Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2020 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам |

1. Оптимизация скорости VPN для удаленной работы с использованием маршрутизаторов с ARM-процессорами [№4 за 2020 год]
Авторы: Андреев С.В., Хлупина А.А.
Просмотров: 3923
Данная статья посвящена задачам оптимизации скорости VPN-соединения при использовании маршрутизаторов с процессорами ARM. В современных условиях на многих предприятиях и в учреждениях по всему миру встает актуальный вопрос обеспечения доступа сотрудников, а также удаленного филиала или подразделения к ресурсам локальной сети головного офиса. В статье рассматривается возможность подключения сотрудников по зашифрованному VPN-каналу с использованием современных бытовых маршрутизаторов с ARM-процессорами. При таком подходе обеспечивается автоматическое подключение всех устройств удаленного пользователя к ресурсам локальных сетей головного офиса, предприятия и нет необходимости для IT-специалистов предприятия настраивать каждое устройство пользователя в отдельности. В работе рассматривается решение ключевой проблемы такого подхода, а именно обеспечение максимальной скорости зашифрованного VPN-подключения и, следовательно, ускорение программных компонентов маршрутизаторов, включенных в его ПО для скоростного зашифрованно-го VPN-соединения. Рассматривается оптимизация скорости алгоритмов шифрования и дешифровки с использованием особенностей целевого процессора устройства, таких как распараллеливание выполнения инструкций процессора с помощью SIMD, общее улучшение производительности маршрутизатора при использовании оптимальных опций компилятора, нетрадиционное использование PCI-устройств аппаратного шифрования, использование альтернативных вариантов современных VPN-сетей для маршрутизаторов с относительно маломощным по тактовой частоте центральным ARM-процессором, но содержащим более двух ядер, обеспечивая при этом многопоточность VPN-канала.

2. Моделирование процесса теплопроводности с использованием систем клеточных автоматов [№4 за 2020 год]
Авторы: Бобков С.П., Галиаскаров Э.Г.
Просмотров: 3387
Статья посвящена вопросам использования дискретных динамических моделей в качестве альтернативы классическим методам исследования тепловых процессов химической технологии. Адекватное описание явлений при передаче тепла является чрезвычайно важной задачей как в теоретическом плане, так и с позиций практического использования тепловых процессов. Кроме того, современные методы обучения требуют внедрения электронных учебников, виртуальных лабораторных практикумов, моделирующих программ, которые также нуждаются в корректном описании исследуемых явлений. Классический подход к моделированию передачи тепла в сплошной среде предполагает использование уравнений теплопроводности, в которых теплофизические характеристики материалов обычно являются константами. Учет влияния температуры на характеристики материалов приводит к необходимости исследовать нелинейные уравнения, что вызывает значительные вы-числительные сложности. В связи с этим целесообразно использовать принципиально иные под-ходы к моделированию теплопроводности, одним из которых являются модели на основе систем клеточных автоматов. В работе использованы дискретные динамические модели в виде систем детерминированных клеточных автоматов. При этом сплошная среда рассматривается как совокупность взаимодействующих элементов, поведение которых полностью описывается локальными функциями. Описаны основные подходы и общая методология разработки дискретных моделей. Рассмотрены примеры использования систем клеточных автоматов для моделирования нелинейных процессов теплообмена с учетом неоднородности материала и наличия в нем объемных источников переменной мощности. Полученные данные дискретного моделирования хорошо согласуются с результатами использования классического подхода и не противоречат общепринятым взглядам, принятым в теории тепловых явлений. В работе показаны особенности дискретного подхода в сравнении с применением уравнений в частных производных с нелинейными коэффициентами, указаны достоинства и недостатки.

