ВИКОРИСТАННЯ ДИСПЕРСІЇ АЛЛАНА ДЛЯ ІДЕНТИФІКАЦІЇ НОРМАЛЬНОЇ РОБОТИ СЕНСОРНИХ ВУЗЛІВ

Автор(и)

  • В. Г. Крижановський Донецький національний університет імені Василя Стуса, Вінниця
  • В. Ф. Комаров Донецький національний університет імені Василя Стуса, Вінниця
  • С. П. Сергієнко Донецький національний університет імені Василя Стуса, Вінниця
  • Л. В. Загоруйко Донецький національний університет імені Василя Стуса, Вінниця

DOI:

https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-156-3-78-83

Ключові слова:

інтернет речей, кіберфізичні системи, дисперсія Аллана, безпека, розлад процесу

Анотація

Під час передачі даних вимірювань у кіберфізичних системах та інтернеті речей існує загроза як виходу з ладу сенсорних вузлів, так і несанкціонованого втручання у роботу системи. Враховуючи велику кількість таких вузлів та обмеження з боку енергоспоживання, що обмежує трафік та обчислювальні ресурси систем, а також потребу повної автоматизації їхньої роботи з огляду на економічну недоцільність обслуговування, виникає потреба в розробці та удосконалені методів контролю роботи сенсорних вузлів. Пропонується використовувати один зі статистичних методів дослідження стохастичних процесів у часових послідовностях, що представляють реалізації випадкових результатів вимірювання — дисперсію Аллана або загальніше поняття структурних функцій. Перевагою цього методу є придатність обчислювати статистичні характеристики нестаціонарних процесів та визначали спектральні залежності різних видів шуму, при цьому обчислювальні витрати є доволі помірними.

В роботі проведено застосування дисперсії Аллана для обробки модельних даних температури та вологості з давача системи інтернету речей на базі Arduino, обчислені залежності відхилення Аллана та схожих модифікацій в залежності від інтервалу усереднення. Для типових режимів роботи вимірювачів в системі Інтернету речей залежності відхилення Аллана відповідають типу шуму «випадкові блукання», що підтверджується розрахунками на різних інтервалах вимірювання. Досліджено вплив різних видів шуму на хід цих залежностей та вибрано мінімальний набір параметрів, які можуть за обмеженого масиву даних характеризувати нормальний процес вимірювання або можливі природні та штучні порушення нормальної роботи. Вказано на можливість розділення процесу статистичної обробки між сенсорним вузлом і контролером мережі Інтернету речей, що дозволить зменшити трафік і, відповідно, витрати енергії сенсорним вузлом.

Біографії авторів

В. Г. Крижановський, Донецький національний університет імені Василя Стуса, Вінниця

д-р техн. наук, професор, професор кафедри інформаційних технологій

В. Ф. Комаров, Донецький національний університет імені Василя Стуса, Вінниця

провідний інженер навчально-практичної лабораторії технології інтернету речей кафедри інформаційних технологій

С. П. Сергієнко, Донецький національний університет імені Василя Стуса, Вінниця

канд. фіз.-мат. наук, доцент, доцент кафедри інформаційних технологій

Л. В. Загоруйко, Донецький національний університет імені Василя Стуса, Вінниця

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри інформаційних технологій

Посилання

А. Ф. Романенко, и Г. А. Сергеев, Вопросы прикладного анализа случайных процессов. М.: Советское радио, 1968.

А. Н. Ширяев, Статистический последовательный анализ. Москва: Наука, 1976.

M. T. Khan, D. Serpanos and H. Shrobe, “ARMET: Behavior-Based Secure and Resilient Industrial Control Systems,” in Proceedings of the IEEE, vol. 106, no. 1, pp. 129-143, Jan. 2018, https://doi.org/10.1109/JPROC.2017.2725642.

G. E. P. Box, G. M. Jenkins, G. C. Reinsel, and G. M. Ljung, Time Series Analysis: Forecasting and Control, 5th Edition. Wiley. June 2015, 712 p.

Б. Яворський, і Ю. Лещишин, «Достовірність методу визначення розладки ритмокардіосигналу,» Вісник ТНТУ, т. 73, № 1, с. 252-258, 2014.

Т. Л. Щербак, «Моделі і задачі досліджень циклічного процесу електроспоживання,» Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України. Київ, Україна, 2009, с. 49-56.

В. Д. Бровко, О. Є. Архипов, і О. М. Скубак, «Визначення моменту розладки інформаційного потоку» на ХІ Всеукраїнська науково-практична конф. Актуальні проблеми управління інформаційною безпекою держави. Київ, 15 травня 2020 р., с. 73-76.

И. Е. Антипов, и Т. А. Василенко, «Идентификация мобильных устройств по особенностям спектров их сигналов,» Радіотехніка, міжвід. наук-техн. зб, вип. 201, с. 91-97, 2020.

K. Draganová, V. Moucha, T. Volcko, and K. Semrád, “Non-Stationary Noise Analysis of Magnetic Sensors using Allan Variance,” Acta Physica Polonica, 131(4), pp. 1126-1128, 2017.

S. L. J. Gierkink, “Control Linearity and Jitter of Relaxation Oscillators.” PhD Thesis, 1999. Accessed: https: //research. utwente.nl/en/publications/control-linearity-and-jitter-of-relaxation-oscillators .

S. Bregni, “Twenty-Five Years of Applications of the Modified Allan Variance in Telecommunications,” in IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 63, no. 4, pp. 520-530, 2016, https://doi.org/10.1109/TUFFC.2015.2495009.

В. Г. Крижановський, В. Ф. Комаров, С. П. Сергієнко, і В. В Крижановський, «Безпека сенсорів в кіберфізичних системах,» на Міжн. науково-техн. конф. "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах" (ВОТТП-2021), Одеса, 2021, 3 с.

Т. Marusenkova, “Analysis of the influence of sample rates on the allan variance ,” Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Інформаційні системи та мережі, вип. 5, с. 53-61. 2019.

ALAVAR Software, “ALANOISE : NOISE GENERATION FREEWARE.” [Electronic resource]. Available: http://www.alavar.org .

В. Я. Карташов, и М. А. Новосельцева, «Способ идентификации линейного объекта,» Патент РФ №2189622. 2002. Бюл. № 26.

##submission.downloads##

Переглядів анотації: 22

Опубліковано

2021-06-20

Як цитувати

[1]
В. Г. Крижановський, В. Ф. Комаров, С. П. Сергієнко, і Л. В. Загоруйко, «ВИКОРИСТАННЯ ДИСПЕРСІЇ АЛЛАНА ДЛЯ ІДЕНТИФІКАЦІЇ НОРМАЛЬНОЇ РОБОТИ СЕНСОРНИХ ВУЗЛІВ», Вісник ВПІ, вип. 3, с. 78–83, Чер 2021.

Номер

Розділ

Інформаційні технології та комп'ютерна техніка

Метрики

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають