Математичні машини і системи. 2020 №1

РЕФЕРАТИ І СТАТТІ 


ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ 

УДК 681.3

У роботі представлений огляд заходів щодо забезпечення безпеки життєдіяльності населення в надзвичайних ситуаціях мирного характеру, перелічені небезпеки воєнного характеру і принцип виживання у бойових умовах. У даний час у сучасних умовах ведення воєнних операцій із метою скорочення втрат солдат і офіцерів створюються роботи, роботизовані мобільні системи і розглядаються концепції їх використання. В арміях розвинених країн передбачається створення повністю автономних роботизованих формувань. Це дозволить, перш за все, суттєво скоротити втрати серед особового складу. Роботи не просто замінюють солдат на полі бою, їх застосування дозволяє командуванню ризикувати там, де в іншому випадку такий підхід був би недоречний. При невдачі буде втрачено обладнання, але не люди. Найближчим часом командування сухопутних сил США розраховує отримати на озброєння роботів, здатних самостійно обходити стаціонарні і рухливі перешкоди і виявляти противника на значній відстані. Пентагон йде шляхом створення нових поколінь «високоінтелектуальних» роботів, здатних формувати повноцінні бойові угруповання і виконувати поставлені перед ними завдання за мінімальної участі людини. Зокрема, йде процес впровадження передових інформаційних технологій, у тому числі і розробка  нових протоколів мережевого рівня, що відповідають за передачу і маршрутизацію повідомлень. Як вважають військові фахівці, це дозволить створити перспективні модульні мобільні роботоплатформи, антропоморфні роботи і безпілотні літальні апарати, об'єднані в мобільні спеціалізовані мережі, які ще називають мережами, що самоорганізуються і самоконфігуруються. В огляді розглянуті різні наземні військові роботи, літальні апарати і роботи-андроїди, що розробляються в Японії, Китаї, Америці, Європі, Україні, Росії  та ін. країнах. У висновку розглянуто футуристичне бачення армії США в майбутньому. Іл.: 45. Бібліогр.: 56 назв.

УДК 681.3


В работе представлен обзор мероприятий по обеспечению безопасности жизнедеятельности населения в чрезвычайных ситуациях мирного характера, перечислены опасности военного характера и принципы выживaния в бoeвыx уcлoвияx. В настоящее время в современных условиях ведения военных операций с целью сокращения потерь солдат и офицеров создаются роботы, роботизированные мобильные системы и рассматриваются концепции их использования. В армиях развитых стран предусматривается создание полностью автономных роботизированных формирований. Это позволит, прежде всего, существенно сократить потери среди личного состава. Роботы не просто заменяют солдат на поле боя, их применение позволяет командованию рисковать там, где в ином случае такой подход был бы неуместен. При неудаче будет потеряно оборудование, но не люди. В ближайшее время командование сухопутных сил США рассчитывает получить на вооружение роботов, способных самостоятельно обходить стационарные и подвижные препятствия и обнаруживать противника на значительном удалении. Пентагон идет по пути создания новых поколений «высокоинтеллектуальных» роботов, способных формировать полноценные боевые группировки и выполнять поставленные перед ними задачи при минимальном участии человека. В частности, идет процесс внедрения передовых информационных технологий, в том числе и разработки новых протоколов сетевого уровня, отвечающих за передачу и маршрутизацию сообщений. Как считают военные специалисты, это позволит создать перспективные модульные мобильные роботоплатформы, антропоморфные роботы и беспилотные летательные аппараты, объединенные в мобильные специализированные сети, которые еще называют самоорганизующимися и самоконфигурируемыми. В обзоре рассмотрены различные наземные военные роботы, летательные аппараты и роботы-андроиды, разрабатываемые в Японии, Китае, Америке, Европе, Украине, России и др. странах. В заключении рассмотрено футуристическое видение армии США в будущем. Ил.: 45. Библиогр.: 56 назв.



 УДК 528.06

На даний час визначення базових мас залишається важливою задачею, яка впливає на остаточні результати класифікування. Загального підходу для визначення базових мас не існує. У даній роботі були розглянуті різні методи визначення базових мас. У статті описується новий метод класифікування гіперспектральних космічних зображень, який відрізняється від відомих розв’язків однойменних задач особливим способом розбиття спектрального ознакового простору. Було проведено оптимізацію границь між класовими інтервалами на спектральних вісях за допомогою спеціального функціонала. Новий метод застосовує теорію свідчень Демпстера-Шейфера й визначає базові маси за допомогою частотного підходу. Також у даній статті був розглянутий новий підхід до знаходження базових мас з використанням відстані Махаланобіса. Була наведена формула, яка показує взаємозв’язок між відстанню Махаланобіса та базовими масами. Запропоновано метод визначення базових мас із використанням нечітких множин та нечітких чисел. Було зауважено, що теорія нечітких множин використовується при невизначених та неточних даних. Також описано метод визначення базових мас із використанням центральних вибірок. Зауважено, що для вибору центральних вибірок застосовуються опуклі оболонки. Потім визначаються базові маси з використанням відстані між класифікованими даними та вибраними центральними вибірками. Далі базові маси комбінуються за правилом Демпстера, і отримуються остаточні базові маси. Було наголошено на тому, що складні гіпотези теж розглядаються. Також проаналізовано новий підхід до визначення базових мас із використанням відстані між класифікованими даними та нормальним розподілом кожної характеристики для кожного еталонного класу. Описані методи отримання базових мас можуть бути застосовані при класифікуванні гіперспектральних космічних зображень, в управлінні транспортом, при класифікуванні рослинності, у клінічній діагностиці, при аналізі ризиків,  розв’язанні тематичних завдань та при контролі якості води. Іл.: 1. Бібліогр.: 7 назв.

