Ефективні методи та алгоритми оперативної багатофункціональної обробки інформації в комп’ютерних мережах тривалого моніторингу станів об’єктів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова

ЕФЕКТИВНІ МЕТОДИ ТА АЛГОРИТМИ ОПЕРАТИВНОЇ БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ОБРОБКИ ІНФОРМАЦІЇ В КОМП'ЮТЕРНИХ МЕРЕЖАХ ТРИВАЛОГО МОНІТОРИНГУ СТАНІВ ОБ'ЄКТІВ

01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ШЕВЧУК Богдан Михайлович

УДК 612.015;621.391;519.688

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор,

член-кореспондент НАН України

Задірака Валерій Костянтинович,

Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України,

завідувач відділу оптимізації чисельних методів.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Писаренко Леонід Дмитрович,

НТУУ "Київський політехнічний інститут",

завідувач кафедри електронних приладів і пристроїв,

доктор технічних наук, професор

Наконечний Адріан Йосифович,

Національний університет "Львівська політехніка",

завідувач кафедри комп'ютеризованих систем і автоматики.

Захист відбудеться "___" _______ 2007 р. о (об) ____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.194.02 при Інституті кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України за адресою:

03680, МСП, Київ-187, проспект Академіка Глушкова, 40.

З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічному архіві інституту.

Автореферат розісланий "___" ________ 2007 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради СИНЯВСЬКИЙ В.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Функціонування сучасних мереж дистанційного моніторингу станів об'єктів ґрунтується на використанні засобів радіомереж з комутацією пакетів, мереж мобільного зв'язку, глобального, локального і персонального зв'язку та засобів зв'язку “останньої милі”, побудованих на основі стандартів WiMAX, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee тощо. Перспективними напрямками побудови моніторингових мереж є використання мереж на основі низько- і середньо орбітальних супутників Землі, включаючи мікро- та наносупутники, високопіднятих аероплатформ, засобів передачі даних у відповідності до стандартів UNB, xMax та засобів зв'язку на радіочастотах ISM-діапазону. Зі збільшенням кількості об'єктів моніторингу, особливо в межах території промислових регіонів та населених пунктів, важливою проблемою є підвищення ефективності функціонування існуючих та побудова перспективних моніторингових мереж. Вирішення цієї проблеми досягається за рахунок мінімізації інформаційних потоків у місцях їх виникнення (на об'єктах) шляхом виявлення й усунення недостовірної та малоінформативної інформації. Оскільки об'єктні засоби обробки та передачі інформації працюють в умовах багатьох обмежень (по продуктивності процесорів, точності, швидкодії обробки даних, обсягу пам'яті, а також при обмеженому часі обробки даних і наявності шумів у вимірювальних трактах, при наявності потужних промислових завад у каналах зв'язку), то актуальними є дослідження по розробці методологічних основ і алгоритмів оперативної цифрової обробки і аналізу даних моніторингу, математичних моделей станів об'єктів, а також методів кодування і захисту інформації безпосередньо на об'єктах з використанням нескладних програмно-апаратних засобів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана у рамках наукових тем Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України: ВК 140.05 “Розробити та впровадити інформаційні технології підвищення продуктивності систем асиметричної криптографії та розв'язання задач комп'ютерної стеганографії” (номер держреєстрації 0104U008239) згідно програми наукових досліджень НАН України “Створення ефективних інтелектуальних інформаційних технологій високопродуктивних ЕОМ та засобів захисту інформації” (програма “Інтелект”), 2004-2006 рр.; Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”: ДРР № 2816-П “Віртуальна лабораторія обробки даних дистанційних експериментів”, напрямок ““Мікросупутник.” Підсистеми ультрафіолетового поляриметра, бортового цифрового обчислювального комплексу, бортової системи збору і обробки наукової інформації” (2006 р., номер держреєстрації 0207U005212); Міжнародного науково-навчального центру інформаційних технологій та систем НАН України і Міністерства освіти і науки України: “Дослідження системно-організуючої функції електричного поля серця при дії природних та штучних факторів зовнішнього середовища” (1999-2002 рр., номер держреєстрації 0100U003719). В зазначених темах автор дисертації був відповідальним виконавцем тем та розробляв методи і алгоритми оперативної обробки та кодування інформації, методи визначення математичних моделей станів об'єктів.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - створення ефективних за точністю та швидкодією методів і алгоритмів оперативної обробки даних моніторингу, математичних моделей станів об'єктів, кодування та захисту інформації, які в комплексі оптимізують передачу даних у моніторингових мережах.

Для досягнення поставленої мети ставляться та вирішуються такі завдання:

- проведення аналізу математичних моделей станів об'єктів тривалого моніторингу, методів і алгоритмів оперативної обробки сигналів та визначення їх показників і характеристик;

- аналіз та дослідження методів оперативного захисту та маскування інформації в каналах зв'язку комп'ютерних мереж;

- на основі досліджень взаємозв'язків і характеристик методів та засобів введення, обробки і передачі інформації в моніторингових мережах та на основі досліджень спотворень форми кривої аналогових сигналів визначити умови та вимоги до методів компактного кодування даних моніторингу з урахуванням якості введення інформації, локальних динамічних характеристик ділянок сигналів та поточних станів об'єктів;

- розробка адаптивних методів і алгоритмів оперативної фільтрації-стиску сигналів та комбінованих методів фільтрації-стиску сигналів і зображень з використанням швидких ортогональних та вейвлет-перетворень;

- розробка математичних моделей та методів оперативного визначення і відображення поточних станів об'єктів;

- розробка швидкодіючих методів і алгоритмів криптографічного захисту інформації з використанням одноразових ключів;

- розробка методів маскування пакетів даних у каналах зв'язку моніторингових мереж на основі кодування двійкових послідовностей та формування компактних канальних сигналів.

Об'єкт дослідження - процеси оперативної обробки і кодування інформації та математичні моделі станів об'єктів, які оптимізують передачу даних у моніторингових мережах.

Предмет дослідження - методи і алгоритми оперативної фільтрації-стиску сигналів, ефективні за точністю та швидкодією, методи і математичні моделі оперативного визначення та відображення станів об'єктів, швидкодіючі методи захисту та маскування даних у каналах зв'язку моніторингових мереж.

