Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
Мы еще неоднократно будем возвращаться к вопросам, касающимся организации деятельности сферы телекоммуникаций в РФ, рассматривать их под разными углами зрения. Здесь же рассмотрим самые общие положения.
Основы деятельности в области связи регулируются Федеральным законом «О связи», который определяет полномочия органов государственной власти, а также права и обязанности лиц, участвующих в организации предоставления услуг связи и пользующихся ими. Согласно этому Закону, сетью связи называется технологическая система, включающая средства и линии связи и предназначенная для электросвязи или почтовой связи.
Основы деятельности и методы управления организациями связи связаны с формой собственности на сети и средства связи, которые могут находиться в федеральной собственности, собственности субъектов РФ, муниципальных образований, юридических и физических лиц. В связи с тем, что связь образует инфраструктуру, ее развитие взаимоувязывается с развитием и застройкой территорий и поселений, а также всего хозяйственного механизма страны. Функционирование и развитие отрасли опирается также на земельное законодательство, так как многие сооружения электросвязи нередко требуют землеотвода. Общее представление о сетях связи РФ дает рис. 4.4.
Под управлением сетью связи понимают совокупность организационно-технических мероприятий, которые направлены на обеспечение безотказного и согласованного функционирования всех ее элементов и регулирование трафика. Трафик - это нагрузка, которую создает поток вызовов от пользователей, поступающий на средства связи и измеряемый временем занятия этих средств. Например, если 10 клиентов в течение астрономического часа проговорили по телефону по 12 минут каждый, то в течение этого часа они создали нагрузку на приборы станции в 120 минут, или 2 часа занятия, или 2 Эрл. С учетом величины нагрузки в часы наибольшей нагрузки, а также нормируемого качества обслуживания (количества отказов в соединениях или времени ожидания) определяются объемы коммутационного и иного оборудования на сетях связи.
При управлении сетями, составляющими ЕСЭ РФ, Федеральный орган исполнительной власти в области связи, в настоящее время это Министерство информационных технологий и связи, а также Федеральное агентство связи определяют порядок взаимодействия сетей как в обычных, так и чрезвычайных условиях, а также устанавливают требования к их построению и управлению, нумерации, применяемым средствам связи, организационно-техническим условиям устойчивого функционирования, средствам защиты сетей и информации от несанкционированного доступа. Операторы связи должны создавать соответствующие этим требованиям системы управления сетями.
Любая сеть связи - это сложная технологическая система, объединяющая сооружения, средства и линии связи, подлежащие технической эксплуатации и предназначенные для передачи электрических сигналов (трафика). Сооружения связи - это специально построенные или приспособленные для размещения средств связи здания или иные объекты. Линии связи - это линии передачи, физические цепи и линейно-кабельные сооружения связи. В линиях связи организуются каналы связи для передачи сигналов, несущих информацию. Линейно-кабельные сооружения связи - это объекты инженерной инфраструктуры для размещения кабелей связи (например, городская кабельная канализация или коллекторы). Средства связи - это технические и программные средства для формирования, приема и обработки, хранения, передачи, доставки сообщений электросвязи и почтовых отправлений, включая оконечные устройства и средства измерения, контроля и ремонта основного и дополнительного оборудования (например, электронный коммутатор или вышка с установленными на ней антеннами). Выделяют также радиоэлектронные средства, т.е. техническое оборудование для приема и передачи радиоволн. Для их функционирования выделяется радиочастотный спектр, диапазоны радиочастот распределяет Международный союз электросвязи (МСЭ). Внутри страны специальная комиссия выдает оператору разрешение на использование конкретной полосы частот, а также устанавливает условия ее использования.
Сети связи общего пользования (ССОП) представляют собой комплекс взаимодействующих сетей электросвязи, в том числе сети связи для распространения программ телевизионного и радиовещания, и предназначены для оказания услуг электросвязи любому пользователю на территории РФ. Эти сети могут быть привязаны к территории, ресурсу нумерации, а также различаться по технологии предоставления услуг (например, системы сотовой подвижной связи, городские телефонные сети и т.п.). ССОП присоединены к соответствующим сетям других государств, что обеспечивает возможность обслуживания международного трафика.
Организации связи - это юридические лица, для которых деятельность в области связи основная. Юридическое лицо, оказывающее услуги связи на основании соответствующей лицензии, называется оператором связи. Пользователь услугами связи - лицо, заказывающее или использующее услуги связи. В зависимости от места, где пользователи получают услуги связи, выделяют три сектора: корпоративный (услуги на рабочем месте), квартирный
и мобильный (услуги в дороге). Пользователь назвывается абонентом, если с ним заключен договор об оказании услуг связи при выделении для этих целей абонентского кода или уникального кода идентификации. Услуги связи могут предоставляться юридическим лицом, не являющимся собственником сети, а арендующим часть сетевых ресурсов у какого-либо оператора связи. Такая компания называется поставщиком услуг (сервис-провайдером), или провайдером (например, провайдеры Интернета).
