Выбор и обоснование критериев оценки эффективности беспроводной информационной системы Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ISSN 2226-3780 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

14. Малугин, В. А. Математика для экономистов: Линейная алгебра [Текст]: курс лекций / В. А. Малугин. — М.: Экс-мо, 2006. — 224.

15. Березовский, В. С. Создание электронных учебных ресурсов и онлайновое обучение [Текст]: учебн. пособ. / В. С. Березовский, И. В. Стеценко. — К.: Изд. группа BHV, 2013. — 176 с.

РОЗРОБКА КОМПЛЕКСУ 1НТЕРАКТИВНИХ ТЕСТ1В ПО МАТЕМАТИЦ1 В ADOBE CAPTIVATE

Стаття присвячена створенню штерактивних тестев, суттю яких е безпосередня взаeмодiя учшв i процесу тестування з подальшим автоматичним пiдрахунком результатiв. Модель i алгоритм створення iнтерактивних тестiв, розрахунок ва-лiдностi i надiйностi як стшкосл для iнтерактивних тестiв детально описаш в цiй статтi.

Ключовi слова: iнтерактивний тест, вища математика, ва-лiднiсть, надшшсть, Adobe Captivate.

Ковалева Екатерина Александровна, кандидат технических наук, преподаватель, кафедра высшей математики и экономико-математическихметодов, Харьковский национальный экономический университет им. Семена Кузнеца, Украина, e-mail: katenokk84@mail.ru.

Ковальова Катерина Олександрiвна, кандидат техтчних наук, викладач, кафедра вищог математики i економжо-мате-матичних методiв, Харквський нащональний економiчний ут-верситет ш. Семена Кузнеця, Украта.

Kovalova Kateryna, Simon Kuznets Kharkiv National University of Economics, Ukraine, e-mail: katenokk84@mail.ru

УДК 681.326

БШ: 10.15587/2312-8372.2014.34490

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ БЕСПРОВОДНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

В статье предложены критерии оценки качества проектируемой беспроводной информационной системы с использованием широкополосной технологии. Предложена математическая модель проектирования беспроводной информационной системы, которая представлена рядом условий-ограничений. Предложенный метод позволяет решать задачу выбора оптимальной инфраструктуры беспроводной информационной системы с повышенными требованиями к структурной скрытности, конфиденциальности и достоверности информации.

Ключевые слова: математическая модель, критерии оценки эффективности проектируемой системы, векторная оптимизация.

Филиппенко И. В.

1. Введение

При разработке систем беспроводной информационной системы идентификации для решения задач логистики возникает вопрос выбора параметров, таких как: дальность записи и считывания, заданная помехоустойчивость и скрытность системы. При заданных одинаковых начальных условиях проектируемой системы, может быть получено множество возможных вариантов проектируемой системы. Наиболее актуальными задачами, являются задачи обеспечения электромагнитной совместимости, помехоустойчивости, информационной скрытности и проблема коллизий.

В настоящее время проектирование таких систем осуществляется на основе эмпирического подхода, который является неэффективным, требующим значительных материальных и временных затрат. В свою очередь стремление к оптимальности принимаемых решений и минимизации затрачиваемых ресурсов приводят к необходимости создания гибких средств быстрого и эффективного проектирования систем.

Исходя из вышеизложенного, актуальной задачей является разработка метода, который позволит решать

задачу выбора оптимальной инфраструктуры беспроводной информационной системы с повышенными требованиями к структурной скрытности, конфиденциальности и достоверности информации.

2. Цель и задачи работы

Целью работы является разработка метода проектирования беспроводной информационной системы, которая представлена рядом условий-ограничений.

Для достижения поставленной цели необходимо:

— провести анализ требований к техническим параметрам беспроводных информационных систем;

— обосновать критерии оценки эффективности проектируемой системы, использующей технологию кодового разделения каналов;

— разработать математическую модель проектирования беспроводной информационной системы.

