�� Тема ДКР : Розробити та дослідити технології побудови автоматизованих систем інформаційного забезпечення критичних процесів управління силами та засобами в умовах впливу деструктивних факторів зовнішнього середовища� (шифр: Спостереження)
Науковий керівник - Петров Вячеслав Васильович, академік НАН України.
Термін виконання роботи - 01 січня 2022 р. - 31 грудня 2024 р.
Мета роботи : дослідження та розвиток сучасних технологій побудови високонадійних систем інформаційного забезпечення критичних процесів управління розподіленими системами з мережецентричною архітектурою, виявлення «вузьких місць» систем, розробки практичних рекомендацій із застосування інтегрованих систем збору, обробки різнорідної інформації для підвищення оперативності та обґрунтованості рішень з управління силами та засобами.
Науково-практична новизна результатів роботи полягає у створенні технології побудови систем з мережецентричною архітектурою на базі нових підходів, методів і алгоритмів об’єднання інформації від множини різнорідних джерел з метою надійного забезпечення даними відображення та аналізу поточної обстановки для різних споживачів. Застосування таких систем в сучасних умовах дозволить суттєво зменшити неповноту та підвищити достовірність інформації, що необхідна для прийняття рішень, та живучість автоматизованих систем управління спеціального типу в умовах впливу деструктивних факторів зовнішнього середовища
Порядок виконання роботи
Роботи виконувались у три етапи:
1 етап -2022 рік.
Розробка основних положень технології формування єдиного інформаційного простору в автоматизованих системах збору, об’єднання та розподілу інформації, як інструменту забезпечення безперервного надійного забезпечення інформацією систем прийняття рішень в умовах впливу деструктивних факторів зовнішнього середовища.
2 етап – 2023 рік.
Розробка технології побудови автоматизованих систем моніторингу навколишнього простору, спрямованої на вирішення завдання об’єднання різнорідної інформації від множини джерел (в інтегрованій системі добування інформації про об’єкти спостереження) для підвищення оперативності та обґрунтованості управлінських рішень в автоматизованих розподілених системах із мережецентричною архітектурою.
3 етап – 2024 рік.
Розробка методів аналізу поточного стану та підвищення живучості функціонування системи моніторингу навколишнього простору із мережецентричною архітектурою в умовах впливу зовнішніх деструктивних факторів. Розробка практичних рекомендацій з побудови автоматизованих систем моніторингу навколишнього простору на основі використання методів та засобів надійного забезпечення інформацією систем прийняття рішень в умовах впливу зовнішніх деструктивних факторів.
Основні завдання досліджень
Для досягнення мети роботи передбачалося виконання таких завдань:
Технологія об’єднання інформаційних ресурсів інтегрованої розподіленої СМНП для створення єдиного інформаційного простору
Виходячи із особливостей функціонування СМНП та аналізу існуючих технологій інтеграції інформаційних ресурсів, пропонується технологія об’єднання інформаційних ресурсів інтегрованої розподіленої системи спостереження за навколишнім простором для створення єдиного інформаційного простору на основі комбінації технологій ETL (видобуток, перетворення та завантаження) та SDI (потокова інтеграція даних).
Основними етапами даної технології є:
Технологія об’єднання інформаційних ресурсів інтегрованої розподіленої СМНП для створення єдиного інформаційного простору
Визначення інформаційних потреб для вирішення функціональних завдань, визначених за результатами декомпозиції цільових задач та функцій СМНП, які не «покриваються» існуючими функціональними та організаційними складовими СМНП.
Узагальнення інформаційних потреб СМНП за ІО та їх розподіл за можливими засобами (джерелами) їх задоволення з урахуванням вимог до якості інформації.
Організація процесу отримання та попередньої обробки вхідної інформації щодо зовнішнього середовища функціонування системи її стану та наявних ресурсів.
Визначення якості наявного інформаційного ресурсу та можливостей підсистеми добування (формування, постачання) нових даних.
Вибір методів (алгоритмів) обробки інформації в процесі формування інформаційного ресурсу ЄІП.
Багатоетапне перетворення (обробка) інформації від джерел її надходження за обраними алгоритмами із утворенням взаємопов’язаних ІО різного рівня узагальнення.
Збереження даних інформаційного ресурсу СМНП у відповідних базах та банках даних із організацією доступу до них у відповідності до визначених інформаційних потреб користувачів різних ієрархічних рівнів.
