Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2024 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Аналитическая обработка больших массивов данных о событиях кибербезопасности с применением суперкомпьютерных вычислений [№4 за 2024 год]
Авторы: Котенко И.В., Саенко И.Б., Паращук И.Б., Десницкий В.А., Виткова Л.А.
Просмотров: 6101
Вопрос кибербезопасности критических инфраструктур осложняется неизбежностью обработки больших объемов данных о событиях безопасности. Это приводит к необходимости разработки информационной технологии, сочетающей аналитическую обработку с суперкомпьютерными вычислениями. Предложены общая схема такой технологии и архитектура реализующей ее системы. В системе выделены компоненты для обнаружения в реальном времени компьютерных атак, аномальной активности и нарушений политик безопасности. Кроме того, компоненты системы позволяют оперативно оценивать защищенность сетевых ресурсов, анализировать риски, принимать решения по защите сетевых ресурсов, расследовать компьютерные инциденты, визуализировать большие массивы данных о событиях кибербезопасности и взаимодействовать с суперкомпьютерным центром. При выборе решения использовались принципы датацентричности, открытой сервис-ориентированной архитектуры и платформенности. Представлено высоко- и низкоуровневое описание архитектуры системы. Продемонстрированы экспериментальные результаты, полученные в суперкомпьютерном центре «Политехнический». Оценка разработанной техники выполнялась с использованием набора данных HAI, собранного на испытательном стенде промышленной системы управления паровыми турбинами. Решена задача прогнозирования будущих состояний на основании предыдущих, полученных путем кластеризации системных событий. Реализованный метод прогнозирования показал, что точность зависит от количества учитываемых предыдущих состояний и дальности предсказания. Эти результаты подтвердили эффективность предложенной информационной технологии и продемонстрировали ее высокую производительность.

2. Визуализация данных для бизнес-аналитики уровня доступности финансовых услуг [№4 за 2024 год]
Авторы: Федько В.С., Ковалева О.А., Ковалев С.В.
Просмотров: 5574
В статье проанализированы релевантные программные продукты и инструменты создания дашбордов, выделены преимущества и недостатки каждого из вариантов. Определены наиболее подходящие пути решения задачи визуализации данных о доступности финансовых услуг, которая включена в процесс работы Центрального банка России. В работе представлена IDEF0-модель последовательности этапов работы с данными для визуализации показателей доступности финансовых услуг. Модель включает внесение данных в хранилище, присвоение им кодов ОКТМО, расчет расстояний между населенными пунктами, визуализацию результатов, выгрузку отчетов в необходимых форматах. Описана архитектура разработанной программы для BI-системы уровня доступности финансовых услуг, которая состоит из модулей предобработки и визуализации данных и модуля выгрузки отчетов. Отличительной особенностью является возможность работы с географическими данными расположения объектов в полностью автономном режиме. Продемонстрирован алгоритм работы модуля предобработки данных, который заключается в присвоении им кодов ОКТМО и позволяет структурировать все имеющиеся данные о наличии инструментов доступности финансовых услуг в населенных пунктах. Описана база данных для хранения всей имеющейся информации о населенных пунктах, об уровне развития финансовой инфраструктуры. Показан процесс автоматического расчета расстояний между населенными пунктами с использованием формулы гаверсинусов. Описан модуль градиентной заливки графиков, позволяющий повысить наглядность данных благодаря использованию интуитивно понятной расцветки и выбору цвета в зависимости от конкретного значения. Разработанная программа позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на обработку данных за один отчетный период, расширить возможности визуализации имеющейся информации.

