Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Построение Комплексная информационная игра как разновидности деловой игры, моделирующей информационно-аналитическую деятельность 19
1.1. Общая характеристика Комплексной информационной игры 19
1.1.1. Практические и педагогические предпосылки создания 19
1.1.2. Общая схема процесса подготовки и проведения Комплексной информационной игры 21
12. Разработка игрового комплекса Комплексной Информационной игры 25
1.2.1. Построение обобщенной схемы информационно- аналитической деятельности 27
1.2.2. Общая схема игровой комплекса комплексной информационной игры 31
1.2.3. Примерная структура учебных подразделений 35
1.2.4. Разработка требований к оперативной обстановке 38
1.2.5. Определение требований к набору специальных задач 39
1.2.6. Постановка задач на конструирование автоматизированной системы управления игровым комплексом .40
Выводы 42
Глава 2. Разработка математической модели информационно-аналитической деятельности, используемой при построении КИИ .44
2.1. Построение наблюдаемой системы .45
2.2. Определение информационных сообщений 47
2.3. Построение информационного пространства 49
2.4. Определение информационных источников 50
2.4.1. Общее определение 50
2.4.2. Задание траектории в информационном пространстве 51
2.4.3. Задание моментов появления запросов 51
2.4.4. Задание запросов 52
2.4.5. Задание задержек реакции на запросы 53
2.4.6. Задание упреждений 53
2.4.7. Выработка информационных описаний 53
2.4.8. Параметры информационного источника 55
2.4.9. Информационный поток 55
2.5. Определение содержания работы субъекта информационно- аналитической деятельности 56
2.5.1. Информационный поиск 56
2.5.2. Информационный анализ 60
2.6. Построение соответствий между элементами математической модели информационно-аналитической работы и компонентами игрового комплекса КИИ 62
2.6.1. Информационный сценарий Комплексной информационной игры 63
2.6.2. Блок математической модели, описывающий действия учебного подразделения в ходе Комплексной информационной игры 64
Выводы 65
Глава 3. Решение практических вопросов реализации Комплексной информационной игры на основе математической модели информационно-аналитической деятельности 67
3.1. Особенности построения задаваемой части информационного сценария 68
3.1.1. Определение параметров модели наблюдаемой системы 68
3.1.2. Моделирование информационных источников и информационного пространства 72
3.2. Особенности реализации случайной части информационного сценария. 76
3.2.1. Реализация событийной канвы 77
3.2.2. Реализация информационного потока 79
3.3. Оценка качества информационного сценария и его корректировка 81
3.4. Результаты деятельности обучаемых в ходе игры и их предварительное планирование, управление динамикой игры 87
3.4.1. Результаты работы, проводимой обучаемыми в ходе игры.. 87
3.4.2. Прогнозирование результатов работы и управление этой работой со стороны Центра 90
3.5. Оценивание деятельности обучаемых в ходе Комплексной информационной игры 97
3.5.1. Информационная ценность сообщения или доклада 97
3.5.2. Автоматическое оценивание эффективности информационно-аналитической работы обучаемых в ходе КИИ 102
Выводы 104
Глава 4. Принципы построения программно-аппаратной базы Комплексной информационной игры 106
4.1. Структура локальной вычислительной сети Комплексной информационной игры и обеспечение ее безопасности. 107
4.1.1, Построение локальной вычислительной сети КИИ..,, 107
4.1.2. Политика безопасности Комплексной информационной игры и способы ее реализации . 109
4.2. Типовая схема данных Комплексной информационной игры 115
4.2.1. Общие замечания. 115
4.2.2. Схема данных, соответствующих объектам организационной структуры и организационной деятельности 118
4.2.3. Схема данных, соответствующих объектам информационного сценария 124
4.2.4. Схема данных, соответствующих результатам работы обучаемых 128
4.2.5. Распределение полномочий по доступу к данным, пользовательские базы данных и их назначение 132
4.3. Работа с данными, разграничение полномочий средствами СУБД 137
4.3.1. Средства ввода и редактирования данных 137
4.3.2. Средства разграничения доступа к данным 142
4.3.3. Отчеты и материалы к итоговому разбору 145
Выводы 148
Заключение 150
Литература 153
- Общая схема процесса подготовки и проведения Комплексной информационной игры
- Построение соответствий между элементами математической модели информационно-аналитической работы и компонентами игрового комплекса КИИ
- Моделирование информационных источников и информационного пространства
- Политика безопасности Комплексной информационной игры и способы ее реализации
Введение к работе
Предлагаемая диссертация является итогом пятнадцатилетней работы автора в группе создания и проведения деловых игр, предназначенных для обучения слушателей выпускных курсов Института криптографии, связи и информатики (ИКСИ) Академии ФСБ России. Начатые в 1987 году в форме имитационных занятий' для одной из групп факультета прикладной математики указанные игры постоянно совершенствовались. В настояпдее время процедура их подготовки и проведения представляет собой сложнейший комплекс мероприятий, использующий самые современные педагогические, технические и компьютерные технологии и позволяющий объединять в рамках единых учебных занятий слушателей, обучаемых практически по всем специальностям ИКСИ. Анализ накопленного опыта позволил выделить в существующих наработках общезначимые компоненты и предложить общую схему игрового комплекса, моделирующего информационно-аналитическую деятельность, т.е. деятельность, которую можно трактовать как сбор, анализ и обобщение информации. Схема послужила основой для формулировки темы диссертационных исследований и выработки их плана.
Актуальность темы. Система высшего образования России переживает период реформ. Пересмотру подвергаются многие ее компоненты и, в частности, приоритеты в триаде знания - умения - навыки. Традиционная ориентация вузов на знания, все чаще не удовлетворяет требованиям практики, отдающей преимущество умениям и навыкам. Многопрофильность большинства современных вузов, изменения в структуре целевой подготовки кадров в сочетании с сокращением государственных инвестиций и другими объективными причинами приводят к необходимости введения новых форм подготовки специалистов, характеризующихся:
1) наличием акцентов на выработке и закреплении умений и навыков;
' Здесь и далее при обсуждении деловых игр используется терминология, предложенная В. Я. Платовым в работе [61].