В Законе «О связи» услуга связи определена как деятельность по приему, обработке, хранению, передаче и доставке сообщений электросвязи и почтовых отправлений. Вместе с тем эту деятельность можно определить и как процесс производства услуги. В то же время услуга в рыночном понимании этого слова - это благо (продукт), которое получает клиент и которое выражается в том, что с его помощью он решает свои проблемы и удовлетворяет свои нужды, а то, каким образом произведен продукт, клиента чаще всего не интересует.
Услуги связи характеризуются однократным потреблением, а их стоимость зависит от вида и качества коммуникаций. Помимо услуг пользователь получает/потребляет приложения, которые в отличие от услуги предоставляются в виде многократно используемого конечного продукта (к примеру, программа для работы в Интернете, CD с информацией и т.п.). Исторически услуги предоставлялись индустрией электросвязи, тогда как индустрия информационных технологий изначально была ориентирована на предоставлении приложений (очевидно поэтому в Федеральном законе «О связи» понятие приложения не представлено).
Информационная услуга - удовлетворение информационных потребностей пользователей путем предоставления информационных продуктов. Соответственно пользователь информационными услугами - это лицо, обращающееся к информационной системе или посреднику за получением необходимой ему информации и пользующееся ею. Поставщики информационных услуг (контента, приложений) часто называются контент-провайдерами.
Единство ССОП технически и экономически обеспечивается на базе услуг присоединения и пропуска трафика. Услуга присоединения - деятельность оператора связи, направленная на удовлетворение потребности других операторов связи в организации взаимодействия сетей электросвязи, при котором создаются условия сделать сеть «прозрачной» для передачи информации (пропуска трафика) между пользователями услуг взаимодействующих сетей. Услуга присоединения платная. Услуга по пропуску трафика - деятельность, в результате которой один оператор пропускает трафик другого оператора через свою сеть к другим сетям взаимодействующих операторов. Эта услуга также оплачивается, в связи с чем операторы вступают в отношения, которые называют взаиморасчетами.
На некоторых операторов в соответствии с законом «О связи» возложена обязанность предоставлять универсальные услуги связи, т.е. такие, оказание которых любому пользователю на территории страны осуществляется с определенным качеством и по разумной, регулируемой государством, цене. В настоящее время к универсальным услугам относятся: услуги местной телефонной связи, услуги по передаче телеграмм и некоторые услуги почтовой связи. Правовые основы представления этих услуг обсуждаются в гл. 8.
Выделенные сети связи (ВСС) предназначены для оказания платных услуг связи ограниченному кругу (группам) пользователей и могут взаимодействовать между собой. Каждой сети выделяется ресурс нумерации, т.е. совокупность числовых кодов, с помощью которых можно идентифицировать абонентов. Пока ВСС не присоединена к ССОП, технологии и средства связи, принципы построения сетей и иные параметры управления и хозяйственной деятельности устанавливаются собственниками этих сетей. ВСС может присоединиться к сети общего пользования, если она соответствует требованиям последней. При этом ее ресурс нумерации изымается, а взамен предоставляется часть ресурса нумерации сети общего пользования.
Технологические сети связи предназначены для обеспечения производственной деятельности организации, управления производственными процессами в других отраслях национального хозяйства, которые могут выходить и за границы страны. Так же, как и в предыдущем случае, собственники устанавливают принципы организации этих сетей. Допускается присоединение части технологической сети к ССОП при определенных условиях: 1) если эта часть технологически, физически или программно может быть отделена от основной сети; 2) если выполняются соответствующие организационно-технологические требования.
Сети связи специального назначения (СССН) предназначены для нужд государственного управления и обеспечения безопасности, обороны, охраны правопорядка. Эти нужды могут быть обеспечены и за счет ресурсов ЕСЭ в соответствии с действующим законодательством. Для этого центры управления сетями связи специального назначения обеспечивают их взаимодействие с другими сетями ЕСЭ. Как правило, СССН не могут использоваться в коммерческих целях, они финансируются из бюджета.
