Способ передачи многомодальной информации на критически важных объектах Российский патент 2019 года по МПК H04L12/58 

Изобретение относится к технике связи, а именно процессам передачи многомодальной информации и может быть использовано для повышения эффективности использования пропускной способности каналов сетей передачи данных (СПД) критически важных объектов (КВО).

В настоящее время надежность и безопасность функционирования стратегических инфраструктурных объектов, таких как инфокоммуникационные, авто- или железнодорожные сети, водоохранные узлы, газотранспортные, нефтепроводные и энергетические системы и пр. определяют потенциально достижимый уровень экономической состоятельности страны, влияет на ее обороноспособность и национальную безопасность. Такие объекты являются критически важными объектами государства, так как отказ (повреждение) их элементов приводит к существенным негативным военно-политическим и экономическим последствиям, а иногда к многочисленным человеческим жертвам. Для таких объектов в качестве каналов СПД используются туннели VPN, избыточность информации в которых можно использовать для передачи многомодальной информации.

Для понимания сущности изобретения введем ряд определений.

Первая модальность – физически регистрируемая информация
об индивиде (его состояние; отношение к сообщению, к собеседнику, к коммуникации и пр.).

Вторая модальность – результат услуги полимодальной инфокоммуникационной системы, определяющий состояние пользователя автоматизированного рабочего места критически важного объекта.

Полимодальная инфокоммуникационная система (ПИКС) – взаимоувязанная совокупность систем обработки и хранения информации, телекоммуникационных систем, их объединяющих, функционирующих под единым управлением с целью сбора, обработки, хранения, защиты, передачи и распределения, отображения и использования многомодальной информации в интересах требуемого качества.

Модальное представление информации – индивидуальная и автономная обработка двух и более модальностей.

Полимодальное представление информации - взаимоувязанная комбинированная обработка модальностей, позволяющая манипулировать с избыточностью передаваемой информации.

Критически важный объект – это объект, нарушение или прекращение функционирования которого приведет к потере управления экономикой Российской Федерации, субъекта Российской Федерации или административно-территориальной единицы субъекта Российской Федерации, ее необратимому негативному изменению (разрушению) либо существенному снижению безопасности жизнедеятельности населения [Федеральный закон от 23.06.2016 №68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»].

Пользовательский интерфейс – интерфейс, обеспечивающий передачу информации между пользователем-человеком и программно-аппаратными компонентами компьютерной системы [ISO/IEC/IEEE 24765-2010].

Многомодальный интерфейс – интерфейс, обеспечивающий выбор модальностей для передач различных типов информации и совместное их использование [Ронжин А.Л., Карпов А.А. Многомодальные интерфейсы: основные принципы и когнитивные аспекты // Труды СПИИРАН. 2006. Вып. 3. С. 300-319].

Автоматизированное рабочее место (АРМ) – программно-технический комплекс автоматизированной системы, предназначенный для автоматизации деятельности определенного вида [п. 2.22 ГОСТ 34.003-90].

Известен способ для осуществления распределенных многомодальных приложений (патент РФ RU 2494444, G10L 17/22, 2013). Способ содержит этапы, на которых визуализируют визуальное отображение, которое включает в себя по меньшей мере один многомодальный элемент отображения, для которого данные ввода являются принимаемыми клиентским устройством посредством визуальной модальности и голосовой модальности, причем фокус визуального представления установлен на первом многомодальном элементе отображения из этого по меньшей мере одного многомодального элемента отображения; посылают первый запрос голосового события серверу приложения, при этом первый запрос голосового события является асинхронным запросом по протоколу передачи гипертекста (HTTP); принимают аудиосигнал, который может представлять фрагмент речи пользователя, через голосовую модальность; посылают аудиоданные восходящей линии связи, представляющие этот аудиосигнал, модулю распознавания речи и принимают ответ на запрос голосового события от сервера приложения в ответ на упомянутый запрос голосового события; и посылают второй запрос голосового события серверу приложения в ответ на прием ответа на запрос голосового события.

