Моделирование процесса выбора состава технических средств системы физической защиты

В современных условиях сложной криминогенной обстановки в мире и РФ вопросы обеспечения безопасности промышленных объектов приобретают особую актуальность. Определенную опасность для крупных промышленных объектов представляют злоумышленные несанкционированные действия физических лиц (нарушителей): террористов, преступников, недобросовестных конкурентов. Результаты их действий не предсказуемы: от хищения имущества и финансовой документации до создания чрезвычайной ситуации на объекте (пожар, разрушение, затопление, авария, и т. п.). Одной из эффективных превентивных мер по обеспечению безопасности важных промышленных объектов может стать создание системы охраны от несанкционированного проникновения — системы физической защиты (СФЗ).

Система физической защиты представляет собой совокупность технических средств, правовых и организационных норм, реализующих выполнение мероприятий, направленных:

• на субъект угрозы с целью его физической нейтрализации;

• объект охраны с целью повышения его стойкости угрожающим воздействиям;

• физическую среду, разделяющую субъект угрозы и объект охраны с целью замедления (задержки) и ослабления угрожающих воздействий.

Отсюда следует, что чрезвычайно важным в области охраны объектов является создание максимально эффективной системы физической защиты. Однако выбор сочетаний организационных мероприятий и технических средств для достижения необходимого и достаточного уровня защищенности объекта является трудной и слабоформализованной задачей.

Для обеспечения качества и снижения трудоемкости работ при разработке описанных систем физической защиты могут быть использованы программные комплексы для проектирования (ПКП), основанные на математических методах выбора технических решений и их оптимизации при проектировании систем физической (СФЗ) защиты в целом, в дальнейшем называемые ПКП СФЗ.

Целью работы является разработка математических моделей, алгоритмов и методов автоматизации процессов анализа и выбора элементов системы физической защиты и создание на их основе программного комплекса.

Методология и методы исследования. При выполнении теоретических исследований и реализации поставленной цели использовались методы системно-структурного анализа и декомпозиции, теория проектирования, теория принятия решений (теория многокритериального выбора) и экспертных оценок, теория графов, теория нечетких множеств, теория вероятности, численные методы оптимизации, теория и методология защиты информации. Нау чная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложен способ формализованного описания объекта защиты, основанного на построении модели данных, состоящей из множества структурных элементов объекта, отношений между ними и способов их формирования, позволяющий оценить риски и угрозы для физической системы защиты.

2. Разработана математическая модель в виде двудольного графа для оценки рисков и угроз объекта защиты на основе аппарата нечетких множеств с определением их показателей.

3. Предложен формализованный метод оценки стойкости и защищенности комплекса систем физической защиты.

4. Разработан метод выбора рационального состава средств защиты, на основе расчета показателя защищенности и показателя затрат для проектируемой системы физической защиты.

Практическую ценность составляют: 1. Созданный в соответствии с разработанными методиками программный комплекс моделирования процессов для проектирования и мониторинга систем физических защиты.

2. Предложенные универсальные алгоритмы и программно-методические модули выбора состава средств СФЗ.

3. Разработанный ПКП СФЗ, позволяющий моделировать объект защиты и формировать план-схему размещения технических средств защиты на объекте.

4. Созданный набор модулей ПКП СФЗ, ориентированный на получение документированных проектов систем телевизионного видеонаблюдения, охранно-пожарной сигнализации и инженерно-технической укрепленности.

В первой главе дается обзор функций и задач системы физической защиты, её состава и анализируются возможности её комплексного проектирования.

Проведен анализ современного состояния работ по моделированию процесса проектирования систем физической защиты. Рассматриваются вопросы создания системы физической защиты в условиях применения отдельных элементов САПР организационно-технических систем на основе математического моделирования. В связи с потребностью быстрого внедрения высокоэффективных систем безопасности на российских предприятиях и государственных учреждениях, а следовательно, и осуществления быстрой и качественной подготовки проектов, обоснована актуальность в создании программного комплекса для проектирования системы физической защиты.

Вопросы разработки и проектирования систем физической защиты рассматривались в работах В. И. Аверченкова [1,4,5,7,8,9,11,12], Гарсия Оз [37], В. А. Герасименко [33], С. С. Корта [59], А. Г. Корченко [65], В. В. Доморева [48,49], М. Ю. Рытова [74,75,76], A.A. Торокина [81], В. И. Ярочкина [85,86] и др. Методы автоматизации и моделирования сложных технических систем рассматривали в своих работах A.A. Рындин [77], В. Н. Спицнадель [78], И. П. Норенков [66] и др.

Система физической защиты включает совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, методические и руководящие материалы. Угрозы и воздействие злоумышленников требуют обеспечить качественное её функционирование, следовательно, процесс проектирования системы физической защиты должен быть формализован. На основе выполненного обзора методов моделирования при проектировании, определены требования, которым должна отвечать модель системы физической защиты. Были проанализированы современные отечественные и зарубежные системы, на основе анализа установлено, что в настоящий момент отсутствуют или не достаточно проработаны модели, алгоритмы и методы физической защиты.