Методи дослідження. В роботі використовуються методи цифрової обробки сигналів, теорія імовірності, теорія обчислень, теорія дискретних ортогональних перетворень, криптографічна теорія захисту інформації.

Наукова новизна отриманих результатів. На основі комплексного підходу до вирішення проблем обробки, кодування та передачі інформації в моніторингових мережах у дисертаційній роботі подальшого розвитку набули теоретичні та методологічні основи реалізації на об'єктах алгоритмів багатофункціональної обробки інформації, ефективних за точністю та швидкодією. У рамках цих досліджень отримані такі нові наукові результати:

- отримали подальший розвиток методологічні основи оптимізації (мінімізації) інформаційних потоків на об'єктах моніторингу з урахуванням якості введення інформації, динамічних характеристик сигналів та поточних станів об'єктів;

- вперше розроблені адаптивні методи і алгоритми фільтрації-стиску сигналів, які при мінімальних обчислювальних витратах, з допустимою точністю обробки інформації забезпечують контактне кодування відліків сигналів;

- удосконалені алгоритми фільтрації-стиску сигналів і зображень на основі усічення спектральних коефіцієнтів швидких ортогональних і вейвлет-перетворень;

- отримали подальший розвиток ефективні за швидкодією методи побудови математичних моделей станів об'єктів тривалого моніторингу на основі визначення булевих змінних векторів логіко-статистичних інформаційних моделей станів об'єктів шляхом апертурного та смугового контролю інтегральних та диференційних характеристик сигналів;

- отримали подальший розвиток швидкодіючі методи захисту інформації з використанням шифрів з одноразовим ключем та змінних секретних кодів об'єктних систем моніторингових мереж з урахуванням необхідного (попередньо заданого) ступеня захисту інформації;

- вперше розроблені методи маскування пакетів даних у каналах зв'язку моніторингових мереж на основі високоінформативного кодування двійкових послідовностей та формування псевдохаотичних інтервальних або шумоподібних сигналів.

Практичне значення отриманих результатів. Використання результатів наукових досліджень та розроблених методів і алгоритмів оперативної багатофункціональної обробки інформації у моніторингових мережах забезпечує суттєве зменшення (в десятки - сотні разів) завантаження каналів зв'язку та засобів накопичення даних інформацією, що передається від об'єктів. Реалізація об'єктними процесорами розроблених методів та алгоритмів оперативної обробки, кодування та передачі даних моніторингу дозволяє мінімізувати первинні потоки достовірних даних безпосередньо в місцях виникнення інформаційних потоків та захистити пакети даних у каналі зв'язку від несанкціонованого доступу до інформації та її підміни зловмисниками. При цьому передача даних у каналі зв'язку здійснюється псевдохаотичними інтервальними або шумоподібними сигналами, які забезпечують криптостійку та завадостійку передачу компактних даних з підвищеною інформативністю (після кодування тривалість пакетів даних зменшується в 1,3 - 1,6 разів). Розробка запропонованих методів і алгоритмів оперативної обробки і кодування інформації забезпечує умови для побудови і широкого використання об'єктних програмно-апаратних засобів моніторингу станів об'єктів у промисловості, сільському господарстві, в галузі охорони навколишнього середовища, в медицині та спорті.

Розроблені методи, алгоритми і програми оперативної обробки та кодування інформації, а також методи оперативного математичного опису тракту вимірювання показників озонного шару Землі були впровадженні в 2006 р. в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний університет” у процесі виконання теми ДРР № 2816-П “Віртуальна лабораторія обробки даних дистанційних експериментів” у відповідності до технічного завдання на виконання робіт за напрямком ““Мікросупутник.” Підсистеми ультрафіолетового поляриметра, бортового цифрового обчислювального комплексу, бортової системи збору і обробки наукової інформації”.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертаційного дослідження отримані автором особисто. У працях, виконаних у співавторстві, автору належать: адаптивні методи і алгоритми фільтрації-стиску сигналів [2]; швидкодіючі методи криптографічного захисту інформації з використанням шифрів з одноразовим ключем [5]; методи маскування пакетів даних у каналах зв'язку моніторингових мереж [4, 9, 11]; результати досліджень спотворень зображень при використанні методів і алгоритмів фільтрації-стиску на основі швидких ортогональних перетворень [3]; швидкодіючі методи та математичні моделі визначення станів об'єктів тривалого моніторингу на основі формування булевих змінних логічних векторів інформаційних станів об'єктів [8, 10, 11]; методи відновлення огинаючої сигналу з використанням суттєвих відліків у компактному масиві даних [12].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на міжнародних конференціях: Міжнародна науково-практична конференція “Сучасні інформаційні технології в управлінні і професійній підготовці операторів складних систем” (Кіровоград, грудень 2003 р.); Міжнародна наукова конференція “Питання оптимізації обчислень (ПОО-XXXII)” (Крим, Кацивелі, вересень 2004 р.); VII Всеукраїнська міжнародна конференція “Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів” (Київ, жовтень 2004 р.); VII Міжнародна конференція “Штучний інтелект - 2006” (Крим, Кацивелі, вересень 2006 р.); VI Міжнародна науково-технічна конференція “Гіротехнології, навігація, керування рухом і конструювання авіаційно-космічної техніки” (Київ, квітень 2007 р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в 13-ти наукових виданнях, що входять до переліку ВАК України та 4 тезах конференцій і препринті.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел та 7 додатків. Повний обсяг дисертації - 224 сторінки, з яких 167 сторінок основного тексту. Список використаної літератури - 194 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито стан наукової проблеми та її значимість, обґрунтовано необхідність проведення дослідження та актуальність теми дисертаційної роботи, її зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету і завдання дослідження, визначені об'єкт і предмет дослідження, сформульовано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, зазначено особистий внесок здобувача, а також надаються відомості про апробацію отриманих результатів та про наявні публікації.