УДК 528.06

В настоящее время определение  базовых масс остается важной задачей, которая влияет на окончательный результат классификации. Не существует общего подхода к определению базовых масс. В данной работе рассмотрены различные методы определения базовых масс. В статье описывается  новый метод классификации гиперспектральных космических изображений, который отличается от решений одноименных задач особым способом разбиения спектрального признакового пространства. Было проведено оптимизацию границ между классовыми интервалами на спектральных осях с помощью специального функционала. Новый метод использует теорию свидетельств Демпстера-Шейфера и определяет базовые массы с помощью частотного метода. Также в статье рассматривается новый подход к нахождению базовых масс с помощью расстояния Махаланобиса. Была приведена формула, которая описывает связь между расстоянием Махаланобиса и базовими массами. Предложен метод определения базових масс с помощью нечетких множеств и нечетких чисел. Было отмечено, что теория нечетких множеств используется при наличии неопределенных и неточных данных. Также описан метод нахождения базових масс с использованием центральних выборок. Было отмечено, что выпуклые оболочки используются для выбора центральних выборок. Потом базовые массы комбинируются по правилу Демпстера для того, чтобы получить окончательные базовые массы. Отмечено, что сложные гипотезы тоже рассматриваются. Также был проанализирован новый подход к определению базових масс с использованием меры расстояния между классифицированными данными и нормальным распределением каждой характеристики для каждого эталонного класса. Описанные методы нахождения базових масс могут быть использованы при классификации гиперспектральных космических изображений, в управлении транспортом, при классификации растительности, в клинической диагностике, при анализе рисков, решении тематических задач и при контроле качества воды. Ил.: 1. Библиогр.: 7 назв.


УДК 519.6:004.021

У статті розглядається крайова задача для звичайного диференціального рівняння n-го порядку. Як наближений розв’язок задачі вибирається функція, що для довільних значень параметрів, які входять в неї, точно задовольняє крайові умови, а при підстановці функції у рівняння утворюється диференціальна нев’язка. Для пошуку оптимальних значень параметрів, на яких досягається мінімум функції відхилення диференціальної нев’язки від нуля, пропонується підхід із використанням алгоритму диференціальної еволюції. Даний підхід може бути поширений також на випадок, коли для довільних значень параметрів наближений розв’язок не задовольняє точно крайові умови і, окрім диференціальної нев’язки, з’являються нев’язки крайових умов. Алгоритм диференціальної еволюції служить для розв’язання задач багатовимірної оптимізації. В ньому моделюються основні еволюційні процеси в живій природі: схрещування, мутація, селекція. Це один із кращих еволюційних алгоритмів, який стабільно знаходить глобальний мінімум (максимум) функції за мінімальний час. На відміну від стандартної схеми диференціальної еволюції в алгоритмі, запропонованому у статті, еволюція здійснюється тільки за рахунок операцій мутації та селекції, без використання схрещування. Це сприяє спрощенню алгоритму без погіршення точності результатів. Алгоритм дозволяє розв’язувати як лінійні, так і нелінійні крайові задачі без внесення змін і залучення чисельних методів, а також використовувати різні норми для функції відхилення (квадратичну, чебишовську та ін.). Запропонований алгоритм реалізовано в Matlab. Наводяться результати обчислювальних експериментів із розв’язання низки тестових крайових задач для диференціальних рівнянь другого і четвертого порядків. Вони показують, що знайдені за алгоритмом диференціальної еволюції наближені розв’язки вказаних задач добре узгоджуються з їхніми точними розв’язками. Табл.: 3. Іл.: 1. Бібліогр.: 20 назв.

УДК 519.6:004.021

В статье рассматривается краевая задача для обыкновенного дифференциального уравнения n-го порядка. В качестве приближенного решения задачи выбирается функция, которая для произвольных значений входящих в нее параметров точно удовлетворяет краевым условиям, а при подстановке функции в уравнение образуется дифференциальная невязка. Для поиска оптимальных значений параметров, на которых достигается минимум функции уклонения дифференциальной невязки от нуля, предлагается подход с использованием алгоритма дифференциальной эволюции. Данный подход может быть распространен также на случай, когда для произвольных значений параметров приближенное решение не удовлетворяет точно краевым условиям и, кроме дифференциальной невязки, появляются невязки краевых условий. Алгоритм дифференциальной эволюции служит для решения задач многомерной оптимизации. В нем моделируются основные эволюционные процессы в живой природе: скрещивание, мутация, селекция. Это один из лучших эволюционных алгоритмов, стабильно находящий глобальный минимум (максимум) функции за минимальное время. В отличие от стандартной схемы дифференциальной эволюции в алгоритме, предложенном в статье, эволюция происходит только за счет операций мутации и селекции, без использования скрещивания. Это способствует упрощению алгоритма без ухудшения точности результатов. Алгоритм позволяет решать как линейные, так и нелинейные краевые задачи, не внося изменений и не применяя численные методы, а также использовать разные нормы для функции уклонения (квадратичную, чебышевскую и др.). Предложенный алгоритм реализован в Matlab. Приводятся результаты вычислительных экспериментов по решению ряда тестовых краевых задач для дифференциальных уравнений второго и четвертого порядков. Они показывают, что полученные по алгоритму дифференциальной эволюции приближенные решения указанных задач хорошо согласуются с их точными решениями. Табл.: 3. Іл.: 1. Бібліогр.: 20 назв.


            
ІНФОРМАЦІЙНІ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ
 

УДК 004.02

Нікітенко Є.В., Риндич Є.В. Мобільний Android-додаток системи супроводження подорожі. Математичні машини і системи. 2020. № 1. С. 53 – 60.