3. Метод функционирования системы бортовых РЛС при обеспечении скрытности их работы на излучение [№4 за 2020 год]
Авторы: Богданов А.В., Закомолдин Д.В., Акимов С.И.
Просмотров: 3356
Живучесть летательного аппарата военного назначения в существенной степени зависит от живучести его бортовой РЛС, основными направлениями повышения которой являются, во-первых, применение многопозиционного принципа построения бортовых РЛС, во-вторых, повышение скрытности ее работы на излучение. В статье поставлена и решена задача разработки метода, объединяющего данные направления повышения живучести. Применение многопозиционного принципа реализовано за счет объединения всех бортовых РЛС в единую систему, управляемую бортовой РЛС самолета-лидера, определяемого заранее и выполняющего функцию пункта обработки радиолокационной информации, поступающей с бортовых РЛС всех самолетов группы, и выдачи информации на все самолеты группы о требуемых параметрах работы их бортовых РЛС. Обеспечение скрытности работы си-стемы бортовых РЛС на излучение при обнаружении группы самолетов противника, оснащенных станциями радиотехнической разведки, реализовано посредством приема на каждой бортовой РЛС системы информации с самолета-лидера о требуемых параметрах работы их бортовых РЛС, а именно значений средней мощности излучения передатчика, времени когерентного накопления в приемнике и времени облучения воздушной цели и формирования текущих значений данных управляемых параметров работы бортовой РЛС таким образом, чтобы разность между требуемыми и текущими значениями параметров работы бортовых РЛС была равна нулю. Проводимые на борту самолета-лидера вычисления, приведенные в статье, выдача результатов вычислений на каждую бортовую РЛС системы, а также управление параметрами работы каждой бортовой РЛС системы позволяют контролировать отношение сигнал/шум, формируемое на входе приемников всех станций радиотехнической разведки противника, и тем самым обеспечить скрытность работы системы бортовых РЛС на излучение с заданной вероятностью при обнаружении группы самолетов противника, оснащенных станциями радиотехнической разведки.

4. Экспериментальный анализ точности и производительности разновидностей архитектур YOLO для задач компьютерного зрения [№4 за 2020 год]
Авторы: Боков П.А., Кравченя П.Д.
Просмотров: 3658
В повседневную жизнь все активнее внедряются беспилотные автомобили. Для достижения полноценной автономности при поездке они используют системы компьютерного зрения, отвечающие за анализ состояния светофоров, знаков и других объектов, которые могут появляться на дороге. На сегодняшний день стандартом в этой области является архитектура YOLOv1, однако она уже устарела. В связи с этим идет разработка системы компьютерного зрения для беспилотного автомобиля на базе современных технологий. Существует проблема выбора архитектуры компьютерного зрения, которая будет отвечать за анализ дорожного трафика. В первую очередь, она должна быть быстрой и точной, так как дорожный трафик меняется очень интенсивно, а точность определения напрямую влияет на степень задействованности пассажира-водителя в процессе, чтобы избежать аварийных ситуаций. Помимо этого, архитектура должна занимать как можно меньше вычислительных мощностей и не потреблять большое количество энергоресурсов. Для исследования данных проблем было принято решение о проведении эксперимента, который позволил бы выявить слабые и сильные стороны раз-личных YOLO-архитектур. К тому же данные, предоставляемые исследователями, сильно разнятся из-за использования разного оборудования, на котором осуществляются обучение и тестирование сетей, что не дает возможности использовать их для объективной оценки. В статье анализируются различные разновидности архитектуры YOLOv3 и ее версии для маломощных вычислительных систем YOLOv3-tiny, описываются их преимущества и недостатки при использовании в системах компьютерного зрения. Эксперименты выполняются на едином оборудовании для всех анализируемых вариантов архитектур. Проводится экспериментальное исследование точности и производительности различных вариантов архитектур YOLO. Для обучения и тестирования используется датасет VOC2012. В результате исследования определяются сильные и слабые стороны рассматриваемых архитектур и анализируются варианты дальнейшего развития технологии с учетом роста мощностей вычислительных систем и появления новых технологических решений.

