заслуживаютотдельного исследования, как минимум, две задачи, связанные с информационнымвзаимодействием агентов.

Первая задача связана с механизмами «знакомства» агентов в рое, как локальном, так иглобальном. По результатам решения этой задачи можно получить оценки характеристик,существенно влияющих на успешность выполнения основной задачи роя: три классических задачиКлейнрока на графе связи, качества доставки (временные, потерь, избыточности)

ит.п. Успешноеполучение оценок заданных метрик на этапе «знакомства» (или, по необходимости, в процессевыполнения задачи) обеспечивает возможность осознанного управления параметрамиинформационного взаимодействия для оптимизации решения основной задачи роя (управлениеаналогом TTL, изменения времени,выделяемого на информационные процессы, изменение числаагентов и реорганизация локальных роев и т.п.).

Вторая задача связана с особенностью функционирования роя, которая выражается в том, чтодля успешного выполнения задачи далеко не все агенты должны обладать полным массивоминформационного обеспечения. В ходе экспериментов наблюдался эффект «стайного поведения»,состоящий в том, что не информированные агенты копировали особенности поведенияинформированных роботов, постепенно включаясь в решение задачи.

Врамках существующих представлений выдвигается гипотеза о наличии оптимальногосоотношения информированных и не информированных агентов в рое, что с четом сниженияразличных типов затрат на информационное взаимодействие ведет к более оптимальному решениюосновной задачи роя. Проверка этой гипотезы предполагает решение вышеуказанных задач.

Коваленко М.Е., Масленников О.С., Комаров И.И.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики РАБОТА РОЕВЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ НАРУШЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ И ДОСТУПНОСТИ ПЕРЕДАВАЕМОЙ ИНФОРМАЦИИ

Роевые робототехнические системы (РРТС) прекрасно зарекомендовали себя при решении многих практических и технически сложных задач, а так же для управления большими группами роботов-агентов. Робот-агент действует лишь в зоне своей видимости, и принимает решения, опираясь на информацию, полученную самостоятельно или от других роботов-агентов. От корректной (достоверной) и бесперебойной передачи информации между роботами-агентами зависит выполнение общей задачи.

С учетом указанных особенностей для определенных моделей РРТС актуальным становится вопрос обеспечения работоспособности системы в условиях, в которых нельзя гарантировать неискаженную передачу сигнала между роботами, а также в условиях, в которых в принципе нельзя гарантировать передачу сигнала между роботами. Программная реализация подтверждения передачи сигнала между удаленными узлами в сети может существенно повлиять на время выполнения алгоритма для этих моделей РРТС, поэтому целесообразным является использование других способов обеспечения работоспособности системы.

http://spoisu.ru

МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА «БЕЗОПАСНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»	567

Эта проблема встает наиболее остро, когда источником указанных ситуаций является злоумышленник, внедряющий робота-диверсанта в систему или устанавливающий помеху. В таких условиях ожидание подтверждения доставки сообщения может повысить время выполнения алгоритма на несколько порядков для определенных моделей РРТС.

Приведенная выше информация указывает на целесообразность усовершенствования протоколов передачи информации для определенных моделей РРТС, а также адаптации алгоритмов к работе в условиях неопределенности, что было подтверждено практическими результатами исследования.

Комаров И.И., Юрьева Р.А.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ СТРАТЕГИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОЕВЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Использование роевой робототехники - одно из самых знаковых направлений науки и техники, так как современный уровень развития робототехники позволяет решать большой круг практических задач, но действительно впечатляющих перспектив следует ожидать от роевых робототехнических систем (РРТС) будущего.

Таким образом, рост спроса на МРТ и недостаточный уровень научно-методического аппарата их информационной безопасности (ИБ) обуславливают актуальность данной работы.

Под информационной безопасностью мультиагентных РТС мы понимаем обеспечение конфиденциальности, целостности и доступности информации. Кроме того, автономные роевые роботы должны обладать энергетической безопасностью. Энергетическая безопасность РРТС - это состояние защищенности РРТС от угрозы дефицита в обеспечении потребностей в энергии, а также от угрозы нарушения стабильности доступности энергии. Обеспечение энергетической безопасности состоит из нескольких этапов, а именно:

проведение общего анализа энергетической безопасности МРТС;

расчет фактических значений индикаторов энергетической безопасности и сопоставление их

спороговыми величинами;

выделение, анализ и систематизация по основным признакам и уровням угроз энергетической безопасности;

формирование рекомендаций и мероприятий по выявлению угроз и улучшению показателей энергетической безопасности.

Угрозами энергетической безопасности являются события кратковременного или долговременного характера, которые могут дестабилизировать работу РРТС, ограничить или прекратить энергообеспечение, что может в свою очередь привести к негативным последствиям.

Для обеспечения энергетической безопасности роевых робототехнических комплексов можно использовать принципы стратегического планирования. Стратегическое планирование в данном случае - результат расчёта наилучшего использования энергетических ресурсов для максимального ускорения достижения поставленной цели.

