Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,279
ARCHITECTURES OF HIGH-LOAD INTEGRATED SECURITY SYSTEMS
Введение
Комплексные системы безопасности крупных промышленных и государственных объектов уже не могут рассматриваться как набор независимых подсистем. В одном контуре требуется связать контроль доступа, людские и транспортные контрольно-пропускные пункты, периметровую охрану, охранно-пожарную сигнализацию, видеонаблюдение, нейросетевую аналитику, архивы, рабочие места операторов, регламенты реагирования и средства защиты информации. Для объектов атомной отрасли, закрытых административно-территориальных образований и критической инфраструктуры такая интеграция определяет устойчивость эксплуатации: оператор должен видеть состояние защищенности объекта целиком, а автоматические сценарии должны работать с согласованной картиной зон, прав, событий и исполнительных устройств.
В настоящей статье высоконагруженной комплексной системой безопасности считается распределенный программно-технический комплекс, в котором число субъектов доступа достигает U ≥ 10⁵, число технических средств D ≥ 10⁴, число видеопотоков C ≥ 10³, объект разделен на множество зон Z с различными режимами, эксплуатация ведется непрерывно, критические тревоги должны доставляться за ограниченное время, а отказ центрального сегмента не должен отменять локально необходимые функции защиты. Пороговые значения U, D и C не являются нормативными; они используются как эмпирические границы класса задач, сформированные по проектному опыту авторов и параметрам стендовой модели. При таких порядках величин централизованная опросно-шлюзовая интеграция становится узким местом по очередям, архиву и операторскому контексту, а распределенная событийная обработка и локальная автономность становятся архитектурными требованиями.
Исследования интегрированных систем безопасности показывают необходимость структурного объединения подсистем, формализации состояния защищенности и обработки разнородных данных [1; 2]. Работы по сбору и корреляции событий безопасности подтверждают, что простая централизация журналов не обеспечивает своевременную реакцию без нормализации событий, выделения критических потоков и управляемого хранения [3-5]. Исследования защищенных архитектур автоматизированного управления и единого информационного пространства дополняют этот вывод требованиями к сервисному разделению, ролевой модели и единому представлению данных [6-8].
Формализация производительности, очередей и рискориентированной оценки опирается на методы экспериментального анализа компьютерных систем, моделирования очередей и количественного определения риска [9-11]. Работы по высоконагруженным приложениям и микросервисно-событийным архитектурам показывают, что масштабирование вычислительных узлов требует не только декомпозиции сервисов, но и управляемых потоков событий [12-14]. Зарубежные публикации по периферийной видеоаналитике и интеграции физического и кибермониторинга приходят к близкому выводу: крупный объект требует распределенной обработки, локальной автономности и отказоустойчивых контуров [15; 16]. Архитектура нулевого доверия усиливает этот вывод требованием постоянной проверки субъекта, устройства, контекста и действия [17; 18].
Проблема исследования состоит в том, что типовые комплексы безопасности часто остаются монолитными или механически интегрированными. Монолитная схема упрощает первичное внедрение, но плохо масштабируется при росте числа датчиков, камер, пользователей и сценариев. Интеграция через набор шлюзов сохраняет острова данных и затрудняет подтверждение защищенности. В таких условиях сложно обеспечить контролируемое время прохождения тревоги, обновление оборудования без нарушения доверенного ядра и единый контекст для оператора.
Цель исследования – предложить архитектуру высоконагруженной комплексной системы безопасности и продемонстрировать ее промышленную реализацию на примере программного комплекса «АССаД-М5» и системы «АССаД-Видео» разработки Акционерного общества «АЛГОНТ». Для достижения цели решаются задачи: выделить контуры распределенной архитектуры, описать каноническую модель события, уточнить методику измерения нагрузки и задержки, определить критерии доступности и риска, сопоставить модель с альтернативными подходами и сформулировать ограничения применимости.
Материалы и методы исследования
Материалом исследования послужили научные публикации по интегрированным системам безопасности, обработке событий, защищенным архитектурам управления, моделированию производительности компьютерных систем, периферийной видеоаналитике, событийно ориентированным микросервисам, модели нулевого доверия, физической защите и нормативному обеспечению критической инфраструктуры. Источники отбирались по тематическому соответствию задаче построения распределенных программно-технических комплексов безопасности; в библиографическое ядро включены проверяемые публикации с DOI, ISBN или ссылками на страницы первоисточников.
