Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проектирования комплексов технических средств обеспечения функционирования информационных систем в конфликтном взаимодействии организационно-технических систем 26
1.1. Особенности информационного конфликтного взаимодействия организационно-технических систем 27
1.2. Учет неопределенностей при разработке постановки задачи проектирования комплекса технических средств обеспечения функционирования информационных систем 35
1.3. Разрешение неопределенностей при проектировании комплексов технических средств обеспечения функционирования информационных систем 48
1.4. Разрешение неопределенности информационного противодействия («природной» неопределенности) 52
1.5. Проблема синтеза комплекса технических средств обеспечения информационного взаимодействия организационно-технических систем 58
1.6. Технологическая схема исследований 62
Выводы 72
2. Методы синтеза структуры комплексов технических средств обеспечения функционирования информационных систем 74
2.1. Основы проектирования комплексов технических средств обеспечения функционирования информационных систем 76
2.2. Принципы и методы проектирования комплексов технических средств 79
2.3. Особенности обеспечения функционирования информационных систем в конфликтном взаимодействии организационно технических систем 84
2.4. Требования к комплексу технических средств обеспечения функционирования информационных систем в конфликтном взаимодействии организационно-технических систем 91
2.4.1. Требования к подсистеме приема / передачи информации и телеуправления 91
2.4.2. Требования к техническим подсистемам сбора информации 95
2.4.3. Требования к техническим подсистемам разрушения / искажения информации 100
2.5. Основные направления повышения эффективности обеспечения функционирования информационных систем в конфликтном взаимодействии организационно-технических систем 103
2.5.1. Помехозащищенность каналов передачи / приема информации (основные понятия) 103
2.5.2. Характеристика основных способов повышения помехо защищенности каналов передачи информации 105
2.6. Методологический подход к формированию вариантов состава комплекса технических средств обеспечения функционирования информационных систем 111
Выводы 124
3. Методы анализа и модели подсистемы передачи и приема информации . 127
3.1. Основные положения теории пространственно-временной обработки информационных потоков и технических средств про странственной фильтрации 128
3.1.1. Пространственная обработка информационных потоков 130
3.1.2. Поляризационная обработка информационных потоков 134
3.1.3. Входные информационные преобразователи для пространственной и поляризационной фильтрации информационных потоков 137
3.2. Алгоритмы адаптации технических средств пространственной фильтрации для компенсации разрушающих / искажающих воздействий 141
3.2.1. Алгоритмы на основе корреляционных обратных связей 141
3.2.2. Алгоритмы на основе обращения корреляционной матрицы воздействий 144
3.2.3. Алгоритмы на основе последовательного градиентного поиска 146
3.2.4. Модифицированный алгоритм случайного поиска 147
3.3. Исследование устойчивости адаптивных технических средств пространственной фильтрации информационных потоков 147
3.3.1. Особенности анализа устойчивости технических средств пространственной фильтрации 148
3.3.2. Методика анализа устойчивости технических средств пространственной фильтрации 151
3.3.3 Устойчивость двухканального технического средства пространственной фильтрации информационных потоков 154
3.4. Алгоритмы пространственной фильтрации информационных потоков в каналах передачи / приема подвижных объектов 158
Выводы 164
4. Методы синтеза алгоритмов пространственной фильтрации информационных потоков в подсистеме сбора информации 167
4.1. Применение методов пространственно-временной обработки информационных потоков для повышения эффективности под системы сбора информации 168
4.2. Улучшение энергетического отношения информационный по ток / (разрушающее / искажающее воздействие + фоновое воз действие) на входе технических средств сбора информации 170
4.3. Контроль участка диапазона поиска на основе пространственно временной обработки информационных потоков 176
4.3.1. Контроль изменения количества воздействий на техническое средство пространственной фильтрации информационных потоков 177
4.3.2. Контроль изменения количества воздействий от источников в ближней зоне 182
4.3.3. Контроль постоянно функционирующих источников информационных потоков и разрушающих / искажающих воздействий 184
4.3.4. Методика выбора рационального времени формирования разностной корреляционной матрицы входных воздействий 186
4.4. Использование методов пространственно-временной обработки для поиска информационных потоков по признакам распознавания 191
Выводы 201
5. Модели информационных потоков, методы их анализа и оценивания параметров подсистемой сбора информации 203
5.1. Анализ возможности оценивания параметров информационных потоков на основе методов пространственно-временной фильтрации 204
5.2. Оценивание параметров информационных потоков методом имитации передаточной характеристики 211
5.3. Методика анализа алгоритмов имитации 212
5.3.1. Анализ алгоритма имитации с последовательным оцениванием 215
5.3.2. Анализ алгоритма имитации с параллельным оцениванием 218
5.3.3. Анализ алгоритма имитации с комбинированным алго ритмом оценивания 219
5.4. Оценивание пространственных параметров источника инфор
мационного потока 220
5.5. Определение дальности до источника информационного потока в ближней зоне 228
5.6. Оценивание поляризации носителя информационного потока 233
5.7. Влияние скорости сканирования на точность оценивания параметров 236
Выводы 240
6. Особенности моделирования технической подсистемы разрушения информации 242
6.1. Модели формирования разрушающих / искажающих воздействий 242
6.2. Структуры разрушающих / искажающих воздействий 246
6.3. Эффективность разрушающих / искажающих воздействий 249
6.4. Общая характеристика технических средств формирования разрушающих / искажающих воздействий 254
6.5. Контроль эффективности разрушающих / искажающих воздействий 260
6.6. Обеспечение электромагнитной совместимости технических
средств подсистемы разрушения информации с элементами
комплекса технических средств на основе применения методов
пространственно-временной обработки информационных пото
ков 263
6.7. Обоснование требований к формированию подсистемы
разрушения информации 267
Выводы 279
7. Современные требования к комплексу технических средств обеспечения информационного взаимодействия организационно технических систем 281
7.1. Облик комплекса технических средств обеспечения информационного взаимодействия организационно-технических систем 282
7.2. Обоснование способов планирования и управления применением комплекса технических средств для обеспечения устойчивого функционирования информационных систем 285
7.3. Методика оценки технико-экономической целесообразности ре ализации разработанных предложений 294
7.4. Результаты оценки показателя технико-экономической целесообразности реализации разработанных предложений 301
7.5. Результаты моделирования 304
7.5.1. Анализ результатов моделирования технического средства пространственной фильтрации информационных потоков 305
7.5.2. Исследование влияния пространственной фильтрации информационных потоков на эффективность комплекса технических средств, обеспечивающего
функционирование информационной системы 310
Выводы 31
Заключение 317
Список сокращений 323
Список терминов 326
Список литературы
- Разрешение неопределенности информационного противодействия («природной» неопределенности)
- Принципы и методы проектирования комплексов технических средств
- Входные информационные преобразователи для пространственной и поляризационной фильтрации информационных потоков
- Оценивание параметров информационных потоков методом имитации передаточной характеристики
Введение к работе
Актуальность проблемы. В современных условиях выполнение задач различного рода социально-экономическими организациями осуществляется на основе информационного взаимодействия, проявляющегося в форме конфликтов типа «единство», «взаимодействие» и «конкуренция». Наиболее сложным в системном представлении является форма конфликта «конкуренция», представляющая собой борьбу за достижение целевого превосходства в предметной области за владение находящимися в сфере их интересов ресурсами. Реализация целей достигается активным и / или информационным воздействием на изначальные ресурсы для снижения конкурентоспособности до некоторого уровня, при котором наступает их стагнация или формирование новой системной упорядоченности.