Розроблено концептуальну модель предметної області та архітектуру системи супроводження подорожі, а саме планування маршруту мандрівки з урахуванням взаємодії з користувачем системи. Запропонована архітектура мобільного Android-додатка розроблена з урахуванням особливостей клієнт-серверної архітектури і є гнучкою, оскільки не обмежена використанням конкретних програмних рішень: фреймворків чи бібліотек. Запропонована система відноситься до класу систем супроводження подорожі й надає можливість користувачу створювати, редагувати, видаляти елементи маршруту подорожі. Також система націлена на роботу декількох користувачів з одним маршрутом одночасно. Кожен користувач має можливість створити декілька маршрутів одночасно. До одного маршруту можна додати багато користувачів одночасно, таким чином відтворюючи взаємозв’язок «багато до багатьох». Архітектура мобільного Android-додатка  є реалізацією клієнт-серверної архітектури з підходом до архітектури мережевих протоколів REST, який забезпечує доступ до інформаційних ресурсів у локальній або глобальній мережі. Інформація відправляється на серверну частину від клієнтів, де вона обробляється й зберігається у реляційній базі даних PostgreSQL. Для практичної реалізації використано мову програмування Java, ORM-технологію, формат обміну даними JSON та платформу Android. Однією з головних функцій розробленої системи є побудова маршруту подорожі з урахуванням факторів взаємодії багатьох користувачів та факторів, які були обрані як найважливіші. Запропоновані результати мають практичне значення і можуть бути використані в інших сферах, пов’язаних з логістикою. Іл.: 7. Бібліогр.: 5 назв.

УДК 004.02

Никитенко Е.В., Рындич Е.В. Мобильный Android-приложение системы сопровождения путешествия. Математические машины и системы. 2020. № 1. С. 53 – 60.

Разработаны концептуальная модель предметной области и архитектура системы сопровождения путешествия, а именно планирование маршрута путешествия с учетом взаимодействия с пользователем системы. Предложенная архитектура мобильного Android-приложения разработана с учетом особенностей клиент-серверной архитектуры и является гибкой, поскольку не ограничена использованием конкретных программных решений: фреймворков или библиотек. Предложенная система относится к классу систем сопровождения путешествия и дает возможность пользователю создавать, редактировать, удалять элементы маршрута путешествия. Также система нацелена на работу нескольких пользователей с одним маршрутом одновременно. Каждый пользователь имеет возможность создать несколько маршрутов одновременно. В один маршрут можно добавить много пользователей одновременно, таким образом воспроизводя взаимосвязь «многие ко многим». Архитектура мобильного Android-приложения является реализацией клиент-серверной архитектуры с подходом к архитектуре сетевых протоколов REST, который обеспечивает доступ к информационным ресурсам в локальной или глобальной сети. Информация отправляется на серверную часть от клиентов, где она обрабатывается и хранится в реляционной базе данных PostgreSQL. Для практической реализации использованы язык программирования Java, ORM-технология, формат обмена данными JSON и платформа Android. Одной из главных функций разработанной системы является построение маршрута путешествия с учетом факторов взаимодействия многих пользователей и факторов, которые были выбраны как важные. Предложенные результаты имеют практическое значение и могут быть использованы в других сферах, связанных с логистикой. Ил.: 7. Библиогр.: 5 назв.


УДК 528.9

Ковалець І.В., Халченков О.В., Ночвай В.І. Пілотне дослідження з комплексного моделювання атмосферного забруднення м. Київ. Математичні машини і системи. 2020. № 1. С. 61 – 72.

У роботі вперше проведено пілотне моделювання атмосферного забруднення у м. Київ від усіх відомих джерел діоксиду азоту, діоксиду сірки та аміаку. Для моделювання використано як дані звітності Держстатистики «2-ТП Повітря» щодо річних обсягів викидів від стаціонарних джерел у м. Київ, так і дані міжнародної георозподіленої бази даних викидів EMEP, яка складається на підставі звітів про обсяги викидів від окремих країн. Також було проведено оцінку обсягу та просторового розподілу викидів SO2 та NO2 від автотранспорту. Оцінки EMEP щодо викидів від стаціонарних джерел для усіх розглянутих речовин завжди більше, ніж відповідні дані зі звітів Держстатистики. Автотранспорт, згідно із проведеними оцінками, відповідає менше ніж за 50% викидів SO2 та NO2 у м. Київ. Попри не дуже реалістичний просторовий розподіл викидів у даних EMEP, моделювання на основі цих даних дозволяє отримати краще співпадіння результатів розрахунків із даними вимірів, ніж моделювання на основі даних емісій зі звітів Держстатистики. Але навіть у сценарії викидів EMEP розраховані концентрації SO2 та NO2 занижені у порівнянні з даними вимірів приблизно у 2 рази, що свідчить про відповідне заниження обсягів викидів у даних EMEP та набагато більше заниження викидів у звітах Держстатистики. Щодо аміаку, навіть у сценарії EMEP, в якому емісії NH3 у декілька разів перевищують відповідні обсяги зі звітів Держстатистики, розраховані концентрації у 7–25 разів занижені у порівнянні з даними вимірів NH3. З отриманих результатів можна зробити висновок, що на державному рівні у даних Держстатистики наявна інформація тільки про декілька відсотків від загального обсягу викидів аміаку у м. Київ. Результати роботи свідчать про необхідність невідкладного виконання рекомендацій експертів EMEP, наявних в опублікованій рецензії на Національний звіт України за даним протоколом, і, в першу чергу, складання і верифікація георозподіленої інвентаризації викидів згідно з методиками EMEP. Табл.: 4. Іл.: 6. Бібліогр.: 22 назв.

УДК 528.9

Ковалец И.В., Халченков А.В., Ночвай В.И. Пилотное исследование по комплексному моделированию атмосферного загрязнения г. Киев. Математические машины и системы. 2020. № 1. С. 61 – 72.

