Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2021 год.

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

1. Анализ производительности протоколов проактивной маршрутизации в VANET на базе NS3 [№3 за 2021 год]
Авторы: Амани Ахмад Саббаг, Щербаков М.В.
Просмотров: 2094
Протоколы маршрутизации играют важную роль в сетях Ad-hoc для направления данных от источника к цели, используя как можно меньше доступных сетевых ресурсов и за минимально возможное время, при этом выбирая лучший путь. Для решения данной задачи исследователи постоянно совершенствуют протоколы, стремясь достигнуть максимальной производительности сети. Цель настоящего исследования – оценка производительности протоколов маршрутизации, отвечающих за передачу данных между узлами, и их влияния на производительность сетей VANET с помощью расширенных программ моделирования среды, дающих близкие к реальным результаты, чтобы снизить высокие затраты на оценку. Скорость изменений – основная проблема, с которой приходится сталкиваться в сетях VANET при разработке соответствующих протоколов, отвечающих требованиям стабильной работы при постоянном изменении количества узлов и их скорости. Следовательно, нельзя не экспериментировать с традиционными протоколами, чтобы определить лучшие и в дальнейшем рассчитывать на их разработку. Авторы предлагают проанализировать производительность протокола в VANET с большим количеством узлов и разными скоростями движения транспорта и оценить сеть по таким показателям, как коэффициент доставки пакетов, пропускная способность, средняя задержка, накладные расходы и коэффициент потери паке-тов. В работе представлены два протокола маршрутизации в сетях VANET – Destination Sequenced Distance Vector (DSDV) и Optimized Link State Routing (OLSR). Моделирование выполнено в си-муляторе NS3 для создания топологии сети VANET и протокола маршрутизации, а также в инструменте Bonnmotion для создания реалистичных сценариев мобильности. На основании полученных результатов сделан вывод о том, что в случае увеличения количества узлов протокол OLSR более эффективен, чем протокол DSDV в VANET-сетях.

2. Подходы к обеспечению визуализации данных на устройствах с использованием современных операционных систем реального времени [№3 за 2021 год]
Авторы: Баженов П.С., Гиацинтов А.М., Мамросенко К.А.
Просмотров: 3565
В работе рассматриваются подходы к проектированию драйвера контроллера вывода на экран для встраиваемых систем, в которых, как правило, применяются системы на кристалле и современные операционные системы реального времени. Описаны общие принципы используемой операционной системы реального времени, такие как мобильность, гибкие средства планирования, управляемость и т.д., а также применение международных стандартов (стандарт C, POSIX 1003.1, ARINC 653). Приведены общие принципы работы контроллеров вывода на экран, в том числе реализация оверлеев, предназначенных для отображения видеопотоков на одном экране либо достижения эффекта, подобного хромакеингу, возможности аппаратной поддержки двух и более дисплеев. В предлагаемом методе проектирования драйверов определяются основные параметры контроллера вывода на экран, порядок задания данных параметров для корректного вывода изображения на экран. Также приняты во внимание особенности, связанные с использованием функциональности прерываний и определением рабочей частоты контроллера. В отличие от известных решений в методе учитываются особенности ряда операционных систем реального времени: отсутствие специализированного API для взаимодействия с графическими устройствами и ресурса-ми, прямое обращение к регистрам устройств из пользовательского пространства. Рассмотрены подходы к отладке ПО на устройстве, а также с использованием систем прототипирования, основанных на ПЛИС, имеющих ряд особенностей, в том числе низкую скорость выполнения операций. Метод апробирован при разработке драйвера контроллера вывода на экран – отдельного компонента для отечественной операционной системы реального времени в составе сервера X Window System.

3. Интеллектуальная поддержка принятия решений в экспертных системах при диагностике заболеваний полости рта [№3 за 2021 год]
Авторы: Бурдо Г.Б., Семенов Н.А., Лебедев С.Н., Лебедева Ю.В.
Просмотров: 3003
В настоящее время усилия мировой медицины направлены на раннюю диагностику различных заболеваний. Однако оказание качественной консультативной медицинской помощи больным по месту жительства (сельская местность, районные города) не всегда возможно. Одним из подходов к расширению квалифицированной, например, стоматологической помощи, по мнению авторов, может быть разработка экспертной системы (в том числе с удаленным доступом), синтезирующей опыт диагностики конкретной группы заболеваний. Экспертные системы находят все большее применение в различных отраслях медицины. Их реализация представляется весьма перспективной и с точки зрения интенсивного развития телемедицины. Если при ознакомлении с результатами обследований не возникает серьезных методических и технических проблем, то при определении тактики ведения пациента, вырабатываемой в ходе диалога несколькими врачами-экспертами, такие проблемы появляются. В настоящей работе предлагается методика, позволяющая получать согласованное решение врачей по тактике лечения пациента. Методика реализована на основе аппарата нечетких множеств, отличается простотой и не требует специальных знаний в области интеллектуальных систем. Реализация данной методики позволит врачам-практикам получать обоснованные взвешенные решения, обобщающие коллективные знания, что повышает их точность. Естественно, такие решения можно рассматривать как некую подсказку, а не как безальтернативный вариант. По мере функционирования модели будут уточняться, что повысит эффективность работы экспертной си-стемы.