В общем случае социально-экономическая организация по совокупности системоопределяющих признаков представляет собой организационно-техническую систему (ОТС) в виде объединенной единством цели пространственно-распределенной совокупности иерархических управляющих, исполнительных и обеспечивающих элементов (УЭ, ИЭ и ОЭ, соответственно). Связи между элементами в структуре ОТС устанавливаются исходя из характера выполняемых задач, организационно определяются отношениями управления (подчиненности) и интегрировано определяются качеством функционирования информационных систем (ИС).
Федеральный закон от 27 июля 2006 года № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» определяет ИС как совокупность информационного обеспечения (ИО), информационных технологий (ИТ) и технических средств для обработки информации, а также системного персонала для поддержки динамической информационной модели некоторой предметной области в интересах удовлетворения информационных потребностей пользователей.
Основу функционирования ОТС составляет ИО, включающее: нормативные и справочные данные и их изменения; исходные данные об информационно-целевой обстановке (ИЦО), их изменения и текущие сведения, требующие ответной реакции ОТС или влияющие на алгоритм принятия решений; накапливаемые учетные и архивные сведения, необходимые для планирования и развития ОТС; запросы на необходимые сведения и получаемые данные. Проектирование ИО осуществляется на основе определения источников необходимой и достаточной информации, способов ее поиска, передачи и хранения.
Информационные системы и комплексы технических средств (КТС), обеспечивающих их функционирование, предпринимают целенаправленные действия по поиску, сбору, обработке, хранению и обновлению необходимых и достаточных данных об ИЦО, вступая в информационный конфликт (ИК). Под ИЦО понимается часть социально-экономической обстановки, характеризуемая наличием КТС, обеспечивающих функционирование ИС, их местоположением, режимами работы, параметрами информационных потоков
(ИП), характеристиками технических средств обработки, хранения, представления информации, реализуемыми способами информационной безопасности (ИБ) для решения задач в информационном взаимодействии ОТС. Информационный конфликт – часть целевого (сложного конфликта) ОТС, представляющий собой информационное взаимодействие КТС, обеспечивающих устойчивое функционирование ИС при реализации процессов сбора информации, передачи и противодействия проведению аналогичных мероприятий конкурирующей стороной средствами РИВ.
Функционирование ОТС основывается на выборе стратегий действий, постановке задач УЭ, ИЭ, ОЭ, определении порядка их взаимодействия и способов применения с учетом характеристик существующей ИЦО при ведении исполнительных и защитных действий. Основой разработки стратегий действий ОТС является своевременная, достоверная и точная информация о составе, структуре, основных характеристиках и способах применения элементов конкурирующих ОТС (для определенности, ОТС {B}).
Взаимодействие ОТС в конфликте основывается на активном и / или информационном противодействии на основе дезинформации, имитации, формирования разрушающих / искажающих воздействий (РИВ) для снижении эффективности КТС{B} до определенного уровня, повышения скрытности информационных процессов, обеспечения информационной недоступности и т.п. Качество функционирования ОТС определяется конфликтной устойчивостью (КУ) – ключевой характеристикой ее конкурентоспособности, направленной на выполнение поставленных задач с заданной эффективностью при оптимальном соотношении с расходами. Обеспечение КУ достигается с помощью двух подходов: традиционного, на основе экономических методов оптимизации деятельности организаций, и перспективного – методами ИТ. Вследствие неопределенностей достаточности ИО, обусловленных динамическими стохастическими условиями протекания конфликта, применение традиционного подхода становится неустойчивым и обусловливает объективный переход к методам ИТ.
Несмотря на разнообразие ИТ обеспечения КУ взаимодействия ОТС, в
настоящее время нет достаточно обоснованных научных подходов и методов
решения данной проблемы. Основная трудность ее решения обусловлена
необходимостью своевременного вскрытия планов действий ОТС {B} и дез
организации функционирования ее ИС на основе технических средств и спо
собов активного и / или информационного воздействия. Для преодоления
этой трудности применяют различного типа конфликтно-разрешающие
структуры в виде информационно-обеспечивающих ОТС, технических си
стем или КТС. Вопросы эффективного применения элементов ОТС рассмат
ривались в работах Ю.Л. Козирацкого, А.И. Куприянова, В.В. Кульбы,
Г.С. Нахмансона, А.В. Сахарова, А.А. Сироты и других ученых методами и
средствами защиты элементов информационно-телекоммуникационной сети
от РИВ ОТС {B}. Проблема обеспечения КУ применения ОТС решалась в
работе Л.Е. Мистрова на основе применения информационно-
обеспечивающих ОТС со средствами и комплексами ИБ с заданными харак-
теристиками и обоснованными способами их применения.