Методологическую основу составили системный анализ, структурное моделирование, декомпозиция на контуры ответственности и формализация проектных метрик. К общеизвестным практикам, использованным в работе, относятся адаптерный слой, событийные очереди, периферийная обработка видео, резервирование и разграничение доступа. Собственные архитектурные решения авторов состоят в их совместной композиции для системы физической защиты: объектно-событийное ядро, единая семантика зон и оборудования, изоляция адаптеров от доверенного ядра, приоритетная доставка тревог, метаданные видеоаналитики и сквозная трассировка инцидента.
Эмпирическая часть выполнена как архитектурный кейс-анализ и нормированная имитационно-стендовая апробация пилотного контура. Публикуются относительные метрики; абсолютные параметры объекта не раскрываются. Стенд включал сервер событийного ядра и БД/архива, узел имитаторов адаптеров, сервер видеометаданных, два АРМ и локальный сервер времени. Модель задавала 48 зон, 12 КПП, 384 точки доступа, 512 охранно-периметровых сигналов, 256 видеоканалов и 28 тревожных сценариев.
Нагрузка формировалась 60-минутным обезличенным журналом; выполнялось 20 парных прогонов, первые 10 мин. исключались, поэтому для анализа использовались 50 мин. каждого прогона. Для событий фиксировались ID, источник, зона, тип, критичность и метки обнаружения, передачи, нормализации, корреляции, записи и отображения на АРМ. Узлы синхронизировались локальным NTP; исключались записи с неполными метками и расхождением времени более 100 мс, доля исключенных записей не превышала 1,3%. Сравнивались общая очередь и схема с приоритетным тревожным каналом; статистическая обработка включала медиану, среднее, σ, IQR, 95%-ный доверительный интервал и парный критерий Уилкоксона при α = 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
Результатом исследования является модель распределенной сертифицируемой архитектуры, где объектная семантика, событийная доставка, локальная автономность и аудит проектируются как единое целое. В такой модели событие безопасности инициирует корреляцию, уведомления, блокировки, переключения режимов доступа, вывод видеоподтверждения и формирование доказательной базы. Для воспроизводимости результата сначала фиксируются метрики события, маршрута тревоги и риск-реакции, затем описываются контуры архитектуры, а промышленная реализация и стендовая апробация приводятся после теоретической части.
Формализация метрик нагрузки и задержки
Формализация носит прикладной характер: структура события и потоков использует подходы событийной обработки и event-driven architecture [3; 4; 14]. Ограничение емкости узлов и контроль хвостовой задержки опираются на методы экспериментального анализа производительности и моделирования очередей компьютерных систем [9; 10].
Событие безопасности задается кортежем:
(1)
где id – идентификатор; t – время; src – источник; z – зона объекта; type – тип события; payload – атрибуты; sev – критичность; trust – оценка доверия к источнику и каналу; acl – ограничения доступа; seq – монотонный номер для восстановления порядка. Поля критичности, доверия и прав доступа позволяют обрабатывать событие как управляемый объект, а не как простую строку журнала.
Суммарная интенсивность входного потока определяется выражением:
(2)
где λd – поток событий от технического средства; λcmeta – поток видеометаданных; λcalarm – поток тревог видеоаналитики; λu – действия пользователей; λsvc – служебные события диагностики. Эти параметры измеряются по нормализованным журналам в заданном окне Δ, а для проектирования узлов обработки используется ограничение:
(3)
где mi – число узлов i-го контура, μi – измеренная производительность одного узла при воспроизведении тестового журнала, ρi – допустимая загрузка с учетом резерва. Для критических тревог ρi целесообразно ограничивать диапазоном 0,5–0,7, чтобы сохранить емкость для всплесков, отказов и переключений; μi определяется не паспортной характеристикой сервера, а результатом нагрузочного воспроизведения типового набора событий с контролем p95/p99 задержки (значения, не превышаемые в 95% и 99% измеренных случаев). Задержка тревожного события раскладывается на составляющие:
(4)
где Tdet – обнаружение на датчике или в видеоаналитике; Tedge – локальная обработка; Tnet – передача; Tnorm – нормализация; Tcorr – корреляция; Tstore – фиксация в журнале; Tui – отображение или передача в сценарий реагирования. Измерения исключают события с нарушением синхронизации времени выше заданного порога, поскольку такие события искажают разложение задержки. В «АССаД-М5» проектным ориентиром является доставка критических тревог на рабочие места и в сценарии реагирования в пределах единиц секунд, а для наиболее критичных контуров – целевое время порядка одной секунды при штатной работе сети и вычислительных узлов. Это достигается не только вычислительной мощностью, но и приоритетными очередями, локальной фильтрацией, резервированием маршрутов и отказом от передачи лишних данных в критический контур. Для устойчивой доставки требуется резервировать не только сервер, но и контроллеры, коммутаторы, линии связи, сервисы событийного ядра и процедуры восстановления.
