Разработка методики взаимодействия удалённых защищенных инфокоммуникационных систем при совместном обслуживании заявки

Масштабность программ информатизации, высокая скорость внедрения инфокоммуникационных технологий во все сферы производства и жизнедеятельности людей, приводит к тому, что решаемые с помощью компьютерных систем задачи или разрабатываемые системы зачастую распределены и неоднородны. Одновременно растет и многообразие сетевых протоколов, обслуживающих взаимодействия систем друг с другом.

Взаимодействующие системы во многих случаях управляются различными организациями, не имеют общей цели и созданы различными разработчиками. Таким образом, при взаимодействии удаленных инфокоммуникационных систем возникает ряд новых задач, имеющих важное практическое значение в таких областях как распределенное решение сложных задач, совместное предоставление услуг, совместная распределенная разработка компьютерных программ, оптимизация бизнес-процессов и моделирование интегрированных производственных систем.

Свойства распределенности и децентрализованное&tradeв некоторых случаях дополняются свойством открытости: состав и функциональные характеристики взаимодействующих систем могут изменяться в процессе взаимодействия систем. В отсутствии единого проекта всех взаимодействующих систем, создание и развитие происходит в виде технической эволюции, поэтому аналитику или проектировщику требуются новые методы работы с такого рода системами.

Научные исследования в области взаимодействия инфокоммуникационных систем на данный момент представлены в нескольких научных направлениях: в теории операций, в теории массового обслуживания, алгоритмах маршрутизации, в исследованиях, посвященных искусственному интеллекту (в теории конечных автоматов и исследованиях по многоагентным системам). Отдельно развивается направление криптографических алгоритмов и протоколов, содержащее важные результаты по защите информации, но данные результаты редко применяются на стадии проектирования алгоритмов взаимодействия компонент систем.

Все перечисленные направления развиваются достаточно обособлено и среди доступных работ практически отсутствуют примеры комплексной проработки вопроса взаимодействия инфокоммуникационных систем. Таким образом, проблемы организации совместного обслуживания множеством интеллектуальных агентов, возможность их координации и обеспечения защищенной работы продолжают оставаться актуальными. В данной диссертационной работе поставлена задача обобщить имеющийся опыт, предложить на его основе модель инфокоммуникационной системы и разработать методику исследования взаимодействия инфокоммуникационных систем.

Необходимо подчеркнуть важную роль алгоритмов защиты информации и установления доверия, рассмотренных в данной работе, так как их включение во взаимодействие приводит к существенным изменениям в архитектуре и алгоритмах работы. Поскольку реализация распределенной инфокоммуникационной системы, независимые агенты которой взаимодействуют через открытые каналы связи, диктует серьезные требования по информационной безопасности, то отсутствие их учета в методике рассмотренных механизмов существенно снизило бы практическую значимость предложенной методики.

Разработка технологий интеллектуальных программных агентов и создание методики их взаимодействия является одной из наиболее важных и многообещающих областей исследования в сфере информационных и коммуникационных технологий, где сегодня происходит интеграция технологий передачи данных, методов искусственного интеллекта и систем объектно-ориентированного проектирования.

Разработанная методика достаточно полно покрывает круг теоретических вопросов, возникающих при реализации защищенного взаимодействия инфокоммуникационных систем, и снабжает конструктора или архитектора программного обеспечения моделью и набором методов для решения практических задач.

Целью диссертационной работы является разработка методики анализа и проектирования взаимодействия распределенных инфокоммуникационных систем, представленных в виде множества взаимодействующих агентов, построение общей модели инфокоммуникационной системы, исследование компонент инфокоммуникационных систем и алгоритмов их безопасного взаимодействия.

Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:

• Анализ преимуществ и недостатков существующих подходов интеграции удаленных инфокоммуникационных систем,.

• Построение теоретической сервисной модели взаимодействия удаленных защищенных информационных систем,.

• Разработка вероятностной модели обслуживания заявки и получение набора ключевых показателей для выбора стратегии поведения,.

• Анализ источников угроз информационной безопасности и построение модели нарушителя в открытой многоагентной инфокоммуникационной системе,.

• Разработка архитектуры и методики взаимодействия агентов удаленных инфокоммуникационных систем,.

• Разработка и внедрение предложенной архитектуры и методики для взаимодействия нескольких организаций, вовлеченных в совместный процесс обслуживания заявок.