Известен способ для распределения задач между сервисными роботами и средствами киберфизического интеллектуального пространства при многомодальном обслуживании пользователей патент (РФ RU 2638003, H04W 92/08, 2017). Способ, заключается в том, что обновляют на клиентском устройстве визуальное отображение в соответствии с результатом распознавания речи и отправляют по тракту управления СП/робота сервисному роботу сообщение, которое включает в себя результат распознавания речи, после чего принимают по тракту управления сервера приложений/робота от сервера приложений сообщение, которое включает в себя результат распознавания речи и которое предписывает сервисному роботу выполнить соответствующую программу действий, выполняют программу действий, соответствующую принятому результату распознаванию речи, отправляют серверу приложений по тракту управления сервера приложений/клиента индикацию относительно того, что сервисный робот выполнил предписанную программу; обновляют на клиентском устройстве визуальное отображение в соответствии с результатом распознавания жеста и отправляют по тракту управления СП/робота сервисному роботу сообщение, которое включает в себя результат распознавания жеста, после чего принимают по тракту управление сервера приложений/робота от сервера приложений сообщение, которое включает в себя результат распознавания жеста и которое предписывает сервисному роботу выполнить соответствующую программу действий, выполняют программу действий, соответствующую принятому результату распознавания жеста, отправляют серверу приложений по тракту управления сервера приложений/клиента индикацию относительно того, что сервисный робот выполнил предписанную программу.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбранным в качестве прототипа является способ многомодальной связи через специфичные для модальности интерфейсы (патент США 0180807, H04L 12/58, 2015), содержащий этапы приема от первого пользовательского интерфейса через компьютерную сеть, протокольных блоков данных первой модальности, преобразования протокольных блоков данных во вторую модальность и передачи, после преобразования протокольных блоков данных первой модальности во вторую модальность, протокольных блоков второй модальности через компьютерную сеть во второй пользовательский интерфейс приспособленный для второй модальности.

Недостатком предметной области является то, что каждый информационный сигнал несет данные об услуге связи в стандартной инфокоммуникационной системе (речь, видео и др.). При таком подходе, для увеличения качества и номенклатуры услуг связи необходимо включение дополнительных технических средств и экстенсивное наращивание пропускной способности каналов связи. При этом, в защищенных СПД КВО существует избыточная информация в IP-дейтаграммах, которые целиком инкапсулируются в другой пакет для их передачи через туннели VPN.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение является повышение эффективности использования пропускной способности каналов СПД КВО.

Оценка эффективности использования пропускной способности каналов СПД КВО будет определяться по показателю степени использования пропускной способности каналов СПД КВО:

(1)

где , – выделяемый канальный ресурс для обслуживания нагрузки до и после применения способа передачи модальной информации на КВО.

Техническая проблема решается тем, что в способе передачи многомодальной информации на критически важных объектах, заключающемся в том, что принимают от первого пользовательского интерфейса через компьютерную сеть протокольные блоки данных первой модальности, преобразуют протокольные блоки данных первой модальности в протокольные блоки данных второй модальности и дополнительно перед тем, как принимают от первого пользовательского интерфейса через компьютерную сеть протокольные блоки данных первой модальности, формируют запрос на услугу полимодальной инфокоммуникационной системы от второго пользователя, передают сформированный запрос в контроллер связи, при этом протокольные блоки данных первой модальности формируют в полях тип сервиса, флаги, смещение фрагмента, время жизни и контрольная сумма заголовка IP-дейтаграмм стандартных услуг связи для их передачи через туннели VPN, преобразуют в контроллере связи протокольные блоки данных первой модальности в протокольные блоки данных второй модальности путем выбора тех сообщений первой модальности, которые необходимы для реализации услуги полимодальной инфокоммуникационной системы, передают через туннели VPN услугу полимодальной инфокоммуникационной системы с протокольными блоками данных второй модальности во второй пользовательский интерфейс.

