Диссертация (Разработка методов и моделей анализа и оценки устойчивого функционирования бортовых цифровых вычислительных комплексов в условиях преднамеренного воздействия сверхкоротких электромагнитных излучений)

Открытое акционерное общество«Научно-исследовательский институт «Аргон»На правах рукописиМихайлов Виктор АлексеевичРАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ АНАЛИЗА И ОЦЕНКИУСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БОРТОВЫХ ЦИФРОВЫХВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ В УСЛОВИЯХ ПРЕДНАМЕРЕННОГОВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕРХКОРОТКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙСпециальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникацийДиссертация на соискание ученой степенидоктора технических наукНаучный консультант:доктор технических наук,профессорА.В.ЦарегородцевМосква 20142СОДЕРЖАНИЕВведение ……………………………………………………………………….7ГЛАВА 1 Современное состояние проблемы оценки устойчивого функционирования бортовых цифровых вычислительных комплексов в условиях преднамеренного воздействия мощных электромагнитных излучений..…271.1 Анализ нормативных документов по обеспечению устойчивости инфокоммуникационных систем к воздействию СК ЭМИ в России и за рубежом271.2 Особенности воздействия СК ЭМИ на элементы и узлы БЦВК………...411.3 Обзор существующих методов анализа и оценки деструктивного воздействия СК ЭМИ на элементы и узлы БЦВК………………………………...491.3.1 Расчетные методы ………………….………………………………….….491.3.2 Экспериментальные методы …………………………………….…..…..681.3.3.

Расчетно-экспериментальные методы…………………………………..691.4 Анализ методов и средств обеспечения устойчивости БЦВК к деструктивному воздействию мощных СК ЭМИ………………………………….......711.5 Выводы по главе и выбор направления исследований…………….….…74ГЛАВА 2 Методы интеллектуального анализа данных в задачах оценкиустойчивости БЦВК к деструктивному воздействию СК ЭМИ…..….............782.1 Структура интеллектуальной системы анализа устойчивости БЦВК кдеструктивному воздействию ЭМИ……………………………………............782.2 Интеллектуальные методы решения задач оценки устойчивости элементов и узлов БЦВК к деструктивному действию СК ЭМИ………….…….832.3 Нейросетевые методы обнаружения деструктивных ЭМВ...……….…..902.4 Гибридные средства обнаружения деструктивных ЭМВ на элементы иузлы БЦВК…………………………………………………………………….…1002.4.1 Эволюционно-генетический подход……………………………………1012.4.2 Нейросетевые экспертные системы в задачах обнаружения деструктивных ЭМВ…………………………………………………………………..…1142.4.3 Нейро-нечеткие методы для обнаружения деструктивных ЭМВ….…..1182.5 Выводы по главе………………………………………………………….....122ГЛАВА 3 Модели взаимодействия мощных импульсных электромагнитныхполей с элементами БЦВК………………………………………………….….12433.1 Структура и характеристики современных БЦВК…………………..…....

1263.2 Организация систем информационного обмена и требования к стойкости каналов передачи данных современных БЦВК……………………….….1383.3 Математическая модель воздействия СК ЭМИ на каналы передачи данных и управления БЦВК………………………………………………..….…… 1503.3.1 Особенности построения высокоскоростных бортовых сетей на основе технологии Gigabit Ethernet………………………………………………..… 1513.3.2 Анализ воздействия деструктивных ЭМИ на каналыопередачи данныхБЦВК на основе технологииоGigabit Ethernet…………………………….…...

1543.3.3 Математическая модель потерь кадров в сетяхоGigabitоEthernet привоздействии СК ЭМИ………..………………………………………………….1583.4 Математическая модель взаимодействия СК ЭМИ с универсальнымивычислителями контура управления БЦВК…………………………….….….1633.4.1 Исследование воздействия сверхкоротких электромагнитных импульсов на универсальные вычислители БЦВМ………………………….…..……. 1633.4.2 Математическая модель взаимодействия электромагнитного поля смикропроцессорными устройствами БЦВМ………………………………….1663.4.3 Эффективность поражающего действия СК ЭМИ на печатные платыуправляющих устройств БЦВК…………………………………………….…..1753.5 МетодикаооценкиовоздействияоСКИ ЭМИ наотиповые микропроцессорныеоустройства контураоуправления БЦВК…………………………..…..1773.6 Выводы по главе……………………………………………………………..

179ГЛАВА 4 Критериально-математический аппарат построения интеллектуальной системы анализа и оценки устойчивости БЦВК к деструктивномувоздействию ЭМИ…………………………………………………...…………..1814.1 Базовые принципы построения интеллектуальной системы анализа иоценки устойчивости БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ ………...1814.2 Основные этапы построения интеллектуальной системы с использованием адаптивных средств для обнаружениядеструктивных ЭМП на элементы и узлы БЦВК……………………………………….……………… …….….1854.2.1 Иерархия уровней системы обнаружения деструктивных ЭМВ……....1884.2.2 Организация иерархии уровней системы обнаружения деструктивных4ЭМВ……………………………………………………………………..…….….1914.3 Разработка показателей стойкости элементов и узлов БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ……………………………………………….…… 1974.3.1 Требования к элементам БЦВК………………………………………..… 1974.3.2 Анализ эффектов, возникающих в БЦВК при деструктивном воздействии СК ЭМИ…………………………………………………..…………….…2014.3.3 Критерии оценки уязвимости БЦВК от воздействия деструктивныхСК ЭМИ…………………………………………………………………….……2074.4 Методика оценки стойкости БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ 2144.5 СценарииоработыоСОДЭМВопоообнаружениюовоздействияонаоБЦВКодеструктивных СКоЭМИ…………………………………..………..…2214.5.1 Сервис маршрутизации……………………………………………..…… 2254.6 Выводы по главе………………………………………………………….….

