tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2022-8-3-101-116tuzsut-402Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND TELECOMMUNICATIONМетоды адаптивного управления доступностью ресурсов геоинформационных систем в условиях деструктивных воздействийMethods for Adaptive Resource Availability Management of Geoinformation Systems under Destructive Impactshttps://orcid.org/0000-0003-4866-217XГрызуновВ. В.GryzunovV.

Виталий Владимирович Грызунов, кандидат технических наук, доцент кафедры информационных технологий  и систем безопасности 

Петербург, 192007

Vitaly Gryzunov

St. Petersburg, 192007

viv1313r@mail.ruРоссийский государственный гидрометеорологический университетРоссияRussian State Hydrometeorological UniversityRussian Federation20220610202283101116Copyright © Грызунов В.В., 20222022Грызунов В.В.Gryzunov V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/402

Сложность обеспечения доступности ресурсов геоинформационных систем обусловлена волатильной структурой системы, неопределенностью задач пользователя и деструктивных воздействий. В настоящей работе предлагаются методы, позволяющие вполовину снизить вероятность риска информационной безопасности, связанного с нарушением доступности ресурсов. Эффект достигается за счет: 1) сохранения требуемой вероятности достижения цели деятельности системой идентификации, не зависимо от силы деструктивных воздействий; 2) за счет агрегирования производительности отдельных физических элементов системы в виртуальные пулы; 3) за счет преобразования внутренних резервов задач пользователей в резервы производительности. Работа методов оценивалась с помощью имитационной модели, разработанной в среде MATLAB.

The complexity of ensuring the availability of geoinformation systems resources is due to the volatile structure of the system, the uncertainty of user tasks and destructive influences. This paper proposes methods that allow to halve the probability of information security risk associated with the disruption of resource availability. The effect is achieved by: 1) preserving the required probability of achieving the activity goal of the identification system, regardless of the strength of disruptive influences; 2) by aggregating the performance of individual physical system elements into virtual pools; and 3) by converting internal user task reserves into performance reserves. The performance of the methods was evaluated using a simulation model developed in MATLAB environment.

геоинформационная системадеструктивные воздействиядоступность ресурсовидентификацияадаптивное управлениеgeoinformation systemdestructive impactsresource availabilityidentificationadaptive managementReferencesВоронин А.В., Зацаринный А.А. Геоинформационная система как важнейший компонент системы принятия управленческих решений // Системы высокой доступности. 2019. Т. 15. № 3. С. 27‒33. DOI:10.18127/j20729472201903-02Voronin A.V., Zatsarinny A.A. Geoinformation system as the most important component of management decision making system. Sistemy vysokoy dostupnosti. 2019;15(3):27−33. (in Russ.) DOI:10.18127/j20729472-201903-02Лисицкий Д.В., Кацко С.Ю. Пользовательский сегмент единого территориального геоинформационного пространства // Вестник СГУГиТ. 2016. № 4(36). С. 89‒99.Lisitsky D.V., Katsko S.Yu. User segment of unified territorial geoinformation environment. Vestnik of SSUGT. 2016;4(36):89‒99 (in Russ.)Грызунов В.В. Концептуальная модель адаптивного управления геоинформационной системой в условиях дестабилизации // Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. 2021. № 1. С. 102‒108.Gryzunov V.V. Conceptual model of geoinformation system adaptive control under conditions of destabilization. Information Security Problems. Computer Systems. 2021;1:102‒108. (in Russ.)Грызунов В.В., Гришечко А.А., Сипович Д.