Анализ работ показал, что развитие ИТ в процессе целенаправленной интеграции технических средств сбора, хранения, передачи и представления информации существенно увеличивают степень автоматизации всех информационных процессов, обеспечивают передачу информации на любые расстояния без заметных временных ограничений, что создает условия для повышения производительности и эффективности управленческой деятельности. Однако в них не учтены особенности обеспечения функционирования ИС для своевременного и качественного принятия решения в иерархических контурах конкурирующих ОТС в ходе конфликтного взаимодействия. К таким особенностям следует отнести широкое комплексное использование в информационно-телекоммуникационных системах каналов передачи информации (КПИ). Их использование объективно создает предпосылки для несанкционированного доступа технических средств сбора к ИП и делает КПИ уязвимыми от разрушающих / искажающих воздействий, приводя к эскалации конфликтного взаимодействия ОТС.
Перечисленные факторы объективно обусловили противоречие между требованиями «Доктрины информационной безопасности Российской Федерации» относительно повышения безопасности ИС, включая каналы передачи информации ОТС различных сфер деятельности, и отсутствием методологии анализа и синтеза КТС, обеспечивающих функционирование ИС в их конфликтном взаимодействии, отвечающей принципам обоснования оптимального облика исследуемого класса систем.
Автором для разрешения выявленного противоречия предлагается применять КТС, обеспечивающих функционирование ИС в виде совокупности объединенных единством цели методов технических подсистем приема / передачи, сбора, разрушения / искажения информации (ППИ, ПСИ, ПРИ) в целях обеспечения КУ взаимодействия ОТС. Научное обоснование цели, задач, структуры, характеристик, порядка функционирования и способов применения КТС основывается на результатах моделирования его облика и предполагает наличие соответствующей методологии исследований.
Объект исследования – информационные системы и процессы в динамике информационного взаимодействия ОТС.
Предметом исследования являются методы, модели анализа и синтеза КТС обеспечения информационных процессов приема / передачи, сбора, искажения / разрушения, обработки, хранения и представления информации, выявления структурно-параметрических закономерностей обеспечения устойчивого функционирования ИС в динамике конфликтного взаимодействия ОТС.
Цель работы – развитие методов и разработка моделей анализа и синтеза средств, подсистем и КТС в целом, обеспечивающих устойчивое функционирование информационных систем и процессов в конфликтном взаимодействии ОТС.
Для достижения цели необходимо решить систему научных задач:
разработать теоретические основы анализа и синтеза КТС, обеспечивающих устойчивое функционирование ИС в динамике конфликтного взаимодействия ОТС, в части обоснования задач, принципов, методов, и моделей его проектирования;
разработать методологические основы проектирования КТС и предложения по их применению в динамике конфликтного взаимодействия ОТС на основе подсистем приема / передачи, сбора, искажения / разрушения, хранения и представления информации, реализующих методы пространственно-временной обработки информационных потоков циркулирующих в контурах принятия решений;
- разработать научные основы анализа и синтеза методов и средств
подсистемы приема / передачи информации в части повышения скрытности и
помехоустойчивости каналов передачи на основе методов пространственно-
временной обработки информационных потоков в интересах обеспечения
устойчивого функционирования ИС в конфликтном взаимодействии ОТС;
разработать научные подходы, методы и модели синтеза подсистемы сбора информации в направлении: сокращения времени выявления изменений ИЦО; повышения точности оценивания параметров ИП до достаточного значения для достоверного распознавания (классификации) разнородных элементов конкурирующей ОТС; достижения своевременности, полноты и достоверности данных на основе алгоритмических процессов сбора, преобразования и обработки информации о наличии, местоположении и режимах работы их подсистем и КТС в целом;
обосновать модель подсистемы разрушения информации исходя из анализа характеристик КПИ конкурирующей ОТС при формировании рациональных структур РИВ и оптимальном выборе объектов воздействий за счет улучшения статистических и динамических характеристик ПСИ в интересах достижения информационного превосходства ОТС;
обосновать по показателю технико-экономической целесообразности рациональный состав и способы применения подсистем КТС на основе новых технических средств пространственной фильтрации ИП (ТСПФ) в структуре подсистем приема / передачи, сбора, анализа, выявления закономерностей, хранения, представления информации, разрушения / искажения информации, обеспечивающий повышение устойчивого информационного взаимодействия ОТС; установить закономерности зависимости эффективности ИО от своевременности, полноты и достоверности информационного обеспечения ОТС.
Методы исследования базируются на современных положениях теорий анализа и синтеза сложных систем, многоуровневых иерархических систем, исследования операций, конфликта, пространственно-временной обработки информационных потоков, математических методах теории управления, методах теоретических основ радиоэлектронного подавления и исследования устойчивости адаптивных систем.
К основным научным результатам относятся:
1) задачи, принципы, методы и модели проектирования КТС, обеспечи
вающих устойчивое функционирование ИС в конфликтном взаимодействии
ОТС, в составе подсистем приема / передачи, сбора, разрушения / искажения
информации, учитывающие возможность информационного противодей
ствия конкурирующей ОТС в процесс функционирования ИС;
-
методологические основы проектирования КТС, обеспечивающего устойчивое функционирование ИС в конфликтном взаимодействии ОТС, на основе методов и моделей анализа и синтеза подсистем приема / передачи, сбора, разрушения / искажения, хранения и представления информации с применением положений теории пространственно-временной обработки информационных потоков циркулирующих в контурах принятия решений ОТС;
-
методы и модели анализа и синтеза подсистемы приема / передачи информации в части повышения скрытности и помехоустойчивости каналов передачи на основе положений теории пространственно-временной обработки информационных потоков в интересах обеспечения устойчивого функционирования ИС в конфликтном взаимодействии ОТС;
-
методы и модели синтеза подсистемы сбора информации КТС, обеспечивающего функционирование ИС, для контроля информационных процессов в сложных условиях конфликтного взаимодействия ОТС на основе реализации методов ПВОП путем анализа корреляционных матриц входных воздействий на временных срезах через дискретный интервал, как функции динамичности ИЦО и быстродействия процессора ТСПФ для достижения своевременности, полноты и достоверности данных;
-
модель подсистемы разрушения информации, реализующей формирование рациональных деструктивных информационных воздействий на каналы передачи информации конкурирующей ОТС на основе анализа структуры информационных потоков и местоположения их источников, обеспечивающих нанесение максимального информационного ущерба;
-
рациональный состав и способы применения подсистем КТС на основе новых ТСПФ в структуре подсистем приема / передачи сбора, анализа, выявления закономерностей, хранения, представления, разрушения / искажения информации, установленные закономерности зависимости процессов устойчивого функционирования ИС от своевременности, полноты и достоверности ИО в условиях применения КТС в конфликтном взаимодействии ОТС.
