Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2018 год.

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

21. Принципы построения программного комплекса для теплового проектирования электронных систем [№3 за 2018 год]
Авторы: Мадера А.Г., Кандалов П.И.
Просмотров: 5903
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.

22. Программа расчета настроек регуляторов методом расширенных частотных характеристик [№3 за 2018 год]
Авторы: Марголис Б.И., Мансур Г.А.
Просмотров: 8546
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.

23. Температурная модель распределения потенциала в неравномерно легированных нанотранзисторах со структурой кремний на изоляторе [№3 за 2018 год]
Автор: Масальский Н.В.
Просмотров: 6285
Обсуждается разработка 2D-аналитической температурной модели распределения потенциала в рабочей области двухзатворного тонкопленочного полевого нанотранзистора со структурой кремний на изоляторе с вертикальной неравномерно легированной рабочей областью в виде функции Гаусса. Двухзатворные полевые транзисторы со структурой кремний на изоляторе являются ведущими представителями элементной базы нового научного направления – высокотемпературная микроэлектроника, потому что это идеальные высокотемпературные устройства. Для случая стационарной температуры в параболическом приближении с использованием специальной функции получено аналитическое решение 2D-уравнения Пуассона. Численно исследованы температурные зависимости распределения поверхностного потенциала от параметров профиля легирования в диапазоне температур от 200 до 500 К. Для выбранных топологических норм варьирование параметров профиля легирования предоставляет дополнительную возможность управления ключевыми характеристиками нанотранзистора наряду с толщиной рабочей области и подзатворного окисла фронтального затвора, что важно при анализе применимости нанотранзисторных структур. Показано, что структуры с крутыми профилями легирования являются более термостойкими по сравнению с однородно легированными. Для повышения верхней границы температурного диапазона на 100 К необходимо увеличивать уровень легирования рабочей области на порядок. Применение перспективной транзисторной архитектуры для двухзатворных полевых нанотранзисторов со структурой кремний на изоляторе позволяет повысить термическую стойкость их ключевых электрофизических характеристик по сравнению с двухзатворными полевыми транзисторами с однородно легированной рабочей областью и с их объемными аналогами. Результаты моделирования находятся в хорошем соответствии с данными моделирования, полученными при помощи коммерчески доступного для 2D-моделирования транзисторных структур программного пакета ATLASTM .

24. Развитие алгоритма спонтанного структурирования цифровых изображений природных комплексов [№3 за 2018 год]
Авторы: Островский Э.Я., Румянцев С.В., Фадеев В.А.
Просмотров: 4322
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.

25. Автоматизированная система защиты доступности информации от атак внешним несанкционированным трафиком в UNIX-подобных системах [№3 за 2018 год]
Авторы: Пальчевский Е.В., Халиков А.Р.
Просмотров: 7613
Данная статья посвящена разработке программного модуля для защиты доступности информации при массивных DoS- и DDoS-атаках. Разработанная система позволяет в автоматизированном режиме определять тип и вид атак внешним несанкционированным трафиком, а также отфильтровывать сетевые пакеты по заданному лимиту (от 10 тысяч до 7 миллионов в секунду) с последующим распределением нагрузки по физическим и логическим ядрам кластера. На первом этапе разработки были проанализированы направленности DoS- и DDoS-атак, а также рассмотрены аналогичные решения системы защиты от DDoS-атак. Второй этап представляет собой техническую разработку автоматизированной системы защиты доступности информации AntiDDoS: показаны основной функционал и схема работы системы защиты от DDoS-атак. Основной функционал представлен следующими техническими данными: название функции, цель выполнения, условие работы и результат выполнения. Третьим этапом является апробация реализованной системы в течение десяти дней, результаты которой представлены в виде таблицы со среднесуточной нагрузкой на ресурсы ЭВМ. Созданная система защиты доступности информации позволяет эффективно отфильтровывать сетевые пакеты в автоматизированном режиме, а также отправлять все данные в СУБД MySQL с последующим выводом информации в веб-интерфейс. Веб-часть является одной из управляющих частей разработанной системы. В ней реализована возможность управления системой с персональных компьютеров/серверов и мобильных устройств. Разработанная автоматизированная система защиты доступности информации от атак внешним несанкционированным трафиком AntiDDoS показала высокую стабильность и надежность при фильтрации сетевых пакетов в больших и малых объемах. Средняя загруженность центрального процессора при DDoS-атаках принимает значение 6,64 %, тогда как без использования данной системы нагрузка при DDoS-атаке может повышаться до 100 %. Пониженная нагрузка является приемлемой и позволяет одновременно запускать сложные вычислительные операции без нарушения работоспособности системы.