Новая совокупность существенных признаков позволяет достичь указанного технического результата за счет использования избыточной информации в защищенных СПД КВО для передачи многомодальной информации. При использовании в качестве каналов СПД туннелей VPN происходит инкапсуляция всей исходной IP-дейтаграммы (служебной и информационной части) в пакет нового формата. При этом, такие поля исходной дейтаграммы как тип сервиса, флаги, смещение фрагмента, время жизни и контрольная сумма заголовка при маршрутизации не используются и не претерпевают никаких изменений вплоть до восстановления исходного вида на приемной стороне после процедур аутентификации и удаления сформированных для передачи по туннелям VPN заголовков маршрутизации и аутентификации. Следовательно, в защищенных СПД имеется возможность организации тракта передачи сообщений модальной информации (48 бит в каждом пакете) без дополнительных затрат пропускной способности.

Таким образом, заявленный способ повышает эффективность использования пропускной способности каналов СПД КВО.

Заявленное изобретение поясняется подробным описанием, приводимое со ссылкой на соответствующие фигуры:

на фиг. 1 – блок-схема, иллюстрирующая взаимодействие между пользователями СПД КВО;

на фиг. 2 – формат исходной дейтаграммы с инкапсулированным
TCP-сегментом;

на фиг. 3 – формат дейтаграммы с инкапсулированным TCP-сегментом и сообщениями первой модальности;

на фиг. 4 – формат преобразованного пакета с сообщениями первой модальности передаваемого в туннельном режиме по защищенной СПД КВО.

Реализация заявленного способа заключается в следующем (фиг. 1). При первоначальном установлении соединения между пользователями, прежде всего, формируется запрос на услугу ПИКС от второго пользователя. С целью определения из всей совокупности сообщений первой модальности необходимых для реализации данной услуги ПИКС, запрос через компьютерную сеть передается контроллеру связи. Далее запрос через компьютерную сеть передается первому пользователю для формирования и передачи контроллеру связи пакетов с сообщениями первой модальности.

При формировании пакетов для передачи контроллеру связи с сообщениями первой модальности в блоке обработки первой модальности происходит замена таких полей как тип сервиса, флаги, смещение фрагмента, время жизни и контрольная сумма заголовка исходной дейтаграммы (фиг. 2) на сообщения первой модальности с пользовательских интерфейсов (фиг. 3). Кроме того, в VPN-клиенте формируются новые заголовки маршрутизации пакета для его передачи по защищенной СПД КВО и аутентификации пользователя на приемной стороне туннеля VPN (фиг. 4).

На приемной стороне туннеля VPN происходит аутентификационная проверка, после чего удаляются заголовки маршрутизации пакета и аутентификации пользователя. Из сообщений первой модальности, поступивших из блока обработки первой модальности контроллера связи, в блоке формирования второй модальности определяются только те сообщения первой модальности, которые наиболее подходят для реализации услуги ПИКС, сформированной вторым пользователем.

После преобразования в контроллере связи первой модальности, поступившей от первого пользователя через защищенную СПД КВО, во вторую модальность, сформированный результат услуги ПИКС передается второму пользователю.

Правомерность теоретических предпосылок проверялась на основе вычисления избыточной информации при реализации стандартных услуг связи через туннели VPN. Исходя из максимального размера полезного блока данных одного пакета, который может быть передан протоколом без фрагментации (MTU=1500 байт) и размеров в этом пакете полей типа сервиса, флага, смещения фрагмента, времени жизни и контрольной суммы заголовка (48 бит) можно вычислить избыточную информацию в каждой стандартной услуге связи (таблица 1).

