Статья: Применение алгоритма стаи серых волков и нейронных сетей для решения дискретных задач (2024)

В настоящее время ключевую роль в разработке программного обеспечения играет программная инженерия, одним из критерия развитости которой является изучение ее фактологии и различных научно-практических закономерностей. Важным аспектом данной области является логика выполнения программ, оперирующая внутренними данными, и, в частности – константными значениями, выявление закономерностей в которых и актуализирует данное исследование. В качестве основных применений данной закономерности можно отметить такие, как получение фундаментальных знаний об алгоритмах, создание новых и расширение существующих метрик оценки и сравнения программного кода, развитие методов его оптимизации, применение в генетическом программировании и др.

Целью настоящей статьи получение частотного распределения константных значений в исходном коде программ на языке программирования C. Сущность представленного подхода заключается в создании метода статистического анализа текста исходных кодов программ, содержащихся в датасете ExeBench (который состоит из огромного количества исходного кода функций на языке программирования C, их ассемблерного кода для различных процессорных архитектур, ошибок компиляции и другой информации). Предложенный метод базируется на применении алгоритмов лексического и синтаксического разбора функций исходного кода, семантического определения типов констант, преобразования записи символов языка программирования в соответствующие числовые или строковые значения.

Метод имеет реализацию в виде программного средства на языке программирования Python, приведенного в виде интуитивно понятного псевдокода. Эксперименты с применением данного прототипа позволили получить искомое распределение константных значений для исходного кода программ на языке программирования C. Анализ полученных результатов позволил сделать ряд важных теоретико-практических выводов касательно наиболее часто используемых констант, соответствия полученного распределения закону Ципфа и близость к показательной функции, аномального появления ряда констант в Топ-50 и др. Научная новизна предложенного подхода заключается в том, что распределение константных значений для исходного кода программ на языке программирования C получено впервые.

Теоретическая значимость состоит в получении новых фундаментальных знаний касательно особенностей и закономерностей конструкций исходного кода, которые могут быть расширены и на другие языки программирования.

Практическая значимость заключается в применении распределения для большого спектра задач, включая авторский генетический реверс-инжиниринг, который сам по себе является качественно новым направлением.

Автономная навигация беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) является одной из ключевых задач в современной аэрокосмической индустрии. В особенности для малоразмерных БПЛА задача автономной навигации становится еще более сложной из-за ограничений по вычислительным ресурсам и возможностям сенсорных систем. Оптимизация методов навигации для таких условий является актуальной проблемой, требующей решений, которые могут обеспечить высокую производительность при минимальных затратах ресурсов.

Основной целью служит повышение эффективности автономной навигации малоразмерных БПЛА за счет использования корреляционных методов для сравнения изображений. Достижение этой цели связано с разработкой и оценкой алгоритмов, которые позволяют обеспечить высокую скорость и точность навигации при ограниченных вычислительных ресурсах. В работе использованы методы автокорреляционной функции, корреляции Пирсона, метод на основе индекса структурного сходства изображений и простой нейронной сети для задачи сравнения изображений.

Решение. Исследование показало, что подход на основе автокорреляции демонстрирует наилучшую производительность в условиях слабых вычислительных ресурсов. Он обеспечивает высокую скорость обработки полного изображения и показывает оптимальные результаты по точности обнаружения. В сравнении с другими представленными в работе методами, автокорреляционный подход способен работать не только с зашумлением «эталонной» карты, но и использовать в качестве обнаруженной области и альтернативные области с измененными паттернами. Научная новизна работы определяется в проведении систематического сравнения различных методов применительно к задаче сравнения изображений для малоразмерных БПЛА с ограниченными вычислительными ресурсами. В отличие от известных работ в области построения корреляционно-экстремальных систем, данное исследование ориентировано на использование «эталонной карты» и искомой области, представляющих собой два разных изображения одного и того же участка местности, взятых из различных источников. Это ключевое различие, так как большинство методов не обладает высокой эффективностью обработки таких изображений, на которых паттерны могут значительно варьироваться.