интенсификацией и информатизацией образовательного процесса;
активным использованием средств вычислительной техники и возможностей современных сетевых технологий;
возможностью дистанционного обучения.
включение в игровой комплекс баз знаний, фактов и закономерностей развития изучаемого объекта с целью усиления реалистичности игрового процесса;
обеспечение возможности гибкой настройки как начальных параметров игры так и элементов ее конструкции;
ввод автоматизированных средств обратной связи между подачей учебного материала и процессом его усвоения.
процессы, связанные с реальной информационно-аналитической деятельностью;
процессы, возникающие в ходе проведения компьютерной деловой игры, моделирующей эту деятельность.
информационные потоки, формирующие исходные данные игры;
потоки, характеризующие итоги работы обучаемых;
управляющие информационные потоки, образующие каналы обратной связи между игрой и обучаемыми;
Разработка формальной схемы информационно-аналитической деятельности.
Построение универсальной схемы моделирующего ее игрового комплекса.
Разработка математической модели информационно-аналитической деятельности.
Построение методики рационального выбора параметров предложенной математической модели.
Разработка теоретических основ конструирования обратных связей между потоком подаваемого в ходе игры учебного материала и процессом его усвоения.
Построение методик оценивания результатов игры с учетом ее информационной специфики.
Описание схемы данных деловой игры, моделирующей информационно-аналитическую деятельность, а также средств и методов обработки этих данных.
Выработка типовых требований к структуре локальной вычислительной сети и программному обеспечению игры.
Формулирование политики безопасности программно-аппаратной базы и описание средств и методов обеспечения этой политики.
Впервые предложена универсальная схема игрового комплекса, позволяющая моделировать любую область человеческой деятельности, которая может трактоваться как сбор, анализ и обобщение информации, то есть как информационно-аналитическая деятельность.
Разработана новая математическая модель информационно-аналитической деятельности. Основными отличительными чертами модели являются:
ранжирование состояний объекта, изучаемого в ходе информационно- аналитической деятельности, по их информационной значимости;
представление исходных данных деятельности в виде потока сообщений, вырабатываемых информационными источниками, по случайному закону, параметры которого определяют типовые
функционирование информационных источников в рамках неоднородного информационного пространства;
наличие формального математического описания двух главных составляющих информационно-аналитической деятельности: информационного поиска и информационного анализа.
Структурная схема универсального игрового комплекса, моделирующего информационно-аналитическую деятельность. Описание основных компонентов схемы и характера их взаимодействия.
Математическая модель информационно-аналитической деятельности, включающая в себя вероятностную модель выработки и размещения исходных данных и строгие определения процессов их обработки.
Практические методики, включающие рациональный подбор параметров математической модели для конкретного игрового комплекса, построение системы обратных связей между процессом выработки исходных данных и процессом их освоения участниками игры, автоматическое оценивание действий обучаемых. 4. Концепция построения универсальной программно-аппаратной базы деловой игры, моделирующей информационно-аналитическую деятельность. Политика безопасности и многоуровневая система защиты программно-аппаратной базы.
В свете сказанного, закономерно возрастание интереса высшей школы к деловым играм.
Деловая игра (см., например, [1]) представляет собой искусственное моделирование различных ситуаций (политических, экономических, внутрифирменных и т.п.), с которыми участники игры могут столкнуться в ходе выполнения своих служебных обязанностей, делового общения или социальных контактов. Целями игры могут являться выработка и тестирование деловых навыков, обучение участников тем или иным приемам управления, адаптация к будущей трудовой деятельности, социальная адаптация, а также поиск оптимальных вариантов действий в тех или иных ситуациях. Правильно построенные деловые игры могут удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к современным методам обучения.
Общепризнанным автором первой в мире деловой игры является М. М. Бирнштейн. Первая игра была проведена в 1932 г. группой пуска новостроек, работавшей при Ленинградском инженерно-экономическом институте, и предназначалась для обучения руководящих кадров строящихся заводов-гигантов. До 1938 года отечественными специалистами было разработано и внедрено около 40 деловых игр (см. [9]). Однако в 1938 г. экспериментальное игровое моделирование в СССР было свернуто. Второе рождение деловые игры получили только в середине 50-х годов на этот раз в США (см. [99]). Здесь их родоначальницей стала американская ассоциация менеджмента. В 1956 г. ею при участии 20 крупнейших фирм был проведен первый эксперимент по моделированию развития крупной компании. Вскоре в Америке появились деловые игры, использующие компьютер. Уже в 1962 г. сообщалось об использовании имитатора ABES (Aerospace Business Environment Simulator) для ЭВМ IBM-7090. С 1984 г. разработчики деловых игр используют, в основном, персональные компьютеры. Игровое моделирование активно развивается в Англии, Канаде, Германии, Франции, Японии и других странах. Наиболее широкое распространение оно получило в школах менеджмента, у специалистов по мировой экономике и в военной сфере. По данным [62] уже в 1980 г. в мире было зарегистрировано более 2000 деловых игр. Из них около 300 в СССР. Рост интереса отечественных специалистов к деловым играм можно датировать концом 70-х годов. В этот период создана Ассоциация разработчиков игрового социального имитационного моделирования (АРИСИМ), начал работать Совет по активным методам обучения при Минвузе СССР. Некоторый спад активности отечественных разработок, связанный с финансовыми трудностями начала 90-х годов, в настоящее время компенсируется массовым внедрением в деловую и частную жизнь России персональной вычислительной техники, а также развитием русскоязычных ресурсов сети Internet.
