Разработка и реализация методов имитационного моделирования программно-аппаратных средств управления комплексами безопасности

• Автор: Черепанов, Евгений Олегович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Работа посвящена исследованиям в области имитационного моделирования оборудования систем безопасности особо важных объектов. В рамках диссертационной работы производится построение масштабируемой модели программно-аппаратной архитектуры комплекса безопасности. Описывается разработка единого интегрированного комплекса имитационных систем, состоящего из унифицированных модулей имитации оборудования различного функционального назначения, основанного на базе построенной модели. Рассматривается разработка и реализация алгоритмов генерации событий в целях обеспечения испытаний программных средств комплекса безопасности в условиях предельных загрузок каналов данных. Описываются новые методы обучения и контроля качества работы персонала комплекса безопасности в период эксплуатации разработанного программного обеспечения.

Глава 1. Постановка задачи и обзор систем управления комплексом безопасности

1.1 Цель и постановка задачи

1.1.1 Формулировка проблем

1.1.2 Цель

1.1.3 Постановка задач

1.1.4 Требования, предъявляемые к решаемым задачам

1.2 Архитектура оборудования комплекса безопасности

1.3 Системы управления комплексом безопасности ОАО Тензор

1.3.1 Аппаратные решения задач контроля и управления

1.3.2 Программные решения задач контроля и управления
1.3.3 Комплексные решения задач контроля и управления
1.4 Обзор и анализ существующих систем управления комплексами безопасности
1.4.1 Системы безопасности компании Алгонт
1.4.2 Системы безопасности компании Альфа-Прибор
1.4.3 Системы безопасности компании Безопасность
1.4.4 Анализ программных продуктов
1.4.5 Выводы
1.5 Анализ и классификация имитационных систем
1.5.1 Задачи и функции имитационных систем
1.5.2 Классификация ИмС и их функциональные особенности
1.5.3. Этапы жизненного цикла ПО комплекса безопасности
1.5.4 Применение имитационных систем
Глава 2. Разработка и обоснование методов имитационного моделирования
2.1 Разработка модели программно-аппаратной архитектуры комплекса безопасности43
2.1.1 Общее описание структуры модели
2.1.2 Построение нижнего уровня модели
2.1.3 Построение среднего уровня модели
2.1.4 Построение верхнего уровня модели
2.2 Разработка единых методов имитации оборудования различного функционального назначения
2.3 Разработка методов интеграции имитационных модулей
2.4 Разработка методов размещения имитационного комплекса
2.4.1 Размещение имитационного комплекса на аппаратном уровне
2.4.2 Размещение имитационного комплекса на серверном уровне
2.4.3 Размещение имитационного комплекса на клиентском уровне
2.4.4 Методы распределенного размещения имитационных средств
2.4.5 Метод дистанционного переключения каналов данных
2.4.6 Методы обеспечения безопасности распределенного размещения имитационных средств
2.5 Разработка структур данных и интерфейсов
2.5.1 Структура данных имитации аппаратных средств
2.5.2 Универсальный интерфейс обмена с оборудованием
2.6 Методы тестирования с применением имитационного моделирования
2.6.1 Модульное тестирование
2.6.2 Комплексное тестирование
2.7 Методы испытаний с применением имитационного моделирования
2.7.1 Цели и задачи испытаний
2.7.2 Алгоритмы генерации событий при испытании программного обеспечения
2.7.3 Средства статистического анализа процесса обмена
Глава 3. Реализация разработанных методов
3.1 Выбор технологического средства разработки
3.1.1 Системы быстрой разработки
3.1.2 Аргументация выбора ЯЛО
3.2 Разработка программного обеспечения
3.2.1 Описание имитационных систем различного функционального назначения
3.2.2 Описание интегрированного имитационного комплекса
3.2.3 Описание средств настройки и конфигурирования интегрированного имитационного комплекса
3.2.4 Распределенное размещение имитационного комплекса
Глава 4. Результаты работы и их анализ
4.1 Основные результаты
4.2 Научная новизна
4.3 Практическая значимость результатов
4.4 Испытания и эксперименты
4.4.1 Стендовые испытания с применением имитационных систем
4.4.2 Испытания программных средств с использованием реального оборудования
4.4.3 Результаты экспериментов, проведенных на объектах
4.2.4 Обучение и контроль действий персонала
4.4 Апробация работы
4.5 Дальнейшее развитие и перспективы
Заключение
Литература
Приложения
Список публикаций автора
Диаграммы потоков данных
Диаграмма верхнего уровня
Контекстная диаграмма комплекса безопасности
Применение имитационного комплекса на этапе разработки
Применение имитационного комплекса на этапе испытаний
Применение имитационного комплекса на этапе эксплуатации
Описание программного модуля СгеШвХТурея
Описание класса ТСопПоЦег
Описание класса ТБесЮг
Описание класса ТСЬаппе!
Описание формата конфигурационного файла имитационного комплекса

управляющие воздействия по физическим каналам данных, используя реальные протоколы взаимодействия контроллеров и вычислительной техники.
Внутренний интерфейс обмена внешних имитационных систем полностью соответствует протоколу взаимодействия верхнего и среднего уровней. Подключение внешней имитационной системы не отражается на работе программного обеспечения верхнего уровня. С целью обеспечения единообразия пользовательский интерфейс внешних систем приближен к интерфейсу соответствующих внутренних средств имитации.
2.3 Разработка методов интеграции имитационных модулей
При решении задач моделирования сигналов оборудования [6] на этапах тестирования и отладки программных модулей системы контроля и управления комплексом безопасности довольно эффективны отдельные имитационные средства для каждого типа контроллеров. Однако на этапе внедрения и эксплуатации комплекса безопасности возникает задача полномасштабной имитации программно-аппаратных средств.
Основная проблема при полной имитации комплекса безопасности заключается в разнородности имитируемых аппаратных средств. При этом, как правило, отличаются и физические каналы связи моделируемого оборудования с системой контроля. Для решения этой проблемы в основу каждого имитационного средства положена разработанная универсальная модель программно-аппаратных средств комплекса безопасности. В результате, задача интеграции имитационных систем различного функционального назначения была сведена к созданию единых механизмов взаимодействия оператора и имитационного комплекса.
Прежде всего, в качестве универсального, масштабируемого средства отображения структуры имитационного комплекса была предложена древовидная схема представления данных. При этом каждая вершина полученного дерева является элементом модели программно-аппаратных средств комплекса безопасности.
Взаимодействие оператора и имитационного комплекса происходит с помощью единых средств пользовательского интерфейса [10], позволяющих управлять выделенными элементами модели.