Методологической основой исследования являются методика исследования локально-организованных систем, описанная в работах В. Л. Стефанюка [1], методология агентно-ориентированного анализа и конструирования, разработанная в работах Вулдриджа, Дженнингса и Кинни [2], а также методики моделирования информационной безопасности систем, изложенной в работах Гогена и Месгуера [3].

Теоретическую основу исследования составили работы по многоагентным системам Тарасова В. Б. [4], [5], Варшавского В. И. [6], Поспелова Д. А. [7], Н. Дженнингса [8], [9], теории иерархических [10] и локально-организованных систем [1], теории акторов и распределенных вычислений [11], [12] и работы по криптографическим протоколам [13].

Опытно-экспериментальной базой исследования являлись отечественные разработки в области программных коммутаторов и алгоритмов маршрутизации голосовых соединений, интеграционные проекты по организации взаимодействия систем управления через сервисную шину, проект по реализации информационно-справочных услуг в телефоне нового поколения с помощью веб-сервисов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в ней решен комплекс теоретических и практических проблем взаимодействия распределенных инфокоммуникационных систем, представленных в виде множества взаимодействующих агентов. А именно:

1. Разработана методика взаимодействия удаленных защищенных инфокоммуникационных систем, позволяющая исследовать и проектировать инфокоммуникационные системы, построенные на основе множества взаимодействующих агентов.

2. Разработана модель инфокоммуникационной системы, отражающая современные технологические тенденции создания распределенных и открытых систем. Раскрыт и обоснован состав ролей агентов в модели инфокоммуникационной системы.

3. Предложены алгоритмы взаимодействия агентов, повышающие качество обслуживания и сокращающие количество повторных посылок заявок.

4. Предложены способы защиты на основе анализа угроз безопасности, возникающих при взаимодействии агентов удаленных инфокоммуникационных систем в разработанной модели.

Практическая значимость исследования определена возможностью использования содержащихся в нем моделей и методов взаимодействия в практических задачах:

• организация маршрутизации телефонных вызовов в пакетных сетях (1Р-телефония),.

• интеграция разрозненных систем управления внутри одной организации,.

• совместное предоставление услуг и построение цепочек предоставления услуг от источников к конечному потребителю составной услуги,.

• предоставление информационно-справочных услуг по распределённым источникам информации.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модель инфокоммуникационной системы на основе взаимодействующих программных агентов. Взаимодействие между агентами осуществляется в виде заявок-сообщений, которые соответствуют обращению к определенным сервисам агента.

2. Вероятностная модель обслуживания заявки и сценарии выбора времени ожидания обработки заявки, основанные на численных метриках.

3. Модель угроз информационной безопасности в инфокоммуникационной системе, являющейся открытой для подключения новых агентов.

4. Методы защиты взаимодействия агентов в виде сценариев и анализ их надежности.

5. Многоагентная архитектура инфокомуникационной системы, основывающаяся на разделении ролей и обеспечивающая защищенное взаимодействие компонент системы в открытой информационной среде.

6. Методика исследования и организации взаимодействия в инфокоммуникационных системах при совместном обслуживании заявки.

Апробация и внедрение результатов исследования.

Основные результаты диссертационной работы обсуждались на 48-й и 50-й научной конференции «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Москва, 2005, 2007) [14], [15], на 30-й конференции молодых ученых и специалистов ИППИ РАН «Информационные технологии и системы» (Звенигород, 2007) [16]. Результаты, связанные с обеспечением безопасности взаимодействия обсуждались на Международном форуме информатизации «Телекоммуникационные и вычислительные системы» на секции «Безопасность. Охрана и защита информации» (Москва, 2007) [17], [18]. Разработанная методика взаимодействия обсуждалась на VII Международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации» (Владимир-Суздаль, 2007) [19]. Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующим актом.

По теме диссертации опубликовано 9 работ. Из них 3 статьи и 6 докладов в материалах всероссийских и международных конференций.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Горшков Т. Ю. Методика взаимодействия защищенных удаленных инфокоммуникационных систем при совместном обслуживании заявки // Инженерная Физика, № 4. — 2008.

2. Горшков Т. Ю. Методы защиты информации при взаимодействии инфокоммуникационных систем / Т. Ю. Горшков, Т. А. Буланова // Инженерная Физика, № 4. — 2008.

3. Горшков Т. Ю. Модель взаимодействия удаленных инфокоммуникационных систем // Приборы и Системы. Управление. Контроль. Диагностика, № 2. — 2008. — С.12−16.

