Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2014 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Инструментальные средства для оптимизации и планирования производства на базе эволюционных метаэвристик [№4 за 2014 год]
Авторы: Афонин П.В., Маликова А.А., Сашилина К.С.
Просмотров: 13327
В статье представлены инструментальные средства, включающие модуль оптимизации на базе эволюционных метаэвристических алгоритмов, которые предназначены для решения задач из трех предметных областей: для оптимизации раскроя материала с динамическим портфелем заказов, для моделирования и оптимизации складской политики цепей поставок и для автоматизированного построения проектных расписаний. Рассмотрены особенности и методы решения задач оптимизации и планирования производства. Отмечается эффективность применения подхода к разработке модифицированных операторов метаэвристического алгоритма, которые в принципах своей работы учитывают ограничения оптимизационной задачи. Рассматривается класс задач оптимизации, для которых целевую функцию сложно или невозможно представить в строгом аналитическом виде – она рассчитывается с помощью метода имитационного моделирования. Среда оптимизации раскроя включает модуль оптимизации на базе генетического алгоритма в сочетании с алгоритмом укладки деталей (блоков кухонного гарнитура). Задаются размеры блоков и их количество, цвет пленки для оклейки блока, срочность изготовления заказа, желаемый коэффициент использования материала. На выходе системы автоматически формируются карты раскроя. Среда управления запасами поддерживает имитационное моделирование многопродуктовых систем, включая двухэшелонные системы и оптимизацию параметров имитационной модели с помощью алгоритма эволюционной стратегии. Оптимизируемыми пара-метрами являются критические уровни заказа товаров и объемы заказов. Критерий включает издержки хранения, затраты на организацию поставок и штрафы за дефицит товара на складе. Среда для построения проектных расписаний поддерживает оптимизацию на базе генетического алгоритма, включающего набор адаптированных под конкретный класс задач операторов скрещивания и мутации, которые обеспечивают получение решений, удовлетворяющих ограничениям задачи.

12. Информационная система анкетирования «Апофаси» [№4 за 2014 год]
Авторы: Камаев В.А., Меликов А.В.
Просмотров: 10064
В статье описывается ПО, реализующее обработку и анализ данных экспертных опросов для получения прогнозной оценки реакций социально-экономических систем на возможные управляющие воздействия. Существующие программные продукты сбора и обработки данных имеют «упущения» при расчете прогнозной оценки реакций социально-экономических систем, основанной на обработке и анализе информации, полученной в ходе экспертного опроса. Следствием этих недостатков является низкая информативность данных, так как зачастую обрабатывается семантически эквивалентная информация, присутствует большое количество пустых значений показателей в таблицах гиперкубов, отсутствует возможность проведения анализа данных, не предусмотренного планом анкетирования, не учитывается степень уверенности эксперта в каждом из вариантов ответа, а также недостаточно полно и точно взвешиваются мнения экспертов, имеющие несколько различающихся по степени уверенности прогнозных оценок реакции системы на возможные управляющие воздействия. С целью устранения перечисленных недостатков разработан процессный подход к процедуре анкетирования, отличающийся от существующих наличием дополнительной обработки результатов экспертного оценивания при проведении их многомерного анализа с целью принятия управленческих решений.

13. Искусственные иммунные системы: обзор и современное состояние [№4 за 2014 год]
Авторы: Чернышев Ю.О., Григорьев Г.В., Венцов Н.Н.
Просмотров: 14147
Решение задач оптимизации является одной из основных сфер применения различных эвристических алгоритмов, вдохновленных как живой, так и неживой природой. В данной статье делается обзор современного состояния, относительно нового класса, биоинспирированных алгоритмов – искусственных иммунных систем. Рассматриваются их проблемы, недостатки и преимущества, актуальные разработки в области искусственных иммунных систем. Работа содержит обзор исследований в области иммунных сетей, иммунного ответа, соматической гипермутации, теории опасности и процессов отбора. Искусственные иммунные системы вызывают все больший интерес, обусловленный тем, что они вобрали в себя лучшие особенности биоинспирированных методов, такие как динамическое расположение элементов из эволюционных алгоритмов и принципы обучения из искусственных нейронных сетей. Так, если иммунные сети относятся к числу самых первых моделируемых процессов из иммунноинспирированных исследований, то теорию опасности и моделирование процессов соматической гипермутации, отбора можно считать довольно молодыми сферами исследований. Однако и иммунные сети сегодня актуальны: они используются как ключевые узлы в гибридных биоинспирированных системах. Различные имплементации таких систем находят новые сферы применения в науке и промышленности. Зачастую сферы применения те же, что и у исследуемых ранее систем эвристических алгоритмов, но также появляются новые, ранее не исследуемые в этом ключе области информационных наук (например data-mining). Обзор текущего состояния искусственных иммунных систем сделан в разрезе разработок зарубежных и отечественных авторов.

