КОНФЕРЕНЦИИ
Начало XXI века в России характеризуется появлением информационного сообщества, в котором производство информационных продуктов и услуг становится важным экономическим ресурсом и фактором, определяющим значительные изменения в общественных отношениях. Экономические отношения во многом начинают определяться отношениями информационными, а индустрия информатики включает в себя все новые и новые виды информационных технологий и услуг. Если в прошлом столетии информатика в основном охватывала процессы программирования и передачи информации, то в настоящее время на первый план выходит ее практическое применение в экономике и финансах, образовании и медицине, в СМИ и на транспорте, в менеджменте и маркетинге и многих других отраслях человеческой деятельности.
Именно практической направленности ИТ была посвящена 3-я Международная конференция по компьютеризации, коммуникациям и технологиям управления (Conference on Computer, Communication and Control Technologies - CCCT’2005, www.iiisconfer.org/ccct05), организованная американским институтом International Institute of Informatics and Systemics в г. Остине (США) в июле нынешнего года. На этом мероприятии рассматривалось множество проблем информатики: ИКТ и прикладные дисциплины, имеющие отношение к робототехнике, сетям и системам связи, информационной безопасности, аудио- и видеотехнологиям, волоконной оптике, вычислительной технике, а также многие темы, связанные с практическими отраслями - медициной, авиацией, транспортом, телефонией и пр.
Конференция не только отличалась насыщенным содержанием. Особый интерес представляла методика ее проведения, способствовавшая интенсивному общению участников. Так, общие доклады для массовой аудитории вообще не проводились. А их место занимали дискуссии в небольших, численностью по 10-15 человек, группах, состоявших из представителей университетов и научных организаций. Выступления (скорее научные сообщения) были весьма короткими, так как информация предварительно помещалась на мобильные компьютеры участников, а вопросы к докладчикам касались лишь узких специализированных тем и спорных мест сообщений. В перерывах общение продолжалось в кулуарах: участники дискуссий располагались в уютной обстановке по три-четыре человека за одним столом и с помощью общего радиоинтерфейса создавали виртуальную зону общения. В результате ни минуты времени не пропадало зря, что позволило решить главную задачу конференции - за счет коллективных "мозговых атак" усилить практическую направленность обсуждаемых решений.
Актуальные вопросы
Из десятков проблем, поднятых на конференции, остановлюсь на самых злободневных.
Эффективность использования мобильных сред. Интерес аудитории вызвала тема иерархии построения мобильных сетей. Рассматривались некоторые нерешенные фундаментальные вопросы, например высокая стоимость определения местоположения абонента. Предложенная иерархия мобильной связи на базе протокола HMIPv6 (Hierarchical Mobile IPv6) в достаточной мере обеспечивает сетевую емкость, пользовательскую подвижность и повышенное время работы сетевого домена.
Эффективность взаимодействия мультимедиа-приложений в мобильных средах. Обсуждалась возможность адаптации таких приложений к пропускной способности сетей и иным условиям на основе единого протокола. Была продемонстрирована платформа для мультимедийных приложений, которая обеспечивает разнородную сервисную поддержку ПО в мобильных средах.
Кодирование информации. Представленная новая высококачественная аудиосхема кодирования автоматически приспосабливается к характеру входного сигнала. Результаты работы показывают, что предложенный способ значительно эффективнее стандарта MPEG-1 c кодировкой сигнала в формате MP3.
Протоколы. Рассмотрены два новых протокола обмена данными с использованием пароля для доступа к защищенной им системе - для клиент-серверных решений и трехсторонний протокол. Важную роль в используемой модели играет особая матрица. Каждый работающий с ней пользователь может получить секретное сообщение, переданное от сервера. Ключ для обмена информацией между пользователем и сервером создается на основе матричного вычисления. Протоколы просты для внедрения. Реализовать их можно практически на любом сервере.