Научная новизна и теоретическая значимость результатов.
1. Теоретические положения проектирования КТС, обеспечивающего устойчивое функционирование ИС в конфликтном взаимодействии ОТС, в составе подсистем приема / передачи, сбора, разрушения / искажения информации, включающие принципы, методы, модели, в отличие от существующих, учитывающие возможность информационного противодействия конкурирующей ОТС в процесс функционирования ИС путем реализации множество способов передачи / приема, сбора и разрушения / искажения информации, их эффективности, а также выбора предпочтительных вариантов на основе анализа сложившейся ИЦО.
2. Методологические основы проектирования КТС, включающие метод
синтеза, основанный на применении максиминного подхода для получения
гарантированного результата от его применения на множестве стратегий дей
ствий конкурирующей ОТС при наличии априорной информации об ИЦО, и
его модель, построенная на основе метода иерархической декомпозиции по
составным элементам (подсистем приема / передачи, сбора, разрушения / ис
кажения, хранения и представления информации с реализацией методов
ПВОП).
-
Метод исследования устойчивости функционирования ИС в конфликтном взаимодействии ОТС, в отличие от известных базирующийся на системе научных подходов, методов и моделей анализа и синтеза подсистемы передачи / приема ИП с повышенной скрытностью и помехоустойчивостью информационных процессов с использованием методов ПВОП на основе анализа сходимости решений дифференциальных уравнений состояния ТСПФ в условиях априорной неопределенности о стратегиях конкурирующей ОТС, состава и возможностей ее КТС, позволяющий установить закономерность изменения эффективности применяемых методов и средств ИБ; предложения по повышению скрытности КПИ на множестве стратегий действий конкурирующей ОТС по показателю «вероятность выполнения поставленной задачи».
-
Авторские метод и модель синтеза подсистемы сбора информации КТС для решения задачи контроля информационных процессов в сложных условиях конфликтного взаимодействия ОТС на основе реализации методов ПВОП путем анализа корреляционных матриц входных воздействий на временных срезах через дискретный интервал, как функции динамичности ИЦО и быстродействия процессора ТСПФ, обеспечивающая выявление изменений количества информационных воздействий и распознавание источника ИП, изменившего ИЦО.
-
Модель подсистемы разрушения информации, реализующей формирование рациональных деструктивных информационных воздействий на каналы передачи информации конкурирующей ОТС на основе анализа структуры информационных потоков и местоположения их источников, обеспечивающих нанесение максимального информационного ущерба ИС конкурентов, и в отличие от известных, выполнение условий электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств формирования РИВ с элементами КТС.
6. Рациональный состав, обоснованный по показателю технико-
экономической целесообразности, и способы применения подсистем КТС на
основе новых ТСПФ в структуре подсистем приема / передачи сбора, анали
за, выявления закономерностей, хранения, представления, разрушения / ис
кажения информации; закономерности зависимости процессов информаци
онного взаимодействия ОТС от комплексного применения ППИ, ПСИ, ПРИ
от своевременности, полноты и достоверности информационного обеспече
ния ОТС.
Работа соответствует пп. 1, 2, 5, 7 Паспорта специальности 05.25.05 – Информационные системы и процессы.
Достоверность научных результатов и положений.
1. Достоверность развиваемых научных основ моделирования КТС,
обеспечивающих устойчивое функционирование ИС в конфликтном взаимо
действии ОТС, достигается ясностью физических трактовок, их непротиво
речивостью, строгостью формальных постановок взаимосвязанной системы
методов и моделей анализа и синтеза, обоснованностью ограничений и до
пущений, влияющих на результаты моделирования, использованием единой
системы исходных данных, полученной из опыта применения КТС, решени
ем научной проблемы с использованием системного подхода и общих подхо
дов к моделированию сложных систем с учетом существенных факторов,
влияющих на результаты синтеза, решения научных задач на основе обобще
ния и преломления известных научных теорий, а также совпадением резуль
татов с полученными другими исследователями в частных случаях.
-
Достоверность результатов по облику КТС подтверждается результатами моделирования эффективности ПВОП по информационным и информационно-системным показателям, проведенным вычислительным экспериментам и результатам внедрения.
-
Достоверность количественных оценок эффективности применения ТСПФ для повышения скрытности КТС, обеспечивающих функционирование ИС в информационном взаимодействии ОТС достигнута за счет использования математических моделей и методов, адекватных физическим процессам, протекающим в ходе информационного взаимодействия ОТС, совпадением результатов по частным случаям при проведении других исследований применительно к отдельным этапам конфликта.
4. Достоверность практических результатов обоснования основных
технических характеристик и способов применения КТС обеспечивается со
гласованным применением теоретических и физических методов моделиро
вания и экспериментальной проверкой результатов.
На защиту выносятся:
-
теоретические положения проектирования КТС, обеспечивающего устойчивое функционирование ИС в конфликтном взаимодействии ОТС, включающие задачи, принципы, методы и модели в условиях информационного противодействия конкурирующей ОТС в процесс функционирования ИС на множестве способов передачи / приема, сбора и разрушения / искажения информации применительно к сложившейся ИЦО;
-
методологические основы проектирования КТС, обеспечивающего устойчивое функционирование ИС в конфликтном взаимодействии ОТС, включающие методы и модели анализа и синтеза подсистем приема / передачи, сбора, разрушения / искажения, хранения и представления информации с применением положений теории пространственно-временной обработки информационных потоков циркулирующих в контурах принятия решений ОТС. В отличие от известных использование основ проектирования КТС обеспечивает повышение устойчивости функционирования информационных си-
стем и процессов в условиях априорной неопределенности о стратегиях конкурирующей ОТС;
-
методы и модели анализа и синтеза подсистемы приема / передачи информации, основанные, в отличие от известных, на положениях теории пространственно-временной обработки информационных потоков для обеспечения устойчивого функционирования ИС в конфликтном взаимодействии ОТС;
-
методы и модели структурно-технического синтеза подсистемы сбора информации для реализации способов контроля информационных процессов путем анализа корреляционных матриц входных воздействий на временных срезах через дискретный интервал, как функции динамичности ИЦО и быстродействия процессора ТСПФ, обнаружения ИП – пространственной локализации их источников – выявления информативных признаков информационных потоков – распознавания источников информации о состоянии и стратегиях действий взаимодействующих ОТС на основе теории корреляционной обработки, оценивания параметров входных воздействий, анализа и определения закономерностей в ИП в интересах определения местоположения их источников и распознавания;
-
модель синтеза подсистемы разрушения информации, реализующей формирование рациональных деструктивных воздействий на каналы передачи информации конкурирующей ОТС на основе анализа структуры информационных потоков и местоположения их источников, обеспечивающих нанесение максимального информационного ущерба и выполнение условий ЭМС.