Сеть почтовой связи - это множество объектов почтовой связи и почтовых маршрутов операторов почтовой связи, объединенных под эгидой Федеральной государственной унитарной организации «Почта России». Организациями федеральной почтовой связи являются государственные унитарные организации и государственные учреждения, созданные на базе имущества, находящегося в федеральной собственности. Объекты почтовой связи - это обособленные подразделения организаций почтовой связи (почтамты, прижелезнодорож- ные почтамты, отделения перевозки почты при железнодорожных станциях и аэропортах, узлы почтовой связи), а также их структурные подразделения (почтовые обменные пункты, отделения почтовой связи и другие подразделения). Все они обеспечивают прием, перевозку, доставку (вручение) почтовых отправлений, а также осуществляют почтовые переводы денежных средств.
В целях обеспечения целостности, устойчивого функционирования и безопасности единой сети электросвязи РФ и использования радиочастотного спектра деятельность в области связи регулируется государством (Министерством информационных технологий и связи РФ, Агентством РФ по связи, Агентством РФ по информатизации, а также рядом комиссий и иными федеральными органами в пределах их компетенции). Основные направления регулирования деятельности в соответствии с действующим законодательством: разработка и реализация государственной политики и осуществление координации в создании и развитии сетей связи, спутниковых систем связи, в том числе использования на территории страны систем телевизионного и радиовещания гражданского назначения; разработка и принятие нормативных актов, касающихся деятельности и развития отрасли с учетом предложений всех заинтересованных организаций; выполнение функций Администрации связи при осуществлении международной деятельности; контроль исполнения лицензий и выполнения обязательных требований, прежде всего так называемыми саморегулируемыми организациями; использование радиочастотного спектра на основе разрешительного порядка доступа к нему, сближения условий пользования с международными, срочности и платности, прозрачности и открытости процедур распределения и использования спектра.
Чтобы представить размеры сети связи, отметим, что сегодня лицензии на право предоставлять услуги связи получили более 3000 организаций, работает более 90 тыс. пунктов по обслуживанию населения и организаций. В настоящее время в фиксированной сети связи установлено более 37 млн аппаратов, а собственниками сотовых телефонов уже стали более 85 млн чел. Аудитория Интернета составляет более 15 млн чел. Доходы отрасли связи к началу 2005 г. достигли 47 млрд долл. США.
Одной из крупнейших организаций в отрасли является ОАО «Связьинвест», которое после реорганизации в 2002-2003 гг. имеет структуру, представленную на рис. 4.5.
Особенности менеджмента в отрасли связи обусловлены по крайней мере двумя обстоятельствами: во-первых, сетевым характером взаимосвязи экономически независимых субъектов; во-вторых, особенностями продукта: преобладанием невещественного компонента в услуге связи, ее гетерогенностью (неоднородностью), непревращаемостью в собственность, несохраняемостью, так как практически всегда процессы производства и потребление услуги совпадают по времени. Последнее обстоятельство накладывает особые требования на весь процесс предоставления услуги. Если при изготовлении стола ножки могут быть сделаны в одно время, а столешница - в другое, а ночью фабрика может и не работать, то в телекоммуникациях отдельные элементы и сеть в целом должны быть в постоянной готовности к созданию канала связи, надежно функционирующего в течение всего времени коммуникации между отправителем информации и ее получателем. При этом заранее никогда не известно, где возникнет потребность в создании такого канала, сколько каналов и в каких направлениях они одновременно будут востребованы. Понятно, что управлять такой системой чрезвычайно сложно. Поэтому, кроме обычного менеджмента организации, требуется управление взаимодействием различных операторов (организаций) связи, а также управление сетями связи в целом (см. разд. 11.1-11.3).
Из этого краткого описания менеджмента в отрасли телекоммуникаций следует, насколько сложна система связи. Таким образом, правомерным является вопрос о том, каким целям служит система такой сложности.
Основу теории и техники электросвязи составляет передача на расстояние различного рода сообщений (информации). Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо предметах, событиях, процессах чьей-либо деятельности и т.д. Форма представления информации называется сообщением . Это может быть речь или музыка, рукописный или машинописный текст, чертежи, рисунки, телевизионное изображение.
Для передачи по каналам связи каждое сообщение преобразуется в электрический сигнал. Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемое сообщение (физический носитель сообщения). Физическая величина изменением, которой обеспечивается отображение сообщений, называется информационным или представляющим параметром сигнала.
Перенос сообщений из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Система электросвязи (телекоммуникационная система) – комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сообщений от источника к получателю на расстояние (рисунок 1.1).
Система электросвязи в целом решает две задачи:
1) доставка сообщений – функции системы электросвязи;
2) формирование и распознавание сообщений – функции оконечного оборудования.
Трактом передачи называют совокупность приборов и линий, обеспечивающих передачу сообщений между пользователями.
Канал передачи (связи) – часть тракта передачи между двумя любыми точками. В канал передачи не входят оконечные устройства.