У першому розділі аналізуються складові методів і алгоритмів багатофункціональної обробки даних у моніторингових мережах, включаючи методи визначення математичних моделей станів об'єктів, методи і алгоритми оперативної обробки сигналів у задачах визначення та моніторингу станів об'єктів, методи і алгоритми обчислення та визначення показників сигналів у процесі тривалого моніторингу станів об'єктів, а також методи і алгоритми захисту та маскування інформації у комп'ютерних мережах. Огляд і аналіз побудови математичних моделей станів об'єктів дозволяє обґрунтувати вибір і розробку ефективних методів оперативної обробки даних моніторингу та визначення станів об'єктів з використанням мікрокомп'ютерів. Аналіз методів і алгоритмів оперативної обробки сигналів показав, що первинні інформаційні потоки суттєво залежать від вимог до метрологічних характеристик підсилювачів, аналогових фільтрів і аналого-цифрових перетворювачів (АЦП). Зменшення інформаційних потоків без втрат за точністю відновлення огинаючої сигналів вимагає використання складних фільтрів нижніх частот (ФНЧ), АЦП, методів цифрової фільтрації, стиску інформації і апроксимації відліків сигналів. Це пов'язано з тим, що частота дискретизації сигналів є функцією багатьох параметрів, тобто , де - частота дискретизації N-канального АЦП; - максимальна частота m-го сигналу з найбільш високочастотною складовою; - коефіцієнт степені підвищення частоти дискретизації -го сигналу в залежності від типу і порядку ФНЧ, значення розмаху пульсацій у смузі пропускання ФНЧ та значення подавлення сигналу в смузі подавлення ФНЧ; - максимальна кількість двійкових біт при кодуванні -го сигналу; - сумарна похибка тракту введення та обробки інформації m-го каналу. Таким чином, за точну і достовірну інформацію про характеристики сигналів, які підлягають тривалому контролю, необхідно "платити" формуванням суттєво підвищених інформаційних потоків, точними первинними апаратними засобами.

Оскільки у моніторинговій мережі канал зв'язку (КЗ) є спільним ресурсом, який суттєво впливає на роботу мережі, то його ефективне використання в значній мірі залежить від комплексу методів і алгоритмів введення , обробки, кодування та передачі даних, які реалізуються на об'єктах. У свою чергу ефективність багатофункціональної обробки та передачі інформації визначається математичними моделями оцінки станів об'єктів, методами і алгоритмами цифрової обробки та експрес-аналізу вибірок сигналів, а також методами захисту, маскування та передачі пакетів даних. Аналіз наукових джерел показав, що для визначення інформаційних образів поточних станів об'єктів доцільно в процесі тривалого спостереження за поведінкою об'єктів визначати і аналізувати динаміку внутрішніх характеристик вибірок первинних даних та динаміку статистичних характеристик сигналів. За інформативністю сукупність обчислених інтегральних і диференційних характеристик сигналів взаємодоповнюють одні одних і дозволяють достовірно описати динаміку станів об'єкта.

Важливою складовою обробки інформації на об'єктах є захист даних моніторингу від несанкціонованого доступу та їх підміни зловмисниками. Перевагу доцільно віддавати методам захисту інформації, які передбачають як програмну, так і апаратну реалізацію. Для зміни кодів (ключів) об'єктних систем (ОС) доцільне використання методів асиметричної криптографії. Перспективний напрямок розвитку методів захисту інформації - поєднання методів криптографії, завадостійкого кодування та комп'ютерної стеганографії, спільне застосування яких дозволяє організувати ефективну передачу захищених масивів даних.

У другому розділі досліджуються взаємозв'язки і характеристики методів та засобів введення, обробки і передачі інформації, досліджуються спотворення форми кривої аналогових сигналів, здійснюється вибір математичних моделей та способів визначення інформаційних станів об'єктів, досліджуються оперативні методи захисту інформації та маскування пакетів даних у каналах зв'язку комп'ютерних мереж. Аналіз роботи моноканальних мереж показує, що, в процесі моніторингу станів об'єктів для оцінки сумарного обсягу інформації в КЗ моніторингових мереж можливо записати такі залежності: , , де - сумарний обсяг інформації у процесі контролю за станом -го об'єкта на протязі робочого часу ; - кількість каналів введення сигналів -ї ОС; - максимальна частота -го сигналу, на основі якої вибирається частота дискретизації , ; - коефіцієнт стиску інформації для -го каналу; - сумарна похибка тракту введення та обробки інформації -го каналу; - база канальних сигналів. Залежності показують, що для мінімізації інформаційних потоків на об'єктах важливо обґрунтувати вибір мінімально допустимої частоти дискретизації сигналів. Слід зазначити, що похибка відновлення відліків сигналів суттєво залежить від умов отримання (введення та перетворення) достовірної вхідної інформації. Опосередковано достовірність вхідних даних, можливо охарактеризувати вхідним співвідношенням сигнал/шум . Максимальна частота дискретизації N_канального АЦП вибирається у відповідності до виразу , де , - частота подавлення ФНЧ, - частота дискретизації -го сигналу за Котельниковим. Частота дискретизації менш високочастотного і-го сигналу вибирається в разів меншою за відношенням до , де , - ознака цілої величини. На величину первинних інформаційних потоків, окрім частоти дискретизації, впливає вибір величини розрядності двійкового кодування відліків сигналів. Для -го сигналу максимальна розрядність АЦП визначається величиною де - динамічний діапазон амплітудних значень і-го сигналу, - ознака цілої величини, взятої до більшої. Для вибору оптимальної величини частоти дискретизації -го сигналу доцільно проаналізувати залежність за умови отримання достовірних відліків сигналів. На рис. 1 показано залежність при використанні ФНЧ (BE - фільтр Бесселя, BU - фільтр Баттерворта, CH - фільтр Чебишева, EL - еліптичний фільтр) з порядками n = 35 та абсолютними похибками величини розмаху пульсацій у смузі пропускання і величини подавлення сигналу в смузі подавлення , де - величина кванта АЦП.