4. Горшков Т. Ю. Источники угроз и модель нарушителя в открытой многоагентной инфокоммуникационной системе // Международный форум информатизации (МФИ-2007): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы». -М.: МТУ СИ. — 2007. — С. 203 — 205.

5. Горшков Т. Ю. Сервисная модель взаимодействия защищенных удаленных инфокоммуникационных систем // Международный форум информатизации (МФИ-2007): Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы». —М.: МТУСИ. — 2007. — С. 200 — 203.

6. Горшков Т. Ю. Модель взаимодействия многоагентных систем при совместном обслуживании заявки // Сборник трудов конференции «Информационные технологии и системы» (ИТиС-2007). — г. Звенигород: ИППИ. — 2007. — С. 162 — 165.

7. Горшков Т. Ю. Разработка методики взаимодействия защищенных инфокоммуникационных систем при совместном обслуживании заявки // Тр. VII международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации — ПТСПИ'2007». — Владимир: «РОСТ», — 2007.

8. Горшков Т. Ю. Методика взаимодействия инфокоммуникационных систем при совместном обслуживании заявки // Труды 50-й юбилейной научной конференции «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». Часть 1. — М.: МФТИ. — 2007. — С. 31−33.

9. Горшков Т. Ю. Модель логики и методы доказательства в семантической сети // Труды 48-й научной конференции «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». Часть 1. — М.: МФТИ. — 2005. — С. 31−33.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 139 страниц, из них 129 — основной текст, 10 -список литературы из 78 наименований, в том числе 32 — отечественной, 46 — зарубежной. Работа содержит 54 рисунка и 4 таблицы.

Выводы.

В проведённой работе предпринята попытка обобщения накопленного научного опыта по организации взаимодействия систем для того, чтобы построить модель инфокоммуникационной системы, и для разработки методики исследования взаимодействия входящих в неё подсистем.

Анализ существующих моделей описания взаимодействия агентов и подходов интеграции удаленных инфокоммуникационных систем, позволил построить сервисную модель взаимодействия удаленных защищенных информационных систем. Главным отличием и научной новизной предложенной сервисной модели от моделей, подобных контрактной сети, является отсутствие явной фазы торгов по каждой выполняемой заявке при сохранении гибкости и динамичности организации взаимодействия. Агент-координатор обращается к инфраструктурным сервисам, чтобы узнать список доступных на данный момент агентов-исполнителей. Таким образом, дополнительная вычислительная и коммуникационная нагрузка, возникающая из-за необходимости поддерживать списки в актуальном состоянии, не зависит от того, какое количество заявок находится в обработке (в случае контрактной сети нагрузка растет линейно с ростом количества заявок).

Важно отметить, что при разрыве канала между агентом-координатором и агентом-исполнителем, начавшим обслуживать заявку, предложенная в данной работе модель дает возможность использовать алгоритмы ожидания ответа и повторной посылки заявки другому агенту из списка.

Помимо алгоритмической части, выработаны численные методы оценки различных стратегий поведения агента при взаимодействии. Вероятностная модель обслуживания заявки, изложенная во второй главе, позволяет получить набор ключевых показателей, включая среднее время ожидания и среднюю стоимость исполнения заявки силами внешних агентов. Выбор алгоритма ожидания в зависимости от вероятностных и стоимостных характеристик задачи позволяет оптимизировать время ожидания ответа и стоимость успешной обработки заявки.

Модель инфокоммуникационной системы дополнена рассмотрением угроз информационной безопасности взаимодействия. В третьей главе приведены возможные механизмы защиты и сценарии взаимодействия при подключении агента к инфокоммуникацоннной системе, при регистрации предоставляемых сервисов и непосредственно при обслуживании заявок.

Разработка архитектуры и методики взаимодействия потребовала введения основных инфраструктурных ролей, присутствующих в инфокоммуникационной системе: роль транспорта, роль реестра, роль шлюза, роль гаранта. Для введённых ролей описаны полномочия, ответственность и протоколы взаимодействия.

Разработанная методика использовалась для анализа систем и формирования предложений по повышению эффективности и защищённости взаимодействия. Один из примеров использования методики для анализа системы связи на базе пакетных технологий приведён в пятой главе.

Полученные теоретические и методические результаты были апробированы и обсуждены на научных конференциях, что позволило дополнить основные результаты неучтёнными прежде моментами.