Практическая значимость разработанного алгоритма состоит в том, что предложенный метод на основе автокорреляции может использоваться разработчиками систем управления автономных малоразмерных БПЛА для снижения вычислительной нагрузки и повышения скорости обработки данных.

Актуальность статьи обусловлена необходимостью защиты информации на всех этапах создания информационной системы при отсутствии соответствующего организационно-технического обеспечения. Для обоснования такого рода обеспечения необходимы математические модели, учитывающие условия и случайный характер реализации во времени разнородных процессов обработки информации на каждом из этапов, угроз ее безопасности и защиты от этих угроз. В статье рассматриваются подходы к разработке таких моделей на основе аппаратов теории потоков и теории составных сетей Петри ‒ Маркова, возможности применения которых для моделирования исследуемых процессов ранее не рассматривались.

Цель статьи. Раскрыть содержание вопросов, связанных с обоснованием организационно-технического обеспечения защиты информации на этапах создания информационной системы, показать необходимость и пути количественной оценки угроз ее безопасности и защищенности от этих угроз. Для этого были применены методы функционально-структурного анализа, теории вероятностей и теории потоков. В ходе решения научной задачи показана актуальность обоснования организационно-технического обеспечения защиты информации на этапах создания информационных систем, разработаны описательные модели процессов ее обработки, приведены временны́е диаграммы сценариев реализации угроз в условиях отсутствия мер защиты и применения превентивно установленных мер организационно-технического характера, предложены показатели и аналитические соотношения для их расчета.

Научная новизна статьи состоит в том, что в ней впервые рассмотрены вопросы организационно-технического обеспечения защиты информации на этапах создания информационной системы, рассмотрены теоретические аспекты количественной оценки угроз ее безопасности и защищенности от этих угроз на основе теории потоков и перспективы применения теории составных сетей Петри ‒ Маркова. Значимость (теоретическая). Установлены условия реализации исследуемых процессов и возможности применения теории потоков и аппарата составных сетей Петри – Маркова для их моделирования.

Значимость (практическая). Полученные в работе результаты могут быть использованы при обосновании организационно-технического обеспечения защиты информации на этапах создания информационных систем различных организаций (как государственных, так и негосударственных), для которых реализация угроз на этих этапах может привести к нанесению ущерба их деятельности.

Актуальность. Настоящая работа является второй частью цикла, посвященного исследованию комплекса моделей позиционирования в сетях шестого поколения терагерцового диапазона, и решает задачи систематизации алгоритмов и оценки точности определения местоположения пользовательского устройства в зависимости от конфигурации и размерности антенной решетки на базовой станции.

Цель. В рамках обозначенной в первой части цикла научной проблемы поиска средств достижения дециметровой точности оценок координат, выполненный в настоящем исследовании анализ моделей оценки точности, обзор алгоритмов и путей их оптимизации, а также численный эксперимент служит цели обоснования используемой конфигурации и размерности антенной решетки на базовой станции. Методом исследования является аналитический обзор состояния проблемы по актуальным научным публикациям, концептуальное моделирование, категориальный подход, экспертное комбинирование, сопоставительный анализ, формализация, математическое и имитационное моделирование.

Решение / результаты. Приводятся модели оценки точности позиционирования в сетях 6G терагерцового диапазона, формализуется взаимосвязь первичных измерений и оценок координат для многопозиционного и однопозиционного определения местоположения в ближней и дальней зоне. Выполняется обзор алгоритмов геометрического определения местоположения и позиционирования с обучением для случаев одноэтапной и двухэтапной обработки; анализируется специфика реализации алгоритмов одновременного отслеживания и построения карты. Приводится анализ особенностей оптимизации алгоритмов в режимах оффлайн и онлайн. Средствами имитационного моделирования выполняется оценка точности для сценария территориального распределения с прямой видимостью с идеальной синхронизацией.