В настоящее время постоянно растет число публикаций по теории и практике деловых игр (см., например, [12], [16], [19], [20], [33], [56], [92] и др.). Большое внимание уделяется компьютерным деловым играм ([58], [59], 67], [68]) и их месту в системе дистанционного образования ([3], [4], [70], [80]). В связи с деловыми играми в печати освещаются общие методологические вопросы ([1], [8], [62] и др.), вопросы педагогики и психологии (см., например, [2], [30] и [61]), проблемы применения экспериментального игрового моделирования для прогнозирования поведения сложных систем и поиска оптимальных решений в сложных ситуациях ([15], [20], [34]). Большое число публикаций посвящается описанию действующих деловых игр ([23], [31], [34], [65], [81], [83] и др.). Для оперативного распространения информации о компьютерных деловых играх их производители все чаще используют ресурсы сети Internet. Среди отечественных разработчиков наибольшей активностью в этом направлении выделяются компания КОББИ (Компьютерное обучение бизнесу) и Центр ЮрИнфоР юридического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, поддерживающие и постоянно обновляющие собственные информационные сайты (адреса http://asu.saog.ac.ru./kobЫ и http://msu.jiirmfor,m соответственно).
Нельзя не отметить тот факт, что при разработке деловых игр активно используются результаты, публикуемые в смежных областях знания. К таковым относятся математическое моделирование (см. [6], [14], [29], [44], [67], [82], [97]), теория экспертных систем и баз знаний ([16], [27], [35], [100]), экспертное оценивание ([28], [38], [60]) и другие. В свою очередь, и сами указанные отрасли активно внедряют технологии, свойственные деловым играм (см., например, [17], [27], [87]).
Анализ многочисленных публикаций позволяет сделать вывод о том, что деловые игры являются одним из наиболее действенных методов активного обучения. Они существенно сокращают учебное время, обеспечивая участвующим в них студентам «ощущение» реальной динамики изучаемых процессов. Внедрение компьютерных деловых игр в образовательный процесс позволяет до определенной степени компенсировать нехватку квалифицированных педагогических кадров в звене, отвечающем за проведение практических и лабораторных занятий. Обеспечивая возможность разрешения противоречия между растущей потребностью в самообразовании и ограниченной пропускной способностью традиционных учебных заведений, компьютерные деловые игры органично вписываются в набирающую силу систему дистанционного образования. Необходимо отметить также, что деловые игры отлично зарекомендовали себя не только как метод обучения, но и как мощный инструмент решения разнообразных вопросов текущей деятельности конкретных предприятий и фирм, как один из основных инструментов экспериментальных исследований в управлении, экономике и политике.
Следует сказать, однако, что, несмотря на почти семидесятилетнюю историю и большое количество собственных наработок, теория деловых игр еще далека от завершения. Анализ существующих публикаций позволяет утверждать, что методы, используемые при реализации значительной части действзАщих деловых игр, имеют частный, узко специальный характер. Разработанные с их помощью игровые комплексы плохо адаптируются даже к незначительным изменениям условий проведения игры и характера задач, решаемых обучаемыми в ее ходе. В большинстве случаев техническая реализация деловой игры представляется скорее актом «искусства» нежели продуктом хорошо проработанной научной технологии. В этой связи представляют интерес исследования, направленные на поиск унифицированных методов построения игровых комплексов, легко адаптируемых в рамках широких классов деловых игр. Значительные перспективы открываются также на пути поиска методов расширения функциональных возможностей деловых игр. К ним относятся
Сказанное указывает на актуальность исследований общих методов построения и реализации деловых игр, моделирующих информационно-аналитическую деятельность. Игры этого типа обладают достаточным уровнем универсальности и допускают широкое использование аппарата современного математического и компьютерного моделирования.
Цель диссертационного исследования состоит в том, чтобы на основе анализа существующего опыта построения деловых игр разработать теоретические основы игрового моделирования деятельности по сбору, анализу и обобщению информации; предложить общие методы эффективной реализации соответствующих игровых комплексов с использованием современного математического аппарата и технологий локальных компьютерных сетей.
Объектом исследования являются информационные процессы двух видов:
Второй класс, в свою очередь, разбивается на четыре подкласса:
(1) информационные процессы внутри компьютерной сети, на основе которой функционирует деловая игра.
Предметом исследования являются методы структурного, математического и компьютерного моделирования, возникающие в процессе подготовки и проведения компьютерных деловых игр для специалистов в областях, интерпретируемых как информационно-аналитическая деятельность.
Задачи исследования. Для достижения цели диссертационного исследования решаются следующие задачи.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы системного анализа, общей теории деловых игр, теории сложных систем, аппарат теории вероятностей и, в частности, теории случайных процессов, методы общей теории реляционных баз данных и теории информационной безопасности компьютерных сетей.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем.
свойства этих источников (информативность, достоверность, оперативность, надежность и т.п.);
На базе предложенной математической модели разработаны теоретические основы построения системы обратных связей между подачей учебного материала и процессом его усвоения в ходе игры.
Предложена новая методика оценивания результатов информационно- аналитической деятельности на основе расчета суммарной информационной ценности добытых и доложенных сообщений. Трактовка понятия «информационная ценность сообщений» отличается от ранее предлагавшихся (см. [86] и [90]) интегральным учетом зависимости цены информации от событийной канвы, в рамках которой эта информация рассматривается.
Разработана универсальная схема программно-аппаратной базы деловой игры, моделирующей информационно-аналитическую деятельность, построена концепция многоуровневой системы безопасности программно- аппаратной базы.
Положения, выносимые на защиту.
Практическая значимость работы заключается в использовании полученных результатов при проектировании и эксплуатации деловых игр, предназначенных для слушателей выпускных курсов Института криптографии, связи и информатики Академии ФСБ России, и подтверждается прилагаемым к работе актом внедрения ее результатов.
Апробация работы. Основные результаты работы прошли апробацию на конференции "Нейрокомпьютеры и их применение" (14-16 февраля 1996 г.), на первой (6-8 февраля 1996 г.), второй (4-6 февраля 1998 г.) и третьей (1-3 февраля 2000 г.) межведомственных конференциях «Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб», а также на 9 научно- технической конференции по криптографии (25-27 февраля 2001 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержит 162 страницы и включает в себя 15 рисунков. Список литературы состоит из 101 наименования.
Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируются цель и содержание поставленных задач, описываются объект и предмет исследования, перечисляются методы исследования, сообщается, в чем заключается теоретическая значимость и прикладная ценность полученных результатов, формулируются положения, выносимые на защиту.
В главе 1 диссертации определяется и обосновывается понятие «Комплексная информационная игра (КИИ)», дается развернутая характеристика деловых игр, относящихся к классу Комплексных информационных игр, и разрабатывается универсальная схема соответствующего игрового комплекса. В параграфе 1.1 дается практическое и педагогическое обоснование необходимости разработки Комплексных информационных игр, описывается общая схема процесса их подготовки и проведения, начиная с этапа формирования исходного замысла и заканчивая подведением итогов конкретных реализаций деловых игр. В параграфе 12 рассматриваются методологические проблемы игрового моделирования информационно-аналитической деятельности. Решение соответствующих задач начинается с комплексного изучения областей человеческой практики, допускающих описание в терминах сбора, анализа и обобщения информации. Результатом проведенной работы является универсальная схема игрового комплекса, моделирующего информационно-аналитическую деятельность. При ее описании в рамках параграфа наибольшее внимание уделяется компонентам, не поддающимся математическому моделированию, таким как учебные подразделения, типовые специальные задачи и оперативная обстановка. С позиций повышения эффективности образовательного процесса, проходящего в ходе игры, выдвигается система требований, предъявляемых к структурным элементам ее игрового комплекса. В конце главы приводятся выводы, содержащие краткую характеристику ее основных результатов и формулировку условий, необходимых для эффективной реализации игрового комплекса КИИ с использованием современных средств, программирования и вычислительной техники. Основные результаты главы 1 опубликованы в работе [50'.
В главе 2 настоящей диссертации конструируется математическая модель информационно-аналитической работы. В параграфе 2.1 моделируется объект информационно-аналитической деятельности. За объектом закрепляется термин «наблюдаемая система». В качестве модели выбирается случайный процесс с непрерывным временем, параметры и состояния которого ранжируются по их информационной значимости. Выделяется множество критических состояний, являющихся предметом повышенного интереса со стороны субъекта информационно-аналитической деятельности. Параграф 2.2 посвящен вводу и описанию так называемых информационных сообщений, а параграф 2.3 - описанию информационного пространства, в котором эти сообщения существуют. Центральным параграфом главы является параграф 2.4, посвященный главным элементам рассматриваемой модели - информационным источникам. Последние рассматривается как стохастические генераторы информационных сообщений. Для информационных источников определяются различные режимы работы: случайный, регулярный и справочный, - а также описываются инструменты моделирования таких свойств их реальных прототипов как информативность, достоверность, надежность и т.п. В параграфе 2.5 определяются два основных компонента информационно- аналитической деятельности, информационный поиск и информационный анализ соответственно. Ключевым моментом в обоих случаях является акцент на целевые установки субъекта деятельности. В параграфе 2.6 устанавливаются соответствия между элементами введенной математической модели информационно-аналитической работы и компонентами рассмотренной в главе 1 схемы универсального игрового комплекса. Выводы, приведенные в конце главы 2, содержат краткую характеристику особенностей построенной модели, а также список задач, возникающих при ее использовании в процессе практического проектирования Комплексных информационных игр. Основные результаты главы 2 опубликованы в работах [48] и [49].
В главе 3 рассматриваются практические вопросы реализации деловой игры на основе математической модели информационно-аналитической работы. В параграфе 3.1 описываются этапы подготовки деловой игры, важные для дальнейшего изложения. Параграф 3.2 посвящен построению задаваемой части информационного сценария, то есть определению параметров математической модели, остающихся постоянными для всех реализаций одной и той же Комплексной информационной игры. Рассмотрены особенности выбора прототипов наблюдаемой системы и информационных источников. Методики ранжирования параметров и их значений по информационной значимости. В параграфе 3,3 рассматриваются особенности реализации случайной части информационного сценария. Производится сравнение детерминированных, частично детерминированных и случайных информационных сценариев. В параграфе 3.4 конструируется методика автоматизированной оценки и корректировки качества информационного сценария. Ситуации, возникающие в ходе игры, классифицируются, по значениям вероятностных оценок возможности прогнозирования событийной канвы информационно-аналитическими методами. В параграфе 3.5 описываются методы построения обратных связей между информационным потоком, формируемым в процессе Комплексной информационной игры, и результатами работы обучаемых. Анализируются информационные потоки, инициируемые деятельностью участников игры. На основе анализа конструируются процедуры оперативной коррекции информационного потока. Параграф 3.6 посвящен автоматическому оцениванию результатов работы обучаемых в ходе КИИ. Предлагаются формулы расчета информационной ценности сообщений и докладов, на основе которых получаются числовые оценки итогов информационно-аналитической работы. Выводы по главе 3 содержат оценочные суждения по результатам применения математической модели для решения практических вопросов конструирования Комплексных информационных игр. Основные результаты главы 3 опубликованы в работах [49], [52] и [54].
В главе 4 рассматриваются принципы построения программно- аппаратной базы Комплексной информационной игры. Параграф 4.1 посвящен принципам построения локальной вычислительной сети, реализующей игровой комплекс, политике безопасности игры и многоуровневой системе ее обеспечения. В параграфе 4.2 рассматривается схема данных Комплексной информационной игры, описываются типовые таблицы и реляционные связи между ними. Параграф 4.3 посвящен программной обработке данных игры. Рассматриваются средства их ввода и редактирования, технология подготовки промежуточных и итоговых отчетов. Основное внимание уделяется средствам
разфаничения доступа к данным. Выводы, приведенные в конце главы, содержат описание перспектив развития программно-аппаратной базы Комплексной информационной ифы, связанных с внедрением Мете1- технологий. Основные результаты главы 4 опубликованы в работах [51], [53] и [54].