Таблица 1

Избыточная информация в стандартных услугах связи
при использовании защищенной СПД

Приложение Типовые скорости передачи данных Избыточная
информация Телефония 4-64 кбит/с 16-256 бит/с Передача голосовых сообщений 4-32 кбит/с 16-128 бит/с Высококачественное потоковое аудио 16-128 кбит/с 64-512 бит/с Видеотелефония 16-384 кбит/с 64-1536 бит/с Передача видео 16-384 кбит/с 64-1536 бит/с Web-навигация 100 кбит/с 400 бит/с Передача массивов данных 10-10000 Мбит/с 40-40000 кбит/с Осуществление транзакций < 100 кбит/с < 400 бит/с Команды (управление) 10 кбит/с 40 бит/с Неподвижное изображение < 1000 кбит/с 4000 бит/с Электронная почта
(доступ к серверу) < 100 кбит/с < 400 бит/с Электронная почта (сервер-сервер) < 100 кбит/с < 400 бит/с

Соответственно, в способе передачи многомодальной информации на КВО при использовании избыточной информации в стандартных услугах связи, объем занимаемой пропускной способности канала СПД КВО при передаче стандартной услуги связи и одного и того же объема сообщений первой модальности будет меньше (фиг.5).

Для определения выигрыша по сравнению со способом прототипом произведено вычисление показателя степени использования пропускной способности каналов для стандартных услуг связи после применения способа передачи многомодальной информации на КВО:

1) для видеотелефонии со скоростью передачи данных 384 кбит/с:

2) для передачи массивов данных со скоростью передачи 10 Мбит/с:

В связи с тем, что объем избыточной информации в каждом пакете одинаков, показатель степени использования пропускной способности каналов СПД КВО после применения способа передачи многомодальной информации на КВО будет равен 0,4% и не будет зависть от предоставляемой стандартной услуги связи.

Приведенные примеры наглядно иллюстрируют эффект от применения способа передачи многомодальной информации на КВО, заключающийся в повышение эффективности использования пропускной способности каналов СПД КВО.

Заявленный способ не ограничивается представленными примерами и, как следует из вышеизложенного, согласно нему может осуществляться обмен информацией между пользователями, использующими различные типы модальностей, как известные в настоящее время, так и те, которые станут известны в будущем.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного способа передачи многомодальной информации на критически важных объектах, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в повышении эффективности использования пропускной способности каналов сетей передачи данных. Способ содержит этапы, на которых: принимают от первого пользовательского интерфейса через протокольные блоки данных первой модальности; преобразуют протокольные блоки данных первой модальности в протокольные блоки данных второй модальности; перед тем, как принять протокольные блоки данных первой модальности, формируют запрос на услугу полимодальной инфокоммуникационной системы от второго пользователя; передают сформированный запрос в контроллер связи; преобразуют в контроллере связи протокольные блоки данных первой модальности в протокольные блоки данных второй модальности путем выбора тех сообщений первой модальности, которые необходимы для реализации услуги полимодальной инфокоммуникационной системы; передают через туннели VPN услугу полимодальной инфокоммуникационной системы с протокольными блоками данных второй модальности во второй пользовательский интерфейс. 1 табл., 4 ил.

Способ передачи многомодальной информации на критически важных объектах, заключающийся в том, что принимают от первого пользовательского интерфейса через компьютерную сеть протокольные блоки данных первой модальности, преобразуют протокольные блоки данных первой модальности в протокольные блоки данных второй модальности, отличающийся тем, что перед тем, как принимают от первого пользовательского интерфейса через компьютерную сеть протокольные блоки данных первой модальности, формируют запрос на услугу полимодальной инфокоммуникационной системы от второго пользователя, передают сформированный запрос в контроллер связи, при этом протокольные блоки данных первой модальности формируют в полях тип сервиса, флаги, смещение фрагмента, время жизни и контрольная сумма заголовка IP-дейтаграмм стандартных услуг связи для их передачи через туннели VPN, преобразуют в контроллере связи протокольные блоки данных первой модальности в протокольные блоки данных второй модальности путем выбора тех сообщений первой модальности, которые необходимы для реализации услуги полимодальной инфокоммуникационной системы, передают через туннели VPN услугу полимодальной инфокоммуникационной системы с протокольными блоками данных второй модальности во второй пользовательский интерфейс.