Рис. 1. Залежність величини коефіцієнта від типу і порядку ФНЧ

Аналіз кривих показує, що для зменшення інформаційних потоків у процесі тривалого моніторингу об'єктів доцільно обмежуватись величиною біт і використовувати ФНЧ типу CH або ЕL, порядок яких n = 45. Дослідження показали, що при виборі величина . Порівняльний аналіз спотворень огинаючої сигналів, які виникають при використанні поширених методів фільтрації і стиску сигналів і зображень, показав, що кожний із методів вносить характерні спотворення, які в свою чергу суттєво залежать від величини , функціональних характеристик методів та характеристик базису. Тому на практиці, після виконання операції фільтрації сигналів, на ділянках з завадами спостерігаються спотворення огинаючої, які як правило є неконтрольованими. Оскільки коефіцієнт стиску сигналів суттєво залежить від методів фільтрації, їх характеристик та параметрів вихідних сигналів, то операції фільтрації і стиску сигналів доцільно виконувати як спільний процес “фільтрації-стиску”. Результати досліджень алгоритмів фільтрації-стиску сигналів показали, що з метою завантаження КЗ та засобів накопичення даних ОС достовірною інформацією та для організації контролю спотворень огинаючої сигналів і відображення дослідникам (експертам) рівня виявлених спотворень, в місцях виникнення інформаційних потоків важливо контролювати умови отримання достовірних відліків сигналів. Окрім зміни величини у процесі фільтрації-стиску сигналів доцільно змінювати величину , наприклад з урахуванням величини .

Суттєве зменшення потоків даних на об'єктах досягається шляхом оперативного визначення інформаційних станів (ІС) об'єктів і при перебуванні останніх в режимі нормальної роботи в КЗ доцільно періодично відправляти компактні дані станів об`єктів. ІС об'єкта визначається шляхом систематизації станів останнього за ознакою єдності ансамблю параметрів, що підлягають контролю, і заданою швидкістю створення повідомлень джерелом інформації. У загальному випадку ІС об'єкта визначається вектором , де ідентифікатор -інформаційного стану об`єкта. У кожному ІС параметри вектора визначаються динамічними показниками, які характеризуються стаціонарними властивостями і описуються сімейством параметрів і статистичних характеристик.

Ефективним методом оперативного захисту інформації на об'єктах є використання шифрів з одноразовим ключем, які вимагають генерацію тривалих випадкових послідовностей абонентами моніторингової мережі. Основу наступних пакетів даних утворюють криптографічні інформаційні кадри (ІК), при формуванні яких використовуються інші послідовності бітів шифру. Слід зазначити, що хороший алгоритм криптозахисту інформації утворює шифровані дані з практично рівномірним розподілом -бітових символів, де - кількість біт символу. Величина ступеня захисту інформації пропорційна величині масиву даних, що підлягає шифруванню і на практиці орієнтовно визначається виразом , де - кількість ІК, біти яких підлягають перемішуванню, тривалість ІК.

Ефективним засобом маскування пакетів даних у КЗ є використання шумоподібних сигналів (ШПС). Тому завершальною операцією захисту інформації є операція оптимізації вибору канальних сигналів (КнС) з урахуванням забезпечення надійної передачі даних у шумах КЗ. Ефективна передача даних з ШПС здійснюється на основі кодування двійкових даних пакетів з урахуванням поточного рівня шумів у КЗ. В абонентських приймачах ці дані можливо отримати на виході кореляційного приймача, який обчислює модульну функцію згідно виразу , де - відлік модульної функції при j-му зсуві відліків вхідного сигналу , j = 0,1,…,B,.. - значення часового зсуву, i_й елемент опорного сигналу ШПС, , B - база ШПС. Для пояснення способу маскування даних у шумах радіоканалу розглянемо рис. 2, на якому відображені вихідні сигнали приймача ШПС (М-послідовності з базою В = 31). Для оцінки роботи приймача при різних співвідношеннях сигнал/шум у каналі зв'язку використовується умовний показник рівня шумів у радіоканалі М < В/2, який відповідає кількості М трансформованих (вражених завадами) елементів ШПС. Аналіз сигналів корелятора показує, що мінімально необхідну базу ШПС можливо задавати з урахуванням амплітуди основного піку G(j) у процесі встановлення зв'язку між абонентами мережі.

Рис. 2. Вихідні сигнали кореляційного приймача ШПС з

У третьому розділі описуються розроблені адаптивні методи і алгоритми оперативної фільтрації-стиску сигналів, комбіновані методи і алгоритми фільтрації-стиску сигналів і зображень з використанням швидких ортогональних та вейвлет-перетворень, а також описані методи та математичні моделі оперативного визначення ІС об'єктів, методи оптимізації оперативної обробки і кодування сигналів у залежності від поточного ІС об'єкта та алгоритми відновлення огинаючої сигналів і методи відображення показників ІС об'єктів.

Фільтрація-стиск відліків ґрунтується на методах визначення і кодування суттєвих відліків (СВ) та несуттєвих відліків (НВ), при цьому СВ кодуються кодом , де - біт ознаки суттєвості відліку сигналу, - двійковий код СВ, який може бути повнорозрядним або різницевим. НВ кодуються одним бітом . До СВ належать екстремуми відфільтрованого сигналу та відповідні відліки, що знаходяться в околиці точки зміни опуклості кривої сигналу. Шляхом визначення та аналізу різниць між сусідніми відліками попередньо відфільтрованого сигналу виявляються достовірні ділянки, тривалість яких , де - інтервал дискретизації сигналу, тобто достовірною є ділянка, якій відповідають однакових ознак (“+”, “-”, “0”) приростів . Відліки, які знаходяться на стику достовірних ділянок є суттєвими і кодуються у відповідності до такої послідовності службових і інформативних бітів: , де - ознака виду кодування СВ ( - код є повнорозрядним, - код є різницевим, тобто ). На ділянках, тривалістю , та на тривалому інтервалі, який утворюють різнотипні недостовірні ділянки, через кожні визначається середнє значення відліків, яке відповідає СВ. На достовірних ділянках здійснюється пошук групи відліків, які знаходяться в околиці точки зміни опуклості кривої шляхом аналізу порівнянь сусідніх різниць , тобто для виявлення заданих дослідником відхилень сигналу від лінійних змін аналізуються три сусідні відліки , та визначаються поточні різниці , , на основі яких формуються булеві змінні ознак суттєвості відліку :

(1)

де , наприклад, при , при , де .