Архитектурная модель и контуры ответственности
Предлагаемая модель представляет комплекс безопасности как федерацию контуров, объединенных событийным ядром и единой объектной моделью. В состав входят полевой контур технических средств, локальный вычислительный контур, адаптерный слой, событийное ядро, объектно-семантическое хранилище, контур правил и корреляции, видеоконтур, операторский контур, архивно-аудиторский контур и контур администрирования обновлений. Обобщенная схема представлена на рисунке.
Полевой контур включает точки доступа, турникеты, шлюзы, контроллеры дверей, датчики периметра, охранные и пожарные извещатели, камеры и исполнительные устройства. Локальный контур выполняет первичную обработку и поддерживает критические функции при потере связи с центром. Адаптеры преобразуют протоколы и модели состояний оборудования в каноническое событие с меткой времени, источником, зоной, качеством сигнала, критичностью и правами доступа. Видеоконтур передает в событийное ядро не полный поток, а метаданные: камеру, зону, координаты, вероятность, ссылку на архив и критичность; это согласуется с работами по периферийной видеоаналитике [15; 19]. В таблице 1 дано сравнение архитектурных подходов.
Ограничениями модели являются зависимость качества риск-оценки от корректности объектной модели, необходимость синхронизации времени, валидации адаптеров и регулярной проверки сценариев реагирования. Модель оптимальна для режимных объектов с большим числом технических средств, длительным сроком службы и требованиями к непрерывной эксплуатации; для малых объектов без развитой зональной структуры она может быть избыточной.
Таблица 1
Сравнение архитектурных подходов для комплексных систем безопасности
|
Подход |
Преимущества |
Ограничения |
Область применения |
|
Монолитная система |
простое первичное внедрение, единая поставка |
сложное масштабирование, риск единой точки отказа |
небольшие объекты со стабильным составом оборудования |
|
Набор шлюзов и подсистем |
быстрое подключение разнородных устройств |
острова данных, слабая корреляция, фрагментарный аудит |
модернизация без жестких требований к единой реакции |
|
Микросервисная EDA |
масштабирование сервисов |
нет семантики зон и регламентов физической защиты |
информационные системы и мониторинг |
|
Авторская модель |
единая семантика, приоритет тревог, автономность, сквозной аудит |
требует модели объекта, синхронизации времени, дисциплины конфигурации |
режимные и долгоживущие объекты |
Примечание: составлено авторами по результатам данного исследования.
Обобщенная архитектура высоконагруженного комплекса безопасности в логике комплекса «АССаД-М5» и системы «АССаД-Видео» Примечание: составлено авторами по результатам данного исследования
Архитектурные решения для масштабирования и доверия
Единое информационное пространство хранит режимные связи объекта: зоны, двери, камеры, датчики, роли, сценарии и допустимые действия в штатном, тревожном или ограничительном режиме. Событийная архитектура заменяет периодический опрос управляемым потоком нормализованных сообщений, где тревоги периметра, пожарные события, несанкционированный доступ и отказ критического контроллера имеют иной режим доставки, чем статистика и диагностика. Локальная автономность снижает зависимость безопасности от центральной сети: удаленный участок периметра или пункт пропуска сохраняет режимы доступа, фиксацию событий и безопасное состояние при деградации связи. Для объектов высокой категории ответственности это согласуется с оценкой эффективности физической защиты и принципами устойчивых промышленных киберфизических систем [20; 21].