Энергетические ресурсы – нескладируемые,или, иными словами, возобновляемые, которые по природе своей не предполагают складирования, так как их простой в данный момент влечет за собой невосполнимые в дальнейшем потери. Потребность в нескладируемом ресурсе обычно характеризуется интенсивностью его использования и описывается соответствующим графиком (в наиболее простых сетевых моделях интенсивность потребления нескладируемых ресурсов считается постоянной). Для решения указанной задачи в план включаются работы, продолжительность которых строго увязана с минимальной энергозатратностью. Надо сказать, что планирование ресурсного обеспечения хода выполнения задачи является одной из важнейших задач, а также средством перераспределения ресурсов, позволяющим добиться оптимального времени и энергозатрат выполнения задачи.

Задачи учета и распределения ресурсов сводятся к построению таких графиков потребления ресурсов, которые удовлетворяют принятым критериям достижения поставленных целей и которые являются наилучшими.

В зависимости от принятого критерия оптимальности целей, можно выделить:

задачи минимизации времени выполнения задачи роем;

задачи минимизации потребности энергозатратности;

максимизация остатка и мобильности роя;

задачи со смешанными критериями.

Например, при решении задач первого рода наиболее типичными ограничениями на использование нескладируемых ресурсов обычно требуют согласования графиков общей интенсивности потребления каждого из них с соответствующими заданными графиками использования этих энергоресурсов.

http://spoisu.ru

568	РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАТИКА – 2014

Алгоритм ресурсного планирования включает в себя три шага:

определение очередности и сложности работ;

определение потребных ресурсов, исходя из выбранных критериев;

анализ расписания с позиций возможных противоречий между потребностью в ресурсах и их наличием.

Если все необходимые ресурсы для выполнения задачи имеются, алгоритм вычисляет новое состояние после удовлетворения запроса и проверяет его безопасность. Если новое состояние безопасно, запрос удовлетворяется.

Система находится в энергетически безопасном состоянии, если существует безопасная последовательность выполнения всех заданий в системе. Безопасная последовательность заданий – последовательность рационального исполнения процессов, при которой каждый процесс занимает только доступные ресурсы. Конечное состояние энергообеспечения робота таково, что робот может вернуться на базу для подзарядки и полностью восстановить свои ресурсы. Помимо этого ни один робот не останется без задания до тех пор, пока у него есть энергия на его выполнение.

Коржук В.М.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

ОБ АКТУАЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ СЕТИ ZIGBEE

В настоящее время все большее распространение и значение приобретают беспроводные сенсорные сети. Сети, которые по своему назначению, параметрам, спецификациям существенно отличаются от сетей связи – WiFi, GSM, LTE и т.п. Среди прочих, используемых в сенсорных сетях, выделяется спецификация ZigBee – наиболее продвинутая надстройка к стандарту IEEE 802.15.4

Многие приложения требуют обеспечения беспроводными сетями связи, не обладающими высокой скоростью передачи, но являющимися надежными, способными к самовосстановлению, простым в установке, поддержке и использовании. В таких ситуациях важными факторами являются длительная работа от автономных источников питания, низкая стоимость, и компактность. Одним из примеров таких приложений является «умный дом», а связь может устанавливаться между выключателем и лампочкой, приборами учета и сервером сетевой обслуживающей компании, датчиком движения и пультом охраны. Нетрудно представить, к чему может привести несанкционированное вмешательство в работу системы управления техпроцессом или системы охраны.

Такому сочетанию требований еще 15 лет назад не отвечал ни один из сетевых стандартов, что и привело к созданию стандартов IEEE 802.15.4 и ZigBee, описывающих устойчивые масштабируемые многошаговые беспроводные сети, простые в развертывании и поддерживающие самые разные приложения. Отличительной чертой сетей ZigBee является гарантированная, устойчивая к помехам, многолучевому затуханию, различным сбоям и отказам передача данных.

Спецификация ZigBee предусматривает особые меры безопасности, поскольку создаваемые в том или ином случае сети могут оказаться физически доступными для внешних устройств, а конкретные рабочие среды могут быть непредсказуемы. Более того, различные приложения, запускаемые одновременно и использующие для связи один и тот же трансивер, должны быть взаимно доверенными, поскольку из соображений стоимости модель не предусматривает брандмауэра между объектами приложений.

Система безопасности в соответствии со спецификацией ZigBee основана на 128-битном AES алгоритме. Предусмотренные спецификацией ZigBee службы безопасности определяют создание ключей, управление устройствами и защиту данных. Ключ может быть ассоциирован либо с сетью (и использоваться уровнями ZigBee и MAC подуровнем) либо с каналом связи. Различные сервисы используют различные вариации ключа канала связи во избежание утечки и риска для безопасности.

