Материал: Программно-аппаратные средства обеспечения информационной безопасности. Толстых Н.Н

2.3.1.Адаптивное управление

Стратегия адаптивного управления определяется редукцией выражения (1) к виду

, (2.17)

в котором игнорируется (полагается нулевым) фактор собственного изменения свойств элементов и инфокоммуникационной системы в целом.

Адаптивная добавка достаточно точно может быть определена, например, методом Ньютона, который в обобщенном виде представляется рекуррентным выражением, связывающим состояние системы с периодом или шагом изменения системных характеристик, в частности, с временем изменения k–го свойства i–го элемента системы:

, (2.18)

где R^k_ij – матрица связей i–го элемента системы при обработке kго входного потока на j–м шаге функционирования, _m – константа, определяющая гистерезис (а также скорость сходимости) алгоритма управления. При этом в рамках первого приближения для случая адаптивного управления элементы синтезированной системы (ПАСОИБ или ИВ) могут рассматриваться как одновходовый нерекурсивный (трансверсальный) фильтр с варьируемыми параметрами связей.

При таком подходе выражение (2.18) путем несложных математических преобразований можно для рассматриваемого случая привести к окончательному виду

. (2.19)

Выражение (2.19) отражает наиболее общие закономерности и особенности адаптивного управления элементов синтезированной системы в режиме информационного конфликта. При этом широкий диапазон вариабельности корректируемых параметров, а также различие в интенсивности связей различных элементов и возможностях их реализации (изменение качества канала во времени, появление помех на сигнальном уровне и другие), требует конкретизации общего выражения по отношению к каждой конкретной системе. При этом компонент выработки управляющих воздействий (рис.2.5), используемый в обобщенной схеме (рис.2.4) строится по принципу взвешенной обработки потоков S_Di без предсказания возможного состояния системы после выполнения сформированного сигнала управления.

Рис. 2.5. Компонент выработки управляющих воздействий: адаптивное управление

2.3.2.Ситуационное управление

Для случая ситуативного управления выражение (2.16) принимает вид

, (2.20)

отражающий игнорируемый (нулевой) фактор собственного изменения свойств инфокоммуникационной системы и вероятностный характер управляющих воздействий со стороны ПАСОИБ или ИВ на объект управления.

Метод ситуационного управления, как известно, базируется на гипотезе, заключающейся в том, что мощность множества всех возможных состояний объекта управления значительно превышает мощность множества принимаемых управленческих решений, известной как постулат о конечности числа различных дискретных одношаговых управлений. Это при рассмотрении конфликта элементов в синтезированной инфокоммуникационной системе означает, что с каждым допустимым конфликтным управлением можно связать некоторую обобщенную конфликтную ситуацию, которая бы ему соответствовала. При этом для реальных информационных конфликтов язык описания обобщенных ситуаций может не совпадать с языком описания текущих ситуаций. Для реализации ситуационного управления актуальной становится задача преобразования текущей ситуации таким образом, чтобы результат преобразования оказывался сопоставимым с некоторой обобщенной ситуацией. Это, в свою очередь, может быть идентифицировано как задача классификации, разрешимая в каждом конкретном случае с некоторой вероятностью P_D,j(S_D,j–m)<1.

Это позволяет рассматривать сформированную таким образом систему как самоорганизующуюся и самодостаточную, открытую для «включения» или «выключения» любых элементов. При анализе функционирования таких систем в зависимости от целей синтеза управления необходимо выделять две задачи:

• обеспечение устойчивости управления в максимальном диапазоне условий функционирования;

• обеспечение условий перехода системы в неустойчивое состояние.

Такой анализ может быть проведен на основе рассмотрения показателя синергетичности (самоорганизации) системы. При таком подходе несложно показать, что взаимодействующие элементы являются некоторыми аттракторами, определяющими устойчивые состояния в динамической системе взаимоотношений всех элементов. Для аналитического описания процесса взаимодействия во времени в этом случае можно воспользоваться известной моделью конкуренции между i-ым и l-ым элементами, которая в простейшем случае имеет вид:

, i, l = 1…N (2.16)

где t – безразмерное время; – характеризует интенсивность реализации своей целевой функции (скорость изменения сигнала – реакции элемента на внешнее воздействие), a_i, b_i и c_i – коэффициенты, характеризующие свойства элементов по восстановлению измененных показателей, уровень конфликтности и интенсивность информационного обмена, соответственно.