Для точного відновлення нелінійної кривої сигналу через кожні НВ доцільно формувати черговий СВ, де , , або виявляти СВ на основі ознаки суттєвості відліку (1). Ефективний спосіб суттєвого зменшення інформаційних потоків - визначення прямим чи опосередкованим способом величини вхідного співвідношення сигнал/шум , яку доцільно визначати за рівнем високочастотних шумів. Найпростішим і швидким способом визначення степені величини , є обчислення поточної різниці між сусід-німи відліками вхідного сигналу з шумами. Шляхом порівняння величини з відповідними пороговими величинами визначається поточний рівень шумів на даній ділянці сигналу. Точніше величина визначається шляхом порівняння величини з відповідними відносними величинами відфільтрованого відліку . Таким чином для реалізації фільтрації-стиску сигналів на першому етапі оперативної обробки відліків сигналів визначаються ділянки з різним рівнем шумів, які в свою чергу кодуються різною достовірною кількістю біт Для компактного кодування СВ і НВ інформаційних кадрів відрізків та ділянок сигналів у швидкодіючих алгоритмах фільтрації-стиску доцільно оперативно виявляти достовірні та недостовірні ділянки і, в залежності від результатів класифікації типів ділянок, з вибраною частотою дискретизації сигналів здійснювати кодування СВ і НВ. Кодування СВ і НВ здійснюється в залежності від вибраних та закодованих в службовій інформації методів стиску та параметрів адаптації. Вибір поточної частоти дискретизації ділянки сигналу визначається в залежності від величини і максимальної динаміки сигналу на ділянці (). Функціонування більш ефективних алгоритмів фільтрації-стиску сигналів ґрунтується на пошуку границь ділянок, визначення їх характеристик (, , довжини ) і на цій основі здійснюється вибір величини та способу кодування СВ і НВ та службових даних.

Дослідження методів і алгоритмів фільтрації-стиску сигналів і зображень з використанням швидких ортогональних та вейвлет-перетворень показали, що зі збільшенням коефіцієнта стиску спостерігаються неконтрольовані спотворення параметрів СВ. З метою точного відновлення огинаючої сигналу інформативних ділянок на об'єкті здійснюються операції прямого ортогонального перетворення, усічення спектральних коефіцієнтів, обернене перетворення, визначення відхилень відповідних СВ, як по амплітуді так і в часі, кодування та формування компактного масиву даних. Критерії відбору інформативних СВ, параметри яких необхідно відкоректувати на об'єкті, задаються дослідником. Один із швидкодіючих методів відбору СВ (екстремумів) полягає у визначенні величини , яка обчислюється згідно виразу , де - величина, яка характеризує інформативність i-го екстремуму по відношенню до (i-1)-го; - величина, яка характеризує інформативність i-го екстремуму по відношенню до (i+1)-го, де амплітуда -го екстремуму. Шляхом упорядкування за величиною амплітудних значень виявляються ті екстремуми, параметри яких (при ) підлягають корекції у службовій частині компактного масиву даних. Корекції також можуть підлягати параметри точок перегину, що знаходяться між виявленими екстремумами.

Ефективним способом отримання інформації про стан об'єктів є апертурний та смуговий контроль відхилення огинаючих гістограм, спектрів, кореляційних функцій та інших інтегральних характеристик вибірок сигналів по відношенню до опорних (тестових) кривих, заданих дослідником (експертом). Контроль величин статистичних, хаотичних та інших показників досягається шляхом контролю перебування величин у заданих діапазонах. Спільний контроль інтегральних та диференційних характеристик вибірок сигналів за інформативністю доповнюють один одного і дозволяють достовірно описати динаміку станів об`єктів. Компактне кодування ІС об`єктів досягається шляхом формування булевих змінних векторів ІС за результатами апертурного та/або смугового контролю динаміки обчислюваних функцій та показників сигналів _го сигналу, , - довжина вибірки. Значення булевих змінних визначається виразом

де ? значення _го булевого елемента ? (-го) вектора ІС об`єкта в процесі апертурного (смугового) контролю динаміки функції () _го сигналу, ; ? довжина вектора ІС об`єкта; - номер ІС; кількість ІС; змінна величина; () - опорна величина (умовна норма) обчислюваної функції чи показника _госигналу для _го ІС; ? величина апертури.

Оскільки інтегральні характеристики сигналів не реагують на локальні зміни внутрішньої структури вибірки сигналів, або навпаки, можуть змінюватись під впливом нестаціонарних факторів, то для підвищення їх інформативності доцільно визначати диференційні характеристики сигналів. Одним із способів оперативного аналізу внутрішньої структури вибірки сигналів є визначення кількості характерних динамічних змін і локальних коливань для побудови гістограми. Зі збільшенням виявлених типів динамічних змін (викидів) і коливань гістограма наближається до оцінки густини розподілу ймовірності випадкової величини. Найпростішим динамічним показником є характеристика , де , , , - порогові величини, які задаються дослідником, - кількість відліків локальної ділянки сигналу, . Для порівняльного аналізу сигналів з різними параметрами АЦП інформативною є характеристика /. На основі результатів обчислень поточних модулів різниці між амплітудними значеннями сусідніх СВ доцільно обчислювати прості завадостійкі показники хаотичності даних , , де, , - кількість визначених модулів на інтервалі , , , .

Оптимізація оперативної багатофункціональної обробки інформації і передачі даних досягається за рахунок роботи ОС в режимах, які узгоджуються з центральною станцією (ЦС) мережі. Це такі режими: неперервної передачі первинних даних (аналогічний телеметричному режиму роботи систем дистанційного контролю станів об'єктів); періодичної передачі первинних даних та результатів оперативної обробки сигналів; передачі параметрів векторів ІС. Після прийому та декодування ІК пакетів даних отримуємо послідовності СВ і НВ сигналів і для відновлення огинаючої сигналу методом найменших квадратів апроксимуємо нелінійну функціональну залежність між СВ і НВ. Важливою проблемою моніторингу станів об'єктів є відображення цілого комплексу показників на моніторах комп'ютерів. Ефективне відображення результатів обробки досягається за рахунок одночасного представлення в трьохвимірних координатах (величина - час (частота) - номер вибірки) інтегральних характеристик сигналів та залежностей (графіків) диференційних характеристик сигналів, тобто локальні фрагменти площин (показники вибірок сигналів) характеризуються відповідними графіками величин сигналів.

