Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 99879 10.20295/1815-588X-2025-2-316-328 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем A Methodology for a Comprehensive Assessment of the Quality of the Data Transmission Network Functioning of Cyber-Physical Systems at JSCo “Russian Railways” Методика комплексной оценки качества функционирования сети передачи данных киберфизических систем ОАО «РЖД» Привалов Андрей Андреевич Privalov Andrey A. aprivalov@inbox.ru

доктор военных наук;

doctor of military sciences;

 Болдинов Алексей Максимович Boldinov Aleksey Maksimovich 23boldinov98@gmail.com Военная ордена Жукова академия войск национальной гвардии Российской Федерации Россия 1Military Order of Zhukov Academy of the National Guard Troops of the Russian Federation Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Russian Federation 19 06 2025 19 06 2025 22 2 316 328 02 03 2025 10 04 2025 https://pgups.editorum.ru/en/nauka/article/99879/view

Цель: Разработка методики оценки качества функционирования сети передачи данных (СПД) киберфизической системы (КФС) ОАО «РЖД» в условиях кибервоздействий злоумышленников и возможных технических отказов. Методы: Методика построена на базе частных и обобщенных математических моделей. Включает в себя: математическую модель радиоканала с учетом процессов установления и поддержания соединения, модель кибервоздействия типа «отказ в обслуживании», модель обнаружения кибервоздействия с последующим восстановлением процесса передачи данных, модель передачи данных по различным маршрутам, модель узла связи в условиях кибервоздействий и возможных технических отказов, модель передачи данных по проводным каналам связи с использованием протокола TCP, а также комплексную модель СПД КФС ОАО «РЖД» в условиях кибервоздействий злоумышленников и технических отказов. Результаты: Разработанная методика позволяет оценивать качество функционирования СПД КФС ОАО «РЖД» в условиях кибервоздействий и технических отказов. Выработаны направления по предотвращению срывов передачи данных объектам управления КФС. Методика представлена в виде блок-схемы алгоритма, в которой каждый блок иллюстрирует расчет функции распределения времени на основе частных математических моделей. Практическая значимость: Предложенная методика предназначена для комплексной оценки качества функционирования СПД КФС ОАО «РЖД» в условиях кибервоздействий и технических отказов. Она может быть полезна научно-исследовательским организациям и предприятиям, занимающимся разработкой и совершенствованием беспилотных и роботизированных систем, поскольку обеспечивает подходы для разработки надежных и устойчивых сетей передачи данных.

Purpose: To develop a methodology for assessing the quality of data transmission network functioning (DTN) of cyber-physical systems (CPS) at JSCo “RZD” in the event of cyberattacks by malicious actors and possible technical failures. Methods: The authors used specific and general mathematical models. These included a mathematical model of the radio channel, incorporating connection establishment and maintenance processes; a cyberattack model of the “Denial of Service” type; a model for detecting cyberattacks, followed by the restoration of data transmission; and a model for data transmission via various routes; a model of a communication node in the context of cyberattacks and potential technical failures; a model for data transmission over wired communication channels using the TCP protocol, as well as a comprehensive model of the DTN of the CPS at JSCo “RZD” in the event of malicious cyberattacks and technical failures. Results: The methodology developed allows for the evaluation of the quality of DTN functioning of the CPS at JSCo “RZD” in the event of cyberattacks and technical failures. Measures to prevent disruptions in data transmission to the CPS control objects have been identified. The methodology is presented in the form of a flowchart algorithm, where each block illustrates the calculation of time distribution functions based on specific mathematical models. Practical significance: The proposed methodology is intended for a comprehensive assessment of the quality of DTN functioning of the CPS at JSC “RZD” in the event of cyberattacks and technical failures. It is particularly beneficial for research organizations and companies involved in the development and improvement of unmanned and robotic systems, as it provides the approaches for designing reliable and resilient data transmission networks.