Формування переліку поточних інформаційних потреб СМНП з урахуванням показників якості наявних даних для управління процесом добування (формування, постачання) даних СМНП
Розробка методів автоматизованого формування інформаційних об’єктів різного рівня узагальнення для підвищення оперативності забезпечення інформаційних потреб систем управління із мережецентричною архітектурою
Групування ІО з метою автоматизованого агрегування даних обстановки та підвищення оперативності її аналізу споживачами:
Методи розпізнавання групових ІО:
- опис об’єктів у формалізованому вигляді, придатному для застосування методів розпізнавання (формування метрики об’єктів);
- формалізація ознак кількісного чи якісного характеру, які визначаються :числом, інтервалом можливих числових значень, лінгвістичними значеннями на порядковій шкалі, числом чи лінгвістичними значеннями на номінальній шкалі.
Методи реалізації процедури розпізнавання об’єктів:
-методи порівняння об’єктів розпізнавання із прецедентами;
-методи порівняння об’єктів розпізнавання з еталонами.
Методи автоматизованого формування інформаційних об’єктів різного рівня узагальнення для підвищення оперативності забезпечення інформаційних потреб систем управління із мережецентричною архітектурою. Задача групування ІО.
Запропоновано формувати комплексні інформаційні об’єкти різного рівня узагальнення у два етапи:
- Групування точкових інформаційних об’єктів;
- Розпізнавання групових об’єктів метричними методами.
Якість результатів групування пропонується оцінювати методом силуету, для «нецентроїдних» скупчень. Метод ліктя із розрахунком коефіцієнтів інерції – для нецентроїдних (ланцюгоподібних) скупчень (запропоновано спосіб перетворення методу ліктя на «екстремальний метод» для автоматичного вирішення задачі оцінки).
Для вирішення задачі групування ІО за різними критеріями запропоновано використовувати кластерний аналіз, що відноситься до методів машинного навчання без вчителя або некерованого навчання.
Обрано методи ієрархічної агломеративної кластеризації (k-середніх (для «круглих» скупчень) та модифікований найближчого сусіда (для ланцюгових)) із застосуванням відомих підходів до автоматичного визначення «оптимальної» кількості кластерів (груп ІО) на основі оцінки якості результатів розбиття.
Метод силуету
Метод силуету
«Хороший» результат
«Поганий» результат
«Хороший» результат
Варіант методу для автоматичного вирішення задачі
Методи автоматизованого формування інформаційних об’єктів різного рівня узагальнення для підвищення оперативності забезпечення інформаційних потреб систем управління із мережецентричною архітектурою. Задача групування ІО.
Недоліки методу: 1) Складно визначити вхідні параметри. 2) Точки на межі, які досяжні з декількох кластерів, можуть належати одному або іншому кластеру в залежності від порядку обробки даних. 3) Погано кластеризуються набори даних з великим перепадом щільності.
Серед альтернатив поширеним агломеративним методам кластеризації може бути популярний на сьогодні ітераційний метод DBSCAN, який демонструє гарну якість результатів кластеризації для скупчень об’єктів фактично довільної форми. DBSCAN є методом кластеризації, який використовує для групування об’єктів щільність даних.
Результати групування ІО методом DBSCAN (великі кола –ядрові (основні) точки кластера, малі – неядрові (неосновні) точки, чорна точка – вважається шумовим викидом
Результати групування ІО методом DBSCAN (однаковий колір кругів відповідає одному кластеру)
Ефективність методу для групування ІО для формування інформаційного ресурсу потребує подальших досліджень.
Методи автоматизованого формування інформаційних об’єктів різного рівня узагальнення для підвищення оперативності забезпечення інформаційних потреб систем управління із мережецентричною архітектурою. Задача розпізнавання групових об’єктів.
Задача групування ІО є, зокрема, необхідним попереднім етапом розпізнавання багатоелементних (групових) ІО.
Ілюстрація роботи модифікації методу найближчого сусіда із контролем ширини класу
Задача розпізнавання групових об’єктів відноситься до задач, які вирішуються у рамках теорії розпізнавання образів, де під розпізнаванням розуміють процес віднесення деякого об’єкта до певного образу (моделі).
Запропоновано для вирішення задачі розпізнавання (класифікації) групових об’єктів використовувати метричні методи, оскільки ІО описуються кінцевими множинами ознак. Вони засновані на аналізі близькості (схожості) об’єктів.
Запропоновано комбінований двоетапний метод розпізнавання групових ІО із нечіткою формалізацією об'єктів розпізнавання, прецедентів та еталонів. Відмінність методу полягає у комбінуванні методів розпізнавання по прецедентам та за еталонами із використанням модифікації методу найближчого сусіда, що передбачає врахування ширини класів. У якості метрики близькості об’єктів класифікації використовується кількісно-якісна метрика Журавльова із нормалізацією отриманого значення відстані (близькості) загальною кількістю ознак.