3. Высокопроизводительный сервис сбора и анализа файлов журналов сетевого и серверного оборудования в национальной исследовательской компьютерной сети [№4 за 2024 год]
Автор: Абрамов А.Г.
Просмотров: 5407
Построение бесперебойного и производительного решения для сбора, интеллектуальной обработки и анализа данных системных и сервисных журналов представляет собой содержательную и многоаспектную исследовательскую и прикладную задачу. Ее решение позволит обеспечить надежное функционирование научных телекоммуникационных сетей и сервисов на их основе. В настоящей статье приведен обзор разработанных и эксплуатируемых методик, технологий и инструментов работы с журналами с акцентом на программное обеспечение с открытым исходным кодом. Рассмотрены некоторые аспекты работы служб журналирования в операционных системах семейства Unix, основанных на протоколе syslog. Обозначены особенности построения и примеры типовых современных программных конвейеров обработки журналов и выполняемые ключевые функции, в том числе при задействовании методов и технологий машинного обучения. Приведено схематическое и детальное текстовое описание разработанного и внедренного в национальной исследовательской компьютерной сети России специализированного сервиса. Представленный сервис основан на наборе открытого программного обеспечения в составе широко применяемого в практике системного администрирования пакета сбора и обработки данных журналов Rsyslog, на высокопроизводительной колоночной СУБД ClickHouse и системе визуализации, статистики и аналитики данных Grafana.

4. Диалоговый программный комплекс для формирования онтологии единого цифрового пространства научных знаний [№4 за 2024 год]
Авторы: Власова С.А., Калёнов Н.Е.
Просмотров: 6916
В статье рассматривается программный комплекс, формирующий онтологию Единого цифрового пространства научных знаний (ЕЦПНЗ). Онтология включает совокупность справочников, описывающих подпространства, классы объектов, атрибуты объектов и связи различных типов и видов. Каждый справочник атрибутов объектов содержит наименование атрибута, информацию о его формате и статусе, а также имя словаря значений и его тип. Справочники связей содержат необходимую информацию о связях пар объектов или значений атрибутов. Онтология ЕЦПНЗ включает именованные связи трех типов – универсальные, квазиуниверсальные и специфические. Конкретная связь любого типа может быть простой или составной. Представленный в статье программный комплекс реализует сервисы, связанные с формированием справочников подпространств, классов, атрибутов объектов и связей всех типов ЕЦПНЗ. Комплекс ориентирован на администраторов подпространств ЕЦПНЗ и позволяет в режиме диалога создавать структурные элементы ЕЦПНЗ. Эти элементы необходимы для формирования контента пространства с автоматическим определением списка атрибутов объектов, форматов их ввода и необходимых средств формально-логического контроля. При работе комплекса обеспечивается контроль вводимой информации, исключающий дублирование элементов или некорректный ввод данных, противоречащий декларированной классом «форматы» структуре. Программный комплекс состоит из двух модулей – формирования новых элементов и редактирования уже имеющихся. Модуль редактирования позволяет удалять элементы онтологии без нарушения ее целостности. В результате работы комплекса строится структура, являющаяся основой для унифицированных программ формирования контента ЕЦПНЗ.

5. Нечеткая кластеризация как способ повышения эффективности управления в автоматических системах [№4 за 2024 год]
Автор: Игнатьева А.С.
Просмотров: 6188
Статья посвящена поиску новых способов повышения эффективности управления в автоматических системах. Предложен новый метод оптимизации процедуры синтеза интеллектуальных регуляторов в системах автоматического управления техническими объектами. С целью организации гибридного управления предлагается метод, в основе которого лежит применение алгоритмов нечеткой кластеризации, а также специально разработанные алгоритмы, реализованные в интеллектуальном регуляторе. Регулятор разработан на основе методов нечеткой логики, нейросетей и биоиспирированных методов. В рамках описания предложенного метода показаны существующие подходы к оптимизации интеллектуальных регуляторов. На концептуальном уровне предложен собственный подход для решения задачи оптимизации параметров интеллектуальных регуляторов, представлено его обобщение. В общем виде описаны модели, для которых применим разработанный метод. В частности, показаны результаты работы метода для ANFIS-системы в гибридных моделях управления. Представлены ANFIS-архитектуры до и после применения кластеризации. Для достижения полученных результатов разработана многоуровневая архитектура комбинированного управления в интеллектуальном регуляторе. Показаны структуры нечетких регуляторов при реализации ANFIS до и после применения нечеткой кластеризации. Выполнен анализ результатов проведенного исследования. В результате применения предложенного метода значительно сокращается количество функций принадлежности лингвистических переменных интеллектуального регулятора и количество управляющих правил. Это позволяет без потери качества управления и без увеличения вычислительных ресурсов снизить трудоемкость разработки интеллектуального регулятора и время его проектирования.

