CC BY
125
В.В. Волхонский,
кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ И АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННЫХ СРЕДСТВ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОНИКНОВЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ
OPTIMIZATION OF STRUCTURE AND OPERATION ALGHORITHMS OF DUAL TECHNOLOGY INTRUSION DETECTORS
Выполнен анализ уязвимых мест комбинированных устройств обнаружения нарушителя. Предложено использовать разнесенные ортогональные комбинированные извещатели, позволяющие обеспечить высокую вероятность обнаружения и низкий уровень ложных тревог.
Analyzes of dual technology detectors vulnerability is accomplished. Mutually spaced orthogonal dual technology detectors are offered with high intrusion detection probability and low level of false alarm.
Введение
Вопросы обеспечения физической безопасности различных объектов, например, носителей и средств обработки информации, мест хранения материальных или культурных ценностей и т.п. объектов являются весьма важными. При разработке и анализе эффективности системы охранной сигнализации, обычно используемой для таких целей, одной из основных является задача достижения высокой вероятности обнаружения несанкционированного проникновения (НП). Особенно это существенно, если ставится задача охраны важных объектов, что объясняется возрастанием вероятности применения со стороны нарушителя методов и средств, снижающих возможность его обнаружения.
В работе [1] рассмотрены и проанализированы основные факторы, влияющие на средства обнаружения НП (т. е. на извещатели), в работе [2] — потенциальные воздействия на извещатели охранной сигнализации со стороны квалифицированного нарушителя и даны некоторые общие рекомендации по построению структуры средств обнаружения (СО) на объекте. Там же показано, что многорубежная охрана дает выигрыш в основном при обнаружении неподготовленного нарушителя. В работе [3] рассматриваются вопросы количественной оценки вероятности обнаружения при различных направлениях движения нарушителя, но только для одного типа устройств обнаружения — пассивного инфракрасного (ПИК) извещателя и без привязки к структуре СО на объекте. В работе [4] проанализированы основные особенности использования СО с одним каналом обнаружения, совмещенных и двойной технологии (т.е. комбинированных) в рассматриваемых условиях.
Как и следовало ожидать, наилучшие результаты по достижению высокой вероятности обнаружения обеспечивают комбинированные извещатели охранной сигнализации, как наиболее эффективные с точки зрения соотношения вероятностей обнаружения и ложной тревоги. Но остается проблема недостаточной их защищенности от воздействий нарушителя — во всех случаях, как одиночных, так и совмещенных или
комбинированных СО, есть способы воздействия, приводящие к существенному снижению вероятности обнаружения подготовленного или высококвалифицированного нарушителя. Следовательно, можно сделать вывод о целесообразности разработки и оптимизации более эффективных структур СО на объекте и алгоритмов принятия решения о проникновении.
Критерии оптимизации
Основными критериями оптимизации структуры и алгоритмов работы средств обнаружения несанкционированного проникновения для рассматриваемой задачи могут служить:
высокая вероятность обнаружения Роб; низкая вероятность ложной тревоги Р^;
защищенность извещателя, способность сохранять свои характеристики при тех или иных видах воздействий или приемов, применяемых нарушителем для преодоления системы сигнализации.
Первые два критерия достаточно активно используются на практике, но требования к реализации желаемых значений Роб и Рш противоречивы, поскольку увеличение вероятности обнаружения связано с необходимостью повышения чувствительности, в свою очередь, приводящей к росту вероятности ложного срабатывания. А требование снижения вероятности ложного срабатывания ведет к необходимости снижения чувствительности с соответствующим уменьшением вероятности обнаружения НП. Как известно, основное решение, позволяющее реализовать компромисс между вероятностями обнаружения и ложной тревоги, достигается путем использования комбинированных устройств [1].
В общем случае вероятность обнаружения будет функцией нескольких основных параметров. К их числу, как наиболее часто используемых и наиболее эффективных, можно отнести, прежде всего, следующие:
эффективная отражающая/излучающая поверхность Еэф нарушителя; скорость V движения нарушителя;
направление движения, которое можно характеризовать углом р относительно направления на извещатель.
