Артем Теплов – Четвертая промышленная революция и ее влияние на общество (страница 30)

параллелизм (они могут выполнять несколько задач одновременно, обеспечивая высокую эффективность).

Системы реального времени разделяют на «жёсткие» и «мягкие» системы. В «жёстких» системах временные рамки исполнения задач строго ограничены и выход за эти рамки критичен, как, например, в системах космической навигации. В «мягких» системах небольшие задержки сроков исполнения задач допустимы, как, например, при доставке контента в мультимедийных потоках.

В информационных операционных системах реального времени используются алгоритмы назначения приоритетов (планирования), которые определяются в соответствии со сложностью решаемых задач, поставленными целями, длительностью цикла задания и т.д.

Существуют различные по типу алгоритмы планирования процессов в операционных системах реального времени, к примеру:

Rate-Monotonic Scheduling, в которых более короткие периоды решения задач имеют приоритет, обеспечивая тем самым высокую эффективность;

Earliest Deadline First (EDF), в которых задачи с самыми близкими сроками исполнения получают приоритет, позволяя оптимально использовать вычислительные ресурсы;

Round Robin Scheduling, в которых задачи выполняются поочерёдно, обеспечивая распределение нагрузки вычислительной системы сразу на несколько задач, что не всегда эффективно при выполнении задач с жестко установленными сроками.

Выбор между алгоритмами планирования зависит от требований, предъявляемых к системе реального времени. Например, алгоритм Rate-Monotonic Scheduling эффективен, но может пропускать долгосрочные задачи, в то время как EDF оптимален для использования операционных ресурсов системы, но сложнее в реализации.

В процессе перехода к Индустрии 4.0, понимание систем реального времени становится тем компасом, который указывает нам направление в постоянно меняющемся технологическом пространстве. Для лучшего представления о киберфизических системах и архитектуре реального времени, а также их роли и применении в Индустрии 4.0 следует подробнее остановиться на отдельных аспектах этих технологий.

Киберфизическая система (CPS) – это интегрированная система, состоящая из физических компонентов, представляющих собой сенсоры или актуаторы (реле, клапаны, автоматические выключатели и т.д.), и вычислительной системы, которая управляет и контролирует физическую систему (техническое устройство или оборудование) в реальном времени.

В постиндустриальном мире, где вычислительный интеллект сливается с мощью машин, киберфизические системы становятся ключевыми элементами Индустрии 4.0, в которой данные и физические объекты слаженно взаимодействуют, создавая новый уровень синергии. Это умное сочетание делает киберфизические системы незаменимыми при выполнении самого широкого спектра задач, таких как:

оптимизация производства. В производстве CPS являются своего рода дирижёрами, улучшая и оптимизируя производственные процессы с помощью цифровой точности;

повышение эффективности. CPS обеспечивает потрясающую эффективность технических устройств и оборудования, предсказывая неисправности машин, реагируя на изменения технического состояния в реальном времени и повышая общую производительность предприятий;

обеспечение безопасности. CPS стоят на страже промышленной безопасности, сложно взаимодействуют с сенсорами и механизмами, своевременно обнаруживает любые аномалии и мгновенно на них реагирует, обеспечивая безопасность как объектов производства, так и людей.

Организация взаимодействия цифровых и физических технологий в киберфизических системах создаёт свои трудности, связанные с необходимостью тщательного проектирования и согласования, создания универсальных языков операционной совместимости, а также надёжных систем защиты от киберугроз.

Архитектура реального времени отвечает за обработку и передачу данных в реальном времени между различными компонентами CPS и другими системами. Она обеспечивает высокую отказоустойчивость, а также гарантированный отклик (время, которое требуется системе или функциональной единице на то, чтобы отреагировать на входные данные) и надёжность в системах Индустрии 4.0.

В Индустрии 4.0, где время играет главенствующую роль, использование архитектуры реального времени в киберфизических системах становится реальной необходимостью. Для того, чтобы понять, как эти системы адаптируются к изменяющимся временным условиям рассмотрим основные принципы и компоненты архитектуры реального времени в CPS:

темпоральная синхронизация. Архитектура реального времени в CPS основана на принципе темпоральной (временной) синхронизации, чтобы без потерь восстанавливать необходимые настройки и данные в режиме реального времени, гармонизируя между собой цифровое и физическое измерения;

динамическое равновесие. Компоненты архитектуры реального времени в виде разнообразных датчиков и исполнительных устройств, оперативно реагируют на ритмы физического мира и поддерживают в CPS динамическое равновесие;

точная настройка. Точность является главным достоинством архитектуры реального времени, где требуется слаженная организация вычислительных алгоритмов с минимальными задержками во времени.