Модель нулевого доверия переносится из чисто информационной безопасности в физический контур: команда оператора, просмотр видеозаписи, изменение режима двери или обновление адаптера проверяются по роли, рабочему месту, зоне ответственности, времени, уровню допуска и состоянию объекта. Такая трактовка соответствует работам по zero trust для киберфизических систем [22]. Архивно-аудиторский контур фиксирует исходное событие, нормализацию, корреляцию, автоматический сценарий, действия оператора, переключение режимов, видеоссылки и закрытие тревоги, что обеспечивает воспроизводимую цепочку расследования; сходные требования к интегрированному удаленному управлению и защите критической инфраструктуры отмечаются в [23].
Рискориентированная реакция
Оперативная реакция на крупном объекте не может сводиться к правилу «датчик сработал – вывести тревогу»: часть событий вторична, часть требует подтверждения, часть зависит от режима объекта. Поэтому архитектура должна включать рискориентированную модель; используемая форма адаптирует классическое представление риска через сценарии, вероятности и последствия [11] к объектной модели системы физической защиты [20]:
(5)
где Rz(t) – риск для зоны z в момент t; Cs(z) – ущерб сценария s; Ps – вероятность сценария с учетом событий E1:t и модели зоны Mz. Выбор действия задается как:
(6)
где aopt – оптимальное действие; a – возможное действие; A – множество допустимых действий; arg min – выбор действия с минимальным значением; z – зона объекта; s – сценарий события; L(z,s,a) – потери при действии a; E1:t – накопленные к моменту t события; E – ожидаемые потери; Cost(a) – стоимость реакции.
Значения ущерба и потерь задаются экспертно-регламентной шкалой для зоны и сценария; вероятность сценария рассчитывается по накопленным событиям, модели зоны, критичности, доверию к источнику и текущему режиму объекта. Риск-модель используется для ранжирования сценариев и выбора допустимого действия в рамках утвержденного регламента.
Промышленная реализация и стендовая апробация
В промышленной реализации «АССаД-М5» выполняет роль ядра интеграции и управления системой физической защиты: объединяет технические средства безопасности и жизнеобеспечения, обеспечивает единый интерфейс оператора, правила доступа, журналирование и поддержку резервирования. События от пунктов пропуска, точек доступа, периметра, охранно-пожарной сигнализации, видеоконтуров и служебных средств нормализуются адаптерами и связываются с объектной семантикой.
Ключевые решения «АССаД-М5» включают объектно-событийное ядро, сертифицируемую адаптерную архитектуру, локальную работоспособность при отказе центрального сегмента, приоритетную доставку тревог и сквозной аудит. Адаптер отвечает за протокол и диагностику, но не обходит модель доступа, журналирование и правила критических сценариев; оператор получает событие, видеоподтверждение, состояние зоны и рекомендованный сценарий в одном интерфейсе.
Система «АССаД-Видео» обеспечивает масштабируемое видеонаблюдение и формирует для «АССаД-М5» высокоуровневые события.
Таблица 2
Нормированные результаты пилотной апробации
|
Показатель |
Метод измерения |
Базовая схема |
Событийно-центричная модель |
|
P95 задержки тревоги |
метки источник-АРМ; 20 прогонов |
1,00 |
Me 0,50; M 0,51; IQR 0,46–0,55; 95% ДИ 0,48–0,54; p < 0,01 |
|
P99 при всплеске фона |
двукратный фон, Δ = 60 с; 20 прогонов |
1,00 |
Me 0,63; M 0,64; σ 0,05; IQR 0,60–0,68; 95% ДИ 0,61–0,66; p < 0,01 |
|
Локальная автономность |
отключение центра на 10 мин. |
часть функций зависит от центра |
режимы доступа и журнал сохраняются локально |
|
Полнота аудита |
цепочка «источник- корреляция-АРМ-архив» |
фрагменты в разных журналах |
цепочка восстанавливается сквозным идентификатором |
Примечание: составлено авторами по результатам данного исследования.
В апробации видеоаналитика рассматривалась как источник метаданных для событийного ядра, а не как самостоятельное доказательство качества нейросетевой модели. Контрольная подвыборка включала IP-камеры 2 Мп, 25 кадр/с, ракурсы КПП, периметра и внутренней зоны при освещенности 80–500 лк в помещениях и 30–1000 лк на улице. Для классов «человек», «транспорт», «пересечение линии» и «оставленный предмет» при пороге вероятности 0,75 получены: precision 0,89–0,94, recall 0,82–0,88, F1 0,85–0,91, ложные тревоги 6–11% от переданных видеособытий. Сильная засветка, плотные осадки, полное перекрытие объекта и нестабильная камера являются ограничениями модели.