 Сеть передачи данных сеть связи методика оценка качества функционирования математическая модель Data transmission network communication network methodology quality of functioning assessment mathematical model

Федеральный закон «О безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации » от 26.07.2017 № 187-ФЗ. Federal'nyy zakon «O bezopasnosti kriticheskoy informacionnoy infrastruktury Rossiyskoy Federacii » ot 26.07.2017 № 187-FZ. Михайлов Р. Л. Оценка устойчивости сети связи в условиях воздействия на нее дестабилизирующих факторов / Р. Л. Михайлов, С. И. Макаренко // РТС. — 2013. — № 4(12). — С. 69–79. Mihaylov R. L. Ocenka ustoychivosti seti svyazi v usloviyah vozdeystviya na nee destabiliziruyuschih faktorov / R. L. Mihaylov, S. I. Makarenko // RTS. — 2013. — № 4(12). — S. 69–79. Карганов В. В. Показатель оценки эффективности систем связи и их элементов / В. В. Карганов, А. Г. Расчесова, В. А. Кудряшов // Информатика, телекоммуникации и управление. — 2016. — № 1(236). — С. 7–14. Karganov V. V. Pokazatel' ocenki effektivnosti sistem svyazi i ih elementov / V. V. Karganov, A. G. Raschesova, V. A. Kudryashov // Informatika, telekommunikacii i upravlenie. — 2016. — № 1(236). — S. 7–14. Одоевский С. М. Методика оценки устойчивости функционирования системы технологического управления инфокоммуникационной сетью специального назначения с заданной топологической и функциональной структурой / С. М. Одоевский, П. В. Лебедев // Системы управления, связи и безопасности. — 2021. — № 1. — С. 152–189. Odoevskiy S. M. Metodika ocenki ustoychivosti funkcionirovaniya sistemy tehnologicheskogo upravleniya infokommunikacionnoy set'yu special'nogo naznacheniya s zadannoy topologicheskoy i funkcional'noy strukturoy / S. M. Odoevskiy, P. V. Lebedev // Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti. — 2021. — № 1. — S. 152–189. Бабиков В. Н. Разработка моделей и методик оценки эффективности комплексной системы защиты информации: дисс. … канд. техн. наук: 05.13.19 / В. Н. Бабиков. — СПб., 2006. — 147 с. Babikov V. N. Razrabotka modeley i metodik ocenki effektivnosti kompleksnoy sistemy zaschity informacii: diss. … kand. tehn. nauk: 05.13.19 / V. N. Babikov. — SPb., 2006. — 147 s. Бухарин В. В. Способ защиты информационновычислительных сетей от компьютерных атак / В. В. Бухарин, А. В. Кирьянов, Ю. И. Стародубцев // Труды МАИ: электронный научный журнал. — 2012. — № 57. Buharin V. V. Sposob zaschity informacionnovychislitel'nyh setey ot komp'yuternyh atak / V. V. Buharin, A. V. Kir'yanov, Yu. I. Starodubcev // Trudy MAI: elektronnyy nauchnyy zhurnal. — 2012. — № 57. Захарченко С. С. Показатели эффективности выявления уязвимостей при использовании метода проверки на модели / С. С. Захарченко, А. А. Корниенко, С. Е. Ададуров // Труды IV-й Международной научнопрактической конференции «Интеллекттранс-2014». — 2014. — С. 211–213. Zaharchenko S. S. Pokazateli effektivnosti vyyavleniya uyazvimostey pri ispol'zovanii metoda proverki na modeli / S. S. Zaharchenko, A. A. Kornienko, S. E. Adadurov // Trudy IV-y Mezhdunarodnoy nauchnoprakticheskoy konferencii «Intellekttrans-2014». — 2014. — S. 211–213. Базовая модель угроз безопасности персональных данных при их обработке в информационных системах персональных данных (выписка). Утверждена заместителем директора ФСТЭК России 15.02.08. — 70 с. Bazovaya model' ugroz bezopasnosti personal'nyh dannyh pri ih obrabotke v informacionnyh sistemah personal'nyh dannyh (vypiska). Utverzhdena