Результат интеллектуальной деятельности: Способ моделирования конфликтных ситуаций

Изобретение относится к области моделирования и может быть использовано при анализе и синтезе, а также управлении реальными объектами в условиях конфликтных ситуаций для оценки заданных показателей.

Реальное управление объектами возможно, когда эти объекты представлены в форме систем, состоящих из элементов, находящихся на различных уровнях управления и выполняющих необходимые функции для достижения поставленной цели [Кобелев Н.Б. Имитационное моделирование объектов с хаотическими факторами. Учебное пособие (бакалавриат). - М.: курс: ИНФРА-М, 2016. - 192 с.].

Известно значительное число определений термина «система» [Ермишян А.Г. Теоретические основы построения систем военной связи в объединениях и соединениях. - СПб.: ВАС, 2005 г. - 740 с.; Стародубцев Ю.И., Евграфов А.А., Сухорукова Е.В. Проблема формирования системы показателей для оценки защищенности информационно-телекоммуникационных сетей. // Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности. 2014. №3. С. 80-86.]:

множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство;

целостная совокупность взаимосвязанных (взаимодействующих) элементов, обладающая интегративными (объединительными) свойствами, которые не сводятся к сумме свойств этих элементов и не выводятся из них;

упорядоченная совокупность взаимосвязанных и (или) взаимодействующих элементов, образующих единое функциональное целое, предназначенное для решения определенных задач (достижения определенных целей);

множество взаимосвязанных объектов, рассматриваемых как одно целое, если выполнены условия: сформулированы цель, стоящая перед системой, и критерии качества ее функционирования; могут быть выделены части, которые являются самостоятельными и называются подсистемами данной системы; существует некоторая другая система, включающая данную как подсистему;

целостная совокупность элементов, обладающая двумя или более типами связей (функциональных, пространственных и т.д.), определенной структурой (организацией), уровнями и иерархией уровней, управлением, целью и целесообразным характером, самоорганизацией, функционированием и развитием;

совокупность, обладающая общей целью и ресурсами, обеспечивающими ее функционирование, состоящая из взаимосвязанных элементов, существующая в окружении, которое несет ей ограничения, возглавляемая общим управляющим центром (органом управления).

Все перечисленные определения термина «система» сводятся к тому, что основной ее функцией является достижение заданной цели. Следовательно, все элементы системы должны действовать в направлении достижения общей цели функционирования. Отсутствие учета этого фактора при моделировании приводит к его низкой адекватности и достоверности.

При этом под целью системы понимают желаемое значение выходов системы, при условии, что выходы в достаточной мере отражают состояние системы.

Понятие «элемент» определяется как часть системы и представляет собой конечное модельное его описание в форме множества проекций в определенном конечном пространстве измерений [Кобелев Н.Б. Имитационное моделирование объектов с хаотическими факторами. Ечебное пособие (бакалавриат). - М.: курс: ИНФРА-М, 2016. - 192 с.]. Данные показатели задаются в количестве и качестве, которое дает возможность передавать информацию другим элементам через канал связи.

В настоящее время известны способы моделирования сложных систем.

Известен способ моделирования, реализованный в устройстве [«Устройство для моделирования отказов и восстановлений средств связи», патент РФ №2295759, G06F 17/00, G06N 1/00, опубл. 20.03.2007, бюл. №8]. Способ заключается в генерации импульсов, имитирующих возникновение боевых повреждений средств связи (слабых, средних, сильных и безвозвратных, генерации эксплуатационных отказов, генерации проведения технического обслуживания средств связи, имитации перехода средств связи в неработоспособное состояние (при возникновении отказов и боевых повреждений) или прекращения работы (при проведении ТО средств связи), имитации восстановления средств связи.

Недостатком аналога является отсутствие возможности моделировать пространство реализации конфликта и его основные характеристики, положение цели конфликта, ее характеристики и критерии достижения, а также учитывать уровень информированности конфликтующих сторон о пространстве реализации конфликта, цели, положения конфликтующих сторон относительно цели.