В работе впервые проведено пилотное моделирование атмосферного загрязнения в г. Киев от всех известных источников диоксида азота, диоксида серы и аммиака. Для моделирования использованы как данные отчетности Госстатистики «2-ТП Воздух» по годовым объемам выбросов от стационарных источников в г. Киев, так и данные международной геораспределенной базы данных выбросов EMEP, которая составляется на основании отчетов об объемах выбросов отдельных стран. Также была проведена оценка объема и пространственного распределения выбросов SO2 и NO2 от автотранспорта. Оценки EMEP по выбросам от стационарных источников для всех рассмотренных веществ больше, чем соответствующие данные из отчетов Госстатистики. Автотранспорт, согласно проведенным оценкам, отвечает менее, чем за 50% выбросов SO2 и NO2 в г. Киев. Несмотря на не очень реалистичное пространственное распределение выбросов в данных EMEP, моделирование на основе этих данных позволяет получить лучшее совпадение результатов расчетов с данными измерений, чем моделирование на основе данных эмиссий из отчетов Госстатистики. Но даже в сценарии выбросов EMEP рассчитанные концентрации SO2 и NO2 занижены по сравнению с данными измерений примерно в 2 раза, что свидетельствует о соответствующем занижении объемов выбросов в данных EMEP и гораздо большем занижении выбросов в отчетах Госстатистики. Для аммиака, даже в сценарии EMEP, в котором объемы эмиссий NH3 в несколько раз превышают соответствующие выбросы из отчетов Госстатистики, рассчитанные концентрации в 7–25 раз занижены по сравнению с данными измерений NH3. Из полученных результатов можно сделать вывод, что на государственном уровне в данных Госстатистики имеется информация только о нескольких процентах от общего объема выбросов аммиака в г. Киев. Результаты работы свидетельствуют о необходимости безотлагательного выполнения рекомендаций экспертов EMEP, содержащихся в опубликованной рецензии на Национальный отчет Украины по данному протоколу, и, в первую очередь, составление и верификация геораспределенной инвентаризации выбросов согласно методикам EMEP. Табл.: 4. Ил.: 6. Библиогр.: 22 назв.


УДК 004.02

Грибков С.В., Литвинов В.А., Олійник Г.В. Інструментальна модель ВЕБ-орієнтованої програмної реалізації підсистеми підтримки прийняття рішень у складі програмного комплексу ситуаційного центру. Математичні машини і системи. 2020. № 1. С. 73 – 81.

Одним із важливих завдань при вирішенні проблеми створення мережі Ситуаційних центрів (СЦ) органів державної влади України є відпрацювання типових рішень у різних сферах проблематики проектування, впровадження і функціонування СЦ. Метою статті є спроба часткового заповнення деяких наявних прогалин у відношенні методологічного та інструментального забезпечення реалізації програмного комплексу СЦ. Відзначається беззаперечна доцільність застосування ітераційного (еволюційного) підходу до процесу проектування СЦ з урахуванням реальних вітчизняних умов та ризиків. Як можлива основа прототипування СЦ розглядаються сучасні ECM-системи, що визначаються як програмні комплекси управління корпоративним контентом. У рамках цих підходів пропонується інструментальна модель прототипу підсистеми підтримки прийняття рішень у складі програмного комплексу СЦ, зокрема, на етапах підготовки і проведення наради. Під інструментальною моделлю розуміється сукупність програмних компонентів підсистеми і рішень щодо їх спільного застосування. Модель веб-орієнтованої програмної реалізації підсистеми включає програмну платформу Spring Framework, що загалом забезпечує побудову програмної інфраструктури підсистеми; засоби бібліотеки Junit та програмної платформи Mockito для модульного та інтеграційного тестування програмного коду; засоби об’єктно-реляційного відображення Hibernate для роботи з даними; протокол HTTP Request-Response як основу взаємодії серверної частини із клієнтською; стандарт/специфікацію Open API опису інтерфейсів взаємодії між серверною та клієнтською частинами; засоби формування web-сторінок для відображення у браузері користувача. Сукупність програмно-технологічних рішень, представлених у моделі, успішно апробовано в системі підтримки прийняття рішень щодо формування і оперативної реконфігурації виробничих планів виконання договорів підприємства. Іл.: 4. Бібліогр.: 19 назв.

УДК 004.02

Грибков С.В., Литвинов В.А., Олейник Г.В. Инструментальная модель ВЕБ-ориентированной программной реализации подсистемы поддержки принятия решений в составе программного комплекса ситуационного центра. Математические машины и системы. 2020. № 1. С. 73 – 81.

Одной из важных задач в решении проблемы создания сети Ситуационных центров (СЦ) органов государственной власти Украины является отработка типовых решений в различных сферах проблематики проектирования, внедрения и функционирования СЦ. Целью статьи является попытка частичного заполнения некоторых имеющихся пробелов в отношении методологического и инструментального обеспечения реализации программного комплекса СЦ. Отмечается несомненная целесообразность применения итерационного (эволюционного) подхода к процессу проектирования СЦ с учетом реальных отечественных условий и рисков. В качестве возможной основы прототипирования СЦ рассматриваются современные ECM-системы, которые определяются как программные комплексы управления корпоративным контентом. В рамках этих подходов предлагается инструментальная модель прототипа подсистемы поддержки принятия решений в составе программного комплекса СЦ, в частности, на этапах подготовки и проведения совещания. Под инструментальной моделью понимается совокупность программных компонентов подсистемы и решений по их совместному применению. Модель веб-ориентированной программной реализации подсистемы включает программную платформу Spring Framework, которая в целом обеспечивает построение программной инфраструктуры подсистемы; средства библиотеки Junit и программной платформы Mockito для модульного и интеграционного тестирования программного кода; средства объектно-реляционного отображения Hibernate для работы с данными; протокол HTTP Request-Response как основу взаимодействия серверной части с клиентской; стандарт/спецификации Open API описания интерфейсов взаимодействия между серверной и клиентской частями; средства формирования web-страниц для отображения в браузере пользователя. Совокупность программно-технологических решений, представленных в модели, успешно апробированы в системе поддержки принятия решений по формированию и оперативной реконфигурации производственных планов выполнения договоров предприятия. Ил.: 4. Библиогр.: 19 назв.


УДК 519.769

Мехтієв Т.З. Про один підхід до прогнозування волатильного тимчасового ряду. Математичні машини і системи. 2020. № 1. 82 – 93.