В заключении приведена итоговая характеристика проделанной работы, сформулированы нерешенные проблемы и перспективы дальнейших исследований.
Автор выражает глубокую признательность доктору технических наук, академику РАЕН, профессору В. Г. Никонову за постоянное внимание и неоценимую помощь в работе над диссертацией.
Автор благодарит всех сотрудников группы создания и проведения деловых игр Института криптографии, связи и информатики Академии ФСБ России за дружеское участие, ценные советы и активное содействие в реализации идей, изложенных в диссертации.
С особой теплотой автор вспоминает совместную работу с замечательным человеком, одним из ведущих специалистов в области управления информационно-аналитической деятельностью, ныне покойным генерал-майором А. А. Соловьевым. Его памяти посвящается данная работа.
Общая схема процесса подготовки и проведения Комплексной информационной игры
Практическая значимость работы заключается в использовании полученных результатов при проектировании и эксплуатации деловых игр, предназначенных для слушателей выпускных курсов Института криптографии, связи и информатики Академии ФСБ России, и подтверждается прилагаемым к работе актом внедрения ее результатов.
Апробация работы. Основные результаты работы прошли апробацию на конференции "Нейрокомпьютеры и их применение" (14-16 февраля 1996 г.), на первой (6-8 февраля 1996 г.), второй (4-6 февраля 1998 г.) и третьей (1-3 февраля 2000 г.) межведомственных конференциях «Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб», а также на 9 научно- технической конференции по криптографии (25-27 февраля 2001 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержит 162 страницы и включает в себя 15 рисунков. Список литературы состоит из 101 наименования.
Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируются цель и содержание поставленных задач, описываются объект и предмет исследования, перечисляются методы исследования, сообщается, в чем заключается теоретическая значимость и прикладная ценность полученных результатов, формулируются положения, выносимые на защиту.
В главе 1 диссертации определяется и обосновывается понятие «Комплексная информационная игра (КИИ)», дается развернутая характеристика деловых игр, относящихся к классу Комплексных информационных игр, и разрабатывается универсальная схема соответствующего игрового комплекса. В параграфе 1.1 дается практическое и педагогическое обоснование необходимости разработки Комплексных информационных игр, описывается общая схема процесса их подготовки и проведения, начиная с этапа формирования исходного замысла и заканчивая подведением итогов конкретных реализаций деловых игр. В параграфе 12 рассматриваются методологические проблемы игрового моделирования информационно-аналитической деятельности. Решение соответствующих задач начинается с комплексного изучения областей человеческой практики, допускающих описание в терминах сбора, анализа и обобщения информации. Результатом проведенной работы является универсальная схема игрового комплекса, моделирующего информационно-аналитическую деятельность. При ее описании в рамках параграфа наибольшее внимание уделяется компонентам, не поддающимся математическому моделированию, таким как учебные подразделения, типовые специальные задачи и оперативная обстановка. С позиций повышения эффективности образовательного процесса, проходящего в ходе игры, выдвигается система требований, предъявляемых к структурным элементам ее игрового комплекса. В конце главы приводятся выводы, содержащие краткую характеристику ее основных результатов и формулировку условий, необходимых для эффективной реализации игрового комплекса КИИ с использованием современных средств, программирования и вычислительной техники. Основные результаты главы 1 опубликованы в работе [50 .
В главе 2 настоящей диссертации конструируется математическая модель информационно-аналитической работы. В параграфе 2.1 моделируется объект информационно-аналитической деятельности. За объектом закрепляется термин «наблюдаемая система». В качестве модели выбирается случайный процесс с непрерывным временем, параметры и состояния которого ранжируются по их информационной значимости. Выделяется множество критических состояний, являющихся предметом повышенного интереса со стороны субъекта информационно-аналитической деятельности. Параграф 2.2 посвящен вводу и описанию так называемых информационных сообщений, а параграф 2.3 - описанию информационного пространства, в котором эти сообщения существуют. Центральным параграфом главы является параграф 2.4, посвященный главным элементам рассматриваемой модели - информационным источникам. Последние рассматривается как стохастические генераторы информационных сообщений. Для информационных источников определяются различные режимы работы: случайный, регулярный и справочный, - а также описываются инструменты моделирования таких свойств их реальных прототипов как информативность, достоверность, надежность и т.п. В параграфе 2.5 определяются два основных компонента информационно- аналитической деятельности, информационный поиск и информационный анализ соответственно. Ключевым моментом в обоих случаях является акцент на целевые установки субъекта деятельности. В параграфе 2.6 устанавливаются соответствия между элементами введенной математической модели информационно-аналитической работы и компонентами рассмотренной в главе 1 схемы универсального игрового комплекса. Выводы, приведенные в конце главы 2, содержат краткую характеристику особенностей построенной модели, а также список задач, возникающих при ее использовании в процессе практического проектирования Комплексных информационных игр. Основные результаты главы 2 опубликованы в работах [48] и [49].
В главе 3 рассматриваются практические вопросы реализации деловой игры на основе математической модели информационно-аналитической работы. В параграфе 3.1 описываются этапы подготовки деловой игры, важные для дальнейшего изложения. Параграф 3.2 посвящен построению задаваемой части информационного сценария, то есть определению параметров математической модели, остающихся постоянными для всех реализаций одной и той же Комплексной информационной игры. Рассмотрены особенности выбора прототипов наблюдаемой системы и информационных источников. Методики ранжирования параметров и их значений по информационной значимости. В параграфе 3,3 рассматриваются особенности реализации случайной части информационного сценария. Производится сравнение детерминированных, частично детерминированных и случайных информационных сценариев. В параграфе 3.4 конструируется методика автоматизированной оценки и корректировки качества информационного сценария. Ситуации, возникающие в ходе игры, классифицируются, по значениям вероятностных оценок возможности прогнозирования событийной канвы информационно-аналитическими методами. В параграфе 3.5 описываются методы построения обратных связей между информационным потоком, формируемым в процессе Комплексной информационной игры, и результатами работы обучаемых. Анализируются информационные потоки, инициируемые деятельностью участников игры. На основе анализа конструируются процедуры оперативной коррекции информационного потока. Параграф 3.6 посвящен автоматическому оцениванию результатов работы обучаемых в ходе КИИ. Предлагаются формулы расчета информационной ценности сообщений и докладов, на основе которых получаются числовые оценки итогов информационно-аналитической работы. Выводы по главе 3 содержат оценочные суждения по результатам применения математической модели для решения практических вопросов конструирования Комплексных информационных игр. Основные результаты главы 3 опубликованы в работах [49], [52] и [54].