В зависимости от соотношения параметров a_i, b_ij и с_i система (2.16) имеет разную структуру аттракторов. Например, для двух взаимодействующих элементов (N=2) возможны две основные ситуации. При с_i/b_ji >>1 (режим кооперативного взаимодействия) в системе после переходного периода возникает устойчивое состояние всех конкурирующих элементов и вероятность реализации целевой функции, которая определяется стабильностью S_Di, не изменяется во времени. В обратной ситуации, когда с_i/b_ji << 1 (режим конфликтного функционирования), конкурентная борьба в системе в соответствии с (2.16) приводит в конечном итоге к доминированию в смысле реализации своей целевой функции одной из групп элементов. При этом вероятность реализации своей целевой функции будет выше у того элемента (или группы элементов), у которого соотношение параметров с_i/b_ji имеет меньшее значение. В соответствии с этим уравнением можно синтезировать обобщенную схему информационного конфликта (рис.1), которая может рассматриваться как фрактальное образование, охватывающее все элементы синтезированной системы, включая элементы ПАСОИБ и ИВ. Очевидно, что в зависимости от типа управления (адаптивного, ситуационного и рефлексивного) эта структурно-функциональная схема будет редуцироваться, однако принципиальные отличия, по-видимому, будут определяться только для компонента выработки управляющих воздействий. Именно этот компонент в дальнейшем при анализе конфликта рассматривается в качестве основного.

Рис. 2.4. Обобщенная структурно-функциональная схема информационного конфликта с участием всех элементов системы

Решение задачи такой классификации выполняется, как правило, методами обобщения текущих ситуаций, а для построения многошагового управления из множества одношаговых может применяться метод экстраполяции ситуаций, реализующий разрешение конфликтного множества решений.

В этом случае на языке ситуационного управления задаются описания конфликтных ситуаций S₁,S₂,…,S_R из множества S и определяется множество S* как фрагмент S_r при ограничении r=1,2,…,R. Если известно, что ситуации S_r соответствует управление U, то имеет право на существование гипотеза, что фрагменту S* (обобщенной ситуации S*) соответствует управление U. Если, на основании анализа «положительных» примеров из множества S, фрагмент S* обнаруживается и в других конфликтных ситуациях, то достоверность гипотезы растет. Она растет особенно быстро, если этот фрагмент отсутствует в «отрицательных» примерах (соответствующих управлению, отличному от U). При этом тот фрагмент S**S ({1,2,…,R}), для которого соответствующая гипотеза U’ подтверждается на некотором множестве ситуаций S’, и будет обобщенной ситуацией, соответствующей управлению U’ для множества S’.

Таким образом, приведенное выше формальное описание определений стратегии управления можно выразить достаточно простым соотношением

, (2.21)

где S_r,j – такие описания конфликтных ситуаций, для которых S_r,j* выступает фрагментом S_r,j; символом  обозначена мощность множества; знак  соответствует объединению множеств, знак \ - разности множеств; J – текущий шаг конфликтного взаимодействия, R_k – мощность множества обобщенных конфликтных ситуаций; T_k – мощность множества заложенных конфликтных управлений.

Из соотношения (2.21) следует, что повысить вероятность конфликтного управления можно лишь посредством уменьшения мощности множеств S\S_r и U\U_r на каждом шаге конфликтного взаимодействия. Исходя из того, что множество обобщенных ситуаций и соответствующих им конфликтных управлений задается априорно, указанное требование может быть удовлетворено только двумя способами:

• за счет существенного увеличения мощности множества принимаемых управленческих решений U;

• посредством значительной детализации множества обобщенных ситуаций S.

Оба эти варианта для реальных инфокоммуникационных систем, как правило, неприемлемы по вполне понятным причинам, поэтому наибольший интерес представляют альтернативные пути повышения рассматриваемой вероятности.

В этом отношении перспективным представляется развитие конфликтного методов ситуационного управления на основе применения семиотических систем. Как известно, классическое ситуационное управление может быть описано упорядоченной четверкой (кортежем)

W=< T, R, A, P>, (2.22)

где T - множество основных символов; R - множество синтаксических правил; A - множество знаний о предметной области; P - множество правил вывода решений (прагматических правил), то семиотическая система описывается упорядоченной восьмеркой множеств:

W=< T, R, A, P, , , , >, (2.23)

 - правила изменения множества T;  - правила изменения множества R;  - правила изменения множества A;  - правила изменения множества P.

Если первые два множества порождают язык управляющей системы W, то  и  осуществляют его изменение, а правила  изменяют множество знаний о предметной области. Если считать знания аксиомами формальной системы (которую образуют первые четыре элемента из W), то правила , по существу, изменяют интерпретацию основных символов и, следовательно, правильно построенных формул языка семиотической системы W. Правила  изменяют прагматику системы, то есть вносят зависимость принимаемого решения от ситуации.

При этом среди стратегий управления в семиотических системах различают безвозвратные и пробные. Безвозвратные стратегии используют выбранное правило без возможности «отката»; пробные обеспечивают возможность возврата к исходной ситуации для испытания другого правила.