У четвертому розділі описані швидкодіючі методи захисту інформації з використанням шифру з одноразовим ключем (МЗІ-ШОК) та методи маскування даних в шумах КЗ. Алгоритми захисту і маскування даних ґрунтується на виконанні таких операцій: первинної операції гаміювання бітів ІК з попередньо генерованими бітами комплексної довготривалої псевдовипадкової послідовності (ДПВП); операції визначення бітів перевіркового коду (ПерК) для гамійованого ІКг, які служать для виявлення ЦС факту підміни інформації зловмисниками; операції перемішування бітів ІКг з бітами ПерК; операції перемішування послідовності ІКг з випадковим вибором номера вихідного (хаотичного) ІКх, з яким здійснюється обмін біту (серії бітів) поточного ІКг; кінцевої операції гаміювання для кожного із ІКг; кінцевої операції визначення бітів ПерК, які служать для контролю достовірності прийнятої інформації ЦС; операції оптимізації вибору КнС. Основою маскування даних у шумах КЗ є дотримання умов “маскування” основного піку функції серед шумових (хибних) піків. Дослідження поведінки функції при різних рівнях шумів у КЗ показали, що база ШПС розподіляється на складові , де - поріг розпізнавання корисного сигналу від шумових складових каналу; - оцінка рівня шумів у КЗ; - величина, яка характеризує якість прийому інформаційного символу. Аналіз сигналів приймача ШПС показав, що при - КЗ практично чистий; - КЗ частково в шумах; канал зв'язку в суттєвих шумах; прийнята інформація недостовірна. Відповідно, умова маскування інформації у шумах КЗ - досягнення і підтримка амплітуди при цьому , де , допустимі величини і . При передачі інформації по кодовим моноканалам необхідно дотримуватись умови , . На рис. 3 показані сигнали приймача ШПС з базою B = 31, в які перетворюються послідовності бітів ІКг, де на рис. 3, а - ШПС без спотворення символів, а на рис. 3, б - псевдохаотичний ШПС з випадковою зміною величини М.

M=0

M=7 -13

а б

Рис. 3. Вихідні сигнали приймача ШПС

Захист даних на основі МЗІ-ШОК ґрунтується на виконанні операцій генерації ДПВП, гаміювання даних, формування ПерК ІКг, перемішування ІКг та бітів ПерК. Для генерації ДПВП використовується таблиця кодових ключів (КК), які відповідають булевим послідовностям многочленів, що визначають генерацію первинних масивів ПВП. З метою підвищення ступеня захисту інформації доцільно змінювати секретні коди ОС на кожному циклі формування ДПВП. Для цього на завершальному етапі генерації ДПВП, на -му циклі після використання останнього КК генерації первинної ПВП із кінцевого фрагмента ДПВП виділяємо останні -бітові випадкові послідовності (довжина секретного коду), які на ()-му циклі використовуються як біти секретного коду.

Для підвищення пропускної здатності КЗ моніторингових мереж у дисертаційній роботі запропоновані методи високоінформативного маскування ІП, суть яких полягає в оптимізації (мінімізації) тривалості КнС в залежності від поточного рівня шумів у КЗ. Основою такої передачі даних є формування -х КнС з кількістю двійкових елементів та дотримання умов “маскування” основного піку кореляційної функції ШПС серед шумових (хибних) піків. При цьому місцезнаходження основного піку кореляційної функції відоме тільки абоненту-відправнику, ретранслятору і абоненту-адресату. При виборі , що характерно для “чистого” КЗ, масиви даних розбиваються на двійкові послідовності (ДП) (наприклад, (), (), () і т.д.), які передаються мінімізованими за сумарною тривалістю інтервальними імпульсними сигналами (ІІС) відповідної полярності та тривалості. Згідно запропонованого методу кодування за певним законом, наприклад псевдохаотично, відповідні ДП замінюються на інтервалі послідовності, при цьому, наприклад, , , , , а одинакові за тривалістю сусідні сигнали () кодуються різною полярністю. Більш високоінформативним способом формування ІП є реалізація кодування, при якому в масиві даних здійснюється частотний аналіз зустрічі відповідних ДП, номера яких упорядковуються за максимумом частоти зустрічі. Відповідній кількості ДП, які найчастіше зустрічаються, присвоюються найменші за тривалістю ІІС, тобто кодування даних реалізується шляхом досягнення мінімуму сумарної тривалості ІК пакета даних згідно виразу , де частота зустрічі -ї ДП, кількість ДП тривалістю . При наявності завад у КЗ доцільно формувати псевдохаотичні шумоподібні КнС ІП, отриманих на основі ФМ-ШПС відповідної тривалості та форми. Дослідження показали, що для масиву даних з рівномірним розподілом символів коефіцієнт зменшення тривалості ІК , який визначається як відношення тривалостей ІК до і після кодування, в середньому досягає величини .

У п'ятому розділі описується використання запропонованих методів і алгоритмів багатофункціональної обробки інформації для побудови телемедичних пристроїв і мереж, засобів дистанційного моніторингу виробничих об'єктів та об'єктів екомоніторингу, а також для підвищення ефективності функціонування моніторингових мереж з мікросупутниками.

У додатках наведені акти впроваджень, тексти програм фільтрації-стиску сигналів і захисту даних, а також результати досліджень спотворень форми огинаючої сигналів та результати аналізу роботи приймача ШПС.

ВИСНОВКИ

1. В дисертаційній роботі на основі дослідження взаємозв'язків і характеристик методів та засобів введення, обробки і передачі інформації запропоновані ефективні за точністю та швидкодією методи та алгоритми оперативної багатофукнціональної обробки інформації у місцях виникнення інформаційних потоків у моніторингових мережах. Реалізація об'єктними системами оперативних методів і алгоритмів компактного кодування даних моніторингу та криптографічного захисту і маскування пакетів даних, що передаються по каналах зв'язку є основою для суттєвого підвищення ефективності функціонування моніторингових мереж та їх широкого впровадження в промисловість, сільське господарство, охорону здоров'я і довкілля та інші галузі людської діяльності.