У даній статті пропонуються алгоритм побудови універсуму, що охоплює історичні дані часового ряду, метод фазифікації цих даних із застосуванням трапецеїдальних функцій приналежності і на їх основі нечітка модель 1-го порядку для прогнозування волатильних часових рядів. Судячи з отриманих кінцевих результатів, пропонований алгоритм побудови нечіткої моделі 1-го порядку забезпечує більш точне значення вихідного часового ряду. Нечіткі множини як критерії оцінки величин історичних даних, а разом з ними і нечіткі внутрішні зв'язки (нечіткі відносини у вигляді імплікатівних правил) розбиті на групи, які відображають причинно-наслідкові зв'язки в середині часового ряду, використані при його прогнозуванні. На основі застосування статистичних критеріїв оцінки MAPE і MSE було встановлено, що точність запропонованої нечіткої моделі, яка враховує внутрішні зв'язки 1-го порядку, істотно поліпшується при використанні пропонованого алгоритму фазифікації історичних даних. Проте, представлена у статті модель не претендує на абсолютну точність прогнозування, яка може бути досягнута і/або досягається іншими більш складними моделями старших порядків. Мета статті показати, що використання простих нечітких моделей прогнозування 1-го порядку залишає можливість для подальшого вдосконалення технології прогнозування слабоструктурованих часових рядів. Результати прогнозування довільного волатильного тимчасового ряду демонструють, що комбінація алгоритмів встановлення універсуму і фазифікації історичних даних із застосуванням трапецеїдальних функцій приналежності  побудови внутрішніх причинно-наслідкових зв'язків 1-го порядку і методу дефазифікації виходів застосовуваної нечіткої моделі все ще здатна перевершити за якістю прогнозування і достовірності прогнозів не тільки аналогічні моделі 1-го порядку, які представлені у статті, але також і інші моделі більш високого порядку. Табл.: 8. Іл.: 6. Бібліогр.: 9 назв.

УДК 519.769

Мехтиев Т.З. Об одном подходе к прогнозированию волатильного временного ряда. Математические машины и системы. 2020. № 1. 82 – 93.

В данной статье предлагаются алгоритм построения универсума, охватывающего исторические данные временного ряда, метод фаззификации этих данных с применением трапецеидальных функций принадлежности и на их основе нечёткая модель 1-го порядка для прогнозирования волатильных временных рядов. Судя по полученным конечным результатам, предлагаемый алгоритм построения нечёткой модели 1-го порядка обеспечивает более точное приближение исходного временного ряда. Нечёткие множества как критерии оценки величин исторических данных, а вместе с ними и нечёткие внутренние связи (нечёткие отношения в виде импликативных правил) разбиты на группы, которые отражают причинно-следственные связи внутри временного ряда, использованы при его прогнозировании. На основе применения статистических критериев оценки MAPE и MSE было установлено, что точность предлагаемой нечёткой модели, учитывающей внутренние связи 1-го порядка, существенно улучшается при использовании предлагаемого алгоритма фаззификации исторических данных. Тем не менее, представленная в статье модель не претендует на абсолютную точность прогнозирования, которая может быть достигнута и/или достигается другими более сложными моделями старших порядков. Цель статьи – показать, что применение простых нечётких моделей прогнозирования 1-го порядка оставляет возможность для дальнейшего совершенствования технологии прогнозирования слабоструктурированных временных рядов. Результаты прогнозирования произвольного волатильного временного ряда демонстрируют, что комбинация алгоритмов установления универсума и фаззификация исторических данных с применением трапецеидальных функций принадлежности построения внутренних причинно-следственных связей 1-го порядка и метода дефаззификации выходов применяемой нечёткой модели все ещё способна превзойти по качеству прогнозирования и достоверности прогнозов не только аналогичные модели 1-го порядка, которые представлены в статье, но также и другие модели более высокого порядка. Табл.: 8. Ил.: 6. Библиогр.: 9 назв.


 МОДЕЛЮВАННЯ І УПРАВЛІННЯ 

УДК 004.9

У статті описано метод моніторингу стану безпеки локальних корпоративних мереж, який об’єднує процеси синтезу та аналізу моделей поведінки вхідних даних, прогнозування їх значень і моделювання процесів кібератак. Створено моделі-класифікатори кіберзагроз. Характеристики потоків даних надходять у мережу за допомогою датчиків, встановлених у заздалегідь запланованих точках-пастках комп’ютерної мережі. Відбувається класифікація векторів із показників, що характеризують ці кібератаки. Отримані результати представлені у вигляді кількісних і якісних оцінок відповідно до основних положень теорії складних систем. Для підвищення ефективності захисту мережі було запропоновано централізувати обчислювальний процес із використанням грід-інфраструктури та хмарної платформи. Проведено попереднє порівняння грід і хмарної технологій. Трудомістка і обчислювально складна процедура переноситься з локальних обчислювальних мереж у високопродуктивні середовища. За допомогою імітаційних моделей було проведено дослідження змін станів схеми обробки запитів, виходячи з вибірки атак, що надійшли до комп'ютерних систем. Модель, при надходженні вхідних потоків даних, враховує їх вид, а також інтенсивність, запобігаючи використання однотипних атак для здійснення задуманої зловмисником схеми, таким чином нейтралізуючи їх вплив, дозволяючи аналізувати більш складні види кібератак. Крім кібербезпеки, прискорення завдання множинного розпізнавання є актуальним і для багатьох інших важливих додатків, таких як інтелектуальний аналіз даних, прискорена обробка XML-запитів, управління технологією QoS, фільтрація в IP-телефонії, оптимізація кешування тощо. Бібліогр.: 13 назв.

УДК 004.9


В статье описан метод мониторинга состояния безопасности локальных корпоративных сетей, объединяющий процессы синтеза и анализа моделей поведения входных данных, прогнозирования их значений и моделирования процессов кибератак. Созданы модели-классификаторы киберугроз. Характеристики потоков данных поступают в сеть с помощью датчиков, установленных в заранее запланированных точках-ловушках компьютерной сети. Происходит классификация векторов из показателей, характеризующих эти кибератаки. Полученные результаты представлены в виде количественных и качественных оценок в соответствии с основными положениями теории сложных систем. Для повышения эффективности защиты сети было предложено централизовать вычислительный процесс с использованием грид-инфраструктуры и облачной платформы. Проведено предварительное сравнение грид и облачной технологий. Трудоемкая и вычислительно сложная процедура переносится с локальных вычислительных сетей в высокопроизводительные среды. С помощью имитационных моделей было проведено исследование изменений состояний схемы обработки запросов, исходя из выборки поступивших атак в компьютерные системы. Модель, при поступлении входных потоков данных, учитывает их вид, а также интенсивность последних, предотвращая использование однотипных атак для осуществления задуманной злоумышленником схемы, таким образом нейтрализуя их воздействия, позволяя анализировать более сложные виды кибератак. Кроме кибербезопасности, ускорение задачи множественного распознавания актуально и для многих других важных приложений, таких как интеллектуальный анализ данных, ускоренная обработка XML-запросов, управление технологией QoS, фильтрация в IP-телефонии, оптимизация кэширования и т.д. Библиогр.: 13 назв.


