Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2018 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

21. Облачная платформа IACPaaS для разработки оболочек интеллектуальных сервисов: состояние и перспективы развития [№3 за 2018 год]
Авторы: Грибова В.В., Клещев А.С., Москаленко Ф.М., Тимченко В.А., Федорищев Л.А., Шалфеева Е.А.
Просмотров: 6811
В работе описаны основные характеристики и функциональные возможности платформы облачных вычислений IACPaaS, которая поддерживает три модели предоставления облачных сервисов – PaaS, SaaS и DaaS. Платформа предназначена для разработки специализированных (то есть ориентированных на определенные предметные области и/или классы решаемых задач) оболочек интеллектуальных сервисов, а также прикладных интеллектуальных сервисов с использованием таких оболочек, которые при этом предоставляются и как облачные сервисы платформы. Создание (сопровождение) прикладных сервисов с помощью оболочки сводится к формированию (модификации) базы знаний с использованием предоставляемых этой оболочкой средств формирования баз знаний и связыванию ее с решателем задач. Решатель задач состоит из набора агентов – программных компонентов, взаимодействующих друг с другом посредством обмена сообщениями. В специализированных оболочках при представлении знаний используется специфичное для предметной области концептуальное представление, определяемое онтологией той области, для которой создается оболочка. Такая проблемно-ориентированная модель (язык) представления знаний используется средством формирования баз знаний для генерации ориентированного на экспертов предметной области пользовательского интерфейса. В результате эксперты могут формировать и сопровождать базы знаний и данных в привычной для себя системе понятий (без посредников в лице инженеров-когнитологов или дополнительного обучения), не совершая ошибок в использовании языка представления знаний. Платформа IACPaaS предоставляет базовую (универсальную) и множество специализированных технологий разработки оболочек прикладных интеллектуальных сервисов с использованием инструментальных средств поддержки этих технологий. Также предоставляется технология взаимодействия агентов решателей задач с внешним (не входящим в состав платформы IACPaaS) программным обеспечением. Она основана на стандартном механизме обработки http-запросов и возможности запуска исполняемых файлов внешнего программного обеспечения из программ (скриптов), расположенных на web-сервере.

22. Повышение скорости логического вывода продукционных экспертных систем путем использования аспектно-ориентированного подхода [№3 за 2018 год]
Авторы: Гончаров А.А., Семенов Н.А.
Просмотров: 5786
Каждая экспертная система базируется на модели представления знаний. К наиболее общим моделям относятся продукционная модель, семантические сети и фреймы. Наиболее распространено применение продукционной модели. В статье рассматривается актуальный недостаток продукционных систем, связанный с низкой эффективностью процесса логического вывода, по сравнению с другими моделями представления знаний. Описан предлагаемый способ повышения эффективности процесса логического вывода в продукционных системах, основанный на использовании аспектно-ориентированного подхода. Аспектно-ориентированный подход позволяет выявлять пересекающиеся функциональные элементы и обеспечивать их консолидацию в ходе создания архитектуры и реализации системы. Впервые представленный в 1997 году, данный подход популярен и в настоящее время. В качестве примера приводится набор из продукционных правил экспертной системы выбора требований, предъявляемых к заданному уровню контроля в соответствии с требованиями руководящих документов. В данном наборе продукционных правил фактами являются значения уровней контроля, а в виде действий представлены требования, предъявляемые к выбранному уровню контроля. Предложенный аспектно-ориентированный подход к организации продукционных систем позволил повысить скорость логического вывода в экспертных системах. Сокращение количества операций при поиске решения и избавление от перебора фактов и действий стало возможным благодаря выделению в аспекты пересекающихся фактов и действий из набора продукционных правил.