6) рациональный состав, обоснованный по показателю технико-
экономической целесообразности, и способы применения подсистем КТС на
основе новых ТСПФ в структуре подсистем приема / передачи сбора, анали
за, выявления закономерностей, хранения, представления, разрушения / ис
кажения информации; закономерности зависимости процессов информаци
онного взаимодействия ОТС от комплексного применения ППИ, ПСИ, ПРИ
от своевременности, полноты и достоверности информационного обеспече
ния ОТС.
Практическая значимость и результаты внедрения.
Результаты диссертационного исследования внедрены:
-
в части реализации блока индикации с запоминанием результатов оценивания параметров сигналов – в ЗАО «Супертехприбор»;
-
в части разработки методов обоснования общих технических требований к техническим средствам информационного обеспечения организационно-технических систем – в ПАО «НПО «Завод «Волна»;
-
в части решения задач оценивания параметров сигналов с использованием метода имитации эталонного сигнала – в ОАО «НВП «Протек»;
-
в части разработки математической модели синтеза комплекса технических средств сбора информации, основанной на комплексном и координированном применении технических средств пространственной фильтрации
для контроля информационных процессов путем анализа корреляционной матрицы входных воздействий – в Центре системных исследований и разработок «НТЦ РЭБ»;
-
в части: обоснования способов повышения конфликтной устойчивости комплекса технических средств информационного обеспечения организационно-технических систем в конфликтном взаимодействии на основе методов пространственно-временной обработки информационных потоков; разработки способов повышения эффективности подсистемы сбора информации на основе разработанных параллельных алгоритмов радиомониторинга информационно-целевой обстановки – в НИИЦ (г. Курск) ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ;
-
в части разработки методов обоснования общих технических требований к техническим средствам информационного обеспечения конфликтного взаимодействия организационно-технических систем с использованием средств и способов повышения конфликтной устойчивости – в ФГБОУ ВО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»;
-
в части разработки моделей комплексов технических средств, обеспечивающих функционирование информационных систем в динамике конфликтного взаимодействия организационно-технических систем – в ФГБОУ ВО «Московский технический университет связи и информатики» (ФГБОУ ВО «МТУСИ»);
8) в части внедрения в образовательный процесс: в ФГКВОУ ВО
«ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»
при разработке материалов учебников и учебных пособий, в научной работе
при разработке материалов монографий, статей и заявок на выдачу патентов.
По результатам диссертационного исследования получено 10 патентов Российской Федерации.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационного исследования докладывались, обсуждались и получили одобрительную оценку на:
- восьми Международных научно-технических конференциях (НТК)
«Информатика: проблемы, методология технология» (г. Воронеж, 2006, 2008,
2009, 2010, 2012, 2013, 2016 гг.);
двух Международных научных конференциях (НК): «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CFM/PDM-1014)» (г. Москва, 2014 г.), «Фундаментальные проблемы системной безопасности» (г. Елец, 2014 г.);
пяти НТК «Методическое обеспечение обоснования состава и организационной структуры частей РЭБ Сухопутных войск» (г. Воронеж, 1994, 1988, 2001, 2003, 2004, 2011, 2013 гг.);
трех Межвузовских НТК (г. Воронеж, 1995, 2000, 2001 гг.);
- двух Всероссийских НТК (г. Москва, 1994, 1995 гг.);
четырех Всероссийских научно-практических конференциях, проводимых ФГКВОУ ВО «ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж, 2009, 2013, 2014, 2015 гг.);
Всесоюзном семинаре секции «Теория информации» ЦП ВНТО имени А.С. Попова (г. Ульяновск, 1989 г.);
Военно-научной конференции (г. Череповец, 1994 г.);
трех Межрегиональных семинарах (г. Воронеж, 2002, 2008, 2009 гг.);
Межвузовском методическом семинаре (г. Воронеж, 2002 г.);
VI-ом Международном салоне промышленной собственности «Архимед-2003» и отмечены дипломом салона и золотой медалью;
XI-ом Международном салоне промышленной собственности «Архимед-2008» и отмечены дипломом салона и серебряной медалью;
Международном военно-техническом форуме «Армия 2015» и отмечены дипломом форума.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 43 научных работах авторским объемом более 40 п.л., в т.ч. в 2 монографиях и в 24 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для опубликования основных результатов диссертационных исследований на соискание ученой степени доктора наук.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы, включающего 287 наименований использованных источников, содержит 64 рисунка и 5 таблиц.
Разрешение неопределенности информационного противодействия («природной» неопределенности)
Перечисленные факторы объективно обусловили противоречие между требованиями «Доктрины информационной безопасности РФ» повышения безопасности ИС, включая каналы передачи информации ОТС различных сфер деятельности, и отсутствием методологии анализа и синтеза КТС, обеспечивающих функционирование ИС в их конфликтном взаимодействии, реализующей принципы синтеза оптимального облика систем исследуемого класса.
Автором для разрешения выявленного противоречия предлагается применять КТС, обеспечивающих функционирование ИС в виде совокупности объединенных единством цели методов технических подсистем приема / передачи, сбора, разрушения / искажения информации (ППИ, ПСИ, ПРИ) в целях обеспечения КУ взаимодействия ОТС. Основой научного обоснования цели, решаемых задач, структуры, характеристик, алгоритмов функционирования и способов применения КТС являются результаты моделирования его облика, которое предполагает наличие соответствующей методологии исследований.