zamestitelem direktora FSTEK Rossii 15.02.08. — 70 s. ГОСТ Р 53953. Электросвязь железнодорожная. Термины и определения. — М., 2010. — 52 с. GOST R 53953. Elektrosvyaz' zheleznodorozhnaya. Terminy i opredeleniya. — M., 2010. — 52 s. Стандарт ОАО «РЖД». Управление информационной безопасностью. Общие положения. СТО РЖД 1.18.002—2009. — 30 с. Standart OAO «RZhD». Upravlenie informacionnoy bezopasnost'yu. Obschie polozheniya. STO RZhD 1.18.002—2009. — 30 s. Шелухин О. И. Обнаружение вторжений в компьютерные сети (сетевые аномалии). Учебное пособие для вузов: учебное пособие / О. И. Шелухин, Д. Ж. Сакалема, А. С. Филинова. — М.: Горячая линия-Телеком, 2013. — 220 с. Sheluhin O. I. Obnaruzhenie vtorzheniy v komp'yuternye seti (setevye anomalii). Uchebnoe posobie dlya vuzov: uchebnoe posobie / O. I. Sheluhin, D. Zh. Sakalema, A. S. Filinova. — M.: Goryachaya liniya-Telekom, 2013. — 220 s. ГОСТ Р 50922—2017. Информационная технология. Управление качеством обслуживания в сетях связи. GOST R 50922—2017. Informacionnaya tehnologiya. Upravlenie kachestvom obsluzhivaniya v setyah svyazi. ГОСТ Р 51323—2009. Информационная технология. Методы и средства обеспечения безопасности информации. Защита от несанкционированного доступа к информации. GOST R 51323—2009. Informacionnaya tehnologiya. Metody i sredstva obespecheniya bezopasnosti informacii. Zaschita ot nesankcionirovannogo dostupa k informacii. СТО РЖД 718048.1—2014. Комплексные системы управления движением поездов. Требования к проектированию, строительству и эксплуатации. STO RZhD 718048.1—2014. Kompleksnye sistemy upravleniya dvizheniem poezdov. Trebovaniya k proektirovaniyu, stroitel'stvu i ekspluatacii. СТО РЖД 718048.2—2014. Комплексные системы управления движением поездов. Требования к средствам связи и передачи данных. STO RZhD 718048.2—2014. Kompleksnye sistemy upravleniya dvizheniem poezdov. Trebovaniya k sredstvam svyazi i peredachi dannyh. Шабалин Н. Г. Концепция информационной подсистемы многоуровневой системы управления и обеспечения безопасности движения поездов (АСУ МС) / Н. Г. Шабалин; под ред. Н. Г. Шабалина. — М.: ВНИИУП, 2003. — 56 с. Shabalin N. G. Koncepciya informacionnoy podsistemy mnogourovnevoy sistemy upravleniya i obespecheniya bezopasnosti dvizheniya poezdov (ASU MS) / N. G. Shabalin; pod red. N. G. Shabalina. — M.: VNIIUP, 2003. — 56 s. ГОСТ РВ 51987—2002. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Типовые требования и показатели качества функционирования информационных систем. Общие положения. — М.: Госстандарт России, 2002. — 54 с. GOST RV 51987—2002. Informacionnaya tehnologiya. Kompleks standartov na avtomatizirovannye sistemy. Tipovye trebovaniya i pokazateli kachestva funkcionirovaniya informacionnyh sistem. Obschie polozheniya. — M.: Gosstandart Rossii, 2002. — 54 s. Концепция обеспечения кибербезопасности информационных и управляющих систем в ОАО «РЖД» (проект редакция 1.0). — М.: ОАО «РЖД», 2013. — 285 с. ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС 2025/2 Проблематика транспортных систем 325 Koncepciya obespecheniya kiberbezopasnosti informacionnyh i upravlyayuschih sistem v OAO «RZhD» (proekt redakciya 1.0). — M.: OAO «RZhD», 2013. — 285 s. ISSN 1815-588H. Izvestiya PGUPS 2025/2 Problematika transportnyh sistem 325 Модель угроз и нарушителя безопасности персональных данных, обрабатываемых в типовых информационных системах персональных данных отрасли. — М., 2010. — 48 с. Model' ugroz i narushitelya bezopasnosti