14. Использование Synopsys Design Compiler для синтеза самосинхронных схем [№4 за 2014 год]
Автор: Сурков А.В.
Просмотров: 10687
Потребности промышленности в высоконадежных вычислительных комплексах обусловили рост популярности асинхронной логики. Основными достоинствами асинхронных схем являются повышенная сбоеустойчивость и расширенный температурный диапазон эксплуатации. Среди недостатков следует отметить большую длительность проектирования вследствие отсутствия средств автоматизации проектирования асинхронных схем. Самосинхронные схемы являются наиболее простым для проектирования подклассом асинхронных схем. Для их создания чаще всего используется метод перекрестной реализации, который позволяет использовать синхронные схемы в качестве промежуточного этапа. Синхронная схема должна выполнять аналогичную функцию и может быть синтезирована обычным способом. Конвертация промежуточной синхронной схемы в самосинхронную может осуществляться с использованием шаблонов и поэтому легко автоматизируется. В качестве средства автоматизации выбрана система автоматизированного проектирования Synopsys Design Compiler (DC), которая используется для синтеза синхронных схем и может исполнять скрипты, написанные на языке Tcl. Весь процесс создания самосинхронной схемы делится на три этапа: предварительный синтез синхронной схемы из спецификации на языке Verilog HDL, конверсия в два канала и построение схемы индикации окончания переходных процессов. В завершение осуществляется оптимизация нагрузочной способности элементов схемы с использованием возможностей статического временного анализа DC. Все этапы проходятся под управлением одного скрипта, работающего в консоли DC, поэтому процесс полностью автоматизирован. В настоящий момент скрипт ограниченно функционален и может обработать только одну стадию конвейера за запуск.

15. Использование драйвера для тестирования прототипа контроллера Ethernet 1 Гбит/с [№4 за 2014 год]
Автор: Слинкин Д.И.
Просмотров: 10053
В статье описывается созданное в НИИСИ РАН семейство контролеров Ethernet. В настоящее время идет работа над новым перспективным процессором со встроенным контроллером Gigabit Ethernet. Тестирование является частью процесса разработки микросхем и представляет собой трудоемкую задачу. В статье рассматривается проверка модели встроенного сетевого контроллера, проводимая в процессе его разработки. Исследуемый прототип реализован в виде технологической платы на основе программируемой логической интегральной схемы. Существуют раз-личные подходы к верификации проектов микросхем. В статье предлагается методика тестирования сетевых контроллеров, созданная на основе практического опыта. Данное тестирование стало основным этапом проверки прототипа сетевого контроллера. В качестве основы для тестового программного обеспечения предлагается использовать системные программы – драйверы. Обсуждаются задачи, решаемые при помощи программных тестов: первоначальное включение, проверка функциональной пригодности, совместимость с различным оборудованием и операционными системами, программная совместимость с предыдущей версией микросхемы, проверка стабильности и надежности. Особое внимание уделено тестированию производительности и исследованию поведения сетевого контроллера в условиях превышения пределов нормального функционирования. Рассматриваются факторы, влияющие на производительность, а также проблема загрузки процессора при интенсивной сетевой работе и способы ее снижения. Показаны ситуации, которые могут возникнуть при стрессовой нагрузке на контроллер. Кратко оцениваются область применения функциональных тестов, их преимущества и недостатки по сравнению с другими методами тестирования. Обосновывается применение драйверов и готовых тестов в качестве способа снижения трудоемкости. Предлагается план дальнейших работ.