При таком подходе соотношение (2.21) преобразуется в более сложный вид

, (2.24)

где множества S и U зависят от дискретного времени j взаимодействия; C(j) – количество откатов на j-м шаге конфликтного взаимодействия.

При таком подходе ПАСОИБ и ИВ с ситуационным управлением выступают как самообучающаяся система, способная самостоятельно корректировать априорные правила принятия решений на основе множества пройденных текущих ситуаций управления, а гистерезис m системы управления в этом случае может быть равен всему предшествующему этапу конфликтного взаимодействия (что соответствует в выражении (2.20) случаю m=j).

В общем виде соотношение (2.20) для случая ситуационного управления с использованием семиотической системы записывается в виде

. (2.25)

На основе этого выражения относительно несложно синтезировать формализованную структурно- функциональную схему компонента выработки управляющих воздействий (рис.2.6).

Рис. 2.6. Компонент выработки управляющих воздействий: ситуационное управления. Курсивом (и упрощенными стрелками) выделены аспекты, выходящие за рамки классического ситуационного управления и предполагающие применение семиотических систем

2.3.2.Рефлексивное управление.

Для случая рефлексивного управления элементами синтезированной инфокоммуникационной системы на основе выражения (2.16) несложно получить

, (2.26)

где символом «крыши» обозначены рефлексивная модель информационно-коммуникационной системы, формирующаяся в системе управления (то есть ПАСОИБ или ИВ), а двумя такими символами – рефлексивная модель модели, то есть предположения об осведомленности противоположной стороны (глубина рефлексии может быть продолжена, однако для практического применения из-за ограниченности информационного ресурса приходится ограничиваться небольшой глубиной).

В рассматриваемом случае инфокоммуникационная система выступает как активный объект управления (рис. 2.7), реализующий внутри себя целый ряд функций независимо (по крайней мере, явно) от внешней системы управления, имеет свои цели, которые, вообще говоря, отличаются от целей системы управления, оперирует собственной моделью окружающей среды, включающей и модель системы управления. Очевидно, что такая модель (несмотря на свою значительную сложность) наиболее адекватна реальному поведению синтезированной из двух конфликтующих элементов инфокоммуникационной системы в информационном конфликте.

При таком подходе рефлексивное управление активным объектом (элементом или группой элементов) должно осуществляться путем управляющего воздействия на «интеллектуальную» подсистему и приводить к корректировке целей и мотиваций такого активного объекта управления в направлении повышения вероятности реализации своей целевой функции. Это становится возможным только с учетом характера сложившейся в объекте управления системы целей и мотиваций. Это приводит к достаточно специфической структурно-функциональной схеме компонента выработки управляющих воздействий (рис. 2.8). В силу значительной сложности компонента выработки управляющих решений в условиях рефлексивного управления, записать в общем виде зависимость не представляется возможным. В известной литературе рассмотрены лишь отдельные частные случаи, предполагающие использование теоретико-игрового метода для построения динамической рефлексивно-игровой модели, применение алгебры рефлексивных процессов и рефлексивных многочленов.

Рис. 2.7. Активный объект управления

Эффективность рефлексивного управления определяется не только (да и не столько) действиями управляющей системы, но и собственной целевой функцией управляемой системы, ее моделью системы управления. Соответствующие примеры приведены в известной литературе (взаимодействие рефлексивной системы радиоэлектронного подавления и адаптивной системой радиосвязи, управление рефлексивным автоматом в лабиринте и другие аналогичные).

Это свидетельствуют о перспективности применения рефлексивного управления, однако эффективность достигается, как правило, в условиях достаточно высокой определенности (осведомленности) системы управления об управляемом объекте. При этом в условиях значительной неопределенности взаимодействия, весьма характерных для конфликтного взаимодействия, рефлексивное управление, требуя значительных информационных ресурсов, зачастую оказывается неэффективным.

Рис. 2.8. Компонент выработки управляющих воздействий: рефлексивное управление

Резюмируя приведенное выше рассмотрение модельных представлений процедур формального синтеза возможных вариантов систем управления в режиме конфликтного взаимодействия элементов необходимо, в первую очередь, отметить, что с методологической точки зрения все взаимодействующие между собой элементы целесообразно представлять в виде единой системы, все элементы которой разделены на группы по принадлежности к конфликтующим объектам. Это обусловлено, прежде всего, тем, что все взаимодействующие (независимо от того конфликтное взаимодействие или кооперативное) элементы связаны между собой едиными протоколами обмена и взаимодействуют с целью реализации одной или нескольких в ряде случаев альтернативных целевых функций. То есть, в отличие от известных походов в предложенном фактически нет «противостоящих» систем, элементов, а есть только единая система с множеством элементов, отличающихся системой управления и целевой функцией.