Создание подобной системы, способной моделировать объект защиты и информационные риски и проектировать инженерно-техническую защиту, формировать техническое задание для объекта защиты позволит:. адекватно и своевременно противодействовать злоумышленникам-. повысить качество принимаемых решений при создании системы защиты- • осуществить оптимальный выбор средств физической защиты-. сократить время на проектирование и ввод в эксплуатацию системы защиты-. качественно подготовить документацию необходимую для проектированиямонтажа и эксплуатации средств защиты.

Проведен анализ требований, предъявляемых к математическим моделям физической защиты для обеспечения процесса проектирования систем физической защиты за счет правильной оценки эффективности принимаемых решений и выбора рационального варианта технической реализации системы физической защиты. Определены основные теории и методы, позволяющие формализовать процессы обеспечения физической защиты.

Во второй главе рассмотрены способы моделирования процесса физической защиты в виде множества структурных элементов объекта, их свойств, отношений между ними и способов их формирования. Моделирование процесса физической защиты представляет собой сложную задачу, для решения которой применяются методы декомпозиции и приведения сложной задачи к формальному описанию.

Для построения математической модели процесса физической защиты при проектировании рассматриваемых систем физической защиты наиболее подходящей является модель системы с полным перекрытием (модель Клементса-Хофмана). Она позволяет оценить защищенность системы, рассчитать затраты на построение системы защиты, а так же определить оптимальный вариант построения системы физической защиты. При реализации данной модели были использованы теория графов для представления системы защиты, теория нечетких множеств — для определения значений вероятностных величин и теория вероятностей — для расчета интегральных вероятностных показателей.

При принятии решения о выборе наилучшего варианта средств физической защиты возникает задача определения важности требований, предъявляемых к параметрам СФЗ, которую возможно оценить, используя численные методы. Для решения задачи определения веса критериев принятия решения в условиях неопределенности для системы физической защиты, применялся метод нормализации и свертки, как наиболее эффективный.

Проведен расчет показателей защищенности и затрат при проектировании системы физической защиты для различных вариантов компоновки средств защиты.

Третья глава посвящена созданию программного комплекса проектирования системы физической защиты.

На основе предложенного подхода к созданию прикладных программ разработана структурно — функциональная схема автоматизированной системы проектирования системы физической защиты. Созданы универсальные алгоритмы программно — методических модулей, входящих в состав системы.

Процесс проектирования СФЗ объекта начинается с ввода исходных данных об объекте защиты, основными из которых являются сведения, характеризующие объект защиты и его материальные ценности. Структурирование информации об объекте проводится путем классификации данных в соответствии со структурой, функциями и задачами организации с привязкой материальных ценностей к источникам и местам хранения.

Задача моделирования объектов защиты состоит в объективном описании и анализе объекта защиты, мест базирования материальных ценностей и существующей системы их защиты. Модель защищаемого объекта (кабинет, этаж, здание, прилегающая территория) должна быть представлена в САПР СФЗ в виде некоторой структуры данных. Свойствами этой структуры являются наиболее важные характеристики объекта, такие как этажность, площадь защищаемого объекта, толщина перекрытий, типы остекления, количество входов и т. д. Моделирование объектов защиты так же включает: определение источников носителей информации, описание пространственного расположения основных мест размещения носителей информации, описание с указанием характеристик существующих преград на путях распространения носителей с информацией и материальных ценностей за пределы контролируемых зон. На основе полученных сведений строится и иерархическая модель объекта защиты.

После создания модели защищаемого объекта происходит проектирование системы его защиты. В соответствии с принципами системного подхода, каждый элемент в программном комплексе проектируется отдельным модулем, что позволяет расширять возможности системы.

В системе физической защиты основополагающим является инженерно-техническая укрепленность, т.к. позволяет максимально затруднить проникновение злоумышленника на защищаемый объект. Модуль проектирования инженерно-технической укрепленности позволяет оценить и категорировать помещения защищаемого объекта в соответствии с хранящимися в них материальными ценностями. Оценка основных конструктивных элементов помещений таких как: стены, потолочные и половые перекрытия, вентиляционные ходы и отверстия, оконные и дверные проемы позволяет оценить их взломоустойчивость, в случае их недостаточной стойкости предложить варианты по их модернизации или замене. Данные меры позволят существенно увеличить время, необходимое злоумышленнику для проникновения на защищаемый объект, и увеличит запас времени реагирования специализированных подразделений для задержания злоумышленника.

В разработанной системе заложена возможность добавления новых методов и средств физической защиты, на основе которых возможно осуществлять процесс проектирования. Алгоритмы, заложенные в модули оптимизации, документооборота, построения деревьев файловой структуры, являются универсальными.