4. Подход к моделированию функционирования взаимосвязанных систем энергетики в условиях возмущений и его программная поддержка [№3 за 2021 год]
Авторы: Еделев А.В., Береснева Н.М.
Просмотров: 3374
Целью исследования является разработка подхода к моделированию функционирования взаимосвязанных систем энергетики в условиях возмущений, который имеет универсальный характер по отношению к различным классам возмущений и энергетическим комплексам разных уровней территориальной иерархии. Актуальность работы определяется необходимостью обеспечения устойчивого функционирования энергетики в условиях различных возмущений – от высоких колебаний цен на энергоносители и ухудшения погодных условий до крупномасштабных природных катаклизмов и техногенных катастроф. Новизна подхода по сравнению с другими заключается в его ориентации на применение высокопроизводительных вычислений для ускорения расчетов и в явном разделении модели энергетической инфраструктуры на структурную и функциональную части. Структурная часть представляет топологию инфраструктуры в виде сети, функциональная описывает распределение потоков энергоресурсов по инфраструктуре и ее реакцию на воздействие возмущения. Деление модели энергетической инфраструктуры на структурную и функциональную части используется как основополагающий принцип при моделировании не только систем энергетики, но и энергетических комплексов, которые в предлагаемом подходе рассматриваются как метасистемы взаимосвязанных систем энергетики. Модель энергетического комплекса строится путем объединения структурных и функциональных частей моделей отдельных систем энергетики на основе предопределенных взаимосвязей между ними. Универсальный характер предлагаемого подхода также поддерживается его программной реализацией с помощью средств метапрограммирования языка С++, что значительно экономит время при создании пакетов прикладных программ, предназначенных для оценки адаптивности энергетических комплексов. Применение подхода продемонстрировано на разработке модели энергетики страны, которая используется в распределенном пакете прикладных программ для глобального или пространственного анализа уязвимости, поиска критических элементов энергетического комплекса.

5. Программная реализация модуля анализа данных на основе прецедентов для распределенных интеллектуальных систем [№3 за 2021 год]
Авторы: Еремеев А.П., Варшавский П.Р., Поляков С.А.
Просмотров: 3939
В статье рассматриваются вопросы реализации модуля анализа данных на основе прецедентов (CBR, Case-Based Reasoning), позволяющего выполнять все этапы цикла обучения на основе прецедентов (CBR-цикла) для распределенных интеллектуальных систем. В настоящее время про-слеживается устойчивая тенденция к широкому применению методов и средств интеллектуально-го анализа данных для решения различных прикладных задач. Все больше крупных компаний используют интеллектуальные системы и средства интеллектуального анализа данных для повышения эффективности своего бизнеса и сокращения расходов. В связи с развитием интернет-технологий и доступности облачных вычислений перспективным направлением в области искусственного интеллекта является создание распределенных интеллектуальных систем. Распределенные интеллектуальные системы характеризуются распределением вычислительных и информационных ресурсов, что ведет к повышению адаптируемости, надежности, а также общего быстродействия системы ввиду возможности одновременно обрабатывать большие наборы данных. Распределенные интеллектуальные системы состоят из автономных узлов (агентов), которые могут действовать независимо друг от друга и асинхронно обмениваться информацией. Наличие в системе агентов, способных реализовать определенные интеллектуальные функции, характеризует тесную связь между распределенными интеллектуальными и многоагентными системами. Главное внимание уделяется методу интеллектуального анализа данных, основанному на использовании накопленного ранее опыта в виде прецедентов. Указанный прецедентный метод (CBR-метод) позволяет решать новую задачу, используя (адаптируя) решение схожей уже известной задачи. Для решения задач интеллектуального анализа данных на основе прецедентов была разработана модульная прецедентная система (CBR-модуль), реализующая основные этапы CBR-цикла. Система позволяет работать с прецедентами, представленными в параметрическом и струк-турированном (на основе онтологий) видах. CBR-модуль представляет собой веб-приложение, реализованное на языке программирования Python 3.7.5 с использованием веб-фреймворка Flask и библиотеки Owlready2 для работы с онтологиями. CBR-модуль ориентирован на интеграцию в состав распределенных интеллектуальных систем для выполнения анализа данных на основе прецедентов. Функционирование реализованного CBR-модуля было протестировано на примере задачи классификации на наборах данных, взятых из открытого репозитория Калифорнийского универси-тета (UCI Machine Learning Repository).