Известен способ моделирования отказов и повреждений сетей связи, заложенный в изобретении [«Способ моделирования отказов и повреждений сетей связи», патент РФ №2351012, класс G06N 5/00, заявл. 04.06.2007]. Способ заключается в нумерации средств, комплексов связи, линий связи, имитации применения по назначению средств и комплексов связи, генерации времени возникновения эксплуатационных отказов, повреждений и сбоев средств и комплексов связи, а также генерации времени начала подавления линий связи. Далее определяется начало очередной статистической реализации на время, соответствующее времени работы средства или комплекса связи, осуществляется розыгрыш степени повреждения и номера поврежденных средств и комплексов связи, розыгрыш продолжительности подавления и номера подавленных линий связи, производится запись времени нахождения средств и комплексов связи в неработоспособном состоянии, а также продолжительности подавления линий связи. При этом проверяется факт наступления отказа, повреждения, сбоя средств и комплексов связи и подавления линий связи, производится фиксация номеров поврежденных средств и комплексов связи, номеров подавленных линий связи, проверяется работоспособность средств и комплексов связи, линий связи, фиксируется общее время нахождения их в работоспособном и неработоспособном состоянии. Затем производится подсчет коэффициента готовности, а также осуществляется имитация восстановления средств, комплексов, линий связи. При такой совокупности описанных элементов и связей достигается повышение коэффициента готовности сетей связи.

Однако способ имеет недостаток, заключающийся в отсутствии возможности моделировать пространство реализации конфликта и его основные характеристики, положение цели конфликта, ее характеристики и критерии достижения, а также учитывать уровень информированности конфликтующих сторон о пространстве реализации конфликта, цели, положения конфликтующих сторон относительно цели.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям прототипом к заявленному является способ моделирования двусторонних воздействий, заложенный в изобретении [Патент РФ №RU 2440611 C1, G06N 5/00, опубл. 20.01.2012, бюл. №2.]

Способ моделирования двусторонних воздействий заключается в том, что имитируют возникновение боевых повреждений объектов, генерируют эксплуатационные отказы, имитируют восстановление объектов, генерируют время возникновения эксплуатационных отказов, время начала подавления объектов телекоммуникаций, осуществляют розыгрыш степени повреждения и номеров поврежденных объектов, причем измеряют, подсчитывают, задают и записывают в ячейки ОЗУ ПЭВМ параметры, характеризующие начальные ресурсы противоборствующих сторон, на реальных объектах, подвергаемых воздействиям, измеряют, подсчитывают, запоминают показатели, характеризующие основные воздействия для каждой противоборствующей стороны, задают минимальный потенциал, при котором противоборствующая сторона считается проигравшей, формируют и развертывают физические модели систем связи, моделируют процессы функционирования систем связи, воздействия на системы связи, снижают потенциалы противоборствующих сторон после воздействия на системы связи, сравнивают с минимальным, при необходимости производят корректировку физических моделей объектов, подвергаемых воздействиям, производят остановку процесса моделирования.

Однако способ имеет недостаток, заключающийся в отсутствии возможности моделировать пространство реализации конфликта и его основные характеристики, положение цели конфликта, ее характеристики и критерии достижения, а также учитывать уровень информированности конфликтующих сторон о пространстве реализации конфликта, цели, положения конфликтующих сторон относительно цели.

Техническим результатом изобретения является создание способа, обеспечивающего расширение возможностей по моделированию конфликтных ситуаций за счет учета пространства реализации конфликта и его основных характеристик, положения цели конфликта, ее характеристик и критериев достижения, а также уровня информированности конфликтующих сторон о пространстве реализации конфликта, цели, положения конфликтующих сторон относительно цели, а также повышение адекватности и достоверности моделирования.