Объектом исследования являются информационные системы и процессы в динамике информационного взаимодействия ОТС.
Предметом исследования является методы, модели анализа и синтеза КТС обеспечения информационных процессов приема / передачи, сбора, искажения / разрушения, обработки, хранения и представления информации, выявления структурно-параметрических закономерностей обеспечения устойчивого функционирования ИС в динамике конфликтного взаимодействия ОТС.
Цель работы – развитие методов и разработка моделей анализа и синтеза средств, подсистем и КТС в целом, обеспечивающих устойчивое функционирование информационных систем и процессов в конфликтном взаимодействии ОТС. Для достижения цели необходимо решить систему научных задач: разработать теоретические основы анализа и синтеза КТС, обеспечивающих устойчивое функционирование ИС в динамике конфликтного взаимодействия ОТС, в части обоснования задач, принципов, методов, и моделей его проектирования; разработать методологические основы проектирования КТС и предложения по их применению в динамике конфликтного взаимодействия ОТС на основе подсистем приема / передачи, сбора, искажения / разрушения, хранения и представления информации, реализующих методы пространственно-временной обработки информационных потоков циркулирующих в контурах принятия решений; разработать научные основы анализа и синтеза методов и средств подсистемы приема / передачи информации в части повышения скрытности и помехоустойчивости каналов передачи на основе методов пространственно-временной обработки информационных потоков в интересах обеспечения устойчивого функционирования ИС в конфликтном взаимодействии ОТС; разработать научные подходы, методы и модели синтеза подсистемы сбора информации в направлении: сокращения времени выявления изменений ИЦО; повышения точности оценивания параметров ИП до достаточного значения для достоверного распознавания (классификации) разнородных элементов конкурирующей ОТС; достижения своевременности, полноты и достоверности данных на основе алгоритмических процессов сбора, преобразования и обработки информации о наличии, местоположении и режимах работы их подсистем и КТС в целом; обосновать модель подсистемы разрушения информации исходя из анализа характеристик КПИ конкурирующей ОТС при формировании рациональных структур РИВ и оптимальном выборе объектов воздействий за счет улучшения статистических и динамических характеристик ПСИ в интересах достижения информационного превосходства ОТС; обосновать по показателю технико-экономической целесообразности рациональный состав и способы применения подсистем КТС на основе новых технических средств пространственной фильтрации ИП (ТСПФ) в структуре подсистем приема / передачи сбора, анализа, выявления закономерностей, хранения, представления информации, разрушения / искажения информации, обеспечивающий повышение устойчивого информационного взаимодействия ОТС; установить закономерности зависимости эффективности ИО от своевременности, полноты и достоверности информационного обеспечения ОТС.
Методы исследования базируются на современных положениях теорий анализа и синтеза сложных систем, многоуровневых иерархических систем, исследования операций, конфликта, пространственно-временной обработки информационных потоков, математических методах теории управления, методах теоретических основ радиоэлектронного подавления и исследования устойчивости адаптивных систем. К основным научным результатам относятся: 1. Задачи, принципы, методы и модели проектирования КТС, обеспечивающих устойчивое функционирование ИС в конфликтном взаимодействии ОТС, в составе подсистем приема / передачи, сбора, разрушения / искажения информации, учитывающие возможность информационного противодействия конкурирующей ОТС в процесс функционирования ИС. 2. Методологические основы проектирования КТС, обеспечивающего устойчивое функционирование ИС в конфликтном взаимодействии ОТС, на основе методов и моделей анализа и синтеза подсистем приема / передачи, сбора, разрушения / искажения, хранения и представления информации с применением положений теории пространственно-временной обработки информационных потоков циркулирующих в контурах принятия решений ОТС. 3. Методы и модели анализа и синтеза подсистемы приема / передачи информации в части повышения скрытности и помехоустойчивости каналов передачи на основе положений теории пространственно-временной обработки информационных потоков в интересах обеспечения устойчивого функционирования ИС в конфликтном взаимодействии ОТС;
Принципы и методы проектирования комплексов технических средств
Анализ различного типа структур и условий взаимодействия ОТС показал, что на ход и исход конфликта формы «конкуренция» существенно влияют полнота и своевременность обеспечения организаций достоверной и точной информацией для выбора стратегии действий. Решение важных задач выполняют организации среднего и высокого уровня социально-экономической деятельности, которые по ряду системоопределяющих показателей представляют собой ОТС. Они функционируют путем проведения операций – динамической форме действий элементов (УЭ, ИЭ и ОЭ), задачи которых определяются назначением ОТС.
Качественное решение в ОТС может принято на основе информации, собираемая техническими средствами и обрабатываемая соответствующими элементами КТС. Нарушение (затруднение) управления элементами ОТС {B} в целом приводит к возрастанию неопределенности условий конфликта и достигается только за счет одновременного и централизованного применения подсистем КТС.
В качестве типовой ИЦО, соответствующий наиболее полному представлению информационного взаимодействия ОТС, определен информационный конфликт для характеристики условий взаимодействия отдельных элементов КТС. Такая декомпозиция обусловлена структурой конфликтного взаимодействия ОТС, обеспечивает полноту и наглядность представления системы задач КТС и реализующую их функциональную структуру в составе ОТС.
Технологически задача информационного обеспечения (ИО) взаимодействия ОТС базируется на рассмотрении совокупности допустимых решений по составу технических средств и способам передачи, сбора и разрушения информации, определении их эффективности и выделении рациональных вариантов. Выделение из сформированной совокупности наиболее эффективных вариантов решений позволяет по интегральным показателям сформировать облик КТС на множестве стратегий конкурирующих ОТС. Синтез КТС проводится реализацией внешнесистемного и внутрисистемных методов синтеза. Внешнесистемный метод (w) определяет место КТС в структуре ОТС с учетом отношений по управлению, информации, исполнения и взаимодействию. Внутрисистемные методы направлены на оптимизацию состава КТС, технических характеристик его подсистем, способов взаимосвязи и алгоритмов функционирования во пространственно-временой области. Задача синтеза КТС состоит в оределении структуры, которая в конкурентном противодействии обеспечивает выполнение ОТС поставленных задач с тебуемым качеством. Цель и содержание задачи синтеза КТС состоит в удовлетворении внешнесистемных требований и обосновании внутрисистемных показателей.