Построение архитектуры реального времени в киберфизических системах, возможно с использованием централизованного и децентрализованного подхода. Централизованный подход предполагает, что центр управления CPS координирует технологические процессы, обеспечивая в режиме реального времени контроль над всеми операциями. При децентрализации вычислительные мощности распределяются по всей сети, где каждый узел становится автономной системой, вносящей свой вклад в общую конструкцию системы реального времени.

При разработке и управлении архитектурой реального времени в CPS сегодня используются следующие технологии:

ChronoCrafters Suite (представляет собой инструментарий для создания временных архитектур высокой точности);

QuantumSync Engines (основывается на квантовых принципах для мгновенной временной синхронизации CPS);

NeuralPulse (предусматривает интеграцию в CPS нейронных сетей для быстрой и интеллектуальной реакции в режиме реального времени).

Слияние киберфизических систем с архитектурой реального времени направляет нас в высокотехнологичный мир Индустрии 4.0, который открывает для человечества новую эру интеграции цифрового и физического измерения.

Угрозы информационной безопасности в Индустрии 4.0

В информационной среде Индустрии 4.0, где данные являются ценным ресурсом, а системы и процессы становятся всё более автоматизированными и связанными между собой, повышается риск осуществления кибератак, вследствие которых может произойти кража конфиденциальной информации, нарушение целостности данных, потеря доступа к системам и сервисам или нарушение работы критической инфраструктуры.

Угрозу информационной безопасности могут представлять разные виды кибератак, такие как:

вредоносное программное обеспечение, распространяемое киберпреступниками в виде приложения или кода (вируса), препятствующего нормальному использованию конечных устройств;

фишинговые сообщения, целью которых является получение доступа к конфиденциальной информации пользователей (данные карты, логины, пароли и т.д.);

DDoS-атаки на интернет-системы, осуществляемые с целью вывести их из строя или перегрузить для затруднения доступа к ним пользователей;

SQL-инъекции, направленные на взлом сайтов и программ, работающих с базами данных, за счёт внедрения в запрос произвольного SQL-кода;

межсайтовый скриптинг (XSS), использующий вредоносный код для получения в веб-системе авторизационных данных пользователя;

«человек посередине» (MitM), создающий тайные дыры в цифровом пространстве для перехвата данных путём вмешательства в протокол передачи между контрагентами, при этом искажая или удаляя информацию.

Одним из действенных способов обеспечения информационной безопасности в Индустрии 4.0 является применение проактивной защиты данных и систем в архитектуре программного обеспечения. Проактивная защита данных и систем предполагает предотвращение возможных угроз информационной безопасности путём внедрения соответствующих механизмов и процедур и предусматривает самые различные методы обеспечения безопасности, которые рассмотрены ниже:

1. Антивирусные программы.

Для борьбы с компьютерными вирусами, эти программы используют различные принципы для поиска и нейтрализации вредоносного ПО, а также «лечения» заражённых файлов.

2. Брандмауэры.

Это программы или устройства, предназначенные для защиты компьютеров и сетей от внешних угроз. Брандмауэры представляют собой защитные экраны, разрешающие или блокирующие запрошенное сетевое подключение, при этом доступ к сайту, почте или передаче файлов осуществляется на основе правил, которые задаются администратором.

3. Контроль доступа.

Для защиты от несанкционированного доступа к данным и системам требуется применение механизмов идентификации и аутентификации пользователей, включая использование паролей, двухфакторной аутентификации, биометрических методов и других технологий.

4. Шифрование данных.

Важной мерой защиты информации при передаче или хранении является применение алгоритмов кодирования данных с целью сокрытия их от неавторизованных лиц, в этом случае данные могут быть раскодированы в исходную форму только с помощью специального ключа. К наиболее известным алгоритмам шифрования относятся, такие как AES (Advanced Encryption Standard) и RSA (Rivest-Shamir-Adleman).