23. Повышение точности расчета систем автоматического управления с запаздыванием [№3 за 2018 год]
Авторы: Тхан В.З., Дементьев Ю.Н., Гончаров В.И.
Просмотров: 3313
В статье рассматриваются вопросы точности задач синтеза систем автоматического управления объектами с запаздыванием. Они охватывают традиционный подход на основе аппроксимации передаточной функции звена запаздывания его дробно-рациональным выражением, а также оригинальный путь, позволяющий сохранить точное описание звена запаздывания при решении задач синтеза регуляторов систем автоматического управления. В работе выбран последний вариант, который базируется на привлечении частного случая преобразования Лапласа, обеспечивающего переход к описанию динамических систем в форме функций-изображений, имеющих вещественную переменную. Этот численный метод дает возможность получать дискретные модели динамических систем, сочетая преимущества численных методов и цифровых вычислительных средств. На основе численного метода рассмотрены три актуальные задачи синтеза и исследования систем указанного класса. Первая из них связана с аппроксимацией звена запаздывания. Представлен сравнительный анализ подходов, базирующихся на отрезках ряда Тейлора, дроби Паде и численного метода. Выявлены преимущества последнего: более высокая точность и, главное, возможность перераспределения погрешности приближения в области малых/больших значений времени. В рамках второй задачи показана возможность формирования и решения уравнения синтеза систем автоматического управления без аппроксимации звена запаздывания, обеспечивая достижение потенциально возможной точности синтеза. Третья задача раскрывает возможности численного метода в оценивании точности синтеза систем автоматического управления и сравнения нескольких вариантов. Предложен вариант оценивания, не требующий аппроксимации звена запаздывания. Результаты проиллюстрированы примерами расчетов.

24. Подходы к идентификации сетевых потоков и организации маршрутов трафика в виртуальном центре обработки данных на базе нейронной сети [№3 за 2018 год]
Авторы: Болодурина И.П., Парфёнов Д.И.
Просмотров: 6188
Ежегодно растет трафик, циркулирующий в сетях передачи данных, и на сегодняшний день его основу составляет трафик Big Data. Целью данного исследования является разработка новых методов маршрутизации трафика в наложенных сетях виртуальных центров обработки данных. Эффективное построение маршрутов в современных компьютерных сетях, обрабатывающих большие потоки данных, является одним из важнейших показателей работы центров обработки данных. Для решения данной задачи авторами разработан ансамбль моделей, описывающий подход к построению адаптивных маршрутов в наложенных сетях виртуального центра обработки данных. Новизна предлагаемого решения заключается в разработке гибридного подхода, позволяющего на основе методов интеллектуального анализа данных осуществлять управление маршрутизацией в сети виртуального центра обработки данных с учетом данных о состоянии сетевых узлов, наложенных каналов связи и требований QoS, предъявляемых потоками трафика. Предложенная в работе модель идентификации маршрутов позволяет решать такие задачи, как определение порядка использования цепочек наложенных каналов связи в сети виртуального центра обработки данных и установление правил для обеспечения качества обслуживания для критически важного трафика. На базе построенных моделей реализовано программно-алгоритмическое решение, представляющее собой модуль для контроллера программно-конфигурируемой сети. Описанный в данной статье алгоритм позволяет получать наборы квазиоптимальных и оптимальных правил маршрутизации за полиномиальное время. Эффективность предложенного решения доказана путем эксперимен-тального исследования с использованием реальной сетевой инфраструктуры виртуального центра обработки данных. Сопоставление результатов экспериментального исследования, проводившегося с использованием известных алгоритмов маршрутизации, показало не только сокращение времени отклика в сети, но и снижение нагрузки на сетевые узлы, обрабатывающие трафик.

25. Применение метода английского аукциона при планировании заданий с абсолютными приоритетами в распределенной вычислительной системе [№3 за 2018 год]
Авторы: Баранов А.В., Молоканов В.В., Телегин П.Н., Тихомиров А.И.
Просмотров: 5594
В статье рассматривается задача планирования заданий с абсолютными приоритетами в территориально распределенной вычислительной среде, для решения которой могут быть эффективно применены аукционные методы. В большинстве современных работ по этой тематике используется рыночная модель, в которой предметом аукционных торгов (товаром) выступают вычислительные ресурсы, а продавцами – их владельцы. Покупателями являются пользователи, участвующие в аукционе с целью приобретения вычислительных ресурсов для выполнения своих заданий. Продавцы стремятся получить максимальную прибыль, покупатели выполнить свои задания с наименьшими затратами. Подобная модель предполагает наличие у пользователей-покупателей определенных бюджетов в условных или реальных деньгах, при этом приоритет задания фактически определяется той ценой, которую пользователь готов заплатить за выполнение задания к определенному сроку на выставленных на торги вычислительных ресурсах. Исследуемая авторами модель территориально распределенной вычислительной среды отличается от известных тем, что приоритеты заданий являются абсолютными и назначаются по единым правилам. Главная цель – скорейшее выполнение высокоприоритетных заданий. В этом случае теряет смысл понятие бюджета пользователя, и классические аукционные модели перестают работать. Авторы предлагают новый подход, при котором предметом аукционных торгов становятся задания, а владельцы ресурсов выступают в роли покупателей, расплачивающихся за задания имеющимися в наличии свободными вычислительными ресурсами. При таком подходе авторы рассматривают английский аукцион как наиболее предпочтительный метод планирования в территориально распределенной вычислительной среде заданий с абсолютными приоритетами. Главной характеристикой алгоритма планирования, основанного на методе английского аукциона, становится длительность проведения торгов (продолжительность аукциона). В статье приведены результаты экспериментов по определению оптимальной продолжительности английского аукциона по отношению к среднему времени обработки задания.

