SCI Библиотека

Локализация, классификация и отслеживание объектов вторжения в защищаемую зону особо важных объектов составляют основу системы их защиты. Цель автора статьи - исследование путей повышения эффективности функционирования системы путем использования распределенных сенсорных сетей в составе киберфизических систем. Показано, что достижение этой цели предполагает организацию взаимодействия алгоритмов отслеживания с традиционными алгоритмами инициализации/маршрутизации в сенсорных сетях. Рассматривается проблема совместной обработки данных узлами в распределенных сенсорных сетях. Предметом рассмотрения являются актуальные и сложные методы отслеживания множества движущихся объектов в защищаемой зоне, реализация которых средствами сенсорных сетей предполагает решение ряда проблем, среди которых следует выделить две основные. Первая - это разработка эффективных методов обмена информацией между локальными узлами в зоне вторжения, вторая - организация совместной обработки сигналов группой узлов на основе собранной информации о состоянии среды в зоне их ответственности в результате наступления событий. Показано, что основные этапы процедуры отслеживания состоят из обнаружения целей, их классификации, оценок местоположения и прогнозирования траектории передвижения цели. Модельным примером реализации процедуры принята задача обнаружения, локализации и отслеживания проникновения одного объекта в защищаемую зону. Рассмотрены подходы, лежащие в основе этих алгоритмов, а также основные аспекты их реализации. Предлагаемые решения учитывают ограничения, связанные с возможностями локальных узлов, сетью в целом и маршрутизацией. Источником данных для предлагаемых алгоритмов являются сигналы от звуковых, сейсмических, тепловых и т.п. сенсоров, у которых мощность сигнала имеет выраженный максимум в зависимости от расстояния от цели до узла сети. Полученные результаты распространяются на проблему отслеживания множества объектов, что предполагает оценку применимости методов идентификации и классификации в условиях, когда наблюдается наложение воспринимаемых сигналов сенсорами разных объектов. Обсуждаются алгоритмы для решения таких задач.

В статье предлагается алгоритм, который развивает идею кластеризации беспроводных сенсорных сетей с целью снижения энергопотребления сенсорными узлами. Выбор способа организации информационного взаимодействия является одной из актуальных научных задач при развертывании работы интернета вещей. В свою очередь, беспроводная сенсорная сеть, составляющая физическую основу интернета вещей, имеет серьезное ограничение - требование низкого энергопотребления. От энергопотребления зависит срок службы сети - времени, в течение которого она будет выполнять свои функции. Энергия сенсорных устройств расходуется на прием и передачу данных, их обработку, вычисление маршрута. Требуются новые алгоритмы, направленные на снижение количества операций обработки данных, длины маршрута и т.д. без потери функциональности сети. Одним из таких механизмов является кластеризация беспроводной сенсорной сети, позволяющая снизить энергопотребление за счет передачи части функций на головные узлы кластеров. Предложенный в работе алгоритм роя пчел развивает идею поиска головных узлов кластеров беспроводной сенсорной сети. Согласно ему, в начале цикла определяются сразу глава кластера текущего раунда и потенциальные главы кластеров для остальных раундов цикла. Таким образом, со второго раунда цикла фаза выбора головного узла кластера становится лишней, а сенсорные узлы избавляются от некоторых вычислений, связанных с выбором главы кластера. Результаты имитационного моделирования показали превосходство алгоритма роя пчел в сравнении с известным алгоритмом адаптивной кластеризации с низким потреблением энергии LEACH по показателю продолжительности функционирования беспроводной сенсорной сети.