Инструментарий настольной лаборатории (DSLab) позволяет удаленным пользователям проводить научные исследования через Интернет с помощью удобного интерфейса на основе браузера. Было показано применение этой лаборатории для работы с цифровым микроскопом в ходе исследования частиц в жидких динамических средах. Метод позволяет снизить затраты на научные исследования за счет того, что стационарное лабораторное оборудование может быть расположено на значительном расстоянии от использующего его исследователя.
Создание массовых портативных беспроводных устройств видеосвязи. Сейчас почти все видеосистемы используют стандарты MPEG и Н26х. Предлагался подход, который снимает имеющиеся противоречия между объемом задач по расшифровке видеосигнала и возможностями декодеров. Ведь рост количества искажений в оцифрованной информации затрудняет ее расшифровку, и в результате декодеры усложняются. Для решения этой проблемы исследователи предложили использовать усовершенствованную функцию Лагранжа. Видеопоток, сжатый предлагаемой схемой, проверен авторами на H.264/AVC-декодере. Результаты исследований показывают значительное упрощение расшифровки видеосигнала. Видимо, это упрощение достигается за счет алгоритма заданного схемой на входе декодера в соответствии с усовершенствованной функцией Лагранжа.
Процессоры. Отмечалось, что задачи, связанные с повышением эффективности процессоров, в последнее время решались в основном за счет увеличения их быстродействия. При этом недостаточно внимания уделялось мощности сигналов управления. На конференции была предложена новая процессорная архитектура, которая является гибридной между синхронной и асинхронной. Кроме того, была показана технология создания дополнительного генератора времени, исключающего нарушения синхронизации.
Контроль автомагистралей. Специалисты, регулирующие функционирование автострад, часто для анализа происходящих ДТП используют эвристический подход, базирующийся на опыте прошлых ДТП и направленный на снижение риска последующих инцидентов и повышение эффективности управления движением и проведения спасательных операций. Новая идея, представленная в ходе дискуссии, основывается на использовании одновременно исторических и пространственных данных в режиме реального времени. Предложенная концептуальная структура моделирования позволяет предсказать дорожный трафик после ДТП, добиться согласованности в инцидентном управлении и повысить эффективность использования ресурсов при спасательных операциях.
Интернет и сетевые проблемы
Алгоритм управления AQM (Active Queue Management) для протокола IPv6. Алгоритмы управления для протокола IPv4 обрабатывают все потоки данных одинаково. Однако бывает, что отдельный поток, несущий срочную и важную информацию, нуждается в специальном режиме обслуживания. Авторы предлагают NewRED - активный алгоритм управления очередями для следующей версии интернет-протокола IPv6, который позволяет обработать поток данных с использованием приоритетов. NewRED, связанный с новыми пакетами TCP, помечает заголовок для определения приоритетов потоков и дает возможность реализовать гарантированное качество обслуживания (QoS). Результаты моделирования подтвердили эффективность предложенного алгоритма.
Оценка пропускной способности сети. С помощью эталонных тестов проведено сравнение и оценка эффективной пропускной способности сети на основе процесса мультиплексирования. В общем виде это означает, что когда ряд источников (компьютеров) снабжены устройствами, объединяющими несколько сигналов с разными длинами волн в одном оптоволокне, то они совместно используют одни и те же ресурсы. Происходит как бы переполнение трафика в буферах маршрутизаторов. В процессе исследований свойства интернет- и корпоративного трафика фиксировались в сетевых элементах. В результате исследователи получили более эффективные характеристики для управления потоком данных.
Новые знания на основе математико-социологических исследований методов телефонии. Как известно, телекоммуникационные операторы создают автоматические методы для фиксирования большого количества сложных данных, которые они ежедневно получают и обрабатывают. Такие операции включают составление счетов, учет услуг, данные трафика и т. д.