Разработано информационное обеспечение программного комплекса. Базы данных, используемые в автоматизированной системы проектирования системы физической защиты, представлены в виде внешних баз данных. Все данные хранящиеся в автоматизированной системе приведены в универсальный формат доступный всем проектным модулям, что позволит в случае расширения системы пользоваться уже хранящимися данными или их производными. Также такой способ хранения данных позволяет осуществлять более быстрый доступ к необходимой информации. Постоянно прогрессирующие методы и средства физической защиты ставят задачу постоянного обновления баз методов и средств защиты, поэтому в автоматизированной системе предусмотрена возможность пополнения баз данных современными средствами физической защиты.

Дано описание информационного обеспечения автоматизированной системы, которое является открытым для внесения изменений, пополнения, и копирования, для создания на его основе новой модификации информационного обеспечения.

В четвертой главе приведен порядок проектирования системы физической защиты в разработанной системе, и представлены результаты работы с необходимым организационным обеспечением. Выполнен расчет оценки экономического эффекта от внедрения автоматизированной системы проектирования системы физической защиты.

На основе предложенного подхода к созданию прикладных объектно-ориентированных программ разработана структурно-функциональная схема программного комплекса проектирования системы физической защиты.

Результаты работы были использованы при реализации целевой программы «Информатизация Брянской области на 2007;2010 гг.» (Раздел 7. п/п 25 «Разработка и реализация комплексной системы физической защиты и физической защиты в органах государственного и муниципального управления»), были отмечены дипломом третьей степени на конкурсе «Конкурентные преимущества Брянской области и пути возрождения её экономического потенциала в современных условиях" — используются в учебном процессе при подготовке специалистов по защите информации в БГТУв ряде специализированных проектно-монтажных организациях решающих задачи обеспечения физической защиты.

Результаты работы используются при чтении лекций и проведении лабораторных работ по дисциплинам «Инженерно-техническая защита информации», «Комплексные системы физической защиты» и «Методология физической защиты» в Брянском государственном техническом университете.

При выполнении работы были получены следующие основные выводы и результаты:

1. Разработана методика моделирования объекта проектирования в виде графа древовидной структуры, на основе которой получен алгоритм процесса проектирования систем физической защиты.

2. Показана возможность моделирования процесса защиты, состоящей из множества структурных элементов, отношений между ними и способов их формирования, что позволяет описывать объект защиты и количественно определять факторы угроз.

3. Рассмотрена структура и механизм построения математической модели процесса защиты с полным перекрытием, определяющая рациональный вариант построения системы защиты, а так же позволяет оценить защищенность системы и рассчитать затраты на построение системы физической защиты.

4. Разработан алгоритм расчета требований к элементам системы физической защиты, учитывающий особенности построения модели системы физической защиты и её отдельных элементов, рекомендуемый для автоматизированного проектирования системы физической защиты.

5. Разработаны универсальные алгоритмы программно — методических модулей, входящих в автоматизированную систему проектирования системы физической защиты, позволяющие расширять возможности системы. Они могут применяться при разработке систем автоматизированного проектирования широкого класса систем безопасности.

6. Предложен универсальный подход к формированию прикладных программных комплексов для проектирования систем безопасности на основе использования современных подходов формирования программно-методических модулей быстрого наполнения, которые позволяют автоматизировать проектирование систем защиты для различных объектов защиты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенных исследований достигнута основная цель работы — разработана математическая модель и алгоритмы автоматизации процессов анализа и выбора элементов системы физической защиты, и на их основе создан программный комплекс для проектирования системы физической защиты.

Эта модель была использована в ходе работ по созданию программного комплекса для проектирования системы физической защиты в ОАО «Интехно». Внедрение модели процесса выбора состава технических средств системы физической защиты на этапе подготовки технического задания в этой организации показало возможность значительного сокращения временных и материальных затрат, повышения качества выполнения проектных работ и производительности труда конструкторов.

Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на 60-ой — студенческой научной конференции, г. Брянск: БГТУ 2005 г.- V Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов г. Томск 2006 г.- Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Безопасность и противодействие терроризму» Алтай 2006 г.- VI Всероссийской научно-технической конференции. «Инновационные недра Кузбасса. 1Т-технологии». г. Кузбасс 2006 г.- II Международной научно практической конференции. «Международная ассоциация славянских вузов г. Брянск. 2006 г.- Тезисах докладов 14-й Всероссийской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика-2007» г. Зеленоград 2007 г.- Всероссийской научно-практической Интернет конференции 2006 г. (www.confib.rseu.ru) — Всероссийской научной конференции «Мавлютовские чтения», г. Уфа 2007 г.- 1-й Региональной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Проблемы современной России и тутти их решения» г. Брянск. 2007 г.