5. Метод синтеза адаптивной радиотехнической следящей системы [№4 за 2020 год]
Автор: Буцев С.В.
Просмотров: 2350
Радиотехнические следящие системы различного целевого назначения функционируют при наличии одновременно неопределенностей как параметров отслеживаемого процесса, так и обобщенного возмущения. Автором статьи разработан метод синтеза алгоритмов функционирования адаптивной радио-технической следящей системы, состоящей из адаптивного фильтра и адаптивной системы управления. Синтез адаптивного фильтра, отслеживающего входной сигнал, включает разработку скользящего алгоритма адаптации на основе непосредственной оценки параметров фильтра, в частности, весовых коэффициентов усиления, формируемых блоком адаптации и используемых в основном фильтре следящей системы. В статье предлагается использовать двухуровневую структуру, включающую два этапа синтеза: основного контура управления (оптимального регулятора) и контура адаптации (адаптивного регулятора). Оптимальный регулятор синтезируется на основе принципов теории оптимального управления стохастическими процессами при условии, что параметры объекта управления радио-технической следящей системы постоянны и известны, а внешние возмущения не меняются (либо отсутствуют). Синтез адаптивного регулятора проводится для случая одновременного наличия неопределенности параметров объекта управления радиотехнической следящей системы и внеш-них возмущений, действующих на него (модель возмущений объекта управления радиотехнической следящей системы), на основе рекуррентной модификации метода идентификации по наименьшим квадратам. Предложенный подход позволил формализовать задачу функционирования адаптивной радио-технической следящей системы в условиях неопределенности параметров обобщенного возмущения. Получены новые соотношения для оценок коэффициентов усиления адаптивного фильтра и матрицы передачи адаптивного регулятора. Разработанная система обеспечивает эффективное функционирование в рамках формализованного описания качества на основе квадратичного функционала, характеризующего точность работы системы и затраты на ее управление. В статье приводятся некоторые результаты оценки эффективности функционирования синтезированной адаптивной радиотехнической следящей системы.

6. Реализация программных средств для классификации данных на основе аппарата сверточных нейронных сетей и прецедентного подхода [№4 за 2020 год]
Авторы: Варшавский П.Р., Кожевников А.В.
Просмотров: 5460
Статья посвящена вопросам реализации программных средств для классификации данных, использующих рассуждения на основе прецедентов (Case-Based Reasoning, CBR) и технологию сверточных нейронных сетей (Convolutional Neural Network, CNN). В настоящее время CBR-методы широко используются для поиска решения различных задач на основе накопленного опыта, а CNN успешно применяются при решении задач классификации за счет выделения отдельных элементов и формирования высокоуровневых признаков с использованием ядер свертки. Одним из необходимых условий успешности решения задачи классификации данных является наличие корректной обучающей выборки. К сожалению, это условие не всегда может быть выполнено (например, в силу сложности рассматриваемых объектов и недостатка исходной информации). Благодаря способности накапливать, использовать и адаптировать имеющийся опыт CBR-методы могут применяться для формирования обучающей выборки, которая в дальнейшем может использоваться другими методами для решения задачи классификации данных. Таким образом, интеграция CBR-методов и CNN позволяет повысить эффективность решения задачи классификации данных. Помимо этого, CBR-методы могут применяться в областях с непредсказуемым поведением и обучаться в процессе функционирования, например, в процессе обучения нейронных сетей. В данной статье предлагается CBR-метод для обучения CNN, обеспечивающий контроль за обучением нейронной сети, а также прецедентное представление итераций при обучении. Подбор шага обучения CNN на основе прецедентов способствует повышению быстродействия алгоритма обучения сети. На основе предложенных методов в среде MS Visual Studio на языке C# реализован нейросетевой блок с использованием CNN, расширяющий возможности прецедентной системы (CBR-модуля) для решения задачи классификации данных. Для оценки эффективности предлагаемых в работе решений выполнены вычислительные эксперименты на реальных наборах данных.