УДК 004.75

Бурмака І.А., Литвинов В.В., Скітер І.С., Литвин С.В. Оцінка продуктивності мережі на основі блокчейна для системи виявлення вторгнень. Математичні машини і системи. 2020. № 1. С. 99 – 109.

Системи виявлення вторгнень є важливою частиною кожної корпоративної мережі. Але поточний обсяг мережевого трафіка в корпоративній мережі настільки великий, що централізовані системи виявлення вторгнень не можуть обробити таку кількість трафіка. Тому сучасним корпоративним мережам потрібна розподілена система виявлення вторгнень. Але для великих розподілених систем потрібен механізм встановлення довіри між вузлами. Блокчейн може використовуватися як такий механізм, але більшість випадків використання робочих блокчейнів пов'язані з криптовалютами, де блокчейн успішно використовується як децентралізована база даних, яка зберігає всю історію транзакцій і має механізм перевірки цілісності даних. Таким чином, протоколи блокчейна, які спочатку були розроблені для криптовалют, можуть мати проблеми із продуктивністю, коли вони будуть використовуватися для обміну інформацією про вторгнення в системи. В більшості випадків це відбувається через те, що обсяг даних у системах виявлення вторгнень для запису набагато більший, ніж у мережі криптовалют. Крім того, основна відмінність використання блокчейна для системи виявлення вторгнень і криптовалюти полягає в тому, що криптовалюта має в середньому стабільні обсяги даних для запису, коли система виявлення вторгнень має змінний обсяг даних, який збільшується у випадку аномальних ситуацій у мережі. У цій роботі представлені результати моделювання мережі на основі блокчейна для загальної оцінки продуктивності виявлення вторгнень у систему. Експеримент включає агентське моделювання динаміки параметрів, які мають найбільший вплив на продуктивність мережі. Результати моделювання допоможуть нам знайти оптимальні випадки використання для систем виявлення вторгнень на основі блокчейна. Також він покаже нам слабкі сторони протоколів блокчейна та шляхи покращення продуктивності блокчейна для цього випадку використання. Іл.: 4. Бібліогр.: 29 назв.

УДК 004.75

Системы обнаружения вторжений являются важной частью каждой корпоративной сети. Но текущий объем сетевого трафика в корпоративной сети настолько велик, что централизованные системы обнаружения вторжений не могут обработать такое количество трафика. Поэтому современным корпоративным сетям нужна распределенная система обнаружения вторжений. Но для больших распределенных систем нужен механизм установления доверия между узлами. Блокчейн может использоваться как такой механизм, но большинство случаев использования рабочих блокчейнов связаны с криптовалютой, где блокчейн успешно используется как децентрализованная база данных, которая хранит всю историю транзакций и имеет механизм проверки целостности данных. Таким образом, протоколы блокчейна, которые первоначально были разработаны для криптовалют, могут иметь проблемы с производительностью, когда они будут использоваться для обмена информацией о вторжении в системы. В большинстве случав  это происходит из-за того, что объем данных в системах обнаружения вторжений для записи гораздо больше, чем в сети криптовалют. Кроме того, основное отличие использования блокчейна для системы обнаружения вторжений и криптовалюты заключается в том, что криптовалюта имеет в среднем стабильные объемы данных для записи, когда система обнаружения вторжений имеет переменный объем данных, который увеличивается в случае аномальных ситуаций в сети. В этой работе представлены результаты моделирования сети на основе блокчейна для общей оценки производительности обнаружения вторжений в систему. Эксперимент включает агентское моделирование динамики параметров, которые оказывают наибольшее влияние на производительность сети. Результаты моделирования помогут нам найти оптимальные случаи использования для систем обнаружения вторжений на основе блокчейна. Также он покажет нам слабые стороны протоколов блокчейна и пути улучшения производительности блокчейна для этого случая использования. Ил.: 4. Библиогр.: 29 назв.


УДК 621.771.23.024.2

Одним із найважливіших показників якості прокату є чистота його поверхні, яка, у свою чергу, визначається наявністю або відсутністю поверхневих дефектів. Дослідження, проведені на ряді товстолистових станів, показали, що лише невелика частина прокатаної продукції (близько 10%) не вимагає зачистки з використанням абразивних інструментів. У даний час найбільш ефективним і економічним способом видалення первинної окалини є гідравлічний, реалізований струменем води, що бє з сопла під високим тиском. У статті розглянуті принципи розрахунку параметрів пристрою гідрозбивання окалини з роторними головками. Використано експериментальні дані для наближеного вибору параметрів струменя гідрозбивання. Показано, що ефективність видалення окалини істотно пов’язана з маркою сталі, що проілюстровано відповідними графіками, а також зі швидкістю рідини на виході обертових роторних головок. Розглянуто функції автоматизованої системи гідрозбивання окалини для стану гарячої прокатки, наведено структурну схему комплексу технічних засобів, проаналізовано основні принципи побудови системи. Описані вище технічні рішення, що включають нову високоефективну енерго- і ресурсозберігаючу технологію гідроочищення поверхні металу, технічні засоби високого тиску води і автоматизовану систему управління обладнанням високого тиску, яка реалізує розроблену технологію, використані в автоматизованій системі гідрозбивання окалини (АС ГЗО), впровадженій у промислову експлуатацію на товстолистовому стані 2800. Ця розробка може бути впроваджена практично на всіх металургійних комбінатах України та країн ближнього зарубіжжя. Табл.: 1. Іл.: 9. Бібліогр.: 15 назв.