Исследуется контроль стабильности многопараметрического технологического процесса, когда через определенные промежутки времени проводится мониторинг множества показателей этого процесса. При мониторинге рассеяния коррелированных показателей применяется алгоритм обобщенной дисперсии. В статье предложен подход, основанный на поиске оптимальных параметров этого алгоритма по критерию минимума затрат, связанных с контролем. Для мониторинга стабильности показателей процесса и выявления нарушений с целью его своевременной корректировки используется статистический контроль - широко распространенный метод диагностики и управления технологическими процессами. При контроле многопараметрического процесса часть его показателей коррелированы, в этом случае для контроля среднего уровня применяют карты Хотеллинга, а для контроля многомерного рассеяния - алгоритм обобщенной дисперсии. Для минимизации параметров алгоритма обобщенной дисперсии использованы три численных метода оптимизации. Программа написана на языке Python. В работе предложена методика и разработана соответствующая программа для оптимизации параметров многомерного статистического контроля рассеяния процесса по критерию минимизации затрат, связанных с контролем частоты взятия выборок (интервала между выборками), объема выборки и положения контрольных границ. Применение этой методики проиллюстрировано на примере данных конкретного технологического процесса: получены численные значения параметров контроля и ожидаемые затраты. Многомерный статистический контроль применяется как для мониторинга стабильности технологических процессов (например, механической обработки, производства лекарств, контроля качества очистки питьевой воды), так и для диагностики функционирования систем различного назначения (например, вибраций гидроагрегата). Этим объясняются актуальность и практическая значимость исследований.

Предметом данного исследования является процесс разработки ПО АСУ. Объект исследования - система контроля качества этого процесса. В настоящее время нормативные документы и модели оценки качества ПО построены на основе принципа, определяющего, что качество программ проверятся на соответствие исключительно требованиям технического задания на их разработку. Но, как показала практика, такой подход не отвечает в полной мере современным условиям, обеспечивая не контроль качества, а проверку соответствия программ ожиданиям заказчика, сформулированным еще на начальном этапе разработки. С учетом того, что требования заказчика могут быть сформулированы недостаточно полно и уточняться в ходе работы, сформированные показатели и критерии, определяющие оценку качества, в подобной ситуации не гарантируют обеспечения качества итоговых оценок. Этот тезис является актуальным при использовании как гибких, так и каскадных методов разработки. Для решения проблемы в статье использованы общенаучные методы анализа и синтеза. На основе анализа существующих подходов к оценке качества разработки ПО синтезированы предложения по уточнению базовых принципов его оценки. Сформулирована постановка научно-практической задачи и предложен один из подходов к ее решению, основанный на уточнении используемого в настоящее время подхода к оценке качества, перехода от заранее задаваемой жесткой модели к расширенной, оценивающей не только требования технического задания, но и условия их выполнения. Практическая значимость предлагаемого подхода в том, что его реализация обеспечит общее повышение эффективности автоматизированного управления за счет повышения эффективности и безопасности применения прикладных программ на основе уточнения базового принципа оценки качества, перехода к применению динамической модели оценки качества разрабатываемого ПО.

В работе рассмотрена проблема недостаточного внимания к диагностической модели функциональной пригодности многофункциональных автоматизированных систем при высокой интенсивности потока заявок на новые сервисы автоматизации. Решить проблему предлагается путем изменения контура диагностики функциональной пригодности многофункциональных автоматизированных систем на основе уточнения границ объекта управления. При этом осуществляется перенос функций выявления изменений требований с внешнего проектирования систем (корректировки целей управления) на структурный синтез модели. Разработан подход к диагностированию функциональной пригодности многофункциональных автоматизированных систем на основе включения в состав модели дополнительных диагностических параметров изменения требований назначения, использования перестраиваемой диагностической модели, изменяющей свою структуру в зависимости от выявленных изменений требований назначения, а также внедрения дополнительных механизмов сбора данных о новых потребностях в автоматизации. Представлено описание облика программного средства информационно-аналитического обеспечения деятельности подразделения администрирования автоматизированной системы, разработанного на положениях нормативных документов. Основой программного средства являются БД, поддерживающая перестраиваемую модель автоматизированной системы, и набор интерфейсов подключения программных средств мониторинга (функционального состояния и требований назначения). Рассмотрены механизмы сбора данных о требованиях назначения и их применение в рамках решения задачи диагностирования функциональной пригодности. Описано применение рассмотренного подхода к АСУ услугами связи, функционирующей на основе модели eTOM. В результате достигнуто снижение времени перестроения диагностической модели за счет применения модуля постобработки данных мониторинга на основе технологии process-mining. Показано, что повышение актуальности диагностической информации обеспечивает рост коэффициента функциональной пригодности автоматизированной системы на 1-6 % при ограничении ресурсов на модернизацию. Предложенный подход к диагностике функциональной пригодности эволюционирующих многофункциональных автоматизированных систем может быть использован при обосновании тактикотехнических требований к перспективным системам, а также при реализации системотехнических решений в рамках процессов их проектирования для обеспечения более высокой информированности инженерного персонала.