3. Анализ литературных данных

Процесс разработки начинается с формулирования целей и задач, ставящихся перед беспроводной

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/3(20], 2014, © Филиппенко И. В.

информационной системой. Задача выбора оптимальных проектных вариантов системы с позиции системного анализа есть типовой задачей области исследования операций и принятия решений, которая включает в себя построение математической модели системы и формализацию процесса принятия решений про оптимальные проекты, варианты и нахождения оптимальных решений на множестве допустимых проектных решениях с использованием математических методов оптимизации.

Вопрос оптимизации и математического моделирования, который имеет важное значение для начальных этапов проектирования системы, рассматриваются во множестве источников [1-10]. Однако, в связи с непрерывной возрастающей сложностью современных технических систем требуется все большие затраты человеко-часов на разработку и проектирование [7, 8]. Кроме того, возрастает вероятность субъективной ошибки разработчика, что в конечном итоге приводит к значительному увеличению стоимости этапа разработки и соответственно разрабатываемой системы в целом, что приходит в противоречие требованиям, предъявляемым к продукции в современных достаточно сложных экономических условиях. Задачу можно решить созданием специализированных прикладных программ для автоматизации проектирования [6-8] на основе математической модели проектирования беспроводной системы, которая предлагается в данной статье.

4. метод решения задачи

многокритериальной оптимизации проектируемой информационной системы передачи информации

Согласно рассмотренному методу [1] решения задачи многокритериальной оптимизации для нахождения оптимального решения при проектировании беспроводной информационной системы идентификации необходимо выбрать частные критерии оценки эффективности проектируемой системы. При решении могут быть использованы различные наборы критериев.

Исходя из поставленной задачи, множество критериев можно разделить на две группы: технические критерии, отражающие параметрическую сторону проектируемой системы; экономические, которые характеризуют статьи сложности проектирования, расходов при создании и обслуживании проектируемой системы.

Определим технические и экономические критерии оптимальности проектируемой системы.

Согласно условию поставленной задачи [1] самым значимым показателем качества проектируемой системы является применение сигналов с максимально возможной скрытной структурой. Структурная скрытность сигнала (обозначим как Вр ) в таких системах определяется временем взлома Твзлома, т. е. временем необходимым для анализа равновероятных конкурирующих ключей, которые криптоаналитик противной стороны должен перепробовать при попытке подобрать нужный ключ. Количество возможных ключей в системе 2¥Т чипов. Эта величина определяет общее число конкурирующих ключей (кодов ПСП). Следовательно, критерий Рь зависящий от частотно-временного произведения, т. е. базы сигнала, должен быть максимально возможным:

При проектировании системы соотношение частотно-временного произведения задается вектором Вр = {ВК},

i = 1, n, где n — число допустимых вариантов. Это критерий на максимум, который измеряется по количественной шкале [ВРнл; ВРнх], поэтому требует нормирования:

/П / ЧЧ BPi(Х) - ВРнХ /-,4

P(Bp(x)) = —-Б--> max, (1)

где ВРнл — максимально возможное значение базы сигнала при заданных начальных условиях; В^ — минимально возможное значение базы сигнала при заданных начальных условиях.

Помехозащищенность проектируемой информационной системы также является значимым показателем качества. Помехозащищенность включает в себя такие показатели, как скрытность и помехоустойчивость системы. Наивысшая степень скрытности обеспечивается, если сканирующий приемник-анализатор не может обнаружить даже факта излучения радиосигнала. Такая скрытность может быть достигнута, если выполняется условие:

N„0 <eN0ш, (2)

где е — достаточно малая величина (например, 10-2); N0ш — спектральная плотность внутреннего шума сканирующего приемника-анализатора, приведенного к выходу антенной системы этого устройства; N„с — спектральная плотность шумоподобного сигнала на выходе упомянутой антенной системы.

Очевидно, что:

Nос=ад, (3)

где — ширина спектра шумоподобного сигнала; Рс — его средняя мощность.