personal'nyh dannyh, obrabatyvaemyh v tipovyh informacionnyh sistemah personal'nyh dannyh otrasli. — M., 2010. — 48 s. Специальные требования и рекомендации по технической защите конфиденциальной информации (СТР-К). Решение Коллегии Гостехкомиссии России № 7.2/02.03.2001. Special'nye trebovaniya i rekomendacii po tehnicheskoy zaschite konfidencial'noy informacii (STR-K). Reshenie Kollegii Gostehkomissii Rossii № 7.2/02.03.2001. Болдинов А. М. Математическая модель канала управления стандарта радиосвязи GSM-R / А. М. Болдинов, А. А. Привалов, А. А. Привалов // Известия Петербургского университета путей сообщения. — 2022. — Т. 19. — № 4. — С. 743–751. Boldinov A. M. Matematicheskaya model' kanala upravleniya standarta radiosvyazi GSM-R / A. M. Boldinov, A. A. Privalov, A. A. Privalov // Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobscheniya. — 2022. — T. 19. — № 4. — S. 743–751. Привалов А. А. Математическая модель процесса передачи команд управления по радиоканалам автоматизированных систем / А. А. Привалов, А. А. Привалов, А. М. Болдинов // Информация и космос. — 2023. — № 4. — С. 71–83. Privalov A. A. Matematicheskaya model' processa peredachi komand upravleniya po radiokanalam avtomatizirovannyh sistem / A. A. Privalov, A. A. Privalov, A. M. Boldinov // Informaciya i kosmos. — 2023. — № 4. — S. 71–83. Makhmudov F. Mathematical Model of the Process of Data Transmission over the Radio Channel of CyberPhysical Systems / F. Makhmudov, A. Privalov, A. Privalov et al. // Mathematics. — 2024. — Vol. 12. — Iss. 10. — P. 1452. Makhmudov F. Mathematical Model of the Process of Data Transmission over the Radio Channel of CyberPhysical Systems / F. Makhmudov, A. Privalov, A. Privalov et al. // Mathematics. — 2024. — Vol. 12. — Iss. 10. — P. 1452. Привалов А. А. Математическая модель функционирования сети передачи данных киберфизической системы в условиях кибервоздействия злоумышленника / А. А. Привалов, А. М. Болдинов, Е. В. Скуднева, А. А. Привалов // Информация и космос. — 2024. — № 3. — С. 74–84. Privalov A. A. Matematicheskaya model' funkcionirovaniya seti peredachi dannyh kiberfizicheskoy sistemy v usloviyah kibervozdeystviya zloumyshlennika / A. A. Privalov, A. M. Boldinov, E. V. Skudneva, A. A. Privalov // Informaciya i kosmos. — 2024. — № 3. — S. 74–84. Болдинов А. М. Комплексная модель сети передачи данных киберфизической системы / А. М. Болдинов // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании: cборник научных статей XIII Международной научно-технической и научно-методической конференции в 4 т., Санкт-Петербург, 27–28 февраля 2024 года. — СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, 2024. — С. 117–121. Boldinov A. M. Kompleksnaya model' seti peredachi dannyh kiberfizicheskoy sistemy / A. M. Boldinov // Aktual'nye problemy infotelekommunikaciy v nauke i obrazovanii: cbornik nauchnyh statey XIII Mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy i nauchno-metodicheskoy konferencii v 4 t., Sankt-Peterburg, 27–28 fevralya 2024 goda. — SPb.: Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy universitet telekommunikaciy im. prof. M. A. Bonch-Bruevicha, 2024. — S. 117–121. Ярочкин В. И. Информационная безопасность: учебник для студентов вузов / В. И. Ярочкин. — М.: Академический Проект; Гаудеамус, 2-е изд. — 2004. — 544 с. Yarochkin V. I. Informacionnaya bezopasnost': uchebnik dlya studentov vuzov / V. I. Yarochkin. — M.: Akademicheskiy Proekt; Gaudeamus, 2-e izd. — 2004. — 544 s.