Нечітке представлення об'єктів позбавляє необхідності перетворення (нормування, стандартизації) значень ознак та більш поступову (плавну) зміну відстані між об’єктами в процесі їх порівняння (класифікації).
Основні загрози для систем СМНП
Основними загрозами для систем моніторингу слід вважати:
Основні функції ССНП ЄІП
Методи аналізу (виявлення) поточного стану СМНП під час впливу на неї на канальному рівні
Зміна еквівалентного відношення сигнал/шум
Формування інформаційних потоків зі складною структурою за рахунок імітації хибних кадрів (пакетів)
Зміна ефективної пропускної здатності радіоліній в складі СМНП МЦА
Зміна своєчасності передачі повідомлень
Зміна імовірності відмов в обслуговуванні користувачів
Підвищення вимог до ресурсів вузлів управління СМНП МЦА та маршрутизаторів для обробки інф. потоків
Зниження оперативності передачі інф. потоків
Збільшення імовірності відмов в обслуговуванні користувачів
Зміна характеристик по: пропускній здатності, своєчасності, надійності
Ретрансляція інформаційних потоків зі складною структурою в суміжні мережі
Методи аналізу (виявлення) поточного стану СМНП під час впливу на неї на мережевому рівні
Методи аналізу (виявлення) поточного стану СМНП під час впливу на неї на транспортному рівні
Динамічна зміна метрики окремих вузлів мережі
Динамічна зміна топології мережі
Зростання часу збіжності протоколів маршрутизації
Зростання часу на реконфігурацією протоколів в мережі
Збільшення часу на обслуговування інформаційних потоків у вузлах маршрутизації
Збільшення часу обробки хибних інформаційних потоків у вузлах мережі
Зниження своєчасності обслуговування інформаційних потоків
Збільшення часу на встановлення з’єднання
Збільшення імовірності відмови
Реконфігурація маршрутів в мережі
Збільшення часу передачі інф. потоків
Зниження ефективності захисту трафіку
Зниження надійності та швидкодії міжмережевих з’єднань
Методи аналізу поточного стану СМНП під час впливу на неї на різних рівнях мережи системи
Методи аналізу поточного стану СМНП з використанням моделей системи захисту інформації та моделей процесів кібернападу і кіберзахисту від стороннього кібервпливу
Ключовим елементом методів аналізу поточного стану СМНП виступають моделі системи захисту інформації, а математичним забезпеченням — моделі процесів кібернападу (КбН) і кіберзахисту (КбЗ) від стороннього кібервпливу.
В роботі застосовано такі моделі:
Методи аналізу поточного стану СМНП з використанням моделей системи захисту інформації та моделей процесів кібернападу і кіберзахисту від стороннього кібервпливу (продовження)
Для побудови зазначених моделей використано теоретичний, емпіричний та теоретико-емпіричний підходи.
В роботі показано, що синтез теоретичного та емпіричного підходів — теоретико-емпіричний підхід спирається на групу відповідних математичних методів: методів теорії збурень, нейронних мереж та ланцюгів Маркова, методів теорії логіки та оптимізації, теорії трафіку тощо. При цьому побудовані моделі, на базі теоретико-емпіричного підходу, дозволяють отримувати не лише кількісні, а й кількісно-якісні оцінки РЗ.
Методи аналізу поточного стану СМНП з застосуванням марківського моделювання для систем дискретного часу з дискретними станами
�Методи аналізу поточного стану СМНП з застосуванням марківського моделювання (продовження)�
S1
S3
S2
Р13
Р31
Р12
Р21
Р32
Р23
Р33
Р11
Р22
Методи аналізу поточного стану СМНП з застосуванням марківського моделювання (продовження)
Методи аналізу поточного стану СМНП з застосуванням марківського моделювання для систем дискретного та безперервного часу з дискретними станами (продовження)�
0
1
2
2λ
μ
2μ
λ
Методи аналізу поточного стану СМНП з застосуванням марківського моделювання для систем дискретного та безперервного часу з дискретними станами (продовження)
Метод розрахунку очікуваної ефективності функціонування СМНП в умовах кібератак
Метод розрахунку очікуваної ефективності функціонування СМНП в умовах кібератак:
3. Розраховуються статистичні показники для часу опрацювання окремого інциденту під час кібератаки.
4. Формується класифікація кібератак, яка залежить від поставленої перед СМНП задачі. В цій класифікації обов’язково враховується наявність наростання інтенсивності окремих інцидентів під час кібератаки.
5. Формується база даних для показників та їх статистичних характеристик для кожного із класів кібератак.