Эта задача решается тем, что в способе-прототипе, заключающемся в том, что измеряют, подсчитывают, задают и записывают в ячейки ОЗУ ПЭВМ параметры, характеризующие начальные ресурсы конфликтующих сторон, на реальных объектах, подвергаемых воздействиям, измеряют, подсчитывают, запоминают показатели, характеризующие основные воздействия для каждой из конфликтующих сторон, определяют необходимое количество испытаний для каждой модели объектов, измеряют, подсчитывают, записывают в ячейки ОЗУ ПЭВМ основные значения характеристик моделируемых воздействий конфликтующих сторон, генерируют время возникновения эксплуатационных отказов, боевых повреждений и сбоев объектов, осуществляют розыгрыш номеров поврежденных объектов и систем, их степени и продолжительности повреждения, рассчитывают потери каждой из конфликтующих сторон после воздействия, снижают потенциалы конфликтующих сторон на величину рассчитанных потерь, дополнительно предварительно задают исходные данные, а именно пространство реализации конфликта, значения параметров основных характеристик пространства по воздействию на начальные ресурсы, количество и состав конфликтующих сторон, данные, характеризующие исходные положения участников конфликта в пространстве реализации конфликта, значения параметров основных характеристик участников конфликта, данные, характеризующие положение цели конфликта в пространстве реализации конфликта, значения параметров основных характеристик цели конфликта, критерии достижения цели конфликтующими сторонами, пределы изменения уровня информированности, моделируют пространство реализации конфликта, формируют и развертывают модели объектов и систем конфликтующих сторон, моделируют первоначальное (исходное) расположение участников конфликта в пространстве реализации конфликта, для каждой из конфликтующих сторон осуществляют сбор данных о состоянии (значениях параметров основных характеристик) своих объектов, объектов конфликтующей стороны, среде реализации конфликта, формируют базу данных о состоянии (значениях параметров основных характеристик) своих объектов, объектов конфликтующей стороны, среде реализации конфликта, осуществляют розыгрыш по заданию реализации уровней информированности конфликтующих сторон, формируют целеуказания для всех участников конфликта с учетом уровня информированности каждой из конфликтующих сторон, моделируют процессы функционирования объектов и систем, участвующих в конфликте, по достижению поставленных целей, моделируют воздействия на объекты и системы одновременно для конфликтующих сторон, проверяют, критерии достижения цели равны заданным, если нет, для каждой из конфликтующих сторон осуществляют доопределение данных о положении в пространстве реализации конфликта и состоянии (значениях параметров основных характеристик) своих объектов, объектов конфликтующей стороны, среде реализации конфликта, анализируют полученные данные путем их сравнения с ранее введенными в базу данных, осуществляют розыгрыш уровней информированности конфликтующих сторон с учетом их положения в пространстве реализации конфликта по отношении к цели конфликта, производят корректировку целеуказаний для всех участников конфликта с учетом уровня информированности каждой из конфликтующих сторон, повторяют действия по моделированию функционирования объектов и систем конфликтующих сторон и осуществления воздействий, если критерии достижения цели равны заданным, то рассчитывают количество выигрышей для каждой конфликтующей стороны, рассчитывают вероятность выигрыша для каждой конфликтующей стороны.

Проведенный анализ позволил установить, что аналоги, характеризующие совокупностью признаки, тождественные всем признакам заявленного способа отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данный способ.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1 - блок-схема способа моделирования конфликтных ситуаций.

фиг. 2 - графическое представление пространства реализации конфликта, конфликтующих сторон и цели конфликта, где Т(х,у) - координаты цели, S₁(x₁,y₁), S₂(x₂,y₂), S₃(x₃,y₃), S₄(x₄,y₄) - координаты элементов моделируемой системы, α₁, α₂, α₃, α₄ - угол, определяемый уровнем информированности элементов моделируемой системы, L₁, L₂, L₃, L₄ - дальность до цели.

Заявленный способ реализуется следующим образом (фиг. 1):

В блоке 1 задают исходные данные:

пространство реализации конфликта,

значения параметров основных характеристик пространства реализации конфликта по воздействию на начальные ресурсы,

количество и состав конфликтующих сторон,

данные, характеризующие исходные положения участников конфликта в пространстве реализации конфликта,

значения параметров основных характеристик участников конфликта,

данные, характеризующие положение цели конфликта в пространстве реализации конфликта,

значения параметров основных характеристик цели конфликта,

критерии достижения цели конфликтующими сторонами,

пределы изменения уровня информированности конфликтующих сторон.