6. Способы ускорения подготовки и встраивания цифрового водяного знака с использованием мобильных устройств на основе преобразования Арнольда и вейвлет-преобразования [№3 за 2021 год]
Авторы: Зотин А.Г., Проскурин А.В.
Просмотров: 3772
В последние годы технология цифрового маркирования фото- и видеоматериалов приобретает все большее значение из-за взрывного роста объемов информации, передаваемой через незащищенные каналы связи. Встроенные с помощью этой технологии цифровые водяные знаки позволяют сократить объемы передаваемой информации, а также могут применяться для защиты изображений (носителей) от незаконного использования. Для более эффективной реализации послед-ней задачи проводятся различные исследования с целью повышения устойчивости, незаметности и защищенности цифровых водяных знаков. В большинстве случаев это приводит к увеличению требуемой вычислительной мощности, что затрудняет применение цифрового маркирования в мобильных устройствах. В данной работе предложены несколько способов снижения вычислительных затрат и уменьшения времени вычислений методов цифрового маркирования, основанных на преобразовании Арнольда и вейлет-преобразовании. Первый способ заключается в линейной интерпретации цифровых водяных знаков и изображения-носителя, что позволяет избежать использования двойных циклов. Второй способ состоит в применении таблиц преобразований для замены непосредственных вычислений. Одна из таких таблиц позволяет выполнять преобразование Арнольда за определенное время вне зависимости от количества итераций. Для определения количества итераций для каждого блока используются хэш-код секретного ключа и специально сформированные для этого таблицы. Третий способ сокращения времени встраивания цифровых водяных знаков состоит в многопоточном выполнении, реализованном с помощью технологии OpenMP. В совокупности с применением линейной интерпретации это дает ускорение в 1,90, 2,56 и 3,01 раза для двух, трех и четырех потоков соответственно.

7. Метод построения программных средств моделирующих комплексов военного назначения [№3 за 2021 год]
Автор: Костров А.С.
Просмотров: 2972
Для повышения оперативности и обоснованности принимаемых органами военного управления решений применяются моделирующие комплексы военного назначения, представляющие со-бой совокупность технических и программных средств, обеспечивающих производство расчетов и имитационного моделирования военных действий. Анализ структуры и функциональных возможностей программных средств современных моделирующих комплексов показал, что на оперативность их применения при использовании по назначению в значительной степени влияет продолжительность ввода исходных данных о действиях потенциального противника. Однако сегодня в общей программной архитектуре моделирующих комплексов, принятых на снабжение в подразделения органов управления, не реализован конкретный технологический инструментарий, позволяющий минимизировать временные затраты на ввод информации в условиях ограниченных сроков применения программных средств. В статье рассмотрены вопросы построения программных средств в моделирующих комплексах военного назначения, позволяющих сократить временные затраты на ввод исходных данных в процессе моделирования боевых действий в воздушно-космической сфере. Целью данной статьи является оценка влияния замены действительных значений входных параметров об ударе вероятного воздушно-космического противника значениями по умолчанию на показатели результатов имитационного моделирования боевых действий. Научная новизна заключается в разработке нового метода построения программных средств моделирующих комплексов военного назначения. Приведены числовые примеры расчета значений по умолчанию. Предложен предпочтительный вариант построения программных средств на примере внедрения технологических разработок в общую программную архитектуру моделирующего комплекса.

8. Математическая модель вакуумной сублимационной сушки с неравномерным распределением паров по объему камеры [№3 за 2021 год]
Авторы: Мохова Е.К., Гордиенко М.Г.
Просмотров: 3800
Вакуумная сублимационная сушка применяется для обезвоживания термолабильных веществ и широко используется в биотехнологии, фармацевтической и пищевой промышленности для получения сухих тканей, препаратов и продуктов без потери их структурной целостности и биологической активности. В настоящее время существует необходимость исследования влияния градиентов давления, возникающих в вакуумной камере, на скорость процесса сушки материалов, находящихся на разном удалении от конденсора. Неравномерный отвод паров растворителя от поверхности материала во время сушки может приводить к возникновению существенных различий в скорости сушки в разных участках камеры. В данной работе были совместно использованы математическая модель для расчета кинетики процесса вакуумной сублимационной сушки (собственное ПО) и модель на основе вычислительной гидродинамики (Computational Fluid Dynamics, CFD) для прогнозирования давления водяных паров над поверхностью материала (программный пакет Ansys Fluent 17.0). Передача данных между моделями осуществлялась посредством передачи значений массового потока испаряемой влаги, рассчитанного по модели кинетики сушки, через файлы UDF в заданные интервалы времени. Данные UDF-файлов использовались в качестве граничных условий. Полученные распределения парциального давления водяного пара передавались в модель кинетики в качестве граничных условий для следующего цикла итераций. Совместное решение двух математических моделей позволило получить кинетические характеристики процесса сушки для 2 масс. % водного альгината натрия с учетом неравномерного распределения водяных паров по объему камеры. Было показано, что для модели лиофилизатора ScanVac Coolsafe 100-9 при рассмотренных массовых по-токах наблюдается быстрое выравнивание профиля давления по высоте рабочей камеры, что обеспечивает однородные условия сушки материала. На основании результатов серии вычисли-тельных экспериментов даны рекомендации по тепловому режиму вакуумной сублимационной сушки материалов медицинского назначения на основе альгинатного гидрогеля.