Рисунок 1.1 – Структурная схема системы электросвязи (телекоммуникационной системы)
Принцип передачи сигналов электросвязи показан на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Принцип передачи сигналов электросвязи
На входе и на выходе тракта передачи сообщений включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Данные устройства называются первичными преобразователями и сформированные ими сигналы также называются первичными . Например, при передаче речи первичным преобразователем является микрофон, при передаче изображения – электронно-лучевая трубка, при передаче телеграммы – передающая часть телеграфного аппарата.
Источник сообщения формирует сообщение a (t ) , которое преобразуется в электрический сигнал s (t ) . В системе электросвязи происходят вторичные преобразования сигналов и они транспортируются в форме, отличной от первоначальной.
Сеть электросвязи (телекоммуникационная сеть) - совокупность линий (каналов) связи коммутационных станций, оконечных устройств, на определенной территории, обеспечивающая передачу и распределение сообщений (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 – Обобщенная структурная схема сети электросвязи (телекоммуникационной сети)
На входе и на выходе сети связи включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Оконечные устройства соединяются с коммутационной станцией абонентскими линиями. Коммутационные станции между собой связаны соединительными линиями. Коммутационные станции осуществляют соединение входящих линий с исходящими линиями по соответствующему адресу.
В общем виде, сообщение, передаваемое от источника к получателю состоит из двух частей: адресной и информационной. По содержимому адресной части коммутационная станция определяет направление связи и осуществляет выбор конкретного получателя сообщения. Информационная часть содержит само сообщение.
Совокупность процедур и процессов, в результате выполнения которых обеспечивается передача сообщений, называется сеансом связи , а набор правил в соответствии, с которыми организуется сеанс связи, называется протоколом .
Значительную часть обработки изображений можно выполнить, не повторяя для каждого нового изображения статистический анализ, описанный в предыдущем разделе. Вполне достаточным оказывается ограниченный объем априорных сведений. Допустим, нам известна матрица совместной встречаемости для «идеального» изображения и требуется улучшить качество зашумленного варианта этого изображения. Если наибольшие элементы матрицы расположены на главной диагонали или вблизи нее, то это означает, что большая часть пикселов имеет тот же цвет, что и соседние пикселы. Если мы хотим выровнять гистограмму такого изображения, то, как показано в разд. 3.2, целесообразно воспользоваться правилом 3. Если требуется устранить шум, то замена значения каждого пиксела зашумленного изображения некоторой взвешенной суммой значений соседних пикселов приведет к уменьшению изменчивости значений смежных пикселов, и мы получим изображение, более близкое к оригиналу (см. пример 3.5). Таким образом мы приходим к соотношению, характеризующему связь исходного изображения и изображения подвергнутого фильтрации:
Процесс, реализующий эту операцию, называют линейным фильтром, в частности фильтром скользящего среднего, поскольку при его использовании значение каждого пиксела заменяется разновидностью среднего от значений соседних с ним элементов. Если весовая функция в пределах изображения не изменяется и не зависит от координат х, у, то уравнение (3.2) можно переписать в следующем виде:
Этот процесс называют пространственно-инвариантным фильтром. Эти фильтры широко применяются при обработке временных сигналов, однако целесообразность их использования в обработке изображений не очевидна. Уравнение (3.3) упрощается при записи его через фурье-преобразование. Можно показать (см. разд.
Результат применения такого фильтра состоит в подавлении одних частот и усилении других в зависимости от Н(и,
Пример 3.5. Если требуется очистить изображение от высокочастотного шума, то для осуществления такого сглаживания можно воспользоваться следующей разновидностью функции
Резучьтат применения фильтра можно оценить сравнив разности значении соседних пикселов до и после фильтрации В частности простейшие выкладки показывают что
Если обозначить через максимум абсолютной разности значений смежных пикселов исходного изображения и через соответствующую разность для пикселов изображения, прошедшего фильтрацию, то из уравнения (36) следует
т.е. очевидно, что эта разность расти не может Равенство имеет место только в случаях, когда максимальная разность значений пикселов в раз больше максимальной разности значений для пары пиксетов т.е. когда есть некоторая линейная функция от своих аргументов В противном случае указанная разность будет уменьшаться и области изображения будут принимать более однородный характер Поскольку обычно применение такого простейшего фильтра оказывается недостаточным для устранения шума приходится прибегать к использованию фильтра высшего порядка Одна из возможных реализаций такого фильтра заключается в вы боре простого фильтра и многократном применении его к изображению На рис 39 и 310 приведены результаты фильтрации на рис. 3.10 а представлено исходное изображение полученное из изображения, приведенного на рис 3 9, при помощи наложения на последнее гауссовского белого шума, на рис. 3.10 б представлены результаты восьмикратного применения фильтра заданного уравнением (3 5) Не трудно видеть что этот процесс приводит не только к удалению высокочастотного шума, но вызывает и размывание краев изображения
Рис. 3.9 (см. скан) Исходное изображение использованное для...