Таким чином, діяльність по оптимізації організації захисту від кібератак із наростанням інтенсивності може бути коротко описана такою послідовністю: класифікація кібератак → аналіз статистичних характеристик інцидентів під час кібератаки → аналіз статистичних характеристик окремих СМНП → імітаційне моделювання для розрахунку статистичних характеристик ефективності СМНП для окремих класів кібератак → прогноз очікуваного рівня захисту (в залежності від характеристик кібератаки та СМНП) → попередній прогноз вибору СМНП для досягнення потрібного рівня захисту → моніторинг статистичних характеристик поточної кібератаки → оптимізація вибору СМНП для досягнення потрібного рівня захисту.
Задачі підсистеми підтримки прийняття рішень (рекомендаційної підсистеми) СМНП
Етапи процесу вироблення рекомендацій
Процес побудови рекомендацій виконується у такі фази (рис. %%):
Методики формування рекомендацій
Фільтрація на основі контенту
Колаборативна фільтрація
Гібридна фільтрація
Фільтрація на основі моделі
Фільтрація на основі пам’яті
Кластерний аналіз, асоціативний аналіз, регресія, дерева рішень,
Байєсівські класифікатори, нейромережі. …
На основі елементів
На основі користувачів
. Методики, що використовуються у рекомендаційних системах
Зважена гібридизація,
гібридизація з перемиканням,
каскадна гібридизація,
змішана гібридизація,
поєднання ознак,
гібридизація мета-рівня
Методики, що використовуються у рекомендаційних системах
Оцінка вироблених рекомендацій
Результат роботи:
Нехай:
pu,i – прогнозована оцінка користувача uза елементом i,
ru,i – фактичний рейтинг,
N – загальна кількість оцінок для набору елементів.
Показники статистичної точності:
Показники точності підтримки прийняття рішень:
- частка рекомендованих елементів, які є актуальними для користувача
- частка релевантних елементів, які є частиною набору рекомендованих клкмкнтів
- узагальнений показник Точності і Чутливості
Структура єдиного інформаційного простору СМНП, побудована на базі мультиагентної технології
Структура єдиного інформаційного простору СМНП, побудована на базі мультиагентної технології
Склад:
Типи агентів:
Сервісні агенти (СА) – спеціальні модулі, адаптовані до роботи з конкретною функціональною підсистемою (зовнішньою системою),;
Персональні агенти (ПА) – особисті помічники користувача, які діють автономно та вирішують такі задачі, як трансляція інформаційних інтересів користувача у формальні запити до бази знань та інших джерел (як внутрішніх, так і зовнішніх), виклик СА для виконання команд від свого користувача, посередництво в обміні інформацією між користувачами, допомога у створенні та збереженні нових знань та інше;
Трансферні агенти (ТА) – шлюзи, які взаємодіють з різними компонентами у складі ЄІП, що мають власні структури і протоколи з’єднання, та забезпечують їх сумісність.
Формування рекомендацій на базі мультиагентної платформи
Схема взаємодії персональних агентів при функціонуванні рекомендаційної підсистеми. Типи ПА: АМ – Агент-Менеджер, АІ – Агент-Інтерпретатор, АА – Агент-Аналізатор, АШ – Агент_Шукач, АР – Агент-Рекомендатор
(1) – Сервісний агент ініціює роботу рекомендаційної підсистеми;
(2) – Менеджер викликає Інтерпретатор для представлення параметрів запиту у потрібному вигляді;
(3) – менеджер викликає Аналізатор для формування завдань Шукача;
(4) – Аналізатор відправляє завдання Шукачу;
(5) – Шукач направляє відібрану інформацію Рекомендатору;
(6) – Шукач запитує і отримує відповідь від Інтерпретатора;
(7) – Інтерпретатор вибирає дані з бази знань для розуміння завдання;
(8) – Шукач збирає інформацію з внутрішньої бази даних;
(9) – Шукач збирає інформацію про схожі об’єкти з зовнішніх джерел;
(10) – Рекомендатор запитує і отримує відповідь Інтерпретатора;
(11) – Рекомендатор формує список альтернативних рішень з урахуванням корекції Інтерпретатора і записує до БД результатів;
(12) – Інтерпретатор аналізує нові дані щодо діяльності Користувача і доповнює базу знань;
(13) – Інтерпретатор аналізує нові дані щодо діяльності Користувача і доповнює базу метаданих;
(14) – Менеджер аналізує підготовлений список рекомендацій і при необхідності повторює процес;
(15) – Менеджер видає результат Користувачу і отримує його оцінку;
(16) – Менеджер коригує базу метаданих з урахуванням оцінок Користувача
Публікації
Статті:
Конференції:
Публікації
Щорічна підсумкова наукова конференція ІПРІ НАН України