26. Принципы построения программного комплекса для теплового проектирования электронных систем [№3 за 2018 год]
Авторы: Мадера А.Г., Кандалов П.И.
Просмотров: 5929
В работе рассматриваются концептуальные вопросы разработки программного комплекса для теплового проектирования сложных электронных систем и проведения многовариантного компьютерного моделирования нестационарных, нелинейных, детерминированных и стохастических тепловых процессов и температурных полей в электронных системах любой сложности и при воздействии дестабилизирующих факторов. Многофункциональный программный комплекс должен обеспечивать графическое представление исходных данных и результатов вычислений температурных распределений и тепловых характеристик в виде таблиц, графиков, диаграмм и т.п. Вычислительные алгоритмы, реализующие математические модели программного комплекса, должны быть реализованы и оптимизированы как для пользовательских компьютеров, так и для суперкомпьютерных систем путем их распараллеливания с помощью программных интерфейсов Open Multi-Processing (OpenMP) и Message Passing Interface (MPI). Основным языком программирования разрабатываемого комплекса является язык C#, обеспечивающий крос-сплатформенность, скорость и удобство разработки, поддержку выборочной оптимизации на языках C++ и C. Средой разработки служит Microsoft Visual Studio под управляемой ОС Windows, при этом адаптация под другие платформы обеспечивается кроссплатформенной средой исполнения Mono. Рассмотрена архитектура проектируемого программного комплекса, которая представляет собой трехуровневую модель, включающую уровни представления данных, доменную модель и уровень данных, позволяющих оптимизировать программный комплекс, расширять его функциональные возможности и адаптировать под требуемые платформы.

27. Программа расчета настроек регуляторов методом расширенных частотных характеристик [№3 за 2018 год]
Авторы: Марголис Б.И., Мансур Г.А.
Просмотров: 8561
В статье рассмотрена постановка задачи расчета настроек типовых общепромышленных регуляторов в системах автоматического управления технологическими объектами. Показана возможность применения критерия устойчивости Найквиста для расширенных частотных характеристик систем. Сформулирована задача обеспечения необходимого качества переходного процесса в замкнутой системе за счет обеспечения заданной степени колебательности. Получено условие заданной колебательности системы, обеспечивающее нахождение настроек регулятора на линии равного затухания. Рассмотрена расширенная частотная характеристика ПИД-регулятора для случая введения в нее составляющей в виде реального дифференцирующего звена. Получены формулы для нахождения настроек ПИД-регулятора с использованием расширенных частотных характеристик в виде параметрических зависимостей. Приведены соотношения, получающиеся из общих формул для ПИ- и ПД-регуляторов. На основе предложенного метода в среде MatLab разработана программа, позволяющая рассчитать оптимальные настройки регулятора по критерию минимального отклонения времени переходного процесса и перерегулирования от заданных значений. Приведены результаты расчета настроек ПИД-регулятора для контрольного примера и полученные линии равного затухания. Показаны наилучшие по критерию качества переходные процессы для каждой из линий равного затухания и оптимальный процесс, удовлетворяющий требуемым характеристикам качества. Показаны недостатки метода расширенных частотных характеристик в предложенной постановке. Рассмотрены возможности альтернативной постановки задачи синтеза настроек регуляторов и применение предложенных методов для нахождения настроек регуляторов в многоконтурных системах автоматического управления технологическими объектами.