Пространство реализации конфликта и значения параметров основных характеристик пространства реализации конфликта по воздействию на начальные ресурсы.

Пространство реализации конфликта в общем случае может быть n-мерным.

На фиг. 2 приведен пример, когда пространство реализации задано в декартовой системе координат. В данном случае пространством реализации конфликта является некоторая область земной поверхности, на которой в соответствии с заданными исходными данными будут располагаться элементы моделируемой системы и цель. Тогда основными характеристиками пространства реализации конфликта будут, например, с точки зрения логистики, координаты ее границ и площадь, протяженность и параметры, характеризующие состояние автомобильной, железнодорожной, водной транспортной сети, участки, не доступные для движения (ремонты дорог, мостов и т.д.), с точки зрения военного дела основными характеристиками будут выступать - координаты границ области земной поверхности и площадь, количество населенных пунктов, их тип и рассредоточенность, площадь и конфигурация, плотность; наличие и характеристика мостов, насыпей, выемок и других сооружений; наличие водных объектов, степень изрезанности местности, наличие и характеристика почвенно-растительного покрова (наличие и характеристика лесных и кустарниковых массивов, болот, солончаков, песков, каменистых россыпей и т.д.) и др.

Пространство реализации конфликта может быть не только физическим, но и логическим. Это может быть логическая схема сети связи с указанием основных элементов, ip-адресов и т.д.

Количество и состав конфликтующих сторон.

При моделировании задаются объекты и системы всех конфликтующих сторон.

Примерами различных объектов и систем могут быть: в логистике -количество и состав (структура) логистических компаний, в области военного дела - количество и состав (структура) воинских подразделений, в области связи - состав системы связи и т.д.

Данные, характеризующие исходные положения участников конфликта в пространстве реализации конфликта в простейшем случае могут представлены географическими координатами элементов моделируемой системы. На фиг. 2, например, показано расположение элементов S1, S2, S3, S4 в точках с координатами (x1,y1), (х2,у2), (х3,у3), (х4,у4). В логистике, например, это могут быть координаты пунктов погрузки, выгрузки и т.д., в военном деле - района расположения на местности того или иного подразделения и т.д.; в области связи - географические координаты элементов системы связи, а в случае моделирования логического пространства - ip-адреса участников конфликта, и т.д.

Значения параметров основных характеристик участников конфликта.

На начальном этапе моделирования определяются основные характеристики участников конфликта и задаются значения соответствующих параметров. Например, в логистике это могут быть грузоподъемность транспортных средств различных типов, скорость движения транспортных средств и т.д, в военном деле - боевой потенциал того или иного образца вооружения или военной технике и т.д., в области связи - пропускная способность линии связи, производительность маршрутизаторов и т.д.

Данные, характеризующие положение цели конфликта в пространстве реализации конфликта могут также быть заданы в виде координат в n-мерном пространстве. Так, на фиг. 2 цель Т располагается в точке с координатами (х,y). В логистике это могут быть координаты пункта выгрузки, в военном деле - координаты заданной высоты, в области связи -координаты элемента системы связи, ip-адрес получателя.

Критерии достижения цели конфликтующими сторонами.

Критериями достижения цели в представленных примерах могут быть: в логистике - заданное значение сроков (протяженности маршрута) доставки груза и т.д., в военном деле - величина боевого потенциала конфликтующих сторон и т.д., в области связи - выполнение требований к связи (по своевременности, достоверности, безопасности) или системе связи (например, по пропускной способности, устойчивости, управляемости, доступности и т.д.)

Пределы изменения уровня информированности конфликтующих сторон.