Из (2) и (3) следует, что для абсолютной скрытности требуется уменьшать среднюю мощность сигнала Рс. Однако последнее может обеспечиваться рядом мер, включающих уменьшение излучаемой мощности рабочего сигнала, однако это требует повышения чувствительности радиоприемного устройства защищаемой системы. Это в свою очередь не всегда возможно.

Из (3) следует, что чем больше ширина спектра сигнала при данной средней мощности Рс, тем выше скрытность системы. Однако это не всегда так. Если значение Рс сравнительно невелико, то расширение полосы от некоторого значения может привести к тому, что скрытность приблизится к абсолютной, т. е. действительно повысится.

Однако, в другом случае, когда мощность Рс велика, условие (3) будет далеко от выполнения даже при увеличении ширины спектра от до некоторого значения ^с2 и факт наличия излучения передатчика метки вполне может быть обнаружен. В то же время увеличение ширины спектра излучаемого сигнала может ускорить обнаружение излучения перехватчиком. Поэтому при большом значении мощности Рс увеличение ширины спектра может привести не к улучшению, а к ухудшению скрытности.

Таким образом, увеличение ширины спектра сигнала, т. е. полосы пропускания, является критерием на минимум, который измеряется по количественной шкале в интервале [-РШь; -?шах]:

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/3(20], 2014

ISSN 222Б-3780

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

J

p(F (х)) =

Fi ( х ) Fm:

->mm,

(4)

где — минимально возможное значение ширины

спектра сигнала, занимаемое в эфире;.тах — максимально возможное значение ширины спектра сигнала, занимаемое в эфире.

Скорость передачи информации должна быть максимальной, так как чем меньше время передачи сигнала в эфире, тем труднее его обнаружение. Следовательно, время передачи информационного сигнала, величина обратно пропорциональная скорости передачи информации Я, является критерием на минимум, который измеряется по количественной шкале в интервале [Гсчитнх; Гсчитнл]:

Р(Тсчит(х )) =

Ti счит(х) Тсч

->mm,

p(C(x )) =

Cj ( х ) Сн

Снх Снх

->min,

2 .

max j

возможное количество меток в зоне работы ридера; И2( х) — соотношение сигнал/шум для заданной вероятности ошибки Рош; В(х) — база сигнала;^ — минимально допустимое значение отношения сигнал/шум, при котором обеспечивается требуемое качество приема информации; L(х), Lmax — необходимое (искомое) и максимально возможное количество кодовых последовательностей с заданными корреляционными свойствами длины -^псп соответственно;Рош — вероятность символьной ошибки. На этапе решения задачи нахождения эффективного решения формируется множество проектных решений на множестве допустимых значений Dx вектора варьируемых параметров X.

Задачу нахождения эффективного варианта проектного решения по обобщенному критерию эффективности можно записать в виде:

(5)

P ( х ) = 'Y,aiPi ( х ) ^ min, х0 = arg min У а jpj ( х),

х eX v

х eX '

где Гсчит нх — максимально возможное значение времени считывания информационного бита при заданных начальных условиях;Гсчит ш — минимально возможное значение времени считывания информационного бита при заданных начальных условиях.

Рассмотрим теперь такой показатель системы, как ее сложность разработки и стоимость С. Очевидно, практически всегда можно утверждать, что при прочих равных условиях, чем меньше этот показатель, тем лучше система. Поэтому стоимость С всегда может считаться показателем качества системы.

Стоимость и сложность проектируемой системы радиочастотной идентификации является критерием на минимум, который измеряется по количественной шкале в интервале [Снх; Снл]:

при условии yaj = 1,

(7)

(6)

где Снх — максимальная стоимость и сложность проектируемой системы;Снл — минимальная стоимость и сложность проектируемой системы.