28. Развитие алгоритма спонтанного структурирования цифровых изображений природных комплексов [№3 за 2018 год]
Авторы: Островский Э.Я., Румянцев С.В., Фадеев В.А.
Просмотров: 4337
Рассматривается совершенствование алгоритма спонтанного формирования непротиворечивой структуры на объектах цифровой матрицы с данными наблюдения параметров (магнитных, гравиметрических, радиоактивных и др.) исследуемого природного комплекса. Приводится постановка задачи, рассматривается технология спонтанного структурирования, альтернативная традиционным технологиям, которая, выявляя стабильные свойства-признаки, создает непротиворечивую уникальную (единственно возможную) структуру. Рассматривается алгоритм как последовательность ключевых этапов, составляющих основу технологии спонтанного формирования непротиворечивой структуры. Дается краткий обзор применения технологии. Авторы подчеркивают роль человека как эксперта в использовании технологии спонтанного формирования непротиворечивой структуры. В заключении перечисляются возможные приложения технологии. Таким образом, дано развитие технологии (концепция, алгоритм, ПО) формирования непротиворечивой структуры в виде совокупности непересекающихся устойчивых многомерных однородностей – ассоциаций по смежности. Последние – области адекватной экстраполяции (прогнозирования) для образующих их объектов.

29. Разработка и программная реализация гибридного алгоритма решения оптимизационных задач автоматизированного проектирования [№3 за 2018 год]
Авторы: Гладков Л.А., Лейба С.Н., Тарасов В.Б.
Просмотров: 8385
В статье рассмотрен гибридный алгоритм решения сложных оптимизационных задач проектирования на примере решения задач размещения и трассировки элементов схем цифровой электронно-вычислительной аппаратуры. Приведена постановка задачи, выбраны ограничения области допустимых решений и сформулирован критерий оценки качества получаемых решений. Предложен новый гибридный подход к решению рассматриваемой задачи на основе сочетания эволюционных методов поиска, математического аппарата нечеткой логики и возможностей параллельной организации вычислительного процесса, а также модифицированный оператор миграции для обмена информацией между популяциями решений в процессе выполнения параллельных вычислений. Разработана структура параллельного гибридного алгоритма. Показана реализация модуля нечеткого управления на основе использования многослойной нейронной сети и функции Гаусса. Отмечены основные отличия предложенной структуры нейронной сети от традиционных нейронных сетей. Сформулированы основные принципы работы блока нечеткого управления. Подробно рассмотрены особенности программной реализации предложенного гибридного алгоритма. Сформулированы требования к архитектуре разрабатываемой программы с учетом необходимости поддержки свойств модульности и расширяемости приложения. Приведены примеры описания элемента печатной платы на основе существующих спецификаций. Описана структура интерфейса, представлены основные элементы графического интерфейса разработанного приложения. Для оценки качества получаемых решений и процесса поиска решений в целом предложено использовать параметры, характеризующие динамику изменения среднего и лучшего значений целевой функции, а также разнообразие популяции. Дано краткое описание проведенных вычислительных экспериментов, подтвердивших эффективность предло-женного метода. Показаны зависимости вероятности выполнения генетических операторов от значений управляющих параметров.

30. Система моделирования поведения групп робототехнических агентов с элементами социальной организации Кворум [№3 за 2018 год]
Авторы: Карпов В.Э., Ровбо М.А., Овсянникова Е.Е.
Просмотров: 9807
В работе описана архитектура среды многоагентного моделирования Кворум, разработанной для реализации конструктивных решений и алгоритмов индивидуального поведения агентов-роботов, а также для моделирования поведения больших групп роботов. Основной задачей системы является инструментальное обеспечение исследований в области применения методов социальной организации в групповой робототехнике. Кворум – это прототип системы имитационного и агентного моделирования, которая должна адекватно абстрагировать сложность физической системы, обеспечивая удобные интерфейсы и библиотечные модули для моделирования групп мобильных роботов и отдельных внутренних структур агента. Она была построена как модульная, легко расширяемая система, ориентированная на моделирование систем с большим количеством агентов за счет упрощения физических и других эффектов, а также благодаря способности выполнять моделирование с использованием параллельных вычислений. Показано, что предлагаемый метод моделирования подобных систем применим к широкому спектру задач из области групповой робототехники с элементами социальной структуры (а также роевой и групповой робототехники в целом). Некоторые особенности архитектуры и модели, используемые в Кворум, позволяют расширить ее в последующих итерациях для полной поддержки моделирования на параллельных вычислительных системах. Одной из важных особенностей Кворум является ориентация на управление реальными робототехническими системами. Для этого система обеспечивает использование одинаковых интерфейсов управления как для вычислительной модели, так и для реальных роботов. Система была апробирована на ряде характерных для групповой робототехники задач, особенно тех, которые используют механизмы социальной структуры, а также на группе лабораторных роботов разных типов, поддерживающих интерфейс системы моделирования Кворум.

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