2.2. Алгоритм оценки потенциальной опасности фрагментов унитарного кода

В штатном (бесконфликтном) режиме функционирования информационно-телекоммуникационной системы имеет место определенная динамика выполнения отдельных циклов функционирования, которой соответствует некоторое значение ядра потенциала. Конфликтное взаимодействие приводит к изменению динамики реализации циклов, что отражается на значении ядра потенциала и может быть использовано для идентификации режима взаимодействия.

При этом определение ядра потенциала случайного блуждания для конкретной ИТКС может быть осуществлено путем расчета значений для числа шагов n<∞ с последующим нахождением приближенного значения предела. Предельное значение будет непрерывно уточняться в процессе функционирования при постоянном увеличении объема проанализированной статистики.

Полученные приближенные значения потенциала при сравнительно небольших n являются единственной доступной характеристикой случайного блуждания на начальном этапе взаимодействия информационно-телекоммуникационной системы с потенциально конфликтным компонентом при обработке входной последовательности унитарных кодов. Поэтому идентификацию режима взаимодействия следует осуществлять на основе пролонгационной оценки при n→∞ изменения ядра потенциала случайного блуждания по сравнению с его значением для априорно бесконфликтного функционирования.

Учитывая, что:

во-первых, ядро потенциала ограничено снизу:

,

а во-вторых, что для случая конфликтного взаимодействия характерна трансформация возвратного блуждания в невозвратное, сопровождающаяся снижением частоты (вероятности) реализации нулевой частной целевой функции, определяющей точку входа в очередной цикл функционирования за счет полного срыва циклического функционирования или недопустимой задержки прохождения цикла при формировании вложенных циклов, в пределе для ядра потенциала конфликтного взаимодействия справедливо тождество:

. (2.15)

Обозначив ядро потенциала текущего режима функционирования информационно-телекоммуникационной системы через , на основе (2.15) можно утверждать, что мерой «конфликтности» текущего режима функционирования автоматизированного телекоммуникационного комплекса связи и управления является «удаленность» ядра потенциала a*(x) (или его оценки a_n*(x)) от ядра потенциала a(x) (или оценки a_n(x)) заведомо бесконфликтного функционирования, нормированная величиной «удаленности» ядра потенциала a(x) от 0. Учитывая дискретность и ограниченность сверху и снизу аргумента x потенциалов, в качестве количественной меры такой удаленности можно использовать показатель конфликтности

, (2.16)

где X – размерность множества индексов {x}, то есть количество частных целевых функций, реализованных в информационно-телекоммуникационной системе. Определяемый таким образом коэффициент конфликтности представляет собой пролонгацию (прогноз) изменения характеристик функционирования информационно-телекоммуникационной системы при n→∞ в процессе взаимодействия с потенциально конфликтным компонентом [40].

Показатель конфликтности Q имеет достаточно очевидную интерпретацию, вытекающую из следующих свойств:

• если a(x)≡a*(x), то есть потенциалы тождественны, Q=0,

• если a*(x)≡0, то Q=1,

• в остальных промежуточных случаях 0<Q<1.

Иначе говоря, коэффициент конфликтности Q есть мера конфликтности текущего режима функционирования информационно-телекоммуникационной системы или, что эквивалентно в рассматриваемом контексте, мера конфликтности компонента, с которым взаимодействует информационно-телекоммуникационная система. Значения Q, близкие к 0, свидетельствуют о бесконфликтном функционировании, Q≈1 означает антагонистическое конфликтное взаимодействие.

При анализе режима функционирования информационно-телекоммуникационной системы на начальном этапе взаимодействия с потенциально конфликтным компонентом не представляется возможным определить точное значение предела и, соответственно, применить соотношение (2.16). В этом случае следует использовать оценки ядер потенциалов, при этом оценка коэффициента конфликтности для произвольного n-го шага взаимодействия имеет вид:

. (2.17)

При этом с увеличением числа шагов n (времени взаимодействия) оценка показателя конфликтности будет уточняться за счет уточнения оценок ядер потенциалов. Основываясь на априори заданной относительной погрешности оценки коэффициента конфликтности α, идентификация режима взаимодействия завершается на шаге N_α, удовлетворяющем соотношению

. (2.18)

Аналогичное соотношение для количества шагов N_α* можно использовать и при расчете «эталонного» значения потенциала для бесконфликтного функционирования [31, 60].

Резюмируя изложенное, можно сформулировать следующий алгоритм раннего обнаружения признаков конфликтного взаимодействия информационно-телекоммуникационной системы. На первом этапе необходимо аппроксимировать ядро потенциала бесконфликтного функционирования информационно-телекоммуникационной системы (например, на основе мониторинга изолированного функционирования комплекса). При этом точность оценки потенциала ограничивается погрешностью (2.18), задаваемой в соответствии с априорными требованиями точности оценки. Далее, аналогичным образом рассчитывается потенциал текущего режима функционирования информационно-телекоммуникационной системы, после чего оценивается коэффициент конфликтности (2.17). Значения показателя конфликтности, близкие к 0, свидетельствуют о бесконфликтном функционировании; значения, близкие к 1, свидетельствуют о конфликте.