2. Досліджено, що сумарний потік інформації у моноканальних моніторингових мережах суттєво залежить від вибору частоти дискретизації сигналів, точності перетворення відліків сигналів, ступеню стиснення даних та від вибору методів формування і маскування пакетів даних, а також від вибору величини бази сигналів, що передаються по каналу зв'язку.

3. Дослідження за вибором необхідної частоти дискретизації сигналів показали, що при кількості достовірних біт АЦП коефіцієнт підвищення частоти дискретизації Котельникова досягає величини . Зменшення частоти дискретизації сигналів, що підлягають контролю, можливе в процесі фільтрації і стиску сигналів за рахунок адаптації цієї величини в залежності від поточних динамічних характеристик ділянок сигналів та рівня високочастотних шумів.

4. Досліджено, що для мінімізації потоків даних на об'єктах необхідно реалізувати адаптивну фільтрацію-стиск сигналів: окрім зміни величини доцільно змінювати кількість достовірних біт в залежності від поточної величини ; на ділянках з шумами доцільно виконувати прості та швидкодіючі алгоритми фільтрації-стиску, а на достовірних ділянках - більш точніші алгоритми (адаптивну медіанну фільтрацію, фільтрацію-стиск з використанням швидких ортогональних та вейвлет-перетворень) при підвищених величинах і .

5. Суттєве зменшення інформаційних потоків у моніторингових мережах досягається на основі визначення, класифікації ділянок сигналів з різними величинами , фільтрації-стиску сигналів з урахуванням поточної величини і динамічних характеристик сигналів та за рахунок оперативного визначення станів об'єктів і передачі в канал зв'язку різних за обсягом інформації компактних пакетів даних.

6. Розроблені методи та алгоритми адаптивної фільтрації-стиску сигналів, які при мінімальних обчислювальних витратах з допустимою точністю введення і обробки даних забезпечують компактне кодування відліків сигналів з урахуванням попередньо визначених опосередкованих даних про вхідне співвідношення сигнал/шум та локальних динамічних характеристик ділянок сигналів.

7. Удосконалено фільтрацію-стиск сигналів і зображень шляхом усічення спектральних коефіцієнтів швидких ортогональних та вейвлет-перетворень за рахунок кодування даних про корекцію значень суттєвих відліків інформативних ділянок огинаючої сигналів (відеосигналів).

8. Одержали подальший розвиток швидкодіючі методи побудови математичних моделей станів об'єктів тривалого моніторингу на основі визначення булевих змінних векторів логіко-статистичних інформаційних моделей станів (ЛСІМ) об'єктів шляхом апертурного та/або смугового контролю інтегральних та диференційних характеристик вибірок сигналів (статистичних, кореляційних, спектральних, ентропійних, хаотичних та ін.). Для оперативного відображення інформаційних образів динаміки станів об'єктів пропонується одночасно відображати в трьох- та двовимірних координатах (в площинах та графіках) характеристики сигналів та ЛСІМ, при цьому локальні фрагменти площин характеризуються відповідними графіками показників сигналів.

9. Вперше одержали подальший розвиток швидкодіючі методи криптографічного захисту інформації з використанням шифрів з одноразовим ключем та змінних секретних кодів об'єктних систем моніторингових мереж з урахуванням попередньо заданого ступеня захисту інформації, при цьому для оперативного захисту інформації від підміни запропоновано маскування перевіркових бітів у масиві даних інформаційного кадру пакету шляхом псевдохаотичного розміщення перевіркових бітів у масиві даних інформаційного кадру.

10. Вперше розроблені методи маскування пакетів даних у каналі зв'язку моніторингових мереж на основі високоінформативного кодування двійкових послідовностей та формування псевдохаотичних інтервальних або шумоподібних сигналів, база яких вибирається з урахуванням визначеного стану рівня шумів у каналі зв'язку, при цьому для оптимізації тривалості пакетів даних захищені масиви даних розбиваються на двійкові послідовності, які перетворюються в інтервальні сигнали, мінімізовані за тривалістю, а величина може хаотично змінюватись у відповідності до псевдовипадкових кодів, згенерованих об'єктними системами.

11. Застосування розроблених методів та алгоритмів оперативної багатофункціональної обробки інформації дозволяє побудувати недорогі та ефективні програмно-апаратні засоби об'єктних систем моніторингових мереж в телемедицині, для моніторингу станів промислових об`єктів, екомоніторингу, для кодування і передачі даних в мікросупутникових мережах.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ ПРАЦЯХ

1. Шевчук Б.М. Методи визначення та відображення показників інформаційних станів об'єктів тривалого моніторингу // Комп'ютерні засоби, мережі та системи. - 2005. - № 4. - С. 78 - 85.

2. Шевчук Б.М., Задірака В.К., Фраєр С.В. Ефективні методи фільтрації-стиску та захисту інформації в комп'ютерних мережах тривалого моніторингу станів об'єктів // Штучний інтелект. - 2006. - № 3. - С. 804 - 815.

3. Гнатів Л.О., Задірака В.К., Шевчук Б.М., Фраєр С.В. Ефективне стиснення зображень засобами бортових систем космічних апаратів на основі нових ортогональних перетворень // Наукові вісті Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”. - 2006. - № 6. - С. 30 - 36.

4. Шевчук Б.М., Зінченко В.П. Оперативна багатофункціональна обробка та передача інформації в моніторингових мережах з використанням мікросупутників // Там само. - 2007. - № 2. - С.35 - 45.

5. Шевчук Б.М., Фраер С.В. Защита информации в компьютерных мониторинговых сетях на основе маскирования сжатых данных и передачи псевдослучайных шумоподобных пакетов информации // Компьютерная математика. - 2006. - № 1. - С. 80 - 87.

6. Шевчук Б.М. Методы оперативной обработки сигналов и вычисления показателей состояний объектов в процессе их длительного дистанционного мониторинга // Там же. - 2005. - № 1. - С. 94 - 103.