Построение соответствий между элементами математической модели информационно-аналитической работы и компонентами игрового комплекса КИИ
Работу по подготовке КИИ можно разбить на ряд естественных этапов: 1) определение неформализуемой части игрового комплекса, включающей в себя общий замысел игры, специальный замысел и описание учебного подразделения; 2) определение задаваемой части информационного сценария; 3) реализация случайной части информационного сценария; 4) оценка и корректировка полученного информационного сценария; 5) разработка примерного плана действий обучаемых в рамках этого сценария; 6) настройка систем автоматического оценивания и создания итогового разбора. Особенности первого этапа с достаточной степенью подробности отражены в главе 1, поэтому в данной главе будут рассмотрены лишь проблемы реализации пяти других этапов. На основании замечания 2.5., сформулированного в пункте 2.7.1., можно сделать вывод о том, что второй этап подготовки для каждой новой КИИ реализуется однократно, а необходимость реализации третьего, четвертого, пятого и шестого этапов может возникать при каждом ее повторном проведении. Всю работу по подготовке Комплексной информационной игры выполняет группа экспертов, включающая в себя: - преподавателей, свободно ориентирующихся в системе квалификационных требований, образовательных стандартов, учебных программ и учебно-тематических планов в рамках специальности, для которой разрабатывается игра; - специалистов-практиков, имеющих большой опыт реальной информационно-аналитической работы соответствующего профиля; - специалистов в области Комплексньгк информационных игр. Идеальной является ситуация, когда в группе имеются эксперты, сочетающие в себе указанные качества. При отсутствии таковых, ведущая роль в группе принадлежит специалистам в области КИИ, которые координируют и направляют деятельность преподавателей и специалистов- практиков. Работа над созданием информационного сценария начинается после того, как определены тип и структура учебного подразделения, а также примерный перечень специальных задач, навыки решения которых необходимо отработать в ходе игры. Первый шаг в создании информационного сценария - это определение наблюдаемой системы 5" и случайного процесса &{ 0, описывающего ее эволюцию. Соответствующая работа начинается с выбора прототипа 5 . Прототипом служит один из реальных объектов той разновидности информационно-аналитической работы, которая моделируется в ходе Комплексной информационной игры. Некоторые возможные виды работы и ее объектов упоминались в главе 1. Выбор прототипа наблюдаемой системы регламентируется следующими соображениями: 1) прототип должен позволять максимально полно реализовывать перечень задач, определенных специальным замыслом Комплексной информационной игры, то есть позволять максимально полно реализовывать ее учебные цели; 2) прототип должен обеспечивать возможность построения высоко динамичных информационных сценариев и, тем самым, позволять непрерывно поддерживать напряженность и занимательность игры; 3) он должен поддаваться моделированию, то есть описываться разумным числом параметров, имеющих хорошо формализуемые законы изменения. Работа по выбору прототипа имеет творческий характер. Наилучшие результаты достигаются только при наличии тесного взаимодействия между всеми экспертами, входящими в группу разработчиков КИИ. Построение модели наблюдаемой системы на основе выбранного прототипа осуществляется в несколько этапов; 1) сбор данных о прототипе; 2) их систематизация и обобщение; 3) определение основных параметров прототипа; 4) классификация параметров прототипа по степени информативности, отсев несущественных параметров; 5) определение устойчивых закономерностей изменения выбранных параметров; 6) выделение устойчивых связей между ними; 7) построение вероятностной модели б . На выходе данной работы получается полное описание случайного процесса Фазовое пространство О. процесса определяется выбранными параметрами и диапазонами их изменений. Задание других параметров 8(1) осуществляется на основе анализа, проведенного на этапах 5) и 6), методами экспертного оценивания. В рамках выбранной марковской модели процесс полностью определяется начальным распределением и вероятностями рАА (А) перехода из состояния 1 в состояние 02 за время А О, А2 Л Важными параметрами математической модели являются веса И/А, 1Ф 2,.- и вероятностные распределения //], //2 Значения весов "иа, н 2,.-- назначаются по степени информационной значимости параметров 0}, 0 2, соответственно, По значениям мл1,лл2г,... множество {01,02,.--} разбивается на непересекающиеся классы. Практика показала, что часто достаточно ввести лишь три таких класса: - параметры, имеющие стратегическое значение; - параметры оперативного уровня; - тактические параметры. В рамках одного класса всем параметрам присваивается один и тот же вес. Значения весов устанавливаются методом экспертного оценивания. Стратегические параметры имеют максимальный вес (обозначим его ), веса оперативных параметров ( А ) меньше, а тактическим параметрам назначаются минимальные веса (\А ), то есть ]а Ша . Вероятностные распределения //,//2,.-- на множествах 0 ,0.2,.-. задаются таким образом, что несут, в большей степени, не вероятностное, а смысловое содержание. Они выбираются с учетом следующих соображений. Пусть в ЕО.а. Тогда величина —г-г должна быть сделана тем больше, чем больший интерес для информационно-аналитической работы представляют события, характеризующиеся тем, что параметр 0 = л. Такой подход представляется логичным, так как на практике значимые события, чаще всего, маловероятны.