Новизна. Средствами имитационного моделирования научно обосновано достижение дециметровой точности оценок координат и ориентации в 1° в терагерцовом диапазоне для модели дальней зоны при использовании полосы 1 ГГц и составного массива антенной решетки из более чем полутысячи элементов.

Теоретическая значимость заключается в установлении зависимости точности оценок координат и ориентации устройства от конфигурации и размерности антенной решетки на базовой станции.

Практическая значимость разработанной имитационной модели заключается в численном обосновании пределов точности позиционирования устройства в сетях шестого поколения в зависимости от используемой на базовой станции антенной решетки для заданного сценария.

Актуальность. Управление использованием радиочастотного спектра требует учета реальной занятости радиоканалов и полос частот. Однако модели изменения занятости, лежащие в основе документов Сектора радиосвязи Международного союза электросвязи (МСЭ-R), не в полной мере соответствуют потребностям практики. Часть рекомендаций МСЭ-R ориентирована на оценивание локальной занятости для непродолжительных временны́х интервалов; другие рекомендации предполагают проведение измерений в стационарных радиоканалах, хотя далеко не для всех реальных радиоканалов можно рассчитывать на постоянство занятости на неограниченно протяженных участках оси времени. Вместе с тем, деятельность многих организаций, а значит и используемых ими ресурсов, подчиняется суточному циклу активности, что позволяет рекомендовать к рассмотрению модель изменения занятости в соответствии с суточным циклом. Целью работы является разработка методики для осуществления сбора информации и формирования оценки суточного изменения занятости для анализируемых радиоканалов.

Используемые методы. Разработка рекомендаций по сбору данных для контроля занятости базируется на практических подходах служб радиоконтроля и классических методах статистического анализа.

Научная новизна. В настоящей работе предложена к использованию новая модель изменения занятости радиочастотных каналов в соответствии с суточным циклом, а также обоснованная со статистических позиций методика измерения занятости.

Результат. Предлагаемая методика позволяет получить практически ориентированную оценку изменения занятости, не требующую замены парка аппаратуры, традиционно используемой службами радиоконтроля; необходимые изменения могут быть реализованы относительно несложной доработкой программного обеспечения. В работе приведены предварительные рекомендации по обеспечению точности и надежности осуществляемых измерений. Вместе с тем, традиционно применяемый математический аппарат предполагает ограничение относительной погрешности измерений. Для наиболее важных с позиций практики радиоканалов с низкой занятостью такое ограничение осложняется необходимостью весьма протяженных измерений. Представляет интерес поиск альтернативных требований к точности измерений, соответствующих реальным потребностям служб радиоконтроля.

Практическая значимость: внедрение разработанной методики позволит устранить имеющееся на настоящий момент противоречие между теоретическими положениями, лежащими в основе рекомендаций МСЭ, и практикой проведения радиоконтрольных измерений.

Актуальность предлагаемых в работе подходов и решений обусловлена стремлением к распределенным вычислениям и децентрализации модулей систем с помощью технологии блокчейн с целью повышения автономности, безопасности и независимости компонентов системы. Внедрение технологии блокчейн для децентрализации затрудняется отсутствием гибкости с точки зрения алгоритма принятия единого решения в системе – консенсуса, влияющего на количество генерируемого сетевого трафика и требованиям к аппаратной составляющей. В связи с меняющимся характером передаваемого трафика, загруженности канала связи, времени суток передачи трафика, оборудования, используемых сетевых протоколов разработка единого универсального алгоритма консенсуса не является возможной, так как зависит от очень широкого ряда изменяемых и специфичных параметров, характерных для разных задач. Внесение механизмов адаптации к текущим сетевым условиям и изменение алгоритма консенсуса без потери информации и с удовлетворяющим уровнем задержек позволило бы обеспечить достаточную гибкость для дальнейшего внедрения в существующие телекоммуникационные системы.

