ОБ АКТУАЛЬНОСТИ ПРЕДИКТИВНОГО ПОДХОДА К МОНИТОРИНГУ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ОБСТАНОВКИ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ АСУТП

ON THE RELEVANCE OF AN PREDICTIVE APPROACH TO MONITORING THE ELECTRONIC ENVIRONMENT IN DISTRIBUTED AUTOMATED CONTROL SYSTEMS

Alexander Soloviev

employee, Academy FSO Russia,

Russia, Oryol

Ilmir Khodzhaev

employee, Academy FSO Russia,

Russia, Oryol

Mikhail Korolev

employee, Academy FSO Russia,

Russia, Oryol

Yegor Tsitsin

employee, Academy FSO Russia,

Russia, Oryol

АННОТАЦИЯ

На основе анализа тенденций использования радиочастотного ресурса и особенностей распределенных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) предложен предиктивный подход к организации мониторинга радиоэлектронной обстановки.

ABSTRACT

Based on the analysis of trends in the use of radio frequency resources and features of distributed automated control systems a predictive approach to the organization of monitoring of the radio electronic environment is proposed.

Ключевые слова: радиоэлектронная обстановка, радиомониторинг, распределенные АСУТП, предиктивный подход.

Keywords: electronic environment, radio monitoring, distributed automated control systems, predictive approach.

Потребность совершенствования радиомониторинга в распределенных АСУТП на примере транспортных сетей TRACEMODE (ADASTRARESEARCHGROUP, LTD, Россия), КРУГ-2000 (НПФ, «КРУГГ», Россия), CITECTSCADA (SCHNEIDERELECTRIC, Австралия), CIMPLICITY (GENERALELECTRIC, США и др.) обусловлена интенсивно растущим в настоящее время числом используемых радиоэлектронных средств и излучающих устройств [1], что значительно усложняет радиоэлектронную обстановку и приводит к нарушению качества функционирования систем управления.

Отсутствие в настоящее время эффективных решений в сфере управления и использования радиочастотного ресурса при передаче информационных потоков по технологическим радиосетям сбора данных и управления, построенных с использованием радиомодемов как отечественного «ГАММА-433» (ООО «РАДИОСИСТЕМЫ», г. Ижевск), «ГАММА-4151» (ЗАО «ИНСАТ»,г.  Москва),«ИНТЕГРАЛ-433/2400» (ООО «ИНТЕГРАЛ+», г. Казань), так и зарубежного производства: «DFM 10R» (DIGADES, Германия), DATARADIO «T-96SR», «T-96SR/F» (CALAMP, США), «GM3DATA», «MOTOTRBO» (MOTOROLA, США), «PDLRXO™» (PACIFIC CREST CO, Канада), «DM70 DATAMAX» (MAXON, США), «CDA 70» (CONEL, Чехия) [2. 3] и др. в условиях дефицита свободного радиочастотного ресурса и воздействия внешних помех и электромагнитных влияний от других радиотехнических излучателей приводит к увеличению количества сбоев технологического оборудования и автоматики в распределенных АСУТП (рис. 1).

Рисунок 1. Организация технологической радиосети сбора данных и управления

В сложившейся ситуации отсутствие гарантий на поддержание параметров и характеристик внешней среды в пределах допустимых значений при воздействии внешних помех на технологическое оборудование и автоматику может приводить к простою критически важных для обеспечения энергобезопасности страны объектов в различных сегментах распределенных АСУТП транспортной сети.

Важно также иметь ввиду то, что, с одной стороны, распределенные АСУТП транспортных сетей относятся к критически важным с позиции обеспечения энергобезопасности страны, а с другой стороны –являются уязвимыми из-за невозможности охвата мероприятиями радиомониторинга распределенных на огромных площадях(например, «Балтийская трубопроводная система», газопровод «Ямал-Европа», «Восточная Сибирь – Тихий океан» имеют протяженность десятки тысяч километров).Об уязвимости свидетельствует рост негативных последствий от происшествий, происходящих в АСУТП,  классификация которых представлена в онлайн-базе инцидентов промышленных систем диспетчерского контроля и сбора данных (RISI) [4].Кроме того, наблюдаемые в настоящее время тенденции роста общего числа одновременно работающих радиоэлектронных средств, перегрузка отдельных участков диапазона частот, увеличение мощности передатчиков, повышение чувствительности радиоприёмных устройств до уровней 10^–12…10^–16 Вти ниже, а также несовершенство антенных устройств приемопередатчиков [1], мешают совместному использованию радиоэлектронных средств, что приводит к проблеме электромагнитной совместимости при функционировании радиоэлектронных средств распределенных АСУТП.

Несмотря на существенный вклад в развитие теории радиомониторинга А.М.Рембовского, А.В.Ашихмина, В.А. Козьмина., Дж. Костаса, Л.М. Финка, Г.Б. Блэсбалга, Г.Ван Триса, Р.К. Диксона, Ч. Кука и других ученых, а также существующий обширный перечень каталогов систем («Армада», «Ареал, «Арена»и др.), стационарных средств («Арча», «Артикул», «Аргамак» и др.), мобильных средств («Аргумент», «Артикул», «Аргамак» и др.) радиомониторинга как отечественных (Иркос г. Москва, Ирга г. Санкт-Петербург, «Нижегородский НПО имени М.В. Фрунзе» и др.), так и мировых лидеров в области разработки и применения аппаратно-программных комплексов (Rohde&Schwarz –Германия), KeysightTechnologies – США, Topcon – Япония), существующие программный и адаптивный подход к радиомониторингу [5] обладают рядом недостатков.