9. Модели анализа и прогноза загруженности вычислительных и энергетических ресурсов радиолокационной станции [№3 за 2021 год]
Авторы: Непряев А.А., Шпигарь А.Н.
Просмотров: 3635
В статье предложен метод решения проблемы распределения вычислительных и энергетических ресурсов многофункциональной многоканальной радиолокационной станции с активной фазированной антенной решеткой. Метод основан на применении авторской когнитивной системы управления ресурсами радара, которая в реальном времени планирует свои действия исходя из анализа внешней обстановки и своего внутреннего состояния. Ключевым компонентом когнитивной системы управления является радарный планировщик, реализованный на основе дополненного алгоритма планировщика Ормана, учитывающего наличие временных, энергетических и вычислительных ресурсов и обеспечивающего оптимальное распределение конечных ресурсов радара. Для решения задачи анализа и прогноза распределения энергетических ресурсов создана термическая модель приемопередающего модуля активной фазированной антенной решетки, для вы-числительных ресурсов – модель тракта обработки первичной радиолокационной информации. Термическая модель приемопередающего модуля предназначена для моделирования тепловых процессов, происходящих как во время излучений зондирующего сигнала, так и в паузах между ними. Модель тракта обработки осуществляет расчет времени, необходимого автоматизирован-ной системе для обработки входящей радиолокационной информации, и позволяет спрогнозировать уровень загрузки вычислительных ресурсов при планировании режимов работы радара. Целью статьи является демонстрация результатов моделирования работы радарного планировщика, показывающих, как с помощью разработанных моделей можно осуществлять анализ и прогноз наличия временных и энергетических ресурсов, а также перераспределять их между за-дачами радара. Показано, как при формировании временной диаграммы радарным планировщиком исполнения заданий выполняется размещение элементов временных связок заданий на конвейере временных дискретов с одновременным учетом вычислительных и энергетических ресурсов.

10. Программа формирования стека методов искусственного интеллекта при решении прикладных задач [№3 за 2021 год]
Авторы: Пучков А.Ю., Лобанева Е.И., Василькова М.А.
Просмотров: 3756
Предложен алгоритм автоматизированного выбора стека методов искусственного интеллекта для обработки данных на основе учета их характеристик, таких как объем и формат представления, а также специфики задачи, решаемой на основе этих данных. Цель исследования – разработка системы оценок и критериев для выбора стека методов искусственного интеллекта. Это позволит наиболее эффективно реализовать требуемые целевые пара-метры обработки данных. Задача исследования заключалась в анализе проблемы выбора парадигмы методов искусственного интеллекта, в определении системы оценок, наиболее полно отражающих особенности предметной области, для которой выбирается парадигма, и в разработке программы, формирую-щей стек методов обработки данных. Учитывая многообразие методов искусственного интеллекта, для конкретизации задачи исследования рассматривались методы машинного обучения. Для обеспечения возможности применения более простых методов анализа для получаемых данных был предусмотрен выбор статистических методов, также относящихся к технологии машинного обучения. Разработанный алгоритм выбора стека методов искусственного интеллекта содержит много-ступенчатую процедуру. Она включает в себя следующее: оценка важности параметров с точки зрения их влияния на целевой параметр; применение системы нечеткого вывода, которая на основе задаваемых экспертных оценок характеристик данных ранжирует предложенный набор методов обработки; подбор сайтов и поиск в них ключевых слов предметной области, отражающих за-дачу, для решения которой применяются обрабатываемые данные. Представлены результаты работы программы, написанной на языке MatLAB и реализующей предложенный алгоритм, которые демонстрируют корректный выбор методов искусственного интеллекта на основе заданных характеристик входной информации.

| 1 | 2 | Следующая → ►