7. Разработка вычислительной среды моделирования режимов газотранспортных систем на основе данных телеизмерений [№4 за 2020 год]
Автор: Голубятников Е.А.
Просмотров: 3323
В статье рассматриваются проблемы эксплуатации программных комплексов моделирования режимов трубопроводных систем на основе данных телеизмерений при оперативном диспетчерском управлении. Проведен анализ предметной области, а также особенностей программной реализации систем моделирования по телеизмерениям, в результате которого сформулированы требования к таким системам. Основные из них – модульность, расширяемость и гибкость механизмов интеграции с информационными системами предприятий и расчетными модулями, организация многозвенного и автономного вычислительных процессов, поддержка распределенного взаи-модействия компонентов. Отмечается, что эксплуатируемые на предприятиях газотранспортной и нефтетранспортной отраслей программные продукты моделирования режимов на сегодняшний день в полной мере не отвечают сформулированным требованиям, поэтому автор предлагает раз-работать специализированную распределенную вычислительную среду моделирования на основе телеизмерений. В качестве основы для создания архитектуры вычислительной среды выбран микросервисный подход, согласно которому проектируемая система разбивается на небольшие, ограниченные контекстом функциональные блоки. В работе предложен способ декомпозиции задач, решаемых вычислительной средой, на сервисы, описаны роли и функции каждого из сервисов и определены методы их взаимодействия. Разработанные архитектурные решения были апробированы при диспетчерском управлении реальной газотранспортной системой. В статье описывается реализация разработанной архитектуры, интегрированной со SCADA-системами предприятия для обмена данными телеизмерений и результатами моделирования, а также с программно-вычислительным комплексом «Веста» для решения задач гидравлического моделирования. Созданный программный продукт ежедневно используется диспетчерским персоналом и позволяет решать актуальные задачи оперативного управления: моделирование режима реального времени, прогнозирование хода технологического процесса, расчет аналитических показателей функционирования системы.

8. Использование статистических индексов для различения научных и научно-популярных текстов на примере трудов А.Е. Ферсмана [№4 за 2020 год]
Авторы: Горбич Л.Г., Живодеров А.А.
Просмотров: 2328
С развитием информационной техники и информационных систем актуализировалась проблема разработки методик машинной атрибуции текстов. Эти методики могут быть использованы для автоматического поиска текстов необходимого жанра и стиля и установления авторства с помощью компьютерных технологий. В основу разработки рассматриваемой в статье методики была положена гипотеза о том, что существуют структурные особенности текста, которые позволяют без учета смыслового содержания отнести его к определенному жанру или автору на основе вычисления чисто количественных значений некоторых параметров и индексов. Авторы наряду с другими исследователями в течение ряда лет занимались разработкой таких индексов и формированием из них оптимального набора и добились в этом определенных успехов. В частности, был сформирован набор индексов, позволяющий правильно классифицировать тексты по жанру с вероятностью до 86 %. Для решения задачи автоматической классификации научных и научно-популярных текстов авторы применили и усовершенствовали набор статистических индексов, разработанный ими ранее для атрибуции других стилей. В качестве материала исследования были взяты труды академика А.Е. Ферсмана. Одной из особенностей этого автора является стилевая двойственность – наличие большого числа принадлежащих ему как научных, так и научно-популярных текстов, что создало уникальную возможность для попытки решения задачи автоматической классификации стилей текстов, принадлежащих одному автору. В ходе работы было показано, что выборочные средние статистических индексов для текстов двух стилей достоверно различаются. Применяя методы дискриминантного анализа, логистической регрессии и ROC-кривых, авторы продемонстрировали возможность автоматической классификации текстов двух стилей и с помощью оптимизации используемого набора индексов добились существенного повышения качества классификации. Предложен также новый статистический индекс, позволяющий минимизировать вычислительные затраты и успешно (до 100 % точности) решать задачу классификации научных и научно-популярных текстов даже при использовании его в качестве единственного фактора. Результаты исследования были проверены на текстах других авторов.

