Введение к работе
Актуальность работы. Активное использование программного обеспечения (ПО) в системах интервального регулирования движения поездов (ИРДП), где сбой или отказ могут принести к непредсказуемым последствиям для здоровья и жизни человека, окружающей среды или сооружений, предполагает принятие специальных мер для обеспечения безопасности функционирования управляющей системы. Несмотря на обширные исследования, проведенные зн последние десятилетия в области программирования, до сих пор создание ПО является искусством. Идем решения проблем при этом творчески вырабатываются программистами. Такая ситуация сохраняется благодаря тому, что ни один из известных подходов к обеспечению безопасности ПО не гарантирует отсутствия в нем опасных ошибок. А, значит, не может быть уверенности в безопасности всей системы, компонентом которой является ПО.
Известны случаи, когда ошибки в программном обеспечении имели катастрофические последствия для целых космических проектов. Обнаруживались ошибки ПО и при создании ядерных реакторов, и в микропроцессорных системах автоблокировки, применяемых за рубежом. Все это на фоне общей тенденции роста удельного веса программного обеспечения п системах ИРДП требует принципиально новых подходов к процессам разработки и функционирования программы на всех стадиях ее жизненного цикла.
Цель и задачи исследований. Цель исследований состоит в разработке метода обеспечения безопасности программных средств, применяемых в системах интервального регулирования движения поездов. Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:
исследование особенностей использования программного обеспечения в системах ИРДП, анализ мер по повышению его безопасности;
обоснование и выбор математической модели безопасности, позволяющей проводить комплексный анализ ПО на вероятность возникновения в нем опасных ошибок;
разработка методики количественной оценки уровня безопасности программных средств;
разработка методов построения ПО, обеспечивающих устойчивость программ к опасным отказам.
Объект исследования. Для разработки метода повышения безопасности программных средств, применяемых в системах ИРДП, проведен анализ литературных источников по теме. Обобщены подходы, используемые для разработки ПО в системах с повышенными требованиями по безопасности, в том числе в микропроцессорных системах автоблокировки. Исследованию подлежало программное обеспечение систем АБ-Е1, АБ-Е2, АБ-ЧКЕ, МСКП, эксплуатируемое на железных дорогах России.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем;
- на основе анализа существующих методов снижения риска возникнове
ния опасных ситуаций предложена математическая модель безопасности про
граммного обеспечения, построенная на ннгибнторной временной сети Петри
(ИВСП);
сформулированы основные определения и разработана методика обнаружения опасных состояний ПО; по данной методике написана и проверена на практике программа анализа ИВСП на безопасность;
разработана методика количественной оценки безопасности программного обеспечения, построенного на основе предлагаемой модели;
разработаны и апробированы на практике схемы ИВСП для отказоустойчивого программного обеспечения.
Практическая ценность. Теоретические исследования и практические разработки выполнены в рамках научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых по приказам Министра путей сообщения: "Микроэлектронная система автоблокировки АБ-Е1" (1989-1991 гг.); "Микропроцессорная система числовой кодовой автоблокировки АБ-ЧКЕ"; "Микропроцессорная система автоблокировки с децентрализованным размещением ап-
паратуры и рельсовыми цепями без изолирующих стыкон ЛБ-Н2". Последние темы включены в "npoqnufMy разработки и внедрения средств СЦ!>. связи и вычислительной техники па железных дорогах России на период 1903-2000 гг.", выполняемую в соответствии с Указанием Министра путей сообщении № 152-у от 1 июля 1993 года.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и получили одобрение на заседании кафедры "Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте" МИИТа, на конференции "Неделя наукп-94", международном симпозиуме "Безопасность перевозочных процессов" (апрель 1995 года).
Публикация. По теме диссертации опубликованы три статьи, написанные лично автором.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объём работы - 138 страниц, в том числе 105 страниц машинописного текста. Содержит 26 иллюстрации, 1 таблицу. Список использованных источников включает 68 работ.