Исследования показали, как с помощью специализированной исследовательской модели и большой базы данных, хранящей информацию о происходящих событиях, можно делать правильные выводы о работе телекоммуникационной сети. Так, службы голосовой связи обычно хранят некоторое количество данных. В рамках предложенной модели заполнялись графы в специальных таблицах для фиксации основных параметров: номеров телефонов вызывающих и вызываемых абонентов, категорий клиентов, времени, маршрутов, типов запросов и пр. Дальнейшая статистическая классификация с использованием графов, сетевых узлов и вероятностных методов позволила рассчитать профили трафика, чтобы повысить эффективность обслуживания клиентов. В целом с помощью полученных зависимостей удалось систематизировать базу данных, проверить свойства и повысить эффективность использования технических возможностей самой сети.
Равномерность загрузки сети. Предложен метод маршрутизации трафика на основе нового алгоритма p-DMR, выполняющего динамические вычисления многократных непересекающихся путей от источника до адресата в вычислительной сети или Интернете. Согласно p-DMR, все маршрутизаторы поддерживают для всех адресатов наборы входов в таблице маршрутизации, каждый из которых состоит из совокупности параметров, определяющих следующий маршрутизатор. В ходе дальнейших исследований на основе методов теории вероятностей были рассчитаны непересекающиеся сетевые пути, что, в свою очередь, позволило добиться равномерности загрузки всей сети. Виртуальный непересекающийся путь, вычисляемый на основе предложенного алгоритма, может представлять собой искомый допустимый мультипуть в сложной сетевой среде. В данном случае методом моделирования были проанализированы процессы формирования обычного трафика и маршрутизация по эквивалентным направлениям (Equal Cost MultiPath, ECMP). Базируясь на свойствах p-DMR, исследователи предложили формировать трафик с "динамической" настройкой пути, распределять пропускную способность и более эффективно отслеживать механизм переполнения трафика.
Защита информации
Способы снижения сетевых угроз. Предложены три метода защиты сетей: динамическое управление доступом к сетевым узлам; полностью децентрализованная и неиерархическая система на основе использования кооперативных узлов; нецентрализованное обнаружение местных, глобальных или массированных атак и их отражение. В частности, предлагается применить специальную опознавательную систему управления доступом к сети с использованием порогового шифрования. Весь трафик или пакет данных фиксируется при этом в каждом узле. Тем самым достигается полная децентрализация системы с локализацией одиночных точек отказа.
Определение источника атаки. Протокол TCP/IP не всегда позволяет выявить оригинальный источник дестабилизации сети, в особенности если доступ к сайту осуществляется через длинную цепочку хостов. Предложен алгоритм выявления лишней цепочки подключения, который нейтрализует манипуляции злоумышленника. При этом сеансы шифруются, строгая временная синхронизация не требуется, а все нежелательные действия фиксируются в реальном времени.
Разработка безопасных программных продуктов. Было замечено, что уязвимость ПО часто бывает вызвана дефектами спецификаций. После изучения ряда методик разработки ПО оказалось, что постоянное развитие самой системы не позволяет добиться безопасности программы, а это, в свою очередь, препятствует ее эффективной защите. Чтобы решить данную проблему, надо поддерживать стратегический процесс жизненного цикла ПО. Первый шаг к этому - составление более детального руководства для поддержки ПО на протяжении его жизненного цикла. Второй - создание механизма, с помощью которого можно строить динамические модели процесса разработки более защищенных программных продуктов.
Компьютерные вирусы и методы защиты от них. Вызывает интерес метод стохастического моделирования распространения самокопирующихся программ (СП) для создания защитного инструментария. Чтобы усовершенствовать описание характера распространения СП, исследователи использовали методики, лежащие в основе их функционирования. В частности, для предсказания масштаба и скорости распространения СП исследован цикл жизни такой программы. На основе анализа сетевого трафика и топологии проведена оценка методов контроля СП. Предложен ряд контрмер. Результаты моделирования показали эффективность использованной стохастической модели для предсказания распространения СП, особенно на ранней стадии. Методика дает представление о продолжительности инфицирования и жизненном цикле компьютерного вируса.