9. Программное обеспечение подсистемы контроля качества выпускаемой продукции с использованием интеллектуальных алгоритмов [№4 за 2020 год]
Автор: Гришин Е.С.
Просмотров: 3423
В данной работе решается задача сокращения выпуска производством по изготовлению сварных труб из нержавеющих марок сталей продукции ненадлежащего качества путем создания ПО, функционирующего в составе АСУТП предприятия и обеспечивающего контроль качества выпускаемой продукции с использованием интеллектуальных алгоритмов. Описывается алгоритм непрерывного контроля качества продукции, результатом которого является вывод о качестве выпускаемой продукции. На его основе разработана подсистема непрерывного контроля качества, опирающаяся на БД материалов и технологические карты выпускаемой продукции. Данная подсистема разрабатывалась в рамках создания и внедрения комплексной АСУТП и подсистемы непрерывной диагностики и контроля состояния оборудования с использованием интеллектуальных алгоритмов на основе машинного обучения. Для реализации интеллектуальных алгоритмов машинного обучения был применен кросс-платформенный фреймворк-построитель моделей с открытым исходным кодом ML.NET, который позволяет получить модель на основе входных данных и упрощает интеграцию модели в готовое .NET приложение. При необходимости фреймворк позволяет дообучить или переобучить модель. Подсистема непрерывной диагностики и контроля состояния оборудования строится на продукционной модели представления знаний, которая, в свою очередь, основана на обработке правил диагностики. Правила диагностики разрабатываются для конкретного производства и единицы оборудования специалистом в данной предметной области. Результатом работы подсистемы контроля качества выпускаемой продукции являются контроль характеристик технологического оборудования, влияющих на качество выпускаемой продукции, контроль характеристик выпускаемой продукции на основании данных технологических карт производства, выдача предупреждений о тенденции к уходу наблюдаемых характеристик из диапазона допустимых значений и информации о зарождающихся дефектах выпускаемой продукции, связанных с данными характеристиками. Разработанное ПО подсистемы контроля качества выпускаемой продукции с использованием интеллектуальных алгоритмов позволило сократить выпуск продукции ненадлежащего качества вследствие раннего выявления дефектов (износа) оборудования.

10. Оптимизация расчета освещения интерьерных сцен для стохастической трассировки лучей [№4 за 2020 год]
Авторы: Ершов С.В., Валиев И.В., Волобой А.Г.
Просмотров: 2820
Компьютерное моделирование освещенности и построение реалистичных изображений повышают эффективность проектирования зданий. Наиболее распространенным методом, используемым для этого моделирования, является двунаправленная стохастическая трассировка лучей. В статье рассматривается улучшение трассировки лучей методом Монте-Карло, которое оптимизирует излучение лучей от источника естественного света для интерьерных сцен. Предложенные алгоритмы позволяют ускорить сходимость метода, то есть уменьшить шум, остающийся после заданного времени трассировки, и таким образом улучшить итоговое изображение виртуальной сцены. Эти алгоритмы эффективны для сцен внутри помещений, освещаемых снаружи через окна или другие отверстия. Лучи от источников света генерируются так, что они направлены в эти окна, заведомо отсекая лучи, не освещающие интерьер. Другими словами, количество лучей увеличивается для направлений, которые вносят вклад в изображение, формируемое камерой. Первый из предложенных алгоритмов требует дополнительных спецификаций пользователя для маркировки окон, прозрачных дверей или других отверстий, через которые свет может по-пасть во внутренние помещения. Второй алгоритм является полностью автоматическим. Он при-надлежит к широкому классу алгоритмов нахождения и использования оптимальной PDF (Probability density function) в стохастической трассировке лучей, дает меньшее ускорение трассировки, но не требует действий от пользователя, в частности, исключая ошибку, которая может привести к недооценке освещенности помещения. Приведено математическое обоснование корректности предлагаемых алгоритмов. На примерах показано, что предложенный подход позволяет в несколько раз быстрее рассчитать изображение с желаемым качеством.

| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►