Архитектура безопасности распределяется между сетевыми уровнями:

подуровень MAC - способен устанавливать надежную связь с соседним устройством. Как правило, он использует уровень безопасности, определяемый верхними уровнями;

сетевой уровень - управляет маршрутизацией, обрабатывает полученные сообщения и может направлять запросы. Исходящие фреймы будут использовать ключ соответствующего канала связи согласно маршрутизации, если он доступен; в противном случае для защиты полезной нагрузки от внешних устройств будет использоваться сетевой ключ;

уровень приложений - устанавливает ключи и оказывает транспортные услуги как объекту устройства, так и приложениям. Он отвечает также за распространение сообщений об изменениях в устройствах внутри сети, которые могут исходить как от самих устройств (например, простое изменение статуса), так и от центра управления безопасностью (который может сообщить, что определенное устройство удаляется из сети). Уровень также маршрутизирует запросы устройств центра управления безопасностью и обновления сетевого ключа от центра управления безопасностью всем устройствам.

http://spoisu.ru

МОЛОДЕЖНАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА «БЕЗОПАСНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»	569

Учитывая стоимость оборудования, доступность, широту использования и уже достигнутый уровень безопасности, технология ZigBee является перспективной в сфере информационных технологий. ZigBee активно развивается: обновляются и разрабоатываются новые модули с разнообразными функциональными возможностями, с каждым днем появляются все новые технологические решения для использования в различных областях научной, производственной и др. сферах деятельности человека.

Кривцова И.Е., Ермачкова В.И., Винокурова А.И.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики ИНТЕРВАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СКОРОСТИ РОЯ В АЛГОРИТМЕ РАЗБИЕНИЯ ПО ПАРАМИ

В представленной работе объектом исследования являются способы обнаружения роботазлоумышленника в алгоритме разбиения по парам на основе статистистических данных о параметрах роя роботов-килоботов. Предмет исследования – интервальное оценивание по выборочной средней параметров роя при неизвестном среднем квадратическом отклонении генеральной совокупности. В качестве параметра принят модуль скорости роя.

При расчетах были использованы данные 900 экспериментов, в каждом из которых были измерен модуль скорости каждого робота в одни и те же моменты времени с интервалом 0,5 с. Первые 100 экспериментов соответствуют сцене с 8 килоботами без роботов-злоумышленников, далее в каждой последующей сотне добавлялся один робот-злоумышленник. Поскольку задача состоит в исследовании роя в целом, а не отдельного робота в частности, мы рассматривали среднюю скорость всего роя в заданный момент времени. Эксперименты показали, что средняя скорость роя с увеличением количества помех уменьшается, однако характер монотонности кривых скорости роя практически одинаков. Скачки амплитуды вызваны поворотом роботов, а резкое падение амплитуды – их остановкой.

Далее мы предположили, что, построив доверительный интервал для скорости роя без роботов-злоумышленников, мы сможем, во-первых, определить надежность, при которой график скорости роя с роботами-злоумышленниками начинает попадать в этот интервал, и, во-вторых, рассчитать границы и максимальную ширину доверительного интервала, при которых это событие не произойдет. Таким образом, мы могли бы обнаружить роботов-злоумышленников по выходу графика модуля скорости роя за границы доверительного интервала.

Поскольку распределение модуля скорости роя не является нормальным, мы применили квантование по уровню, разбив интервал значений параметра на 216 интервалов, и оценили параметры распределения по частоте. Доверительный интервал для скорости роя без помех был

построен при надежности =0,95.

Сравнительный анализ границ доверительного интервала и кривых скорости роя при наличии роботов-злоумышленников от 1 до 8 показал, что уже при наличии одной помехи скорость роя меньше левой границы доверительного интервала. При этом изменение границ доверительного интервала при меньших значениях надежности не дает видимых значительных отличий от

приведенного выше результата. Таким образом, варьирование значений не дает возможности определить границы и максимальную ширину доверительного интервала, при которой в него начинает попадать график скорости роя с роботами-злоумышленниками.

Однако не исключено, что при ином выборе параметров роя метод интервального оценивания приведет к значимым результатам в поиске роботов-злоумышленников.

Кузьмич Е.В.

Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики АСПЕКТЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЗАЩИЩЕННОГО РОЕВОГО АЛГОРИТМА, РЕАЛИЗУЮЩЕГО POM

В числе методов обеспечения информационной безопасности (ИБ) мультиагентных робототехнических систем выделяется подход, реализующий централизованную модель управления ИБ. В каждую область мультиагентной системы, по аналогии с реальным миром, вводится дополнительный управляющий узел, который отвечает за всю безопасность данной области. В концепции Ксюдонга этот узел принято называть полицейским участком (PO – PoliceOffice), а модель управления ИБ, основанную на его использовании, называют POM (PoliceOfficeModel).

Важным вопросом проектирования защищенной роевой робототехнической системы, реализующей POM, являются аспекты взаимодействия робота-агента и робота-полицейского. В связи с тем, что в такой модели любое действие со стороны агента-робота должно удостоверяться в соответствующих PO, необходим надежный аппарат, позволяющий идентифицировать объект, от лица которого было дано разрешение на осуществление действия, а также дан доступ к ресурсам узла. В качестве средства, осуществляющего контроль целостности передаваемой информации, ее

http://spoisu.ru