Стендовая апробация использовала один набор сценариев для двух схем. В базовой схеме события технических средств, видеометаданные, действия пользователей и диагностика поступали в общую очередь; в событийно-центричной схеме тревожный поток выделялся в приоритетный канал, фоновые события агрегировались локально, а маршрутизация выполнялась по зоне и типу сценария. Оценивались p95 задержки тревоги, p99 при всплеске фона, сохранение локальных функций при деградации связи и полнота аудита.
Таблица 2 показывает не абсолютную производительность объекта, а эффект архитектуры в одинаковых условиях стенда. Распределения задержек имели правосторонний хвост, поэтому вместе со средним и медианой использовались p95 и p99. Приоритетный канал и локальная фильтрация снизили p95 до медианы 0,50 от базового уровня; при двукратном фоне p99 составил медиану 0,63 от базового уровня. По 20 парным прогонам различия между базовой и событийно-центричной схемой значимы по критерию Уилкоксона (p < 0,01). Для повторения проверки фиксируются версии стенда, сценарии нагрузки, порог синхронизации и правила исключения записей.
Применимость подхода к объектам атомной отрасли и критической информационной инфраструктуры не подменяет нормативную оценку: требования к безопасности КИИ и защищенности значимых объектов КИИ задаются 187-ФЗ и Приказом ФСТЭК России № 239 [24; 25], а требования к физической защите ядерных материалов, ядерных установок и пунктов хранения – Постановлением Правительства РФ № 456 и НП-083-23 [26; 27]. Поэтому модель следует сопоставлять с категорией объекта, моделью угроз, актом классификации, техническим заданием и результатами стендовой проверки.
По данным Государственного реестра сертифицированных средств защиты информации ФСТЭК России и публичных карточек сертификатов, для «АССаД-Видео» указывается соответствие требованиям доверия по третьему уровню и требованиям руководящего документа по автоматизированным системам физической защиты по первому классу [28]. Сертификационные материалы приведены как пример промышленной апробации, а не как доказательство универсальности модели. Свойства архитектуры, в т.ч. малое доверенное ядро, изоляция адаптеров, управляемость конфигурации и сквозной аудит рассматриваются как архитектурные предпосылки сертифицируемости.
Новизна подхода состоит в совместном проектировании физической безопасности, видеонаблюдения, событийной обработки и защиты информации в одной киберфизической архитектуре. Новые результаты включают объектно-событийное ядро, сертифицируемую подключаемую архитектуру, модель видеометаданных, федерацию локальных контуров и формализацию проектных метрик нагрузки, задержки, доступности и риска.
Заключение
Высоконагруженная комплексная система безопасности для атомной отрасли, крупных производств, закрытых административно-территориальных образований и иной критической инфраструктуры должна проектироваться как распределенная сертифицируемая киберфизическая система. Ее устойчивость определяется согласованной работой объектной модели, событийного ядра, локальной автономности, приоритетной доставки тревог, видеометаданных, резервирования, разграничения доступа, регламентированных обновлений и сквозного аудита.
Предложенная модель объединяет полевой, локальный вычислительный, адаптерный, событийный, объектно-семантический, аналитический, операторский и архивно-аудиторский контуры. Метрики интенсивности событий, задержки тревоги, доступности маршрута и риска могут использоваться как архитектурная основа при дополнительной нормативной и стендовой проверке, а кейс «АССаД-М5» и «АССаД-Видео» демонстрирует реализуемость модели, но не подменяет экспертизу конкретного объекта. Дальнейшее развитие связано с формальной верификацией сценариев, цифровыми двойниками объекта и расширением моделей доверия.
Conflict of interest
Financing
Библиографическая ссылка
Белкин Е.Н., Кондрашев А.С. АРХИТЕКТУРЫ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ КОМПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ // Современные наукоемкие технологии. 2026. № 7. С. 31-39;URL: https://top-technologies.ru/en/article/view?id=40857 (дата обращения: 12.08.2026).