26. Адекватные междисциплинарные модели в прогнозировании временных рядов статистических данных [№3 за 2018 год]
Автор: Пранов Б.М.
Просмотров: 8526
В статистических исследованиях для моделирования и прогнозирования временных рядов обычно используют многофакторные линейные модели. Область их применения весьма обширна. Они достаточно эффективны в ситуации, когда множество точек, изображающих исследуемые объекты в многомерном пространстве параметров, располагается вблизи некоторого линейного подпространства (или его сдвига относительно начала координат). Этот эффект легко обнаруживается с помощью факторного анализа. Если же такое подпространство (линейное множество) отсутствует, для построения более точных моделей применяют нелинейные зависимости. В экономике для описания зависимости прибыли предприятия от числа работников и стоимости основных средств используют функцию Кобба–Дугласа. Оказывается, если рассматривать пожары и другие явления социума как своеобразную его «продукцию», то функция Кобба–Дугласа с высокой степенью точности позволяет аппроксимировать соответствующие временные ряды. В результате получается целый ряд интересных моделей в новых предметных областях. По итогам расчетов выяснилось, что временной ряд общего числа пожаров на территории РФ очень хорошо аппроксимируется функцией Кобба–Дугласа, а прогностические значения, рассчитанные по таким моделям, весьма близки к реальным. Аналогичная адекватная аппроксимация временных рядов общего числа пожаров пригодна для значительного количества европейских стран, а также США. Такое моделирование применимо, в частности, и в туристической отрасли – в статье рассматриваются модели полного дохода гостиниц в зависимости от числа работников и величины основных фондов.

27. F-Ranking: компьютерная система для ранжирования нечетких чисел [№3 за 2018 год]
Авторы: Радаев А.В., Коробов А.В., Яцало Б.И.
Просмотров: 6823
Во многих областях своей деятельности человек сталкивается с неопределенностями, одним из способов учета и анализа которых является использование нечетких множеств, нечеткой логики и нечетких чисел в частности. Использование нечетких чисел в рамках анализа решений неизбежно ведет к задачам их сравнения и ранжирования. Большинство существующих систем, использующих нечеткие числа, несмотря на разнообразие методов ранжирования, применяют в своей работе лишь методы дефаззификации. Однако замена нечеткого числа одним действительным числом (как и замена плотности распределения вероятностей соответствующим математическим ожиданием) неизбежно ведет к сужению и потере информации, содержащейся в исходном нечетком числе. В работе представлена оригинальная компьютерная система F-Ranking для ранжирования нечетких чисел раз-личного типа: в качестве входных могут использоваться треугольные, трапециевидные и кусочно-линейные (в том числе кусочно-непрерывные сверху) нечеткие числа, а также синглтоны. В системе реализованы три метода ранжирования нечетких чисел, основанных на дефаззификации (методы центра тяжести, медианы и интеграла средних значений альфа-срезов), а также два метода ранжирования, основанные на оценке нечеткой приемлемости рангов (Fuzzy Rank Acceptability Analysis) с использованием двух (Юаня и интегрального) нечетких отношений предпочтения. Для последних двух методов доступны также нечеткая мера предпочтения одного нечеткого числа над другим и нечеткие индексы приемлемости рангов (Fuzzy Rank Acceptability Indexes). В статье дано краткое описание алгоритмов указанных методов. Проведен обзор существующих систем, которые в той или иной степени могут быть использованы для ранжирования нечетких чисел. Представлены структура системы F-Ranking, входные и выходные формы для рассматриваемых методов ранжирования. Приведены примеры ранжирования нечетких чисел с использованием реализованных методов, иллюстрирующие как отличительные особенности самих методов, так и возможности всей системы F-Ranking в целом.