7. Шевчук Б.М. Про показники сигналів та їх обчислення для оперативного визначення інформаційних станів об'єктів дослідження і керування // Комп'ютерна математика. Оптимізація обчислень. - К.: Ін-т кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України. - 2001. - 1. - С. 397 - 406.

8. Шевчук Б.М., Горін Ф.М., Фраєр С.В., Сташкова Н.С. Оперативне визначення інформаційних станів об'єктів дослідження і управління на основі аналізу системи показників сигналів, що підлягають контролю // Комп'ютерні засоби, мережі та системи. - 2003. - № 2. - С. 151 - 157.

9. Шевчук Б.М., Куляс А.І., Фраєр С.В., Пепеляєва О.П., Броварська Н.Й. Аналіз систем ортогональних сигналів для побудови мобільних мереж передачі інформації з кодовим розділенням каналів // Там само. - 2004. - № 3.- С. 95 - 101.

10. Шевчук Б.М., Шут М.І., Стегній А.І. Цифрова обробка сигналів і формування та передача повідомлень в процесі оперативного визначення інформаційних станів об'єктів людино-машинних комплексів авіаційних систем // Наукові праці академії. - Кіровоград: Державна льотна академія України, 2003. - Вип. VII, Ч.II. - С. 225 - 234.

11. Шинский О.И., Шевчук Б.М., Кравченко В.П., Шинский И.О. Информационная технология оперативного дистанционного мониторинга состояний объектов литейного производства // Процессы литья. - 2007. - № 1-2. - С. 117 - 125.

12. Кравченко В.П., Шевчук Б.М. Предварительная обработка биосигналов на основе аппроксимации цифрових значений отсчётов методом наименьших квадратов // Кибернетика и вычислительная техника. - 1999. - Вып. 124. - С. 89 - 91.

13. Шевчук Б.М. Методы и средства построения микросотовых радиосетей сбора, обработки и передачи биомедицинской информации // Там же. - 1998. - Вып. 120. - С. 76 - 84.

АНОТАЦІЯ

Шевчук Б.М. Ефективні методи та алгоритми оперативної багатофункціональної обробки інформації в комп'ютерних мережах тривалого моніторингу станів об'єктів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи. - Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ, 2007.

Дисертаційна робота присвячена розробці методологічних та алгоритмічних основ технології оперативного дистанційного моніторингу станів об'єктів. Основу технології утворюють ефективні за обчислювальною складністю, точністю і швидкодією методи та алгоритми оперативної багатофункціональної обробки інформації на об'єктах. Розроблені методи та алгоритми адаптивної фільтрації-стиску сигналів, швидкодіючі методи побудови математичних моделей станів об'єктів, методи захисту інформації з використанням шифрів з одноразовим ключем, а також методи маскування пакетів даних у каналі зв'язку моніторингових мереж на основі високоінформативного кодування двійкових послідовностей та формування псевдохаотичних інтервальних або шумоподібних сигналів, база яких вибирається з урахуванням визначеного рівня шумів у каналі зв'язку.

Ключові слова: методи та алгоритми оперативної багатофункціональної обробки інформації, математичні моделі станів об'єктів, об'єктні системи, інформаційний стан об'єкта, захист інформації, шифри з одноразовим ключем, маскування пакетів даних у каналі зв'язку.

АННОТАЦИЯ

оперативний моніторинг сигнал об'єкт

Шевчук Б.М. Эффективные методы и алгоритмы оперативной многофункциональной обработки информации в компьютерных сетях длительного мониторинга состояний объектов. - Рукопись.

Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.05.02 - математическое моделирование и вычислительные методы. - Институт кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины, Киев, 2007.

Диссертационная работа посвящена разработке методологических и алгоритмических основ технологии оперативного мониторинга состояний объектов различной природы и назначения. Основу технологи составляют эффективные по вычислительной сложности, точности и быстродействию методы и алгоритмы оперативной многофункциональной обработки данных в местах возникновения информационных потоков мониторинговых сетей. Цель работы - создание методов и алгоритмов оперативной обработки данных мониторинга, математических моделей состояний объектов, кодирования и защиты информации, которые в комплексе оптимизируют ввод и передачу данных в мониторинговых сетях и являются основой для формирования и передачи по каналам связи компактных, защищенных и помехоустойчивых пакетов данных. Для достижения данной цели в диссертационной работе выполнены такие работы: проведен анализ математических моделей состояний объектов длительного мониторинга, методов и алгоритмов оперативной обработки сигналов и определения их показателей и характеристик; проанализированы и исследованы методы оперативной защиты и маскирования данных в каналах связи мониторинговых сетей; на основе исследования взаимосвязей и характеристик методов и средств ввода, обработки и передачи информации, а также искажений формы сигналов в процессе фильтрации и сжатия сигналов определены условия и требования к методам компактного кодирования данных мониторинга с учётом качества ввода информации, локальных динамических характеристик отрезков сигналов и текущих состояний объектов; разработаны адаптивные методы и алгоритмы оперативной фильтрации-сжатия сигналов, которые при минимальных вычислительных затратах с допустимой точностью ввода и обработки данных обеспечивают компактное кодирование отсчётов сигналов с учётом предварительно полученных оценок о входном соотношении сигнал/шум и динамических характеристик текущих участков сигналов; улучшена фильтрация-сжатие сигналов и изображений путем усечения спектральных коэффициентов быстрых ортогональных и вейвлет-преобразований за счёт кодирования данных о коррекции амплитудных и временных значений существенных отсчётов информативных участков огибающей сигнала (видеосигнала); разработаны быстродействующие методы построения математических моделей состояний объектов длительного мониторинга на основе определения булевых переменных векторов логико-статистических информационных моделей состояний объектов путем апертурного и/или зонного контроля интегральных и дифференциальных характеристик выборок сигналов, а также методы отображения информационных состояний объектов; разработаны быстродействующие методы и алгоритмы криптографической защиты информации с использованием одноразовых шифров и сменных секретных кодов объектных систем; разработаны методы маскирования пакетов данных в каналах связи мониторинговых сетей на основе кодирования двоичных последовательностей и формирования псевдохаотических интервальных или шумоподобных сигналов, база которых выбирается с учётом определения уровня шумов в канале связи.