В настоящее время проводятся активные исследования возможностей использования неклассических логик в моделировании рассуждений когнитивного агента. В статье рассматривается проблема разработки и реализации прототипа решателя расширенных шаговых теорий в случае, когда решения по управлению сложным техническим объектом принимаются в условиях жестких временных ограничений. Рассматривается логическая система, основанная на использовании шаговых теорий с двумя видами отрицания, - система расширенных шаговых теорий. Использование двух видов отрицания позволяет выводить как истинные факты, так и факты-убеждения, что важно при моделировании рассуждений человека. Основное внимание уделяется вопросу организации процедуры вывода на основе использования неклассических логик в моделировании рассуждений когнитивного агента. Приводятся основные этапы разработки прототипа расширенных шаговых теорий с использованием литералов логики высказываний. Для каждого компонента решателя описаны его функции, задачи, входные и выходные данные. Обоснован выбор системы вывода clingo, поддерживающей формирование расширенных логических программ Answer Set Programming (ASP) как инструмента реализации решателя. Приведены алгоритмы трансляции расширенных шаговых теорий в логическую программу, соответствующую синтаксису ASP. При организации логического вывода использован алгоритм циклической обработки множеств убеждений расширенных шаговых теорий в среде clingo. Основные этапы работы этого алгоритма рассмотрены на примере, где разбираются этапы работы решателя и приводятся результаты, представленные в синтаксисе clingo. Пример работы решателя демонстрирует основные особенности расширенных шаговых теорий в задачах жесткого реального времени, такие как отказ от логического всеведения, самопознание и темпоральная чувствительность. В дальнейшем планируется рассмотреть применимость созданного решателя к более сложной формальной системе - логике предикатов первого порядка.

Для управления проектами менеджерам требуется знать реально затрачиваемое рабочее время. Однако, по данным опросов исследовательской компании IDC, процедура заполнения табеля рабочего времени сотрудниками многих компаний является довольно неудобной и долгой. Авторы данной статьи предлагают способ решения проблемы учета рабочего времени сотрудников предприятия в условиях удаленной работы, основанный на разработке отдельной информационной системы с возможностью ее интеграции в существующую систему управления проектами. Для серверной части был использован фреймворк NestJS, для клиентского веб-приложения - фреймворк Angular JS. В процессе моделирования информационной системы получены диаграммы процесса учета рабочего времени до и после автоматизации с использованием современных нотаций для их построения. В качестве системы управления реляционными БД использован MS SQL Server. В работе проведен сравнительный анализ существующих для учета времени сотрудников предприятия решений, таких как TMetric, StaffCop, WorkPoint, Kickidler, ManicTime, CrocoTime, выявлены их основные преимущества и недостатки. Рассмотрены методика, средства проектирования и разработка информационной системы, успешно внедренной во внутреннюю структуру малого предприятия, 70 % сотрудников которого перешли на удаленный режим работы. Расчет эффективности работы средств автоматизации показал сокращение трудоемкости заполнения табелей учета времени на 80 %, а временных затрат на 60 %. Детальные отчеты о затраченном времени позволяют более эффективно распределять ресурсы по задачам, что обусловливает повышение общей управляемости проектами.