Е. Выбор наиболее опасных уязвимостей для перспективных информационных систем критического применения // Вопросы кибербезопасности. 2022. № 1(47). С. 66‒75. DOI:10.21681/2311-3456-2022-1-66-75Gryzunov V., Grishechko A., Sipovich D. Selecting the most dangerous vulnerabilities for prospective information systems for critical applications. Voprosy kiberbezopasnosti. 2022;1(47):66‒75. (in Russ.) DOI:10.21681/2311-3456-2022-1-66-75Данилин Г.В., Соколов С.С., Нырков А.П., Кныш Т.П. Мультисервисные сети: методы повышения защищенности данных в условиях сетевых атак // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2020. Т. 9. № 2(50). С. 158‒163. DOI:10.46548/21vek-2020-0950-0028Danilin G.V., Sokolov S.S., Nyrkov A.P., Knysh T.P. Multiservice networks: methods of increasing data security in the conditions of network attacks. XXI Century: Resumes of the Past and Challenges of the Present plus. 2020;9(2-50):158‒163. (in Russ.) DOI:10.46548/21vek-2020-0950-0028Грызунов В.В. Модель геоинформационной системы FIST, использующей туманные вычисления в условиях дестабилизации // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2021. Т. 48. № 1. С. 76‒89. DOI:10.21822/2073-6185-2021-48-1-76-89Gryzunov V.V. FIST geoinformation system model using fog computing in destabilization. Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2021;48(1):76‒89. (in Russ.) DOI:10.21822/2073-6185-2021-48-1-76-89Грызунов В.В. Модель информационно-вычислительной системы, деградирующей в условиях информационнотехнических воздействий // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2015. № 646. С. 93‒102.Gryzunov V.V. Model of degrading computing system during software and hardware attack. Proceedings of the Mozhaisky Military Space Academy. 2015;646:93‒102. (in Russ.)Растригин Л.А. Адаптация сложных систем. Рига: Зинатне, 1981. 375 с.Rastrigin L.A. Adaptation of Complex Systems. Riga: Zinatne Publ.; 1981. 375 p. (in Russ.)Сахаров В.В., Сикарев И.А., Чертков А.А. Автоматизация поиска оптимальных маршрутов и грузовых потоков в транспортных сетях средствами целочисленного линейного программирования // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2018. Т. 10. № 3. С. 647‒657. DOI:10.21821/23095180-2018-10-3-647-657Saharov V.V., Sikarev I.A., Chertkov A.A. Automating search optimal routes and goods flows in transport networks means the integer linear programming. Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S.O. Makarova. 2018;10(3):647‒657. (in Russ.) DOI:10.21821/2309-5180-2018-10-3-647-657Зализнюк А.Н., Присяжнюк С.П. Стратегическое планирование геоинформационного обеспечения систем управления // Информация и космос. 2016. № 4. С. 130‒132.Zaliznyuk A.N., Prisyazhnyuk S.P. Strategic planning of geoinformation support for control systems. Information and Space. 2016;3:130‒132. (in Russ.)Зегжда Д.П. Лавровa Д.С., Павленко Е.Ю. Управление динамической инфраструктурой сложных систем в условиях целенаправленных кибератак // Известия РАН. Теория и системы управления. 2020. № 3. С. 50‒63. DOI:10.31857/S0002338820020134Zegzhda D.P. Lavrova D.S., Pavlenko E.Y. Management of a dynamic infrastructure of complex systems under conditions of directed cyber attacks. Journal of Computer and Systems Sciences International. 2020;59(3):358‒370. (in Russ.) DOI:10.1134/S1064230720020124Gryzunov V.V. Model of a distributed information system solving tasks with the required probability // Information and Control Systems. 2022. № 1. PP. 19–29. DOI:10.31799/1684-8853-2022-1-19-29Gryzunov V.V. Model of a distributed information system solving tasks with the required probability. Information and Control Systems. 2022;1:19–29. DOI:10.31799/1684-8853-2022-1-19-29Кузнецова А.П., Монахов Ю.