Моделирование информационных источников и информационного пространства
Домен «Game» включает в себя сервер КИИ, рабочие станции дежурных преподавателей и рабочие станции учебных групп. В домене создаются следующие группы пользователей: - группа «Administrators», учетные записи в которой получают все технические работники, занимающиеся администрированием сети в ходе игры; - группы «Inspectors-N», учетные записи в которых получают дежурные преподаватели (количество групп соответствует количеству направлений, по которым ведется преподавательский контроль, на схеме таких групп две); - группы «Players-K», каждой из которых соответствуют учетные записи игроков, входящих в одну учебную группу (на схеме таких групп три). В качестве общих ресурсов выделяются пары каталогов или логических дисков «То-К» и «From-K» по числу учебных групп, а также каталог «Box». Каждый из пользователей группы «Administrators» получает индивидуальную учетную запись. Все члены группы обладают правами «Полный контроль» на доступ к объектам сети и выполнение сетевых операций. Вместе с тем, средствами СУБД им отказывается в праве на доступ к базе данных КИИ. Последнее офаничение предназначено для исключения возможности непреднамеренной порчи администратором объектов базы данных. Пользователи групп «Inspectors-N» также получают индивидуальные учетные записи. Они обладают полными правами на доступ к объектам сети, но имеют ограниченные права на выполнение сетевых операций. Кроме того. в ряде случаев средствами СУБД преподавателям, являющимся членами группы «Inspectors-N», может быть в той или иной форме отказано в доступе к избранным таблицам базы данных КИИ. Это ограничение вводится тогда, когда по характеру работы, проводимой преподавателем в ходе игры, ему нет необходимости обладать полной информацией об объектах базы данных. Ограничение прав администрирования сети и прав доступа к базе данных пользователям групп «Inspectors-N» страхует этих пользователей от ошибочных действий при оперировании с информацией, важной для бесперебойного и корректного функционирования игры. Пользователям групп «Players-K» в локальной вычислительной сети зачастую не выделяются индивидуальные учетные записи. В этом случае они пользуются учетной записью, единой для всей группы. Заметим, что для игр, проводимых в сети Internet, такой подход недопустим. Права пользователей групп «Players-K» сильно ограничены. Им предоставляются лишь право на чтение из каталога «То-К» и право на запись в каталог «From-K» (К - номер группы). Каталоги «То-К» и «From-K» используются для информационного обмена между Центром управления КИИ и учебной группой с номером К. Через «То-К» в учебную группу поступает, во-первых, информационный поток из базы данных КИИ и, во-вторых, вводные и указания дежурных преподавателей и администраторов сети. Через «From-K» в базу данных движется информация об итогах работы учебной группы. Каталог «Box» используется для информационного обмена с группой «Designers» конструкторов Комплексной информационной игры. Группа «Designers» регистрируется в отдельном домене «Constructors». Каждый пользователь группы имеет отдельную учетную запись. Между доменами «Game» и «Constructors» устанавливаются односторонние отношения доверия, на основании которых пользователям группы «Designers» передаются полные права на изменение информации в каталоге «Box». Вся информация, проходящая через этот каталог. предварительно шифруется. Предпочтительным является использование системы шифрования, отличной от той, которая применяется в информационном обмене с учебными группами. Выделение группы «Designers» в отдельный домен позволяет надежнее отделить обучаемых от информации о внутреннем устройстве главной базы данных КИИ и о ее программном обеспечении. Дело в том, что на рабочих станциях конструкторов игры, как правило, содержатся и проектная документация, и исходные тексты программ, и сведения об используемых системах шифрования, и другие сведения, знание которых может спровоцировать недобросовестные действия со стороны обучаемых. Нельзя не упомянуть о широких возможностях аудита сети, предоставляемых средой Windows NT. Систематическое отслеживание несанкционированных с точки зрения политики безопасности ЛВС КИИ событий является средством выявления и профилактики действий, не предусмотренных замыслом игры. Вопросы настройки средств аудита являются по своей сути чисто техническими. Подробно ознакомиться с ними можно, например, по [94]. Использование средств СУБД для разграничения доступа к данным Комплексной информационной игры подробно рассматривается в пункте 4.3.2.
Криптографические средства являются важнейшим элементом системы безопасности локальной вычислительной сети КИИ. Все данные, поступающие в каталоги «То-К» и «From-K» и хранящиеся в них, предварительно шифруются. Система шифрования, может быть, вообще говоря, любой. Обмен ключевой информацией между учебными группами и Центром управления КИИ может производиться, как методом предварительной рассылки, так и в ходе игры с использованием какого-либо из подходящих криптографических протоколов. В условиях локальной вычислительной сети предпочтительнее первый вариант. Выбор системы шифрования и способа обмена ключевой информацией осуществляется с учетом современных требований к уровню криптографической защиты. Учитывается также быстродействие системы и сложность ее реализации и эксплуатации.
Введение шифрования в информационный обмен делает практически бесперспективным получение несанкционированных данных о ходе игры методом слежения за трафиком ЛВС КИИ. Средствами шифрования в сети реализуются современные идеи построения «частных подсетей», изложенные в [94].
В заключение заметим, что политика безопасности, элементы которой описаны выше, является итогом многолетнего опыта подготовки и проведения Комплексных информационных игр. С ее помощью реализована так называемая многоуровневая система безопасности (см., например, [21]) локальной вычислительной сети КИИ. Она показала свою работоспособность и эффективность. Был зарегистрирован ряд попыток ее преодоления. Во всех случаях попытки прекращались, как бесперспективные. Административное вмешательство в соответствующие ситуации имело скорее демонстративный, чем обязательный характер.
Политика безопасности Комплексной информационной игры и способы ее реализации
Поля «Начало регистрации» и «Конец регистрации» наиболее характерны для Комплексных информационных игр, проводимых в сети "Internet", и определяют временной промежуток, в течение которого желающие могут присоединиться к участникам игры. Поле «Начало игры» соответствует моменту О отрезка tQ,TQ (его значение не обязательно превышает значение поля «Конец регистрации», то есть регистрация новых участников может, в некоторых случаях, продолжаться непосредственно в ходе игры).