Действительно, если применить уравнение (3.6) к четко очерченному краю изображения
то оказывается, что
Другими словами, разность значений смежных пикселов уменьшилась вдвое и это, естественно привело к понижению контрастности изображения
Результаты применения данного фильтра можно также оценивать, рассматривая фурье-преобразование функции Введем обозначение
Воспользуемся уравнением (34)
Это выражение можно упростить, воспользовавшись тождеством
и выполнив затем простейшие тригонометрические преобразования, в результате выражение (3 8) принимает следующий вид
Результат линейной фильтрации для данного окна (для данного центрального пиксела) описывается следующей простой формулой:
$$ \begin{gather} \tag{1} \mbox{Im}" = \sum\limits_{i= -\textrm{hWinX}}^{\textrm{hWinX}}~\sum\limits_{j= -\textrm{hWinY}}^{\textrm{hWinY}} {\mbox{Im}\cdot \mbox{Mask}}, \end{gather} $$
где $\mbox{hWinX} = [\mbox{WinX}/2]$, $\mbox{hWinY} = [\mbox{WinY}/2]$ - полуширина и полувысота окна фильтрации соответственно (в случае окна $3\times 3$ обе величины равны 1).
Результат применения операции (1) ко всем пикселам изображения Im$$ называется $\it{сверткой}$ изображения Im с маской Mask.
Скользящее среднее в окне.
Простейшим видом линейной оконной фильтрации в пространственной области является \it{скользящее среднее} в окне. Результатом такой фильтрации является значение математического ожидания, вычисленное по всем пикселам окна. Математически это эквивалентно свертке с маской, все элементы которой равны $1/n$, где $n$ - число элементов маски. Например, маска скользящего среднего размера $3\times 3$ имеет вид
$$ \frac{1}{9}\times \begin{vmatrix} 1&1&1\cr 1&1&1\cr 1&1&1 \end{vmatrix}. $$
Рассмотрим пример фильтрации зашумленного полутонового изображения фильтром "скользяшее среднее". Изображения зашумлены гауссовским аддитивным шумом (рис. 2 - 8).
На рис. 1 - 6 приводятся примеры фильтрации полутонового изображения с различными степенями зашумления средним фильтром с размером окна $3\times 3$. Как видно из примера, фильтр "скользящее среднее" обладает меньшей способностью к подавлению шумовой компоненты по сравнению с ранее рассмотренным медианным фильтром $3\times 3$.
Рассмотрим скользящее среднее с большими размерами окна фильтрации. На рис. 23 - 28 приводится пример медианной фильтрации с различными размерами апертуры.
Как видно из рис. - 12, с увеличением размера окна растет способность медианного фильтра подавлять шумовую компоненту. Однако при этом нарастает и эффект кажущейся "расфокусировки" изображения (рис. 11, 12) за счет размытия краев видимых объектов. Этого специфически присущего линейным фильтрам эффекта размытия мы также не наблюдали в случае нелинейной ранговой фильтрации.
Гауссовская фильтрация.
В предыдущем разделе мы рассмотрели "вырожденный" случай линейной фильтрации с однородной маской. Между тем, сама идея свертки изображения с весовой матрицей аналогична ранее рассмотренной идее введения весовой матрицы во взвешенных процентильных фильтрах. Повысить устойчивость результатов фильтрации на краях областей можно, если придать более близким точкам окрестности большее влияние на окончательный результат, чем дальним. Примером реализации этой идеи для окна размера $3\times 3$ является маска
$$ \frac{1}{16}\times \begin{vmatrix} 1&2&1\cr 2&4&2\cr 1&2&1 \end{vmatrix}. $$
Такая маска называется гауссовой; соответственно, и использующий ее линейный фильтр также называется $\it{гауссовым}$. Используя дискретные приближения двумерной гауссовой функции, можно получить и другие гауссовы ядра большего размера. Обратите внимание на то, что $\it{сглаживающие}$ или $\it{фильтрующие}$ маски линейных фильтров должны иметь сумму всех элементов, равную $1$. Данное $\it{условие нормировки}$ гарантирует адекватный отклик фильтра на постоянный сигнал (постоянное изображение Im$ = \const$).
На рис. 13 - 15 приведен пример гауссовой линейной фильтрации зашумленного изображения.