УДК 621.771.23.024.2

Одним из важнейших показателей качества проката является чистота его поверхности, которая, в свою очередь, определяется наличием или отсутствием поверхностных дефектов. Исследования, проведенные на ряде толстолистовых станов, показали, что лишь небольшая часть прокатанной продукции (около 10%) не требует зачистки с использованием абразивных инструментов. В настоящее время наиболее эффективным и экономичным способом удаления первичной окалины является гидравлический, реализуемый струёй воды, бьющей из сопла под высоким давлением. В статье рассмотрены принципы расчета параметров устройства гидросбива окалины с роторными головками. Использованы экспериментальные данные для приближенного выбора параметров струи гидросбива. Показано, что эффективность удаления окалины существенно связана с маркой стали, что проиллюстрировано соответствующими графиками, а также со скоростью жидкости на выходе вращающихся роторных головок. Рассмотрены функции автоматизированной системы гидросбива окалины для стана горячей прокатки, приведена структурная схема комплекса технических средств, проанализированы основные принципы построения системы. Описанные выше технические решения, включающие новую высокоэффективную энерго-и ресурсосберегающую технологию гидроочистки поверхности металла, технические средства высокого давления воды и автоматизированную систему управления оборудованием высокого давления, реализующую разработанную технологию, использованы в автоматизированной системе гидросбива окалины (АС ГСО), которая внедрена в промышленную эксплуатацию на толстолистовом стане 2800. Эта разработка может быть внедрена практически на всех металлургических комбинатах Украины и стран ближнего зарубежья. Табл.: 1. Ил.: 9. Библиогр.: 15 назв.


УДК 519.21

У статті узагальнено результати, отримані у роботах Параньяпа, Парка, Клесова, Круглової. Зокрема, знайдено точний розподіл максимуму поля Ченцова (Brownian sheеt в англомовній літературі) на одиничному квадраті, яке звужується на певну ламану. Необхідність розгляду таких задач пов’язана з задачами перколяції (протікання) та фільтрації. Як наслідки досліджено розподіли супремуму на межі квадрата, а також на східчастій лінії. Знайдені розподіли співпадають із розподілами, одержаними у роботах Парка і Параньяпа. Особливістю ламаних, на яких вивчається розподіл звуження поля Ченцова, є спеціальне чергування горизонтальних і вертикальних ланок. Точний розподіл для звуження поля Ченцова на такі ламані у попередніх роботах намагались одержати шляхом граничного переходу в n-кратних інтегралах. Такий граничний перехід потребує додаткового обгрунтування. Запропонований у роботі метод параметризації ламаних вирішує проблему граничного переходу, але точні розподіли визначаються через досить «громіздкі» інтеграли, навіть наближена оцінка значень яких є проблемною. Як засіб розв’язання цієї проблеми запропоновано комп’ютерне моделювання траєкторії випадкового процесу, який є відповідним звуженням поля на лінії. Для моделювання було застосовано алгоритм, запропонований Кругловою і Диховичним. Цей алгоритм має високу швидкодію, потреба в якій зумовлена великою кількістю точок розбиття траєкторії процесу. Підбір розподілу супремуму здійснено засобами мови статистичного програмування R. Як найбільш прийнятний розподіл обрано розподіл Вейбулла, що підтверджено критерієм Колмогорова, а також Q-Q та P-P діаграмами. Іл.: 7. Бібліогр.: 12 назв.

УДК 519.21


В статье обобщены результаты, полученные в работах Параньяпа, Парка, Клесова, Кругловой. В частности, найдено точное распределение максимума поля Ченцова (Brownian sheеt в англоязычной литературе) на единичном квадрате, которое сужается на определенную ломаную. Необходимость рассмотрения таких задач связана с задачами перколяции (протекания) и фильтрации. Как последствия исследованы распределения супремуму на грани квадрата, а также на ступенчатой линии. Найденные распределения совпадают с распределениями, полученными в работах Парка и Параньяпа. Особенностью ломаных, на которых изучается распределение сужения поля Ченцова, есть специальное чередование горизонтальных и вертикальных звеньев. Точное распределение для сужения поля Ченцова на такие ломаные в предыдущих работах пытались получить путем предельного перехода в n-кратный интеграл. Такой предельный переход требует дополнительного обоснования. Предложенный в работе метод параметризации ломаных решает проблему предельного перехода, но точные распределения определяются через достаточно «громоздкие» интегралы, даже приближенная оценка значений которых является проблемной. Как средство решения этой проблемы предложено компьютерное моделирование траектории случайного процесса, который является подходящим сужением поля на линии. Для моделирования был использован алгоритм, предложенный Кругловой и Дыховичным. Этот алгоритм имеет высокое быстродействие, необходимость в которой обусловлена большим количеством точек разбиения траектории процесса. Подбор распределения супремума осуществлен средствами языка статистического программирования R. Как наиболее приемлемое распределение избрано распределение Вейбулла, что подтверждено критерием Колмогорова, а также Q-Q и P-P диаграммами. Ил.: 7. Библиогр.: 12 назв.