28. Высокоуровневая архитектура тренажерно-обучающих систем сложных технических комплексов [№3 за 2018 год]
Авторы: Родителев А.В., Гиацинтов А.М.
Просмотров: 7680
В статье рассмотрена архитектура тренажерно-обучающей системы на примере прототипа авиационного тренажера. Подсистема визуализации тренажерно-обучающей системы обеспечивает отображение результатов моделирования внешней среды и объекта управления с помощью устройств отображения информации. Она должна обеспечивать воспроизведение созданной виртуальной сцены с достаточно подробным содержанием, позволяющим операторам успешно выполнять поставленные задачи. Приведены требования к тренажерно-обучающей системе сложных технических комплексов, в том числе предъявляемые к ее подсистеме визуализации. Разработанная архитектура обеспечивает унификацию способов сопряжения с оборудованием, использование тренажерно-обучающей системы с различными устройствами ввода информации, а также позволяет избежать высокой связанности компонентов. Каждое устройство, как правило, имеет свои особенности: специализированное ПО, закрытые протоколы обмена информацией, разъемы различных стандартов. Разработанная система расширений (плагинов) позволяет учитывать особенности устройств без модификации основного модуля и других подсистем. Для работы с плагинами был создан управляющий интерфейс. Плагины не зависят друг от друга и могут быть добавлены или удалены без нарушения целостности работы системы. В зависимости от вычислительной нагрузки обработку данных тренажерно-обучающей системы можно реализовать на одном аппаратном комплексе или для каждой подсистемы использовать отдельный. Любая подсистема может быть создана независимыми разработчиками и представлена отдельными программными комплексами. Предусмотрена возможность работы проектируемых подсистем на аппаратных комплексах с различными архитектурами процессоров, способами хранения байтов в памяти (big-endian или little-endian) и на различных операционных системах. Описан алгоритм преобразования координат, полученных от математической модели, в систему координат подсистемы визуализации.

29. Алгоритмическая неразрешимость проблемы первопорядковой определимости формул логики ветвящегося времени [№3 за 2018 год]
Авторы: Рыбаков М.Н., Чагрова Л.А.
Просмотров: 3508
В качестве формального средства, описывающего свойства различных структур (в том числе структур вычислений), обычно используют язык логики предикатов. Этот язык, с одной стороны, понятен и удобен, а с другой, многие вопросы, важные с прикладной точки зрения, для него алгоритмически неразрешимы, то есть не могут быть решены программно. Сейчас существует много альтернативных языков, позволяющих описывать вычисления и их свойства, при этом, в отличие от языка логики предикатов, аналогичные вопросы для них алгоритмически разрешимы. В работе рассматривается один из таких языков – язык логики ветвящегося времени CTL. Он используется для верификации программ, так как содержит средства для описания свойств программных вычислений, в частности, свойств бинарного отношения, возникающего в реляционной семантике Крипке. В работе исследуется возможность алгоритмического нахождения формул языка первого порядка, которые задают те же классы шкал Крипке, что и формулы языка логики CTL. Известно, что для интуицинистских формул проблема их первопорядковой определимости алгоритмически неразрешима. Показано, как, используя перевод Гёделя интуиционистских формул в модальные, а затем перевод получившихся модальных формул в формулы языка логики CTL, свести проблему первопорядковой определимости интуиционистских формул на шкалах Крипке к проблеме первопопорядковой определимости CTL-формул на шкалах Крипке. В качестве следствия такого сведения получена алгоритмическая неразрешимость соответствующей проблемы для CTL. В заключении обсуждаются возможные модификации приведенной конструкции с целью распространения полученного результата на фрагменты языка логики CTL, а также алгоритмическая разрешимость проблемы CTL-определимости формул первого порядка.

30. Нейросетевой метод обнаружения вредоносных программ на платформе Android [№3 за 2018 год]
Авторы: Татарникова Т.М., Журавлев А.М.
Просмотров: 5510
Непрерывный рост числа вредоносных программ, нацеленных на операционную систему Android, делает актуальной задачу их обнаружения. Отсутствие централизованного механизма распространения приложений и недостаточная эффективность существующих решений усугубляют проблему. Экспериментально показана недостаточная эффективность существующих механизмов обнаружения вредоносных программ операционной системы Android. Необходимость автоматизированного решения, позволяющего повысить вероятность обнаружения вредоносных программ операционной системы Android, в том числе ранее неизвестных, модифицированных и обфусцированных версий уже известных программ, определила цель исследования. В работе применялись методы классификации нейронных сетей, статического анализа кода и анализа поведения программы в виртуальной среде. Новизна предлагаемого решения состоит в использовании классификационных признаков, полученных как статическим анализом кода, так и анализом поведения программы на виртуальном устройстве. Предложенный подход устраняет недостатки существующих решений рассматриваемой проблемы. Экспериментально доказана способность предложенного решения обнаруживать вредоносные программы, не использовавшиеся в обучении нейронной сети, а также обфусцированные экземпляры. Практическая значимость предлагаемого решения заключается в его применении для построения систем обнаружения вредоносных программ операционной системы Android, которую можно использовать в магазине приложений Android.

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