16. Исследование возможностей аппаратного модуля на базе программируемых логических интегральных схем для задач нагрузочного тестирования [№4 за 2014 год]
Автор: Бородин А.А.
Просмотров: 7760
Обеспечение качественного и надежного функционирования информационных систем является исключительно важной задачей. В настоящее время ее решение во многом обеспечивается нагрузочным тестированием, а постоянное развитие данных систем требует повышения его эффективности. Нагрузочное тестирование является сложным и многоплановым процессом, состоящим из множества шагов. Анализ теории и практики показал, что вопросам запуска теста исследователи уделяют недостаточное внимание. Эффективность данной стадии зависит от качества реализации программы нагрузчика и характеристик используемого компьютера. На практике для создания требуемой нагрузки ресурсов одного компьютера не хватает, поэтому существуют методы создания нагрузки на основе распределенных вычислений, которые имеют свои недостатки. Эти методы представлены облачными и кластерными вычислениями, а также объединением совокупности компьютеров посредством локальной сети. В данной статье приведены результаты экспериментов по измерению характеристик аппаратного нагрузчика, который был построен автором на базе программируемых логических интегральных схем с целью повышения эффективности стадии создания нагрузки. Это устройство обеспечивает проведение нагрузочного тестирования без применения дополнительных компьютерных узлов. В рамках данных экспериментов были определены предельные нагрузочные способности созданного прототипа аппаратного нагрузчика. Проведено сравнение полученных результатов с характеристиками существующих компьютерных систем.

17. Исследование производительности ряда итерационных методов решения системы линейных алгебраических уравнений в упругопластической задаче [№4 за 2014 год]
Авторы: Толмачев А.В., Коновалов А.В., Партин А.С.
Просмотров: 9740
Упругопластическая задача с большими пластическими деформациями физически и геометрически существенно нелинейная. Большая часть времени ее решения методом конечных элементов затрачивается на решение системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) относительно искомого вектора обобщенной скорости в узлах конечно-элементной сетки. Для сокращения времени расчетов необходимо использовать параллельные вычисления, в частности, на кластерных системах. Матрица системы несимметричная, имеет большую размерность, является ленточной и разреженной внутри ленты. Использование прямых методов для решения СЛАУ приводит к образованию заполнения внутри ленты и большим затратам как памяти, так и времени счета. На базе решения тестовой задачи сжатия параллелепипеда плоскими плитами выполнен вычислительный эксперимент на кластере «Уран» Института математики и механики УрО РАН с целью анализа производительности параллельных итерационных методов релак-сации, BiCGStab и GMRES решения СЛАУ в упругопластической задаче с большими пластическими деформациями. Рассмотрена эффективность применения параллельных предобуславливателей ILU, ILUT, ILUC, SAINV, SAAMG в методе BiCGStab. Выполнена оценка погрешности времени решения СЛАУ, вносимой стохастичностью процесса передачи данных по сети кластерной системы. Результаты вычислительного эксперимента показали, что метод релаксаций по сравнению с методами BiCGStab и GMRES требует значительно большего времени на решение СЛАУ, поэтому является неэффективным. Метод GMRES затрачивает наименьшее время на решение СЛАУ на небольшом количестве процессов, однако метод BiCGStab обладает лучшим ускорением, хорошей масштабируемостью и при использовании большого количества процессоров обеспечивает наименьшее время на решение СЛАУ. Случайное отклонение времени решения СЛАУ, вызванное стохастической задержкой сети, не превышает 5 % от среднего. Предобуславливатель ILUC является наиболее эффективным из рассмотренных по времени выполнения, однако предобуславливатель SAINV требует наименьшего количества итераций решения СЛАУ методом BiCGStab.