Поле «Старт информационного потока» задает время IQ, а поле «Окончание игры» - TQ. В поле «Оценка игры» заносятся суммированные мнения экспертов по различным аспектам подведения итогов игры. Таблица «Учебные группы» содержит записи, соответствующие участвующим в игре учебным группам. Ключевые поля - «Игра» и «Группа». Значение поля «Игра» наследуется из таблицы «Игры», а поле «Группа» содержит номер, присваиваемый учебной группе в начале игры. Группа полей «Руководитель» содержит данные лица, зарегистрированного перед началом игры в качестве руководителя учебной группы и проводящего отбор в учебную группу. Данное поле не является обязательным и появляется тогда, когда по условиям игры подбор кадров в учебную группу является первой задачей ее руководителя. Поле, в частности, может представлять собой группу полей, содержащих данные о руководителе, объявления о конкурсах на замещение вакантных должностей, составляемые руководителем, и т.п. Поле «Оценка группы» содержит рейтинговые и экспертные оценки учебной группы на момент окончания игры. Ключевые поля таблицы - «Игра», «Группа», «Паспорт» и «Участник». Поле «Паспорт» содержит данные, позволяющие однозначно идентифицировать личность участника игры. В качестве таких данных могут фигурировать, например, серия и номер паспорта. Однако одной лишь однозначной идентификации личности недостаточно, так как одно и то же лицо может принять участие в нескольких играх. Поэтому в ключ введены поля «Игра» и «Группа», значения которых наследуются из таблицы «Учебные группы». Поле «Участник» индексирует три других ключевых поля и может содержать, например, порядковый номер регистрации обучаемого в ряду всех регистрации. Наличие поля «Участник» в ключе позволяет также сначала вывести кого-либо из обучаемых из игры, а затем ввести его в игру снова, но в рамках другой учебной фуппы. Поле «ФИО» содержит фамилию, имя и отчество обучаемого. Полю «Анкета» может соответствовать достаточно большой набор полей, содержащих необходимые анкетные данные, такие как данные об образовании и текущих и итоговых оценках. Содержимое поля «Время регистрации» следует из его названия. Значение поля «Должность» может изменяться в ходе игры и наследуется из таблицы «Личный состав» в отношении «многие ко многим». По умолчанию устанавливается значение «выведен за штат». Одно из возможных значений - «уволен». Поле «Оценка участника» содержит значение рейтинговой оценки участника по итогам игры. Таблица «Приказы по оргструктуре» содержит данные о приказах руководителей и других уполномоченных должностных лиц, в которых определяется организационно-штатная структура учебной группы, должностные обязанности, назначения и снятия должностных лиц, поощрения, взыскания и т.п. Ключевыми полями являются «Игра», «Группа» и «Приказ». Значения полей «Игра» и «Группа» наследуются из таблицы «Учебные группы». Поле «Приказ» содержит номер приказа в соответствие с внутренней нумерацией учебной группы. Содержимое поля «Автор» указывает на должностное лицо, издавшее указ. Содержимое наследуется из поля «Участник» таблицы «Участники игры». В поле «Дата» записывается время издания приказа. Поле «Текст» содержит существо приказа. Таблица «Типы подразделений» содержит данные о приказах, в которых определяются названия и функции структурных подразделений, формируемых в рамках учебных групп. Ключевыми полями являются поля «Игра», «Группа», «Приказ» и «Тип подразделения». Значения полей «Игра», «Группа» и «Приказ» наследуются из таблицы «Приказы по оргструктуре». Поле «Тип подразделения» содержит название подразделения, тип и функции которого определяются данным приказом. Значения полей «Автор» и «Дата» наследуются из таблицы «Приказы по оргструктуре». Поле «Функции» содержит информацию о функциях подразделения. Таблица «Должностные обязанности» содержит данные о приказах, в которых определяются должности, которые могут занимать штатные сотрудники структурных подразделений учебной группы, а также соответствующие должностные обязанности. Ключевыми полями являются «Игра», «Группа», «Тип подразделения», «Должность» и «Приказ». Значения полей «Игра», «Группа» и «Приказ» наследуются из таблицы «Приказы по оргструктуре», а значение поля «Подразделение» - из таблицы «Типы подразделений». Поле «Должность» содержит название должности, определяемой данным приказом. Характер данных, которые содержат остальные поля очевидным образом определяется названиями последних. Таблица «Организационная структура» содержит данные о приказах руководителей и других уполномоченных должностных лиц учебных групп. в которых определяется количество и подчиненность структурных подразделений, определенных в соответствующей таблице. Ключевыми полями являются поля «Игра», «Группа», «Тип подразделения», «Приказ» и «Подразделение». Значения полей «Игра», «Группа» и «Тип подразделения» наследуются из таблицы «Типы подразделений». Значение поля «Приказ» равно номеру приказа в соответствие с внутренней нумерацией учевяой группы. Поле «Подразделение» содержит информацию, определяющую место конкретного подразделения в структурной иерархии учебной группы. Значения полей «Автор» и «Дата» пояснений не требуют. Поле «Действие» содержит одно из двух значений: «зАредить» или «расформировать», указывающих соответственно на ввод подразделения в организационную структуру учебной группы или вывод подразделения из нее.
Таблица «Личный состав» содержит данные о приказах руководителей и других уполномоченных должностных лиц, в которых производится назначение участников игры на должности в подразделения учебной группы.
Ключевыми полями являются поля «Игра», «Группа», «Тип подразделения», «Подразделение», «Приказ», «Должность» и «Участник». Значения полей «Игра», «Группа» и «Приказ» наследуются из таблицы «Приказы по оргструктуре», а значение поля «Тип подразделения» - из таблицы «Типы подразделений». Значение поля «Должность» наследуется из таблицы «Должностные обязанности», а поля «Участник» - из таблицы «Участники игры».