М. Постановка задачи адаптивного управления очередями для повышения доступности узлов в сетях TCP/IP с частыми потерями кадров // XIII международная научно-техническая конференция «Перспективные технологии в средствах передачи информации» (ПТСПИ-2019, Владимир, Россия, 3–5 июля 2019). Владимир: Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, 2019. С. 75‒78.Kuznetsova A.P., Monakhov Yu.M. Setting the problem of adaptive queue management to increase the availability of nodes in TCP / IP networks with frequent frame losses. Proceedings of the XIIIth International Scientific and Technical Conference on Promising Technologies in the Means of Information Transmission, PTSPI-2019, 3‒5 July 2019, Vladimir, Russia. Vladimir: Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs Publ.; 2019. p.75‒78. (in Russ.)Kephart J.O., Chess D.M. The vision of autonomic computing // Computer. 2003. Vol. 36. Iss. 1. PP. 41–50. DOI:10.1109/MC.2003.1160055Kephart J.O., Chess D.M. The vision of autonomic computing. Computer. 2003;36(1):41–50. DOI:10.1109/MC.2003.1160055Angelopoulos K., Papadopoulos A.V., Silva Souza V.E., Mylopoulos J. Model predictive control for software systems with CobRA // Proceedings of the 38th International Conference on Software Engineering (ICSE '16, Austin, USA, 14‒22 May 2016). ACM, 2016. PP. 35–46. DOI:10.1145/2897053.2897054Angelopoulos K., Papadopoulos A.V., Silva Souza V.E., Mylopoulos J. Model predictive control for software systems with CobRA. Proceedings of the 38th International Conference on Software Engineering, ICSE '16, 14‒22 May 2016, Austin, USA. ACM; 2016. p.35–46. DOI:10.1145/2897053.2897054Peng X., Chen B., Yu Y., Zhao W. Self-tuning of software systems throughdynamic quality tradeoff and value-based feedback control loop // Journal of Systems and Software. 2012. Vol. 85. Iss. 12. PP. 2707–2719. DOI:10.1016/j.jss.2012.04.079Peng X., Chen B., Yu Y., Zhao W. Self-tuning of software systems throughdynamic quality tradeoff and value-based feedback control loop. Journal of Systems and Software. 2012;85(12):2707–2719. DOI:10.1016/j.jss.2012.04.079Басыня Е. А. Программная реализация и исследование системы интеллектуально-адаптивного управления информационной инфраструктурой предприятия // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2020. № 1(65). С. 6‒21.Basinya E.A. Software Implementation and Research of the System for Intellectually Adaptive Management of the Enterprise Information Infrastructure. Vestnik of Samara State Technical University (Technical Sciences Series). 2020;1(65): 6‒21. (in Russ.)Gatouillat A., Badr Y., Massot B. Smart and safe self-adaption of connected devices based on discrete controllers // IET Software. 2019. Vol. 13. Iss. 1. PP. 49‒59. DOI:10.1049/iet-sen.2018.5029Gatouillat A., Badr Y., Massot B. Smart and safe self-adaption of connected devices based on discrete controllers. IET Software. 2019;13(1):49‒59. DOI:10.1049/iet-sen.2018.5029Burlov V.G., Gryzunov V.V., Tatarnikova T.M. Threats of information security in the application of GIS in the interests of the digital economy // Journal of Physics: Conference Series. Proceedings of the XXIIIth International Conference on Soft Computing and Measurement (SCM'2020, 27‒29 May 2020). 2020. Vol. 1703. P. 012023. DOI:10.1088/1742-6596/1703/1/012023Burlov V.G., Gryzunov V.V., Tatarnikova T.M. Threats of information security in the application of GIS in the interests of the digital economy. Journal of Physics: Conference Series. Proceedings of the XXIIIth International Conference on Soft Computing and Measurement, SCM'2020, 27‒29 May 2020. IOP Publ.; 2020. vol.1703. p.012023. DOI:10.1088/1742-6596/1703/1/012023Young R., Fallon S., Jacob P. A Governance Architecture for Self-Adaption & Control in IoT Applications // Proceedings of the 5th International Conference on Control, Decision and Information Technologies (CoDIT, Thessaloniki, Greece, 10‒13 April 2018). IEEE, 2018. PP. 241‒246. DOI:10.1109/CoDIT.2018.8394824Young R., Fallon S., Jacob P. A Governance Architecture for Self-Adaption & Control in IoT Applications. Proceedings of the 5th International Conference on Control, Decision and Information Technologies, CoDIT, 10‒13 April 2018, Thessaloniki, Greece. IEEE; 2018. p.241‒246. DOI:10.1109/CoDIT.2018.8394824Alfonso I., Garcés K., Castro H., Cabot J. Self-adaptive architectures in IoT systems: a systematic literature review // Journal of Internet Services and Applications. 