6. Ожидания от производительности вычислительного кластера при выборе параллельной файловой системы [№4 за 2024 год]
Авторы: Аладышев О.С., Захарченко А.В., Огарышев В.Ф., Шабанов Б.М.
Просмотров: 6103
При создании высокопроизводительного вычислительного кластера одной из наиболее актуальных задач является обеспечение производительной внешней системы хранения данных под будущую рабочую нагрузку. В статье исследуются принципы работы параллельных файловых систем, которые могут определять их производительность для различных рабочих нагрузок, и предлагается метод определения пределов производительности внешних систем хранения данных. Основным преимуществом предлагаемого метода является поэтапность выявления пределов производительности. Сначала определяются пределы аппаратной части (инфраструктуры) на основе теоретических расчетов. Потом пределы уточняются с помощью тестов и/или показаний системы мониторинга аппаратной части системы хранения данных. Вместе с выбором файловой системы и конфигурированием аппаратной части формируются программные факторы, которые могут влиять на производительность файловой системы для требуемой рабочей нагрузки. С помощью различных предметных тестов или моделей пределы продолжают уточняться. В конечном итоге выявленные пределы проверяются в предварительно настроенной под требуемую рабочую нагрузку системе хранения данных. Предлагаемый подход к выбору параллельной файловой системы для высокопроизводительного вычислительного кластера и к настройке системы хранения данных для определенного спектра параллельных суперкомпьютерных приложений позволяет обойтись без применения сложных моделей и необходимости анализа больших объемов результатов тестирования. Кроме того, он помогает лучше понять характеристики создаваемой системы хранения данных. Авторский метод поэтапной оценки производительности параллельных файловых систем позволяет упростить и ускорить процесс разработки системы хранения данных с параллельной файловой системой. Метод так же хорошо может работать и c современными специализированными файловыми системами, динамически создаваемыми для суперкомпьютерного приложения.

7. Организация поиска в базе данных со связанными сущностями [№4 за 2024 год]
Авторы: Погорелко К.П., Савин Г.И.
Просмотров: 5974
В базе данных со связанными сущностями возникает проблема организации поиска, при котором можно не только формулировать условия к атрибутам определенной сущности, но и задавать условия на связанные с ней сущности. В статье описан реализованный поисковый механизм, на базе которого организован поиск в информационной системе электронной библиотеки «Научное наследие России». Поисковый механизм обеспечивает работу на русском и английском языках. Настройка поискового механизма на структуру конкретной базы данных заключается в заполнении ряда таблиц. Поисковый механизм позволяет работать с такими типами атрибутов, как текстовое поле, числовое значение, булево значение, полнотекстовый индекс текстового поля, кодификаторы. Предусмотрен различный функционал для администраторов и обычных пользователей. Для формулировки запроса к базе данных разработан интуитивно понятный интерактивный построитель поисковых запросов, который позволяет в режиме диалога задавать условия к первоначально выбранной сущности, к связанным с ней сущностям, к их количеству и типам связи. Для работы с кодификаторами большого объема предусмотрен расширенный функционал. Описана организация html-разметки формы ввода и структуры данных, формируемых при построении запроса. Предложено алгоритмическое решение, которое позволяет построить SQL-предписание к базе данных по сформулированному в построителе запросу. Приведены пример запроса к связанным сущностям и построенное для этого запроса SQL-предписание. Описана организация системы визуализации результатов поиска. Предложенные алгоритмы построения поискового механизма могут служить моделью для организации поиска в Едином цифровом пространстве научных знаний, включающем разнородные именованные связи между объектами

8. Особенности функционального моделирования сложных иерархических систем при различных способах организации управления исследуемыми процессами с целью выбора рациональной структуры системы [№4 за 2024 год]
Авторы: Долгов Н.В., Ильин В.А.
Просмотров: 6376
В представленном исследовании выполнен общий анализ функционального моделирования сложных иерархически организованных систем. В таких системах отдельные процессы разных уровней иерархии взаимодействуют друг с другом непосредственно, кроме функции управления соответствующей иерархии при различных способах организации управления. В статье рассмотрены сложные системы двухуровневой иерархии управления при централизованном, децентрализованном и сетецентрическом способах управления системами нижнего уровня иерархии. Также проанализированы несколько вариантов организации построения абстрактных иерархических процессов, представленных в нотации технологии IDEF0, и управления этими процессами. Данные процессы являются функциональными моделями сложных систем при различных способах управления. В ходе интерпретации функциональных моделей сложных систем при различных способах управления сформированы матрицы связей функций моделируемых процессов. Предложены математические зависимости для определения эффективности процесса функциональных моделей сложных систем при различных способах управления. Выполнен анализ функциональных моделей сложных систем и выявлена наиболее эффективная из них. Также доказано, что возрастание числа процедурных функций функциональных моделей ведет к уменьшению эффективности процессов, а увеличение прямых и обратных функциональных связей функциональных моделей – к ее увеличению.