Теперь обобщенная задача нахождения оптимального проектного решения системы радиочастотной идентификации в рамках предложенной математической модели приобретает следующий вид: пусть X = {х1,..., хп} — множество проектных решений, которое удовлетворяет множеству допустимых значений Dx вектора варьируемых параметров X. Множество допустимых значений Dx, представлено в виде:

X = {х e X Pc(х)< PC*; Гсист(х) < г*; р2(х) <р Цх ) < Lmax. «max <\_В(х ) ( h2( х ) - 1/ h2 ) + 1. Рош < 0,5exp(-0,5h2(х))},

где Рс(х), Рс* — расчетная и максимально возможная мощности сигнала соответственно;гсист( х), г* — расчетный и максимально возможный радиусы действия системы;р2(х) — уровень взаимных помех в проектируемой системе;ртах — максимально возможное соотношение сигнал/шум в системе;птах — максимально

где п — количество частных критериев, которые характеризуют проектное решение;а г — весовые коэффициенты относительной важности I-х частных критериев, которые устанавливаются экспертным путем; (х) — нормализованные значения I-го частного критерия; X — множество допустимых значений (проектных решений).

Процесс решения задачи нахождения оптимального варианта беспроводной информационной системы идентификации при заданных начальных параметрах и ограничениях включает следующие этапы: задание технического задания на проектирование системы; получение множества допустимых вариантов с учетом ограничений на структуру и параметры проектируемой информационной системы, а также ограничений на значение показателей качества; выбор подмножества Парето-оптимальных вариантов системы идентификации с использованием обобщенного критерия эффективности; сужение множества Парето-оптимальных вариантов беспроводной системы идентификации; выбор единственного эффективного варианта проектируемой информационной системы радиочастотной идентификации из подмножества Парето.

Рассмотренный метод получения оптимального решения может быть использован для создания системы автоматизированного проектирования разрабатываемой беспроводной информационной системы с использованием широкополосной технологии.

5. Выводы

На основании проведенного анализа требований к техническим параметрам и ограничениям предложены и обоснованы критерии оценки качества и ограничения проектируемой беспроводной информационной системы с использованием широкополосной технологии. На основании функционально-стоимостного анализа, множество критериев, описывающих решение, разделено на два подмножества: технические критерии, отражающие параметрическую сторону проектируемой системы; экономические, которые характеризуют статьи расходов

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 6/3(20], 2014

при проектировании, при создании и обслуживании проектируемой системы. Предложена математическая модель проектирования беспроводной информационной системы, которая представлена рядом условий-ограничений. С помощью предложенного метода получения оптимального решения можно решать задачу выбора оптимальной инфраструктуры беспроводной информационной системы с кодовым разделением каналов при проектировании систем с повышенными требованиями к структурной скрытности, конфиденциальности и достоверности информации.

Литература

1. Филиппенко, И. В. Методология многокритериальной оптимизации при проектировании информационных систем радиочастотной идентификации [Текст] / И. В. Филиппенко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2011. — № 1/3(49). — С. 26-29. — Режим доступа: \www/ URL: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/1894/1789

2. Ногин, В. Д. Использование набора количественной информации об относительной важности критериев в процессе принятия решений [Текст] / В. Д. Ногин, И. Г. Толстых // Журнал вычислительной математики и математической физики. — 2000. — Т. 40, № 11. — С. 1593-1601.

3. Ногин, В. Д. Линейная свертка с точки зрения теории относительной важности критериев [Текст]: тезисы докл. / В. Д. Ногин // Международная научно-практическая конференция «Системный анализ в проектировании и управлении». — СПб.: СПбГТУ, 1999. — С. 42-43.

4. Петров, Е. Г. Методи i засоби прийняття ршень у сощально-економiчних системах [Текст] / Е. Г. Петров, М. В. Новожилова, I. В. Гребеншк. — Кшв: Техшка, 2004. — 256 с.

5. Батищев, Д. И. Многокритериальный выбор с учетом индивидуальных предпочтений [Текст] / Д. И. Батищев, Д. Е. Шапошников. — Нижний Новгород: ИПФ РАН, 1994. — 92 с.