Целью настоящей работы является оценка эффективности предлагаемого адаптивного алгоритма выбора консенсуса блокчейн-сетей. Его сущность заключается в смене алгоритма консенсуса на участке сети связи блокчейн-сети при достижении определенных условий, позволяющий регулировать количество генерируемой нагрузки на сеть связи для снижения потерь блоков транзакций и последующей задержки их обработки. Предложенная модель оценки эффективности базируется на методах математического моделирования, анализе дифференциальных уравнений, теории массового обслуживания и сетевых графов. Анализ результатов показал эффективность предложенной модели при сравнении результатов аналитического расчета и проведенного эксперимента.

Научная новизна заключается в предлагаемом подходе разработки адаптивного алгоритма выбора консенсуса, в отличие от разработки универсального алгоритма консенсуса, и модели оценки эффективности предлагаемого подхода на сети связи с учетом ряда параметров, характеризующих устройства и участок сети связи.

Теоретическая значимость заключается в универсальности предлагаемой модели оценки эффективности для расчета скорости синхронизации всех узлов блокчейн-сети при задаваемых сетевых параметрах.

Практическая значимость предложенного алгоритма и метода оценки эффективности заключается в формировании новых подходов и возможностей при интеграции технологии блокчейн в современные сети связи, абстрагируя от проблематики подбора консенсуса в изменяющих условиях участка сети связи.

Актуальность. Обеспечение надежной и бесперебойной радиосвязи критически важно при изменении климатических условий ее эксплуатации. Совместное воздействие температуры и влажности воздуха может привести к изменению электрических характеристик приемопередающих устройств и тем самым нарушить канал связи. В сложных климатических условиях эксплуатации, за счет постоянного изменения температуры на поверхности входящих в состав печатных плат (ПП) может образовываться конденсат, влияющий на работоспособность всего устройства. В этой связи электрические характеристики изменяются, что необходимо учитывать при проектировании критичной радиоэлектронной аппаратуры. Следовательно, целесообразна оценка климатических воздействий на линии передачи, расположенные на печатных платах в широком диапазоне частот, что требует разработки новых моделей и методик.

Цель работы: оценить влияние температуры тонкой пленки воды на поверхности микрополосковой линии передачи (МЛП) на ее частотные зависимости S-параметров с помощью методов конечных элементов и лабораторных экспериментов.

Результаты. Представлена методика учета воздействия температуры и влажности окружающей среды на электрические характеристики МЛП, позволяющая оценить изменение S-параметров линии в широких диапазонах частот, температур и влажности воздуха, а также химического состава окружающей среды. Измерены S-параметры воды в контейнере, размещенном внутри коаксиальной камеры, в диапазонах частот и температур от 10 МГц до 12 ГГц и от ‒50 до 100 ℃, соответственно. Используя представленную модель, вычислены частотные зависимости электропроводности воды при разных температурах. Показано, что при положительной температуре электропроводность может достигать 6,5 См/м, а при отрицательной –1,3 См/м. Разработанная методика позволяет оценить влияние различной электропроводности воды на S-параметры МЛП. Показано влияние толщины слоя воды и льда на S-параметры МЛП. Выявлено, что модели, описывающие электропроводность воды, оказывают отличное влияние на электрические параметры линии передачи.

Новизна: представлена методика учета влияния температуры и влажности окружающей среды на S-параметры линии передачи, отличающаяся использованием модели электропроводности воды на основе вносимых потерь, вычисленных из измеренных S-параметров коаксиальной камеры с водой в контейнере при изменении ее температуры.

Практическая значимость представленной модели и методики позволяет оценить S-параметры линии в широких диапазонах частот, температур и влажности воздуха, а также химического состава окружающей среды.

Актуальность. Активный переход к массовой цифровой инфраструктуре, основанной на технологии интернета вещей (IoT), вывел телекоммуникационные сети на уровень доминирующих информационных ресурсов. Одновременное увеличение количества существующих интернет-сервисов неразрывно связано с ростом разнообразия сетевых аномалий на телекоммуникационное оборудование. В свою очередь, существующие методы обнаружения сетевых угроз не позволяют своевременно оценить сетевой трафик, который характеризуется большим количеством параметров, а выявляемые аномалии от внешнего вторжения не имеют явно выраженных закономерностей.