Тогда вероятность обнаружения можно записать как функцию перечисленных выше параметров Роб(Еэф,V, р). Вероятность Рлт зависит от выбора контролируемых
обнаружителем параметров Oг объекта и наличия подобных по воздействию факторов E1 в окружающей среде [2]. Таким образом, в общем случае надо решать задачу оптимизации Роб и Рт по определенному критерию ¥ , например минимаксному
^{тах[р06Е,V р)1тп [рт(°г,:Е1){. С1)
Использование этого критерия не исключает необходимости выполнения и критерия несовместности эффективных воздействий на СО [2]:
и 1 п и $ТФ =0, 1, к еК . (2)
пеМ 1еМ
При этом в общем виде совокупность эффективных воздействий 5;'7 7 включает в себя N возможных факторов воздействия E1 = [Е/, Е2;,..., Е]ы ], определяющих окружающие условия; множество B1 = [Б/, Б2;,...,Б!м] из М возможных пассивных способов воздействия Б]п на 1-е средство обнаружения и совокупность Ь активных способов воздействия A1 = [А/, А1,...,А]ь, ] на 1-е СО. Ограничимся случаем учета влияния первых двух факторов — окружающей среды E1 и пассивных воздействий нарушителя B1.
Выполнение критерия (2) требуется как при разработке самих извещателей, так и при формировании их структуры на объекте. Это достигается в современных комбинированных извещателях сочетанием радиоволнового (РВ) и пассивного инфракрасного (ПИК) обнаружителей и совместной обработкой по правилу «И».
Рассмотрим, прежде всего, такой наиболее доступный и эффективный способ воздействия нарушителя на один из каналов обнаружения, как выбор направления движения, при котором чувствительность одного из обнаружителей комбинированных СО минимальна. В этом случае можно считать V = еот1 и Еэф = еот1 и критерий (1) упрощается и принимает вид
Анализ существующих структур
Как показано в [3], при использовании одиночного ПИК детектора умышленное перемещение нарушителя в радиальном направлении (рис. 1, а) может приводить к существенному уменьшению вероятности обнаружения. Учитывая принцип действия допплеровских радиоволновых и ультразвуковых извещателей [1], можно говорить об уменьшении вероятности обнаружения при тангенциальном направлении движения относительно них (рис. 1, б). Т.е. достаточно просто найти уязвимое место типичных типов СО и использовать его для преодоления системы охранной сигнализации.
Рис. 1. Радиальное движение нарушителя относительно ПИК извещателя (а) и тангенциальное относительно РВ (б)
Для случая совмещенных СО при использовании многорубежной охраны (т.е. соответствующем алгоритму принятия решения «ИЛИ») в [2] показана необходимость выполнения следующих требований:
перекрытия зон обнаружения любых СО (рис. 2);
совмещения СО разного принципа действия в одном месте (рис. 2, а);
разнесения в смежные углы СО одного принципа действия (рис. 2, б, в).
Это соответствует структурам СО, изображенным на рис. 2, которые позволяют устранить часть уязвимостей структуры СО, имеющих место при неперекрывающихся зонах обнаружения, когда не выполняется условие (2).
а)
б)
а)
Рис. 2. Варианты организации контроля зоны при многорубежной охране с использованием одиночных обнаружителей
Такие решения, как показанные на рис. 2, позволяют повысить вероятность правильного обнаружения, поскольку во всех этих случаях есть обнаружитель, эффективный к тому или иному направлению движения. Однако при этом сохраняется сложность решения проблемы снижения уровня ложных тревог.
Как известно, необходимость применения комбинированных устройств обнаружения вызвана требованием достижения высокой вероятности обнаружения при сохранении низкого уровня ложных тревог. Это достигается использованием двух каналов обнаружения с совмещением их зон обнаружения (рис. 3) и принятием решения по алгоритму «И», что позволяет повысить чувствительность обоих каналов обнаружения и, следовательно, увеличить вероятность обнаружения.
Рост вероятности ложной тревоги при этом компенсируется использованием алгоритма «И» и правильным выбором принципов действия каналов, основанном на приведенном выше критерии несовместности. Это будет частный случай выражения (2) с учетом только окружающих условий
Однако в рассматриваемом случае есть возможность воздействия нарушителя для снижения вероятности обнаружения только одного из каналов Ро61 или Ро62. И, вследствие использования алгоритма «И», вероятность обнаружения в целом РобЪ будет меньше наименьшей Ро52 = Ро61 Ро62. Т.е. у нарушителя имеется возможность эффективного снижения суммарной вероятности своего обнаружения.
Разнесенные ортогональные комбинированные детекторы
Рассмотрим возможности усовершенствования структур СО, показанных выше и позволяющих реализовать предложенный критерий оптимизации на основе комбинированных СО.