Доказано, что на скорость распространения саморазмножающегося вируса в большой степени влияет сетевая топология. Введение фактора топологии в стохастическую модель хотя и значительно усложнит использованную систему уравнений, но позволит существенно повысить точность предсказания поведения СП.
Использование цифровых изображений для сокрытия информации. Рассматривалась новая цифровая методика, которая использует свойства цифрового изображения и сохраняет при этом его оригинальный первоначальный вид. Главная идея состоит в независимом скрытом внедрении информации в "сабгистограмму" - цифровую модель фотоизображения. Показанная схема значительно увеличивает объем скрытой в изображении информации и повышает ее защиту. Результаты введения в цифровое изображение дополнительной информации визуально незаметны.
Робототехника
Оценка траектории двигающегося объекта. Новый подход оценивает реальное время изменения траектории движущегося объекта - летательного аппарата или иного наземного транспортного средства. В этом случае данные получают от одной телекамеры, в то время как традиционная методика основывается на оценке линейной и угловой скорости объекта с использованием нескольких камер или радиолокационных станций. Для преодоления неопределенности и шумов входных данных использовались нейронные сети со специальным фильтром. Фильтр служит для преобразования нелинейной системы в линейную, а нейронная сеть дает высокую точность показателей динамики наблюдаемого объекта. Реальные эксперименты, по мнению исследователей, доказывают эффективность предложенного подхода.
Медицина
Беспроводная система мониторинга позволяет следить за рядом параметров состояния организма человека. Она включает набор сенсоров, таких, как гальванический датчик сопротивления кожи, датчики температуры кожи и пульса, которые помещаются в носки и имеют поверхностный контакт с кожей испытуемого. Система приспособлена к разной обстановке - домашней и клинической. На конференции был приведен пример ее использования в сложных условиях - для контроля за состоянием здоровья космонавтов, находящихся вне космического корабля, на основе данных о периферийном обращении крови.
Компьютерное моделирование мышления в системах управления. Результаты двух экспериментов моделирования механизмов мыслительной деятельности (при формировании эмоционально обусловленных решений в системах управления) были представлены на примере моделирования управления морским судном в кризисных ситуациях. В первом эксперименте модель работала на основе динамических ассоциаций путем разъединения сенсорных вводов и ответного эмоционального сигнала испытуемого. Эксперимент показал, что модель реагирует на величину эмоциональных сигналов: чем богаче сенсорный ввод, тем быстрее появляется ответная реакция. Во втором эксперименте в качестве ключевого фактора был использован принцип осторожности, защищающий автоматику системы управления от ненужных эмоциональных сигналов. Моделирование показало, что даже при отсутствии эмоциональных сигналов автоматика системы управления реагирует на изменения внешней среды на основе ранее введенных и запомненных команд. Работа позволила выявить характеристики управленческих входных и ответных эмоциональных сигналов, влияющих на количество ошибок в управлении. Моделирование системы управления с использованием эмоционального контроллера показало работоспособность предложенной модели и возможность ее использования для решения управленческих задач.
Заключение
Это лишь некоторые заметки по материалам конференции и результатам исследований, отраженным в дискуссиях конгресса. Многие из них представляют несомненный интерес для ученых, специалистов-практиков и преподавателей образовательных учреждений, работающих в области информатики.
К сожалению, Россия почти не была представлена на этом мероприятии. Из приехавших участников конференции около половины являлись специалистами и учеными стран Юго-Восточной и Восточной Азии. В материалах конгресса присутствуют лишь две статьи российских исследователей, а на самой конференции я был единственным приглашенным из нашей страны. Хочется надеяться, что это положение изменится и число российских участников ИТ-конгрессов, проводимых научными сообществами в США, будет расти.
С автором статьи, профессором и менеджером Центра по работе с государственными заказчиками корпорации "Парус", можно связаться по адресу: vlad_moiseev@mail.ru или moiseev@parus.ru.