В настоящей работе исследуется эффективность планирования очереди с помощью предобученных моделей. Суперкомпьютерный кластер применяет планировщик для распределения поступающего потока заданий между доступными вычислительными ресурсами. Для размещения задания в очереди планировщик использует данные, указанные пользователем, в том числе заказанное время работы программы. Однако пользователи часто неверно оценивают время работы и указывают верхнюю оценку. Если задание завершается раньше, чем указано, то планировщику необходимо перепланировать очередь. Большое количество подобных событий может снижать эффективность распределения ресурсов. В последнее время появилось множество работ, посвященных применению машинного обучения для предсказания времени работы задания. Это позволяет в процессе планирования использовать время работы, вычисленное с помощью предобученной модели. Однако все полученные модели содержат ошибку. Проблема заключается в необходимости оценки эффективности планирования при заданном значении ошибки модели. В данном исследовании для оценки эффективности планирования очереди с помощью предобученных моделей сравниваются два сценария: планировщик использует указанное пользователем время (сценарий 1) и реальное время работы задания (сценарий 2). С помощью симулятора планировщика SLURM была произведена симуляция на статистических данных суперкомпьютера МВС-10П ОП2, установленного в Межведомственном суперкомпьютерном центре РАН. Результаты показали, что среднее время ожидания в сценарии 2 уменьшилось на 25 %, а приведенное время ожидания - на 50 %. Утилизация ресурсов изменилась незначительно. Данные эксперимента доказывают целесообразность применения алгоритмов машинного обучения для предсказания времени работы заданий, поступающих на суперкомпьютерный кластер. Таким образом, в статье приводится оценка предельной оптимизации, так как эксперимент предполагает стопроцентную точность предсказания, что на сегодняшний день не демонстрирует ни одна из представленных работ по предсказанию времени работы заданий.

В работе выделены основные направления исследования: проектирование сети с заданными численными характеристиками, расчет устойчивости заданной сети и решения, решение оптимизационных многокритериальных задач со многими параметрами, моделирование динамических сетей. Структура сетей иерархическая, с высокими параметрами кластеризации, обладает свойствами самоподобия на уровне глобальных авиаперевозок. Сети воздушного движения относят к типу безмасштабных сетей, или «маленького мира», а для анализа применяется теория сложных сетей. В качестве инструментария решения оптимизационных задач предложен аппарат предфрактальных графов, приведены основные определения и обозначения, рассмотрены динамические правила порождения графов. Для решения NP-полных задач, встречающихся в транспортно-логистических системах, может быть применен метод, снижающий трудоемкость для ряда подзадач. Рассмотрена модель покрытия сети авиамаршрутов предфрактальным графом, предложена постановка многокритериальной задачи размещения кратного центра со многими весами, проведена оценка радиальной метрики. Предложен алгоритм размещения кратного центра предфрактального графа при сохранении смежности старых ребер, сгенерирован граф и выделены вершины кратного центра. Правила порождения предфрактального графа позволяют генерировать сети с заранее заданными характеристиками, такими как центральность вершин, диаметр и др., в том числе для построения авиамаршрутов, размещения аэропортов и пересадочных узлов. Перспективными направлениями дальнейших исследований являются распознавание реальных сетей авиамаршрутов в виде динамических графов, взвешивание многими весами и постановка оптимизационных многокритериальных задач, анализ структурных характеристик сетей, статистический анализ на основе малых структурных элементов сети, генерирование сетей с заданными свойствами и сравнение их с реальными сетями, анализ структурной устойчивости сетей и др.

В статье описано ПО для решения задач оптимального управления каталитическим процессом в реакторе идеального смешения. На основе математической модели процесса в реакторе идеального смешения сформулирована в общем виде задача оптимального управления. В качестве управляющего параметра рассматривается температура хладоагента, на значения которой наложены ограничения. Приведен пошаговый алгоритм численного решения поставленной задачи, в основу которого положен эволюционный метод искусственных иммунных систем. Применение данного метода дает возможность получить приближенное решение задачи за приемлемое с практической точки зрения время. На основе сформулированного алгоритма разработано приложение для каталитической реакции димеризации a-метилстирола в присутствии цеолитного катализатора NaHY, продукты которой (линейные димеры) широко применяются в промышленном производстве. Для расчета процесса в реакторе идеального смешения в программе реализован ряд численных методов. В программном средстве имеется возможность настройки пользователем параметров как каталитического процесса, так и алгоритма метода искусственных иммунных систем. Критерий оптимизации задается пользователем в ходе работы программы, что позволяет применять ее для различных постановок задач каталитического процесса димеризации α-метилстирола и получать набор оптимальных концентраций веществ и оптимальный температурный режим, соответствующие заданным показателям протекания процесса. Приведено решение задачи поиска оптимального температурного режима рассматриваемого каталитического процесса, критерием оптимальности которой является достижение максимального выхода линейных димеров при минимальном выходе циклических димеров и тримеров.