Разнесенный ортогональный детектор
Для решения задачи оптимизации можно предложить использовать пару одиночных РВ и ПИК обнаружителей, также работающих по алгоритму «И», но разнесенных в пространстве (установленные в разных местах) и развернутых относительно друг друга, а именно, расположенных в смежных углах помещения и развернутых на угол Ф=900 относительно осей диаграмм направленности (рис. 4). В этом случае будет направление движения НП (радиальное для ПИК и тангенциальное для РВ), одинаково
Є
Рис. 3. Зоны обнаружения каналов комбинированного детектора
(3)
эффективно обнаруживаемое обоими каналами. Будем называть такую структуру разнесенным ортогональным детектором (РОД).
Рис. 4. Разнесенный ортогональный детектор
Но в этом случае будет направление радиальное для ПИК и тангенциальное для РВ обнаружителей (рис. 4), при движении нарушителя в котором вероятность обнаружения мала. Следовательно, будет иметь место уязвимость такой структуры СО. Однако это устройство можно эффективно использовать при наличии естественных ограничителей потенциального направления движения нарушителя или в случае известного наиболее вероятного направления движения.
Сдвоенные разнесенные ортогональные детекторы
Для устранения упомянутой выше уязвимости РОД можно предложить следующее решение. Снижения вероятности обнаружения при движении нарушителя в произвольном направлении можно избежать, используя два разнесенных ортогональных детектора с «зеркальной» структурой, то есть применяя структуру СО, состоящую из двух пар разнесенных ортогональных детекторов, рассмотренных выше и установленных, как показано на рис. 5 следующим образом.
Отдельные обнаружители первого РОД расположены в тех же смежных углах помещения, что и у другой пары обнаружителей второго РОД.
В одном углу устанавливаются отдельные обнаружители каждого РОД разного физического принципа действия.
Зоны обнаружения всех устройств перекрываются.
Алгоритм обработки сигналов пары обнаружителей каждого РОД использует правило «И».
Общее решение принимается по алгоритму «ИЛИ», т.е. для принятия решения о тревоге должен сработать хотя бы один из РОД.
Рис. 5. Сдвоенные разнесенные ортогональные детекторы
При этом достигаются следующие преимущества.
Сохраняются достоинства традиционных комбинированных извещателей, а именно возможность использовать высокую чувствительность каналов обнаружения без опасения роста вероятности ложной тревоги.
Практически исключается рассматриваемая уязвимость традиционных комбинированных СО, связанная с возможностью снижения вероятности обнаружения путем выбора направления движения нарушителем.
Таким образом, в предложенной структуре решается поставленная выше задача оптимизации структуры СО с учетом используемых критериев.
Заключение
Сформулируем полученные результаты.
1. Выполнен анализ существующих структур традиционных средств обнаружения в условиях профессиональных способов проникновения на охраняемый объект и проанализированы структуры СО на основе использования пар одиночных извещателей с принятием решения по правилу «ИЛИ».
2. Предложены структура и алгоритм работы разнесенного ортогонального комбинированного детектора, позволяющего достичь высокой вероятности обнаружения нарушителя, двигающегося в одном направлении, при низкой вероятности ложной тревоги. Предлагаемый РОД состоит из одной пары отдельных разнесенных в пространстве обнаружителей с разным физическим принципом действия с совмещенными зонами обнаружения, оси которых перпендикулярны, и с обработкой сигналов по правилу «И».
3. Предложены структура и алгоритм работы сдвоенного разнесенного ортогонального комбинированного обнаружителя, позволяющего достичь высокой вероятности обнаружения нарушителя, двигающегося в произвольном направлении, при низкой вероятности ложной тревоги, который состоит из двух пар отдельных разнесенных ортогональных детекторов с зеркальным расположением каналов обнаружения с совместной обработкой их сигналов по правилу «ИЛИ».
ЛИТЕРАТУРА
1. Волхонский В.В. Извещатели охранной сигнализации. — Изд. 4-е доп. и пере-раб. — СПб.: Экополис и культура. — 2004. — 272 с.
2. Волхонский В.В., Крупнов А.Г. Особенности разработки структуры средств обнаружения угроз охраняемому объекту // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. — 2011. — № 4(74). — С. 131—136.
3. Волхонский В. В., Воробьев П.А. Методика оценки вероятности обнаружения несанкционированного проникновения оптикоэлектронным извещателем // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. — 2012. — №1(77). — С. 120—123.
4. Волхонский В.В. К вопросу повышения вероятности обнаружения несанкционированного проникновения на охраняемый объект // Вестник Воронежского института МВД России. — 2011. — №4. — С. 35—44.