Так, при программном подходе к ведению радиомониторинга (рис. 2) периодичность мероприятий радиомониторинга определятся такой, которая устанавливается разрабатываемыми годовыми и перспективными планами, учитывающими предыдущие сроки (П) измерения параметров источников радиоизлучения (ИРИ) (1 раз в год, квартал, месяц).

Рисунок 2. Иллюстрация программного подхода к радиомониторингу

На рисунке 2 представлена иллюстрация программного подхода к радиомониторингу на примере измерения мощности излучения  P_изл  радиопередатчика базовой станции сотовой связи. 

При отсутствии изменений значений параметров источников радиоизлучений программный подход позволяет отслеживать изменение состояния радиоэлектронной обстановки в настоящий момент времени (Н), но любое изменение условий ведения радиомониторинга, обусловленное, например, недельными и суточными изменениями мощности излучения радиопередатчиков, перемещением антенн базовых станций сотовой связи в пространстве и др. [6], не учтенных в планах ведения радиомониторинга, не гарантирует своевременного обнаружения ИРИ, оказывающих негативное влияние на качество передаваемых сигналов по сетям технологической радиосвязи в распределенных АСУТП.

Адаптивный подход (рис. 3) предполагает адаптацию периодичности ведения радиомониторинга к изменениям условий его ведения. Так, например, в процессе ведения радиомониторинга учитывается направление главного лепестка диаграммы направленности антенны базовой станции сотовой связи, максимальная допустимая мощность радиопередатчика и др.

Рисунок 3. Иллюстрация адаптивного подхода к радиомониторингу

Вместе с тем, адаптивный подход, несмотря на его более высокую гибкость к отслеживанию состояния РЭО,в случае возникновения неучтённых изменений значений параметров ИРИ, обусловленных уходом параметров ИРИ от норм, связанных со старением элементной базы, воздействием на ИРИ окружающей среды, либо смены условий работы, в реальных условиях также не гарантирует своевременного обнаружение ИРИ, нарушающих электромагнитную совместимость в распределенных АСУТП.

Таким образом, недостатки существующих подходов к радиомониторингу не гарантируют отсутствие сбоев технологического оборудования и автоматики в распределенных АСУТП транспортных сетей., что свидетельствует об их ограниченности и требует решения новых, не стоявших ранее в теории распределенных АСУТП задач радиомониторинга новыми методами, основанными на научно обоснованных прогнозных принципах определения периодичности его ведения, гарантированного отслеживания состояния радиоэлектронной обстановки и текущей оценки эффективности принимаемых решений по поддержанию ее требуемого состояния.

Совокупность перечисленных принципов по технологии ведения радиомониторинга в распределенных АСУТП определяют новую гибкую стратегию, предложенным средством реализации которой может быть предиктивный подход (от англ. predict "предсказывать; прогнозировать"), заключающийся в осуществлении мероприятий радиомониторинга с такой периодичностью, которая учитывает как изменение условий ведения радиомониторинга, так и изменение значений параметров ИРИ во времени под воздействием окружающей среды посредством экстраполяции их во времени с целью недопущения перехода за пределы допустимых значений (рис. 4).

Рисунок 4. Предиктивный подход к радиомониторингу в распределенных АСУТП

Таким образом, предложенный предиктивный подход к радиомониторингу позволяет перейти на гибкую стратегию радиомониторинга, заключающуюся в определении периодичности мероприятий радиомониторинга в зависимости от прогнозируемых значений параметров источников радиоизлучения, что приведет к более достоверному отслеживанию состояния радиоэлектронной обстановки, и в случае принятия превентивных мероприятий по поддержанию ее требуемого состояния, предотвратить сбои в работе распределенных АСУТП.

Список литературы:

1. Пудовкин А.П. Электромагнитная совместимость и помехозащищённость РЭС : учебное пособие / А.П. Пудовкин, Ю.Н. Панасюк, Т.И. Чернышова. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013. – 92 с.
2. СТО Газпром 11-923-2011. Технологическая связь. Технологические сети передачи данных. Общие технические требования. - М. : ООО Газпром. – 2012. – 34 с.
3. Смычок М.А. Технологические сети и системы связи : учебное пособие / М.А.. Смычок. – 2-е изд. – Москва : Инфра-Инженерия, 2019. – 400 с.: ил., табл.
4. Статистика реальных инцидентов ИБ в индустриальных системах // Режим доступа :www.securitylab.ru/blog/personanal/Business_without_danger/38672.php. –. 21.09.2020 г.
5. Нарытник Т. Н. Основы управления использованием радиочастотного ресурса: Учебное пособие. К.: Основа, 2008. – 145 c.
6. Источники ЭМИ вокруг нас // Режим доступа:www.alfapol.ru/istochniki-elektromagnitnogo-izlucheniya-vokrug-nas. – 21.09.2020 г.