9. Повышение вычислительной мощности персонального компьютера за счет интеграции с распределенной системой из смартфонов [№4 за 2024 год]
Авторы: Балабаев С.А., Лупин С.А., Телегин П.Н., Шабанов Б.М.
Просмотров: 7271
В статье рассмотрена возможность повышения производительности персонального компьютера за счет интеграции с ним распределенной системы из смартфонов. Приведен обзор основных аппаратных и программных особенностей мобильных устройств, проведена оценка влияния подобных узлов на производительность распределенной вычислительной системы. Было выявлено, что их основными отличиями от персональных компьютеров являются низкое качество охлаждения устройств и архитектура big.LITTLE. Эти особенности мобильных устройств не позволяют задействовать все ядра смартфона на полную мощность и должны быть учтены при их интеграции в единую вычислительную среду. Программное обеспечение для интеграции мобильных устройств с персональными компьютерами состоит из двух приложений – клиента и сервера, разработанных на языке программирования Java. Приложения позволяют загружать вычисляемую задачу на узлы, запускать ее, аккумулировать и отображать полученные с узлов результаты вычислений. Взаимодействие между устройствами происходит по сети. Вычисляемая задача представляет собой apk-приложение, содержащее Java-класс, методы которого могут быть вызваны из приложения, запущенного на клиенте. Используемый алгоритм балансировки нагрузки узлов позволяет интегрировать в единую среду смартфоны разных поколений, значительно отличающиеся по производительности. Показано, что для эффективного распределения нагрузки между узлами системы необходимо использовать значение их реальной производительности. В работе приводятся результаты решения задачи минимизации функции в распределенной среде, организованной при помощи разработанного программного обеспечения. Они подтверждают достижение поставленной цели. Полученные результаты могут быть полезны широкому кругу специалистов.

10. Применение концепции цифрового двойника на этапах проектирования, моделирования и управления химическим процессом [№4 за 2024 год]
Авторы: Кузьмин М.И., Кушнирук Д.И., Аникин А.В., Верба С.В., Зубов Д.В.
Просмотров: 5564
В настоящей работе рассмотрено развитие актуальной концепции цифрового двойника, сопряженной с интенсивным развитием информационно-коммуникационных технологий и с формированием цифрового производства. Приведены некоторые варианты классификации по различным признакам. Непосредственная практическая реализация концепции цифрового двойника продемонстрирована на примере установки, в которой протекает химический процесс, контролируемый изменением температуры. Рассмотрен жизненный цикл изделия от этапа проектирования обособленной виртуальной копии до получения физической копии, связанной с виртуальной двухсторонним обменом данными посредством промежуточного программного обеспечения. Предложен вариант структурно-организационного исполнения цифровой модели с использованием информации о химической кинетике процесса в качестве взаимозаменяемого ядра. Описана внутренняя логика работы цифровой модели в формате конечного автомата. Логика направлена на оптимальное управление в контексте достижения максимального уровня конверсии по полупродукту на каждой промежуточной стадии и в результате по целевому продукту на конечной стадии. Применение концепции цифрового двойника на этапе проектирования изделия показано с позиции проведения виртуальных испытаний для нивелирования конструкторских изъянов и проверки проектных решений. По итогам работы сформулированы основные достоинства использования концепции цифрового двойника по сравнению с традиционным подходом. Результаты настоящей работы могут быть использованы как отправная точка при проектировании и построении аналогичных систем в области химических процессов, управление которыми осуществляется изменением какого-либо технологического параметра. Правообладателем результатов интеллектуальной деятельности является частное учреждение «Наука и инновации».

| 1 | 2 | Следующая → ►