Информация является одним из основных ресурсов, наравне с земельными, трудовыми, финансовыми и другими ресурсами. Кроме того, доказан факт того, что информация выступает объективной основой для принятия решений. [Стародубцев Ю.И. Управление качеством информационных услуг / Ю.И. Стародубцев, А.Н. Бегаев, М.А. Давлятова; под общ. ред. Ю.И. Стародубцева. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2017. - 454 с.] Именно наличие информации у конфликтующих сторон о друг друге, цели, пространстве реализации конфликта позволяет принять управляющие решения как для элементов, так и системы в целом по движению в направлении цели. Так, при полной информированности (уровень информированности равен 1) вектор направления движения элемента будет направлен непосредственно на цель (фиг. 2) и задан углом а (элементы S1, S2, S3 фиг. 2), в противном случае (в случае частичной информированности или полной неинформированности (уровень информированности равен 0) вектор направления движения элемента будет отклонен от цели (элемент S₄ фиг. 2). Угол α задается в зависимости от уровня информированности.

В блоке 2 измеряют, подсчитывают, задают и записывают в ячейки ОЗУ ПЭВМ параметры, характеризующие начальные ресурсы конфликтующих сторон.

В блоке 3 измеряют, подсчитывают, запоминают показатели, характеризующие основные воздействия для каждой из конфликтующих сторон.

В области логистики это могут быть воздействия на производство, информационный обмен, транспортировку, управление закупками и запасами, складирование, грузопереработку, упаковку и т.д. [Габбасова В.В., Дробина Е.А. Логистика как фактор повышения конкурентоспособности предприятия // Молодой ученый. - 2016. - №15. - С. 283-286.]

В военном деле основными воздействиями являются огневые поражения, действие оружия, основанного на новых физических принципах, дистанционные несанкционированные воздействия [[Патент РФ № RU 2440611 C1, G06N 5/00, опубл. 20.01.2012, бюл. №2.].

В области связи основными воздействиями могут быть компьютерные атаки: «отказ в обслуживании», так называемые DOS-атаки, эхо-тестирование адресов, фальсификация адреса. Алгоритмы их воздействия описаны в книге Шаньгина В.Ф. «Защита компьютерной информации. Эффективные методы и средства». - М.: ДМК Пресс, 2008, с. 28-29. Также в качестве воздействий может выступать вывод из строя тех или иных элементов системы связи (например, повреждение линии связи и т.д.)

В блоке 4 моделируют пространство реализации конфликта. Например, процесс функционирования транспортной системы представлен в [Анисков В.В. и др. «Моделирование задач исследования операций». - М.: «Энергия», 1978, с. 61-65, рис. 2.25.] Порядок моделирования системы связи представлен в книге Галкина А.П. «Моделирование каналов систем связи». - М.: «Связь», 1979, с. 40-45. [[Патент РФ № RU 2440611 C1, G06N 5/00, опубл. 20.01.2012, бюл. №2.].

В блоке 5 формируют и развертывают модели объектов и систем конфликтующих сторон.

В блоке 6 определяют необходимое количество испытаний для каждой модели объектов и систем.

Для оценки числа испытаний можно использовать следующее выражение, основанное на аппроксимации биномиального распределения нормальным:

где Е - максимальная допустимая ошибка при оценке параметра р;

1-α - доверительный предел или искомая вероятность того, что оцениваемый параметр р' не отличается от p больше, чем на ±Е;

р' - первоначальная оценка р;

Z_1-α/2 обозначает (1-α/2)100%-ную точку нормированного нормального распределения.

Способ получения объема выборки между доверительными интервалами описан в книге Г. Хан, С. Шапиро «Статистические модели в инженерных задачах». - М.: Изд-во «Мир», 1969, с. 280-283. Существуют и другие методы определения объема выборки, которые представлены в книге Р. Шеннона «Имитационное моделирование система - искусство и наука». - М.: Изд-во «Мир», 1978, с. 213-220. В предположении нормального распределения выборочных значений из генеральной совокупности можно показать, что:

где δ - величина изменчивости совокупности;

Z_α/2 - допустимая величина риска;

d - допустимая разность между оценкой и истинным значением параметра.

За счет определения необходимого количества испытаний для каждой модели объектов и систем повышается достоверность моделирования.

В блоке 7 моделируют первоначальное (исходное) расположение участников конфликта в пространстве реализации конфликта.

В блоке 8 осуществляют сбор данных о состоянии (значениях параметров основных характеристик) своих объектов, объектов конфликтующей стороны, среде реализации конфликта.

В блоке 9 формируют базу данных о состоянии (значениях параметров основных характеристик) своих объектов, объектов конфликтующей стороны, среде реализации конфликта.

В блоке 10 осуществляют розыгрыш по заданию реализации уровней информированности конфликтующих сторон.

В блоке 11 формируют целеуказания для всех участников конфликта с учетом уровня информированности каждой из конфликтующих сторон.

В блоке 12 моделируют процессы функционирования объектов и систем, участвующих в конфликте, по достижению поставленных целей.

В блоке 13 моделируют воздействия на объекты и системы одновременно для конфликтующих сторон

В блоке 14 измеряют, подсчитывают, записывают в ячейки ОЗУ ПЭВМ основные значения характеристик моделируемых воздействий.

В блоке 15 генерируют время возникновения эксплуатационных отказов, повреждений и сбоев объектов и систем.

После чего в блоке 16 осуществляют розыгрыш номеров поврежденных объектов и систем, их степени и продолжительности повреждения.

Методы генерации (имитации), используемые в блоках 15-16, зависят от вида распределения разыгрываемых величин, характеризующих математические ожидания времени возникновения эксплуатационных отказов, боевых повреждений, сбоев и подавлений элементов сетей связи [Иванов Е.В. «Имитационное моделирование средств и комплексов связи и автоматизации». - СПб.: ВАС, 1992, с. 9-18]. Могут использоваться следующие методы генерации (розыгрыша) случайных величин [Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World. Учеб. пособие. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004]: метод розыгрыша случайных величин для дискретных равномерных распределений, метод розыгрыша случайных величин для дискретных неравномерных распределений, метод розыгрыша случайных величин для непрерывных равномерных распределений, метод розыгрыша случайных величин для непрерывных неравномерных распределений. Физическая реализация генераторов псевдослучайной последовательности представлена в книге Литикова И.П. «Кольцевое тестирование цифровых устройств». - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 20-24.

В блоке 17 имитируют возникновение эксплуатационных отказов, боевых повреждений и сбоев объектов и систем.

В блоке 18 рассчитывают потери каждой конфликтующей стороны после воздействий:

где i - количество конфликтующих сторон;

j - количество типов объектов воздействия.

В блоке 19 снижают потенциалы конфликтующих сторон после воздействия на объекты и системы на величину рассчитанных потерь:

.

В блоке 20 проверяют критерий достижения цели.

Если цель не достигнута, то управление передается блоку 21, в котором для каждой из конфликтующих сторон осуществляют доопределение данных о положении в пространстве реализации конфликта и состоянии (значениях параметров основных характеристик) своих объектов, объектов конфликтующей стороны, среде реализации конфликта.

Далее в блоке 22 анализируют полученные данные путем их сравнения с ранее введенными в базу данных.

В блоке 23 осуществляют розыгрыш уровней информированности конфликтующих сторон с учетом их положения в пространстве реализации конфликта по отношении к цели конфликта.

В блоке 24 производят корректировку целеуказаний для всех участников конфликта с учетом уровня информированности каждой из конфликтующих сторон и повторяют действия по моделированию функционирования объектов и систем конфликтующих сторон и осуществления воздействий, начиная с блока 12.

Если цель достигнута, то управление передается блоку 21, в котором рассчитывают количество выигрышей для каждой конфликтующей стороны.

В блоке 22 рассчитывают вероятность выигрыша для каждой конфликтующей стороны.

Таким образом, за счет учета пространства реализации конфликта и его основных характеристик, положения цели конфликта, ее характеристик и критериев достижения, а также уровня информированности конфликтующих сторон о пространстве реализации конфликта, цели, положения конфликтующих сторон относительно цели, решается задача заявленного способа.