18. Комплекс программ для индуктивного формирования баз медицинских знаний [№4 за 2014 год]
Автор: Смагин С.В.
Просмотров: 8603
В статье представлено описание комплекса программ InForMedKB (Inductive Formation of Medical Knowledge Bases), позволяющего создавать обучающие выборки (состоящие из историй болезни различных разделов медицины) и на их основе (в форме, принятой в медицинской литературе) индуктивно формировать базы медицинских знаний, содержащие описания заболеваний, а также объяснение этих баз знаний. В разработанном комплексе реализован алгоритм обучения (решающий задачи классификации и кластеризации в их новых постановках, представленных как частный случай задачи оценки значений параметров модели зависимости, которая обусловливает качество разработанного для нее алгоритма обучения) для практически полезной и хорошо интерпретируемой математической модели зависимости с параметрами, являющейся онтологией медицинской диагностики, приближенной к реальной (заданной системой логических соотношений с параметрами). Этот алгоритм по обучающей выборке находит значения параметров (базу медицинских знаний) указанной модели, близкие к значениям, характеризующим предметную область медицинской диагностики. При помощи данного комплекса на основе обучающей выборки реальных данных, содержащей истории болезни из раздела медицины «острый живот», индуктивно сформирована база медицинских знаний, обладающая высоким уровнем интерпретируемости для практикующего врача. Входящие в полученную базу знаний описания заболеваний, по оценке эксперта, соответствуют знаниям, имеющимся в научной и учебной медицинской литературе, а в ряде случаев дополняют их описанием динамики клинических проявлений. Формальное представление баз медицинских знаний, получаемых при помощи разработанного комплекса, позволяет использовать их в экспертных системах медицинской диагностики.

19. Метод рир-проекции в подсистеме визуализации тренажерно-обучающей системы [№4 за 2014 год]
Авторы: Гиацинтов А.М., Мамросенко К.А.
Просмотров: 9968
В ряде отраслей (например в авиационно-космической) в настоящее время ощущается нехватка квалифицированных специалистов, способных профессионально управлять сложными техническими системами. Требуются многократное повышение производительности учебных центров, в том числе за счет внедрения новых методик подготовки, и создание более совершенной тренажерной базы. Мультимедийные технологии при построении тренажерно-обучающих систем позволяют создавать банки данных учебных материалов, содержащие изображения, тексты, сопровождающиеся аудио, видео и другими визуальными эффектами; включают в себя интерактивный интерфейс; позволяют эффективно использовать накопленную информацию при организации дистанционного и распределенного обучения. Одним из видов мультимедийной информации, использующейся в тренажерно-обучающих системах, является графический виртуальный образ инструктора. Для его внедрения в единое синтезированное трехмерное окружение создан метод рир-проекции, базирующийся на методе 3D-кеинга. Основной идеей технологии кеинга является выделение объекта от однородного фона. Данный процесс можно описать как процесс создания маски, содержащей информацию о прозрачности изображения и отделяющей объект от остального изображения. Так как любая реализация кеинга ресурсоемка, при обработке изображений большого размера на центральном процессоре трудно достичь работы подсистемы визуализации в реальном масштабе времени. Это требование к под-системе визуализации является одним из базовых, поэтому разработано решение, позволяющее использовать вычислительную мощность графического процессора для реализации кеинга.

20. Методика и программный комплекс для динамического поиска уязвимостей в бинарном коде [№4 за 2014 год]
Автор: Шудрак М.О.
Просмотров: 7724
В работе дается описание оригинальной методики для динамического анализа уязвимостей в бинарном коде, которая позволяет проводить тестирование различных приложений, взаимодействующих в сети. Уязвимые сетевые программные продукты представляют огромную угрозу для безопасности различных информационных систем. Уязвимости в web-браузерах или в серверном программном обеспечении могут иметь серьезные последствия. Отличный пример – критическая уязвимость «HeartBleed», обнаруженная в реализации TLS OpenSSL и позволяющая злоумышленнику удаленно и без авторизации получать критическую информацию, в том числе закрытые ключи пользователей на уязвимом сервере. Для решения описанной проблемы используется сочетание технологий динамической бинарной инструментации, анализа покрытия кода и так называемого фаззинга – технологии генерации потенциально ошибочных данных и мо-ниторинга результата. Подход позволяет проводить итеративный анализ для заданного сетевого приложения в тестовой среде с использованием средств виртуализации. Для повышения качества тестирования в работе представлен новый подход к эффективному анализу каждой тестовой итерации с использованием анализа покрытия кода, оценки сложности участка выполненного кода с их после-дующей визуализацией. Описывается реализация методики в виде единого программного комплекса, позволяющего проводить поиск уязвимостей в сетевых и файловых приложениях со значительным уровнем производительности и автоматизации тестирования. Помимо этого, приводится экспериментальная оценка эффективности предложенного решения на 17 тестовых приложениях для различных операционных систем. В результате экспериментов были найдены две ранее неизвестные уязвимости в нескольких популярных приложениях, что подтверждает эффективность использования методики и программного комплекса для решения задачи поиска уязвимостей в бинарном коде.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Следующая → ►