6. Захарченко, М. В. Автоматизацiя проектування пристро!в, систем та мереж зв'язку [Текст] / М. В. Захарченко, В. К. Стек-лов, Н. О. Князева та ш. — К.: Радюаматор, 1996. — 268 с.

7. Стеклов, В. К. Оптимiзацiя та моделювання пристро!в i систем зв'язку [Текст] / В. К. Стеклов, Л. Н. Беркман. — К.: Техшка, 2004. — С. 576.

8. Гвоздева, В. А. Основы построения автоматизированных информационных систем [Текст] / В. А. Гвоздева, И. Ю. Лаврентьева. — М.: ИД «ФОРУМ», ИНФРА-М, 2007. — 320 с.

9. Dinan, E. H. Spreading codes for direct sequence CDMA and wideband CDMA cellular networks [Text] / E. H. Dinan, B. Jabbari // IEEE Communications Magazine. — 1998. — Vol. 36, № 9. — P. 48-54. doi:10.1109/35.714616

10. Feng Zhou. Optimize the power consumption of passive electronic tags for anti-collision schemes [Text] / Feng Zhou, Dawei Jin, Chenling Huang, Min Hao // Proceedings of the 5th International Conference on ASIC (lEEE Cat No 03TH8690) ICASIC-03. — 2003. — Vol. 2. — Р. 1213-1217. doi:10.1109/ icasic.2003.1277432

ВИБ1Р I ОБГРУНТУВАННЯ КРИТЕРНВ 0Ц1НКИ ЕФЕКТИВНОСТ1 БЕЗДРОТОВО1' ШФОРМАЦШНО! СИСТЕМИ

У статт1 запропоновано критерй оцшки якост проектовано! бездротово! шформацшно! системи з використанням широко-смугово! технологи. Запропоновано математичну модель проектування бездротово! шформацшно'! системи, яка представлена рядом умов-обмежень. Запропонований метод дозволяе вирь шувати задачу вибору оптимально! ¡нфраструктури бездротово! ¡нформацшно! системи з тдвищеними вимогами до структурно! скритност! конфщенцшност та достов!рност шформацй.

Ключовi слова: математична модель, критерй оцшки ефек-тивност проектовано! системи, векторна оптим1защя.

Филиппенко Инна Викторовна, кандидат технических наук, кафедра автоматизации и проектирования вычислительной техники, Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Украина, е-mail: filippenko@kture.kharkov.ua.

Фытенко 1нна Вiкторiвна, кандидат технiчних наук, кафедра автоматизацп та проектування обчислювальног техтки, Хар-твський нащональний утверситет радюелектрошки, Украгна.

Filippenko Inna, Kharkiv National University of Radio Electronics, Ukraine, e-mail: filippenko@kture.kharkov.ua

УДК 681.32:007 001: 10.15587/2312-8372.2014.34528

Верёвкин Л. Л. РАЗРАБОТКА МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОГО

АНАЛИЗАТОРА РЕТИНАЛЬНОй ОСТРОТЫ ЗРЕНИЯ

В статье описывается аппаратно-программное взаимодействие узлов устройства для диагностики ретинальной остроты зрения. Повышение точности результатов диагностики требует расширения набора измеряемых параметров, совершенствования решений схемотехники используемого оборудования, разработки аналитических информационно программных приложений. Актуальным является автоматизация метода электроретинографии и обмен данными при выполнении задач диагностики и постановки диагноза.

Ключевые слова: сетчатка, зрение, световой стимул, датчик, информация, интерфейс, клавиатура, дисплей, программа.

1. Введение тоды основаны на регистрации электрического ответа

на специфический световой стимул. Зрительные вы-

Электрофизиологические исследования в офталь- званные потенциалы представляют собой суммарный мологи — комплекс высокоинформативных методов ответ больших популяций нейронов коры на приход исследования функций сетчатки, зрительного нерва синхронного потока импульсов, возникающих под дей-и зрительных областей коры головного мозга [1]. Ме- ствием афферентного раздражения. Зрительные вызван-

С

58 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/3(20], 2014, © Верёвкин Л. Л.