239ГЛАВА 5 Аппаратно-программная реализация интеллектуальной системыанализа и оценки устойчивочти БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ2425.1 Модельоинтеллектуальной системыоанализа устойчивости элементовои узлов БЦВКок деструктивному воздействию СК ЭМИ………………….2425.1.1 Модель системыообнаружения деструктивныхоЭМВ…………………2425.1.2 Модель потокаоЭМВ……………………………………………………2455.2 Аппаратно-программная реализация интеллектуальной системы анализа и оценки устойчивости БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ.… 2505.2.1 Нейросетевая реализация интеллектуальной системы анализа и оценки устойчивости БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ……….............

2515.2.2 Организацияомногофункциональной памяти…………………….…….2605.2.3 Оценкаоэффективности реализации процессовоинтеллектуальнойсистемы анализаои оценки устойчивостиоБЦВК к деструктивномуовоздействию СК ЭМИ……………………………………………………..……2615.3 Структурныеорешенияонейросетевойореализации ИСАУоБЦВК….…..2635.3.1 Командные пулыоуровня формальногоонейрона………………….…...2695.3.2 Командныеопулы уровняослоя формальныхонейронов………….……2745.4 Аппаратно-программные средстваоинтеллектуальнойосистемы обеспеченияоустойчивости БЦВК кодеструктивному воздействиюоЭМИ…….…..28155.5 Программнаяореализацияорежимов ИСАУ БЦВК при воздействии деструктивных СК ЭМИ…………………………….…………….……………..2885.6 Выводы по главе…………………………………………………………….291ГЛАВА 6 Экспериметнальные исследования воздействия преднамеренныхсверхкоротких элнктромагнитных излучений на элементы и узлы БЦВК…2946.1.

Научно-методическое обеспечение проведения экспериментальных исследований на воздействие преднамеренных сверхкоротких электромагнитных излучений на элементы и узлы БЦВК……..……………………..…..2946.1.1. Выбор и обоснование объектов и условий для проведения экспериментальных исследований на воздействие СК ЭМИ……………………..…..2946.1.2 Выбор и обоснование экспериментальной базы для проведения экспериментальных исследований на воздействие СКИ ЭМП………………….…2966.1.3.Программаоиометодикиопроведенияоэкспериментальных исследованийустойчивости БЦВКоковоздействиюомощныхоСКИ ЭМП………………….2986.1.4 Обоснование требований предъявляемых к образцу, методам и средствам его испытаний на воздействие СКИ ЭМИ…………………………..…3046.2 Экспериментальные исследования воздействия СКИ ЭМИ на элементыи узлы БЦВК………………………………………………………………….….3066.2.1 Критерии оценки устойчивости БЦВК при воздействии СКИ ЭМИ…3066.2.2 Результаты исследований устойчивости различных БЦВМ в условияхвоздействия СКИ ЭМИ……………………………………………………..…..3086.2.3 Результатыоисследованийостойкостиоканаловопередачиоданных иуправления БЦВК в условиях воздействия СКИ ЭМП………………………3206.3 Методы обеспечения устойчивости бортовых вычислительных комплексов в условиях воздействия электромагнитных полей………………….3256.3.1 Обобщенные рекомендации для защиты БЦВК………………………...3256.3.2.

Практические рекомендации по результатам экспериментальных исследований БЦВК ……………………………………………………………....3286.3.3 Требования, предъявляемые к средствам защиты от СК ЭМИ………….33066.4 Модельные эксперименты по оценке эффективности функционирования ИСАУ БЦВК к деструктивному воздействию ЭМИ…………………...3336.5 Выводы по главе …………………………………………………………...344Заключение…..………….………………..…………………………………….348Список сокращений и условных обозначений …………………..…………..358Список литературы……..………………………………………………………3607ВЕДЕНИЕАктуальность проблемы.

В последнее десятилетие необходимость обеспечения защищенности элементов и узлов инфокоммуникационных систем от мощных электромагнитных излучений (ЭМИ) становится обязательным условием припроектировании многих объектов. Такое требование диктуют новейшие достижения в области генерации сверхмощных широкополосных электромагнитных полей (СШП ЭМП), а также имеющие место быть во многих сложных техническихсистемах значительные по протяженности распределенные кабельные сети.Кроме того, под влиянием развития элементной базы микроэлектроники всепроцессы в информационных системах смещаются в сторону увеличения быстродействия. Причем повышение быстродействия инфокоммуникационных системсегодня происходит с временами переключения единицы и доли наносекунд, чтопозволяет существенно увеличивать объем информации, обрабатываемой в единицу времени.

Особенно высокие требования по быстродействию предъявляютсяк системам, работающим в реальном масштабе времени. В таких системах значение оценки отношение стоимость/быстродействие с повышением быстродействияпри неизменной стоимости постоянно снижается.При этом надо иметь в виду, что компоненты любой сложной системы распределены в пространстве и связь между ними физически осуществляется припомощи сетевых соединений, реализованных в виде структурированных кабельных систем (СКС) (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно и т.п.). Всё этовыставляет определенные требования, как к электронному оборудованию, так и кинформационной инфраструктуре, которые следует рассматривать как единое целое, и нарушение информационной целостности в одном звене приведет к нарушению работы всей системы.