       ЯКІСТЬ, НАДІЙНІСТЬ І СЕРТИФІКАЦІЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ І ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ 

УДК 621.3.019.3

У більшості випадків введення апаратної надлишковості використовується як засіб підвищення надійності невідновлювального обладнання, тобто такого, яке неможливо за конструктивними особливостями або умовами експлуатації ремонтувати. У цьому випадку можна покращити не лише ймовірність безвідмовної роботи, але й збільшити час напрацювання до відмови. У статті показано, що у випадку введення надлишковості для відновлюваної апаратури виникають додаткові можливості для організації самоконтролю (самодіагностики) технічного стану обладнання. На прикладі популярної структури NonStop фірми Tandem розглянуто конкретні рішення для утворення сигналів індикації технічного стану структури в реальному часі у разі виникнення передаварійних та аварійних ситуацій. Показано, що зазначені додаткові можливості практично відсутні в мажоритарних структурах у випадку 3-кратної надлишковості та суттєво покращуються зі збільшенням рівня надлишковості. Ще одна важлива та корисна особливість таких структур – це адаптація алгоритму відновлення сигналів при відмові частини обладнання у структурі. Так, структура типу «тандем» після відмови одного з компонентів при такій адаптації переходить до процедури відновлення «2 з 3», що збільшує ймовірність безвідмовної роботи за рахунок збільшення кількості працездатних станів. Проведено аналіз структур типу «тандем» для різних стартових технічних станів. Отримані аналітичні вирази для середнього часу переходу із схеми «тандем» до схеми із трикратною надлишковістю та у подальшому до наступного технічного стану без надлишковості, для середнього часу зворотних переходів при наявності процедур відновлення. Отримані вирази для відповідних коефіцієнтів готовності. Табл.: 1. Іл.: 2. Бібліогр.: 3 назв.

УДК 621.3.019.3

Введение аппаратной избыточности в большинстве случаев используется как метод повышения надежности неремонтируемого (невосстанавливаемого) оборудования. В этом случае может быть достигнуто не только улучшение такого показателя, как вероятность безотказной работы, но и увеличение наработки до отказа. В статье показано, что в случае введения избыточности для восстанавливаемой аппаратуры возникают дополнительные возможности для организации самоконтроля (самодиагностики) технического состояния оборудования. На примере популярной структуры NonStop фирмы Tandem рассмотрены конкретные решения для выработки сигналов индикации в реальном времени технического состояния структуры в случае возникновения предаварийных и аварийных ситуаций. Показано, что указанные дополнительные возможности практически отсутствуют в мажоритарных структурах в случае 3-кратной избыточности и существенно улучшаются при переходе к структурам с большей избыточностью. Еще одна важная и полезная особенность таких структур – это адаптация алгоритма восстановления сигналов при отказе части оборудования в структуре. Так, структура типа «тандем» после отказа одного из компонентов при такой адаптации переходит к процедуре восстановления «голосованием «2 из 3», что увеличивает вероятность безотказной работы за счет увеличения количества работоспособных состояний. Проведен анализ структур типа «тандем» для различных стартовых технических состояний. Получены аналитические выражения для среднего времени перехода из схемы «тандем” к схеме с трехкратной избыточностью и в дальнейшем к следующему безызбыточному состоянию, для среднего времени обратных переходов при наличии восстанавливающих процедур. Получены выражения для соответствующих коэффициентов готовности. Табл.: 1. Ил.: 2. Библиогр.: 3 назв.


УДК 519.718

Робота присвячена вирішенню важливої проблеми продовження періоду експлуатації застарілого обладнання систем критичного призначення, планові заходи по заміні якого економічно недоцільні в даний час. При цьому необхідною умовою продовження періоду експлуатації є збереження встановлених ризиків виникнення критичних ситуацій, які можуть стати причиною аварій. Для невідновлюваних виробів прогнозується залишковий ресурс, а для відновлюваних - залишковий термін служби. Якщо в питаннях прогнозування стану механічних виробів багато проблемних питань на сьогоднішній день вирішені, то в напрямі електронних і електротехнічних виробів рішення даної проблеми вимагає подальших досліджень. Непереборні труднощі пов'язані з використанням теоретичної моделі надійності експоненціального розподілу, яка не передбачає протікання у виробах процесів деградації і старіння, що залежать від тривалості експлуатації. Як альтернатива для прогнозування залишкового ресурсу виробів електронної техніки в роботі пропонується вірогіднісно-фізична модель надійності – DN-розподіл, отримано спеціально для вирішення завдань по надійності для даного класу виробів. DN-розподіл є гнучкою двопараметричною функцією, яка найбільш точно описує будь-яку статистику відмов із різними коефіцієнтами варіації наробіток до відмови. Крім того, цей розподіл має функцію інтенсивності відмов, що змінюється в часі, яка відповідає більшості реальних об'єктів, схильних до деградації параметрів і старіння. На прикладі напівпровідникових транзисторів в роботі пропонуються методи прогнозування залишкового ресурсу виробів після тривалого зберігання без електричного навантаження і за результатами форсованих випробувань з підвищеним навантаженням. Табл.: 2. Іл.: 1. Бібліогр.: 7 назв.

УДК 519.718

Работа посвящена решению важной проблемы продления периода эксплуатации устаревшего оборудования систем критического назначения, плановые мероприятия по замене которого экономически не целесообразны в данное время. При этом необходимым условием продления периода эксплуатации является сохранение установленных рисков возникновения критических ситуаций, которые могут стать причиной аварий. Для невосстанавливаемых изделий прогнозируется остаточный ресурс, а для восстанавливаемых – остаточный срок службы. Если в вопросах прогнозирования состояния механических изделий многие проблемные вопросы на сегодняшний день решены, то в направлении электронных и электротехнических изделий решение данной проблемы требует дальнейших исследований. Непреодолимые трудности связаны с использованием в качестве теоретической модели надежности экспоненциального распределения, которое не предполагает протекания в изделиях процессов деградации и старения, зависящих от длительности эксплуатации. В качестве альтернативы для прогнозирования остаточного ресурса изделий электронной техники в работе предлагается вероятностно-физическая модель надежности – DN-распределение, полученное специально для решения задач по надежности для данного класса изделий. DN-распределение представляет собой гибкую двухпараметрическую функцию, которая наиболее точно описывает любую статистику отказов с разными коэффициентами вариации наработок до отказа. Кроме того, данное распределение имеет функцию интенсивности отказов, изменяющуюся во времени, которая соответствует большинству реальных объектов, подверженных деградации параметров и старению. На примере полупроводниковых транзисторов в работе предлагаются методы прогнозирования остаточного ресурса изделий после длительного хранения без электрической нагрузки и по результатам форсированных испытаний с повышенной нагрузкой. Табл.: 2. Ил.: 1. Библиогр.: 7 назв.


 

              

      Останнє оновлення: 03.04.2020