13 июня 2012
Современные системы мониторинга. Спецификация базовых требований
Системы мониторинга востребованы как в системах специального, так и общего назначения. Как было показано в предыдущих публикациях, эти системы изначально разрабатывались для военных целей и радиотехнической разведки. В настоящее время функциональность этих систем значительно расширилась, их активно применяют в рамках задач общего назначения. Наиболее востребована интеграция систем мониторинга в системы безопасности различного назначения.
Учитывая классический формат, системы мониторинга предназначены для сканирования среды наблюдения по радиоканалу. Этот сегмент активно развивался и в промышленной, и бытовой сфере. На сегодняшний день, в качестве интерфейса передачи данных применяется пять стандартов беспроводной связи по радиоканалу (рис. 1). Сенсорные устройства объединяются в самоорганизующиеся сети типа «точка-точка» Р2Р (peer-to-peer), а также М2М (Machine-to-Machine).
Рис. 1 Сравнительный анализ стандартов беспроводной связи
Активно обсуждаемый в последние два года стандарт М2М может объединить не только беспроводные стандарты. В вычислительную ткань (fabric computing) на базе стандарта М2М могут быть включены различные устройства, поддерживающие интеллектуальный распределенный интерфейс унифицированных вычислений, например, видеокамеры. В следующих публикациях будем рассматривать активные и пассивные системы мониторинга, соответственно, с сенсорной и сенсорно-эффекторной функциональностью. При этом к активным системам мониторинга отнесем все системы, имеющие адаптивный управляющий канал, включая управление адаптивное поведение сенсора.
Современная интерпретация систем мониторинга следующая. Мониторинг (лат. monitor — напоминающий, надзирающий) представляет собой систематический и непрерывный процесс сбора информации о параметрах сложного объекта. Этот процесс может быть направлен на исследование динамики параметров сложной системы, результирующие данные могут быть применены для улучшения процесса принятия решений [1]. Имеет смысл описать функциональные требования к системе более подробно [1]:
- Одним из основных требований мониторинга является непрерывность наблюдения в реальном масштабе времени. Это требование реализуется достаточно просто, так как все embedded-системы являются системами реального времени. Узким местом реализации является реализация реального времени при распределенном управлении устройствами, поэтому имеет смысл говорить о квазиреальном времени и изменении масштаба времени в подсистемах, взаимодействующих между собой;
- Наиболее сложной функциональностью является реализация системности наблюдений за средой, что требует соответствующего математического аппарата, который позволяет рассчитывать функциональную полноту образа. Рассмотрим, что входит в понятие системность:
- Исследование параметров объединения однородных по группе признаков и критериев параметров элементов с целью приведения их к иерархизированному единству для достижения функциональной полноты исследования. В понятие системности исследования заложена идея онтологического описания среды с возможностью рассуждений;
- Системность предполагает многомерное и мультимодальное изучение среды исследования путем раскрытия элементов, детализация которых позволяет описать функционально-значимые аспекты системы, а также расчета фазового пространства и анализ покрытия мониторинга;
- Системность подразумевает управление системой на основании многоаспектности и многомерности процессов мониторинга. Имеющиеся системы мониторинга, как правило, рассчитаны на «одномерный» мониторинг.
При разработке систем мониторинга кроме перечисленных функциональных требований нужно учитывать системные требования, формируемые средой интеграции. В системах специального назначения, как правило, используются микроядерные операционные системы реального времени с недостаточной функциональностью для реализации перечисленных требований к механизмам мониторинга. Системы общего назначения предполагают универсальность, а значит избыточность, подразумевающую уязвимость мониторинговых сетей, как следствие, возможность несанкционированного изъятия информации из среды мониторинга. Во избежание проблем с несанкционированным доступом к результатам наблюдений необходимо разрабатывать закрытый протокол с высоким уровнем защиты, а также сокрытием трафика. В качестве основы для разработки можно использовать архитектуру протокола Skype, этот протокол объединяет слабосвязные вычислительные узлы Р2Р в единую сеть [2].
Очевидно, что вышеописанные требования нужно реализовывать как минимум на двух функциональных уровнях: уровне объединения узлов в вычислительную ткань и уровне слоя виртуализации – логического объединения узлов для обеспечения коллегиальной функциональности на основе знаний (метамодели поведения). Если рассматривать современные вычислительные парадигмы, то наиболее оптимальной для обеспечения требуемой функциональности является сервисная модель вычислительного облака «данные как услуга» DaaS.
Рассмотрим системы мониторинга с другой точки зрения. По логике мониторить можно не только физическую среду, но и виртуальную. Причем сканирование виртуальной среды реализуется на уровне слоя виртуализации, а соответственно, имеется возможность программной реализации расширенной функциональности. Виртуальные сенсоры должны самостоятельно «расселяться» в точках генерации информации с учетом анализа функциональной полноты образа среды мониторинга, фиксировать радиус мониторинга и самостоятельно контролировать покрытие мониторинга – создавать адаптивные сенсорные группы для сканирования среды.
В настоящий момент считывание данных в мультипотоковой и многомерной виртуальной информационной среде технологически возможно при алгоритмической реализации биологического принципа сканирования. Вегетативные принципы предполагают одну интересную функциональность, которую необходимо реализовывать в вычислительной ткани со слабосвязными территориально-распределенными сенсорными вычислительными узлами, а именно свойство глубокой чувствительности – проприоцепцию, то есть «ощущения» положения устройств относительно друг друга и среды мониторинга [1].
Вегетативные принципы также предполагают реализацию самонастройки рецепторных органов биологического организма к наиболее типичным сигналам внешней среды, в данном случае среды мониторинга. Адаптивность к свойствам среды исследования в виртуальной среде реализовать проще – путем алгоритмической перенастройки метамодели поведения и функциональности виртуального сенсора, чем в «физической» среде мониторинга. Реализация адаптивности и гибкое сканирование физической среды мониторинга возможно за счет использования избыточного количества сенсоров для переключения функциональности между ними и расширения фазового пространства сканирования.
Литература:
- Луговой А.В., Зеленцова Ж.Ю. «Подходы и принципы разработки гибридного облака системы мониторинга с многомерными объектами исследования». Вестник КрНУ № 6'2011. – Кременчуг: Национальный политехнический университет им. М.Остроградского, 2011.
- Philippe Biondi, Fabrice Desclaux, «Silver Needle in the Skype», BlackHat Europe, 2006. - http://www.secdev.org/conf/skype_BHEU06.handout.pdf