В общем случае информационное конкурентное взаимодействие ОТС основывается на разработке / модернизации КТС и способов их применения для получения априорной информации об облике и потенциальных стратегиях действий конкурирующей стороны. Это обеспечивает им при проведении целевых финансово-экономических операций достижение максимальной эффективности выполнения поставленных задач осуществлять на основе варьирования обликом (составом, характеристиками, алгоритмами функционирования) и способами применения КТС в прогнозируемой ИЦО. Исходя из этого конкурирующие ОТС (их КТС) возможно считать противоборствующими структурами, их целевые установки – противоположными, а взаимодействие – конфликтным, обусловливая решение задачи синтеза КТС на базе максиминного критерия, его реализация предполагает достижения гарантированного результата при решении ОТС поставленных задач на множестве стратегий действий конфликтно взаимодействующей ОТС при наличии априорной сведений о структуре и задачах КТС. Показатели эффективности КТС отражают функциональную связь показателей вариантов его построения на обобщенных, информационно технических и информационных уровнях ОТС. Поскольку эффективность КТС и затраты на его производство и эксплуатацию функционально зависимы, то при синтезе КТС основными показателями являются эффективность и затраты, определяют базу критерия «эффективность-стоимость». Критерий эффективности КТС формируется на основе выполнения принципа достижения цели функционирования ОТС и формулируется как правило минимизации затрат на изготовление и использование комплекса при условии выполнения максиминного числа поставленых задач ОТС, когда максимум достигается способами применения КТС, а минимум - аналогичными параметрами информационно противодействующей КТС {Ь}. Постановка синтеза облика КТС формулируется в следующем виде.
Требуется при заданных: условиях пространственно-временного взаимодействия ОТС (Y ); структуре, параметрах, размещении на местности и показа-теляк эффективности аодсистем КТС конкурирующей ОТС; составе, структуре и способах применения ОТС; отношениях КТС по управлению (У), информации (И), взаимодействию (В) и исполнению (З) в структуре ОТС; номенклатуре, характеристиках и эффективности lu k=\,...,U средств ПИ, /2, /2=1,-,4 средств СИ и /3, 1ъ=\,...,ьъ средств РИ; ограничениях по затратам на разработку и применение КТС из совокупности возможных вариантов Г2 выделить подмножество к -х приемлемых вариантов облика Q КТС {Л = {АЛЛ}} (состав (Л), параметры (Л), способы использования (Л)), позволяющих максимизироовать среднее количесво решенных задач ОТС (Uk ) в динамике информационного конфликтного взаимодействия не ниже определенного из и выделить из него к -й оптимальный вариант облика, имеющий наименьшую стоимость (С к).
Входные информационные преобразователи для пространственной и поляризационной фильтрации информационных потоков
Исход ИК в значительной степени определяется способностью ОТС к прогнозированию изменений условий функционирования КТС. Вероятность правильного прогнозирования, в свою очередь, зависит от наличия своевременной, полной, достоверной и точной информации о СЭО и ИЦО в районе конфликта. Высокие показатели своевременности, полноты, достоверности и точности достигаются [34, 37, 104, 122, 128, 145, 174, 177, 203, 216, 220]: использованием способов упреждающего добывания информации о составе, состоянии и стратегиях конкурирующей ОТС и ее КТС; скрытием или введением конкурирующей ОТС в заблуждение относительно состояния собственных элементов ОТС, их действий и стратегиях; применением надежных и эффективных средств активного воздействия на подсистемы КТС конкурирующей ОТС; применением эффективных систем и способов повышения устойчивости функционирования подсистем своих КТС.
Перечисленные факторы с учетом целевой направленности подсистем КТС конфликтующих ОТС, определяют требования к их информационному обеспечению конфликта, которые сводятся к требованиям к техническим характеристикам различных подсистем применяемого КТС.
Развитие ППИ направлено на обеспечение оперативного, устойчивого и скрытного обмена информацией во всех элементах информационно-обеспечивающих систем [8, 14, 44, 55, 56, 81, 103, 104, 137, 143, 217, 240, 245, 250, 255, 259]. В планах совершенствования систем передачи информации особое внимание уделяется реализации таких требований, как: высокая пропускная способность, своевременность представления элементам ОТС необходимых каналов, быстрая реакция на изменение обстановки; высокая устойчивость (надежность, живучесть и ПЗ) и способность функционирования в условиях воздействия современных ПРИ; обеспечение безопасности обмена различной информацией, в том числе, циркулирующей в АСУ.
Реализация перечисленных требований достигается применением ППИ технических средств передачи информации различных принципов действия (кабельной, оптиковолоконной, радиосвязи и т.д.)
Защита от ПРИ является одной из важнейших практических задач ППИ, так как РИВ играют существенную роль при выполнении цели каналов передачи информации: обеспечения передачи требуемого объема информации с заданной достоверностью за заданное время или, в конечном счете, обеспечения требуемой пропускной способности [76, 243]. С понятием «пропускная способность канала» непосредственно связана одна из фундаментальных теорем теории информации, известная как основная теорема Шеннона по оптимальному кодированию. Применительно к дискретному каналу ее можно сформулировать так: если производительность источника информации н (х) меньше пропускной способности обслуживающего его канала С Н (х) С, (21) то существует способ оптимального кодирования и декодирования информации, при котором вероятность ошибки или ненадежность канала H (X/Y) может быть сколь угодно малой. Если же Н (х) С, (2.2) то таких способов не существует. Таким образом, согласно этой теореме конечная величина С есть предельное значение безошибочной скорости передачи информации по каналу. Этот вывод очень важен для принципиального решения за дачи разработки методов повышения помехоустойчивости. До Шеннона считалось, что в канале с заданными шумами обеспечить сколь угодно малую вероятность ошибки можно только при стремлении скорости передачи информации к нулю. Такой, например, путь повышения достоверности информации за счет повторения символов в канале без памяти. Шеннон же доказал, что можно обеспечить требуемую достоверность применением определенных кодов при конечной скорости передачи информации. Для каналов с наличием фоновых воздействий (ФВ) при реализации метода случайного кодирования и достаточно длинных последовательностях символов, выдаваемых источником, средняя вероятность ошибочного приема типичной последовательности определяется формулой Рош = -Рправ 2 Т[С Н (Х)] _ (2.3) Выражение (2.3) показывает, что с ростом Т, а значит, и задержки информации, вероятность ошибки уменьшается. С другой стороны, вероятность ошибки тем меньше, чем больше запас пропускной способности КПИ (менее эффективно используется пропускная способность канала). Таким образом, существует возможность обмена между достоверностью передачи информации, ее задержкой и эффективностью использования канала связи, на использовании которой основываются практические методы обеспечения помехоустойчивости.