2021. Vol. 12. P. 14. DOI:10.1186/s13174-021-00145-8Alfonso I., Garcés K., Castro H., Cabot J. Self-adaptive architectures in IoT systems: a systematic literature review. Journal of Internet Services and Applications. 2021;12:14. DOI:10.1186/s13174-021-00145-8Moghaddam M.T., Muccini H. Fault-Tolerant IoT // Proceedings of the 11th International Workshop on Software Engineering for Resilient Systems (SERENE 2019, Naples, Italy, 17 September 2019). Cham: Springer, 2019. PP. 67‒84. DOI:10.1109/JIOT.2017.2717704Moghaddam M.T., Muccini H. Fault-Tolerant IoT. Proceedings of the 11th International Workshop on Software Engineering for Resilient Systems, SERENE 2019, 17 September 2019, Naples, Italy. Cham: Springer; 2019. p.67‒84. DOI:10.1109/JIOT.2017.2717704Грызунов В.В. Методика решения измерительных и вычислительных задач в условиях деградации информационно-вычислительной системы // Вестник СибГУТИ. 2015. № 1(29). С. 35‒46.Gryzunov V. Problem Solving Method of Measuring and Calculating Tasks under Conditions of Data Computing System Degradation. Vestnik SibGUTI. 2015;1(29):35‒46. (in Russ.)Бершадский А.М., Курилов Л.С., Финогеев А.Г. Исследование стратегий балансировки нагрузки в системах распределенной обработки данных // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2009. № 4(12). С. 38‒48.Bershadsky A.M., Kurilov L.S., Finogeev A.G. Study of Load Balancing Strategies in Distributed Data Processing Systems. University proceedings. Volga region. Technical sciences. 2009;4:38‒48. (in Russ.)Agrawal D., Jaiswal H.L., Singh I., Chandrasekaran K. An Evolutionary Approach to Optimizing Cloud Services // Computer Engineering and Intelligent System. 2012. Vol. 3. Iss. 4. PP. 47–55.Agrawal D., Jaiswal H.L., Singh I., Chandrasekaran K. An Evolutionary Approach to Optimizing Cloud Services. Computer Engineering and Intelligent System. 2012;3(4):47–55Фраленко В.П., Агроник А.Ю. Средства, методы и алгоритмы эффективного распараллеливания вычислительной нагрузки в гетерогенных средах // Программные системы: теория и приложения. 2015. Т. 6. № 3(26). С. 73‒92.Fralenko V.P., Agronik A.Yu. Tools, methods and algorithms for the efficient parallelization of computational loading in heterogeneous environments. ProgramSakellariou R., Zhao H. A hybrid heuristic for DAG scheduling on heterogeneous systems // Proceedings of the 18th International Parallel and Distributed Processing Symposium (Santa Fe, USA, 26‒30 April 2004). IEEE, 2004. P. 111. DOI:10.1109/IPDPS.2004.1303065Sakellariou R., Zhao H. A hybrid heuristic for DAG scheduling on heterogeneous systems. Proceedings of the 18th International Parallel and Distributed Processing Symposium, 26‒30 April 2004, Santa Fe, USA. IEEE; 2004. p.111. DOI:10.1109/IPDPS.2004.1303065Багрич А.И., Кустов В.Н. Устройство для решения задач сетевого планирования. Авторское свидетельство SU 1575199 от 06.05.1988. Опубл. 30.06.1990.Bagrich A.I., Kustov V.N. Device for Solving Problems of Network Analysis. Copyright certificate USSR, no. 1575199 A1, 30.06.1990. (in Russ.)Басыров А.Г., Кошель И.Н. Алгоритм планирования параллельных вычислений в деградирующей бортовой вычислительной системе космического аппарата // Труды Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского. 2021. № 676. С. 17‒26.Basyrov A.G., Koshel I.N. Algorithm for Scheduling Parallel Computing in a Degrading Spacecraft Onboard Computer System. Proceedings of the Mozhaisky Military Space Academy. 2021;676:17‒26. (in Russ.)Басыров А.Г., Калюжный А.В., Широбоков В.В. Технология энергосберегающих функционально-распределённых вычислений в кластере микроспутников дистанционного зондирования Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 2. С. 65‒74. DOI:10.21046/2070-7401-2020-17-2-65-74Basyrov A.G., Kalyuzhnyy A.V., Shirobokov V.V. Technology of Energy-Saving Functional Distributed Computing in a Cluster of Earth Remote Sensing Microsatellites. Current problems in remote sensing of the Earth from space. 2020;17(2):65‒74. (in Russ.) DOI:10.21046/2070-7401-2020-17-2-65-74Бурлов В.Г., Грызунов В.В., Сипович Д.Е. Адаптивное управление доступностью в геоинформационной системе, использующей туманные вычисления // International Journal of Open Information Technologies. 2021. Т. 9. № 9. С. 74‒87.Burlov V., Gryzunov V., Sipovich D. Adaptive Accessibility Management in Geographic Information Systems Using Fog Computing. International Journal of Open Information Technologies. 2021;9(9):74‒87. (in Russ.)Jia B., Hu H., Zeng Y., Xu T., Yang Y. Double-matching resource allocation strategy in fog computing networks based on cost efficiency // Journal of Communications and Networks. 2018. Vol. 20. Iss. 3. PP. 237–246. DOI:10.1109/JCN.2018.000036Jia B., Hu H., Zeng Y., Xu T., Yang Y. Double-matching resource allocation strategy in fog computing networks based on cost efficiency. Journal of Communications and Networks. 2018;20(3):237–246. DOI:10.1109/JCN.2018.000036Sun Y., Lin F., Xu H. Multi-objective Optimization of Resource Scheduling in Fog Computing Using an Improved NSGA-II // Wireless Personal Communications. 2018. Vol. 102. PP. 1369–1385. DOI:10.1007/s11277-017-5200-5Sun Y., Lin F., Xu H. Multi-objective Optimization of Resource Scheduling in Fog Computing Using an Improved NSGA-II. Wireless Personal Communications. 2018;102:1369–1385. DOI:10.1007/s11277-017-5200-5Стародубцев Ю.И., Иванов С.А., Закалкин П.В., Вершенник Е.В. Методика определения оптимальной периодичности контроля состояния сложного объекта // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2021. № 3-4(153-154). С. 81‒89.Starodubtsev Yu.I., Ivanov S.A., Zakalkin P.V., Vershennik E.V. Methods for determining the optimal frequency of complex object state monitoring. Military Enginery. Scientific and Technical Journal. Counter-terrorism technical devices. Issue 16. 2021;3-4(153-154):81‒89. (in Russ.)Синев С.Г., Сорокин М.А., Стародубцев П.Ю., Сухорукова Е.В. Способ определения оптимальной периодичности контроля состояния процессов. Патент на изобретение RU 2623791 C от 25.01.2016. Опубл. 29.06.2017.Sinev S.G., Sorokin M.A., Starodubtsev P.Yu., Sukhorukova E.V. Method of Determination of Optimal Periodicity of Control of Processes State. Patent RF, no. 2623791 C, 06.29.2017. (in Russ.)Фролков Е.В., Шатунов А.В. Способ определения периодичности контроля оперативного запоминающего устройства при функционировании в радиационных условиях космического пространства на солнечно-синхронной орбите. Патент на изобретение RU 2438163 C1. Опубл. 27.12.2011.Frolkov E.V., Shatunov A.V. Method of Determining Periodicity of Inspecting Random Access Memory During Operation in Radiation Conditions of Cosmic Space on Sun-Synchronous Orbit. Patent RF, no. 2438163 C1, 27.12.2011. (in Russ.)Disruption Tolerant Mobile Wireless Networks // Meshdynamics. URL https://meshdynamics.com/military-meshnetworks.html (дата обращения 20.07.2022)Meshdynamics. Disruption Tolerant Mobile Wireless Networks. URL: https://meshdynamics.com/military-meshnetworks.html [Accessed 20th July 2022]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.