Целью (исследования) является повышение эффективности обнаружения аномалий трафика по результатам обработки его фреймового вейвлет-преобразования.

Научная задача состоит в разработке научно-методических подходов, позволяющих эффективно проводить анализ и своевременное обнаружение аномалий в сетевом трафике. В интересах исследования был проведен сравнительный обзор методов поиска обнаружения аномалий сетевого трафика, а также применены алгоритмы обнаружения неконтролируемых аномалий, методы анализа трафика на основе локального коэффициента выброса, бинарных деревьев, оптической эмиссионной спектроскопиии.

Решение. Рассматриваются результаты исследования возможности обнаружения аномалий в трафике битового потока по результатам его кратномастабного преобразования в базисе вейвлета Хаара. Обоснован выбор для дальнейшей обработки коэффициентов матрицы декомпозиции трафика вдоль переменной временно́го сдвига. Доказано, что кратномасштабные преобразования не только повышают структурные различия трафиков, но и открывают возможность локализации аномалий, вызвавшие указанные различия. Научная новизна работы определяется авторским подходом к обнаружению аномалий сетевого трафика при переходе от непосредственного представления сигнала в виде его дискретных отсчетов к коэффициентам, сформированным из матриц его вейвлет-преобразований, и, как результат, повышения его контрастности по отношению к другим сигналам с близкой структурой.

Теоретическая значимость. Доказана необходимость и достаточность использования вейвлет-коэффициентов вместо временны́х отсчетов сигналов в базисе материнского вейвлета из матрицы формируемого фрейма. Установлена взаимосвязь между показателями Херста и коэффициентами функций взаимной корреляции.

Практическая значимость. Полученные в работе результаты в перспективе могут быть использованы при построении моделей оценки сетевого трафика в условиях преднамеренных воздействий, а также методик поиска и синтеза эффективных методов защиты от них.

Актуальность. Голография становится одним из наиболее перспективных направлений визуализации трехмерных объектов, что обосновывает появление определенного научного интереса к этой области исследований. Прослеживается общая глобальная тенденция активизации работы специалистов над проблемой использования голографических технологий в различных областях деятельности человека. Тенденции внедрения голографических услуг и голографического типа коммуникации уже сегодня требуют пересмотра принципов планирования, проектирования и построения существующих сетей связи, а также подходов к реализации сетей шестого поколения (6G), в основе которых лежит интеграция разнообразных технологий и сетей связи в единую сеть. Отдельным вопросом стоит оценка качества обслуживания и качества восприятия голографических услуг как объективными, так и субъективными методами. Практически отсутствуют критерии оценки качества голографического изображения, в том числе шкалы и методы субъективной оценки качества предоставления голографических услуг. Более того, свойства голографического потока достаточно мало изучены, а тем более его влияние на сети связи и требования к параметрам сетей, что делает задачи исследования характеристик трафика и оценки качества обслуживания голографических услуг весьма актуальными. Целью работы является оценка качества восприятия голографической конференцсвязи с помощью субъективного метода оценки на модельной сети. В работе использованы методы субъективной оценки качества восприятия. Представленные в статье материалы отражают результаты экспериментально-исследовательской работы авторов по изучению проблемы качества восприятия голографических копий. Дано описание разработанной схемы натурного эксперимента.

Результаты. Представлены данные, полученные в результате работы экспертной группы по оценке качества восприятия. Субъективная оценка качества восприятия голографического изображения начинает ухудшаться при наличии 8 соединений и становится неудовлетворительной при 12 соединениях, что необходимо учитывать при планировании экспериментальных исследований работ по оценке качества восприятия.

Новизна. Впервые была проведена оценка качества восприятия предоставления услуги голографической конференцсвязи субъективным методом оценки. Теоретическая значимость. Проанализировано влияние увеличения числа потоков голографического трафика на качество восприятия получаемого контента.

Практическая значимость. Расширение возможностей оценки степени удовлетворенности пользователей голографическими услугами.