Оценивание параметров информационных потоков методом имитации передаточной характеристики
Сформированная в виде (2.7)…(2.15) задача представляе собой многопа-раметрическуюоптимизационную задачу, имеющую нелинейную целевую функцию связанных переменных при взаимозависимых ограничениях. Решение задачи (2.8), вследствие независимости аргументов к и Б, осуществляется разрешением «внутренней» задачи минимизации эффективности выполнения КТС А;-го варианта состава множества задач для множества способов функционирования Бк КТС конкурентно-взаимодействующей ОТС. Приведенная в [125] математическая модель оценки эффективности функционирования КТС в условиях конфликта позволяет найти решение задачи (2.8) с учетом ограничений (2.9)…(2.15) и сформировать матрицу эффективности k -х вариантов его состава, на основе которой в соответствии с (2.7) выбрать оптимальный вариант.
Решение задачи (2.7)…(2.15) в «напрямую» (с учетом [125]), даже с привлечением современных вычислительных средств, невозможно. Требуется привлечение различного рода методов декомпозиции для ее расчленения на задачи «приемлемой» сложности, решение которых возможно математическими методами. Основанием для подобного рода декомпозиции выступает последовательность проведения процедур по обоснованию исходных данных, упорядочению их соответствующим образом и проведение аналитических процессов, в результате которых выделено три этапа мероприятий по решению задачи.
На первом этапе формируется исходное множество объектов воздействия, под которыми понимаются элементы КТС конкурентно-взаимодействующей ОТС, участвующие в процессе снижения эффективности средств КТС, обеспечивающего функционирование ИС. Исходными данными для этого являются общие и частные морфологические модели конкурентно-взаимодействующей ОТС.
На втором этапе обоснованные для подсистемами КТС задачи сформулированы в виде начальной совокупности объектов воздействия. В исходными данными при формировании вариантов является обоснованный на предыдущем этапе перечень элементов воздействия, а также совокупность задач по воздействию на подсистему противостоящего КТС применительно к характерным состояниям конкурентно-взаимодействующей ОТС.
На третьем этапе формируется множество вариантов состава КТС, обеспечивающего функционирование ИС, производится анализ этих вариантов с целью выбора оптимального (в смысле (2.7)…(2.15)) состава средств ( N ). Исходными данными для формирования и выбора оптимального варианта состава КТС являются: описание множества задач снижения эффективности функционирования ее средств за счет применения элементов противостоящего КТС ( X jk ); возможности существующих и разрабатываемых средств КТС в конфликтном взаимодействии с элементами противоборствующего комплекса ( X j ) и требуемая эффективность решения множества задач в этом взаимодействии (Этр ).
Практическая реализация поэтапного обоснования и выбора вариантов состава системы для проведения последующей оценки эффективности КТС предполагает применение таких математических методов, которые обеспечивают: оперативное решение задачи при большом множестве одновременно используемых исходных данных; возможность количественной оценки формируемых вариантов структуры и состава КТС; полноту и всесторонность анализа формируемых вариантов КТС с целью обоснованного принятия решения; возможность использования результатов в виде исходных данных при решении задач на других уровнях; необходимую точность и достоверность полученных результатов (адекватных располагаемым исходным данным по точности и достоверности); реализуемость разработанных методик на современных средствах вычислительной техники.
Как установлено в [133], наиболее полно перечисленным условиям удовлетворяют подходы на основе логико-вероятностных методов анализа и синтеза сложных динамических систем на основе понятия лингвинистической переменной и языка алгебры логики. Эти методы нашли широкое применение при исследовании надежности структурно-сложных технических систем по заданным составу, структуре комплекса и вероятностным показателям безотказной работы его подсистем и технических средств.
С учетом возможности применения упомянутых методов для решения задачи постановка (2.7)…(2.15) может быть сведена к определению варианта состава КТС по поставленным задачам, объектам информационного воздействия, используемым средствам применяемым мерам противодействия.
В такой ситуации для формализованного представления сформулированных для КТС задач, целесообразно рассматривать два исхода применения ком-118 плекса: поставленные задачи выполнены (Yn =1) и задачи не выполнены (7и =0). Естественно предположить, что исходы функционально зависят от наличия объектов воздействия х;, j = 1,n, где п - число возможных объектов воздействия и потенциальных возможностей подсистем КТС по подавлению объектов xJk, k = 1,N, где N - количество возможных технических средств воздействия на каждый из этих объектов Х]..
В соответствии с [133], достижение цели, стоящей перед системой на і-м этапе функционирования (в І -м состоянии), і = 1J , определяется поиском кратчайшего пути выполнения совокупности поставленных задач. В такой ситуации кратчайшим путём выполнения у -й задачи является один путь из возможных ее выполнения, определяемый минимальной перечнем элементов информационного воздействия, представляющий собой конъюнкцию элементов, ни один из которых не может быть исключен без нарушени решения задачи. Такая операция может быть представлена функцией алгебры логики (ФАЛ): П, = л Xа , jeM, J где л- знак логического умножения; М- совокупность номеров элементов воздействия по 1-му кратчайшему пути (П;); а, - коэффициент, характеризующий необходимость наличия (а;=1) или отсутствия (а;=0) элемента информационного воздействия на 1-м кратчайшем пути; Зс( ,.) - бинарная переменная, определяющая отсутствие (наличие) элемента х} на рассматриваемом кратчайшем пути