Алгоритм идентификации режима взаимодействия ИТКС представлен на рисунке 2.4. Существенной особенностью алгоритма является выделение трех этапов процесса идентификации: сбор статистики, обработка статистики и анализ статистики.

На первом этапе идентификации осуществляется накопление статистики реализации частных целевых функций информационно-телекоммуникационной системы за K шагов функционирования посредством сохранения номеров x реализованных частных целевых функций в массиве stat.

По окончании накопления статистики осуществляется расчет массива вероятностей реализаций частных целевых функций информационно-телекоммуникационной системы p[x][k] на каждом k-м шаге функционирования, после чего заполняется массив оценок ядра потенциала случайного блуждания a[x]. На этом этапе также определяется погрешность оценки e на основе сравнения текущей оценки потенциала с оценкой aPrev[x], полученной на предыдущей итерации.

Если погрешность e превышает априорно заданное допустимое значение E, осуществляется возврат к первому этапу алгоритма для накопления дополнительной статистики реализации частных целевых функций информационно-телекоммуникационной системы за следующие K шагов функционирования. Если же погрешность оценки ядра потенциала случайного блуждания находится в пределах допустимой, то осуществляется переход к заключительному этапу идентификации.

На этом этапе на основе полученной оценки ядра потенциала случайного блуждания и априорно заданного значения ядра потенциала для заведомо бесконфликтного режима функционирования a₀[x] осуществляется расчет коэффициента конфликтности Q. Полученное значение сравнивается с порогом Q₀, после чего выносится решение об идентификации текущего режима функционирования информационно-телекоммуникационной системы, как конфликтного (c=true) или бесконфликтного (c=false).

Требование ранней идентификации режима взаимодействия приводит к необходимости идентификации конфликтного компонента во входной последовательности унитарных кодов до ее поступления в информационное пространство информационно-телекоммуникационной системы. Для этого целесообразно обеспечить определенную задержку входной последовательности в некотором внешнем по отношению к информационно-телекоммуникационной системе блоке идентификации до принятия решения о ее конфликтности или бесконфликтности [49].

Очевидно, что для реальных информационно-телекоммуникационных систем время такой задержки должно быть минимальным. Это требование может быть удовлетворено, если ограничить задержку входной последовательности унитарных кодов 1 битом. При таком подходе идентификация конфликтного компонента выполняется следующим образом.

Входная последовательность унитарных кодов перед поступлением на вход информационно-телекоммуникационной системы проходит через блок идентификации, выполняющий ее инкрементное побитовое накопление с одновременным анализом (рис. 2.5). При этом блок идентификации выполняет попытку анализа принятого участка последовательности длиной k бит, k>=1. Анализ осуществляется посредством применения к последовательности операции информационной свертки, выделяющей из последовательности обращения (вызовы) к частным целевым функциям информационно-телекоммуникационной системы, причем применяемая свертка должна быть тождественна по своей реализации используемой в информационно-телекоммуникационной системе для декодирования входного потока.

Рис. 2.4. Алгоритм идентификации режима взаимодействия информационно-телекоммуникационной системы

В случае если длина k анализируемого участка последовательности недостаточна для анализа (например, в силу невозможности декодирования неполностью принятого пакета), последовательность буферизуется в блоке идентификации и одновременно передается в информационно-телекоммуникационную систему. При этом в силу тождественности применяемых сверток можно с уверенностью утверждать, что переданная в ИТКС последовательность также не будет успешно декодирована и исполнена, то есть возможный конфликтный компонент, содержащийся в принятой последовательности унитарных кодов, не будет реализован.

После накопления достаточной длины K анализируемой последовательности блок идентификации имеет возможность посредством информационной свертки выделить обращения (вызовы) к частным целевым функциям информационно-телекоммуникационной системы, что позволяет на основе алгоритма (рис. 2.4) оценить значение ядра потенциала случайного блуждания, которое будет иметь место при приеме информационно-телекоммуникационной системой анализируемой в настоящий момент входной последовательности.

Рис. 2.5. Схема функционирования блока идентификации

При этом существенной особенностью такой оценки является возможность пролонгации возможного значения ядра потенциала, так как на рассматриваемый момент времени в информационном пространстве информационно-телекомму-никационной системе находятся только (K-1) бит входной последовательности, что не позволяет выполнить декодирование и исполнение входной последовательности в информационном пространстве информационно-телекоммуникационной системы [52].

На основе оценки ядра потенциала, блок идентификации выполняет расчет коэффициента конфликтности и принимает решение о наличии конфликтного компонента во входной последовательности унитарных кодов в соответствии с алгоритмом (рис. 2.4), идентифицируя тем самым текущий режим взаимодействия.

В случае если последовательность содержит конфликтный компонент, в простейшем случае принимается решение о ее блокировании в пределах блока идентификации, при этом конфликтный компонент не реализуется в информационном пространстве информационно-телекоммуникационной системы. Если же последовательность не содержит конфликтного компонента, ее последний K-й бит пропускается на вход информационно-телекоммуникационной системы, после чего осуществляется ее декодирование и исполнение в информационном пространстве комплекса. При этом происходит пересчет текущего значения ядра потенциала случайного блуждания на основании реально имевших место реализаций частных целевых функций информационно-телекоммуникационной системы.