Аннотации номера

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

801
Предмет исследования. Предложен вариант реализации волоконно-оптического датчика вибрации. Датчик обладает повышенным рабочим диапазоном частот при использовании в качестве устройств опроса измерителей оптической мощности. В отличие от существующих спектральных измерительных комплексов, датчик обладает более низкими требованиями к условиям эксплуатации. Метод. Исследован чувствительный элемент на основе волоконного SMF-MMF-SMF перехода и индуцированной в данной структуре наклонной волоконной брэгговской решетки. Частота внешнего вибрационного воздействия на датчик определена с использованием преобразования фурье-сигнала, полученного с фотоприемного устройства. Основные результаты. Созданная в ходе исследования структура с индуцированной в ней наклонной волоконной брэгговской решеткой может быть использована в качестве чувствительного элемента волоконно-оптического датчика вибрации. Показано, что сенсор на основе разработанной чувствительной структуры способен определять частоту внешней вибрации в диапазоне 20–9000 Гц с точностью до 1%. Практическая значимость. Результаты исследований имеют существенное значение для систем мониторинга состояния конструкционных элементов зданий и сооружений. Реализация датчика вибрации в формате волоконно-оптического устройства позволяет преодолеть ограничения пьезоэлектрических сенсоров, обладая высокой помехозащищенностью и стойкостью к воздействию внешних сред.
808
Предмет исследования. Рассмотрены оптические системы виртуальной реальности, в которых применяется оптический клин для устранения или уменьшения конфликта конвергенции и аккомодации (vergence-accommodation conflict, VAC). Наклонные поверхности оптического клина вносят в оптическую систему специфические аберрации, которые могут критически сказаться на качестве изображения. Методы. Искажения, вносимые клином, проанализированы с использованием соотношений, полученных на основе теории аберраций третьего порядка. В отличие от существующих подходов, соотношения получены без допущений о небольшой величине преломляющего угла или толщины клина. Основные результаты. Показано, что в схеме с оптическим клином при типичных для систем виртуальной реальности характеристиках зависимость астигматизма от углового поля имеет линейный характер и значительно превышает остальные аберрации. Для получения изображения высокого качества наиболее успешная компенсация такой аберрации может быть достигнута за счет применения дифракционных оптических элементов (киноформ) или линзы Френеля. Приведены примеры оптических систем с клином, разработанные с учетом требований к габаритным размерам систем виртуальной реальности и качеству изображения. Практическая значимость. Полученные соотношения для аберраций оптического клина и наклонной поверхности позволяют оценить коррекционные возможности схем с использованием подобных элементов при произвольных характеристиках. Предложенные решения могут найти применение в системах виртуальной реальности с уменьшенным значением конфликта конвергенции и аккомодации.
Оценка задержки детектирования температуры чувствительного элемента волоконно-оптического гироскопа
Смирнов Д. С., Дейнека И. Г., Деветьяров Д. Р., Скляров Ф. В., Мухтубаев А. Б., Востриков Е. В.
817
Применение алгоритмической температурной компенсации с использованием внешнего термодатчика требует дополнительной синхронизации его показаний и реакции волоконно-оптического датчика на тепловое воздействие относительно времени регистрации. В работе рассмотрен подход к оценке задержки детектирования изменения температуры сегмента оптического волокна волоконно-оптического гироскопа относительно внешнего датчика температуры. Датчик температуры установлен в конструкции волоконно-оптического контура. Оценка задержки выполнена на основании температур сегмента оптического волокна, получаемых с использованием частотного рефлектометра высокого разрешения и данных температуры датчика, установленного в конструкции волоконно-оптического контура. Произведена оценка задержки детектирования температуры чувствительного элемента волоконно-оптического гироскопа внешним датчиком. Подход дает возможность оценить задержку каждого датчика в составе конструкции на основании детектирования температуры чувствительного элемента относительно внешнего датчика температуры. Полученные величины могут быть использованы для улучшения эффективности компенсации теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа.
823
Предмет исследования. В работе исследована проблема стабилизации оптических параметров одномодового вертикально-излучающего лазера. Предложено решение проблемы путем формирования внешнего резонатора на основе решетки Брэгга, индуцированной в оптическое волокно с двулучепреломлением. Выполнено экспериментальное исследование вклада обратных отражений от внешнего резонатора во флуктуации интенсивности вертикально-излучающего лазера. Проведена оценка влияния фазы обратных отражений на стабильность генерации лазерного излучения при различных токах накачки. Метод. Экспериментальная оценка относительного шума интенсивности вертикально-излучающего лазера проведена в диапазоне тока накачки 1,1–6,3 мА с использованием фотоприемника с шириной полосы 8,5 МГц. Изменение фазы обратных отражений осуществлено путем смещения торца оптического волокна с шагом 100 нм. Основные результаты. Измерена величина относительного шума интенсивности вертикально-излучающего лазера с внешним резонатором длиной 30 мм на волоконной решетке Брэгга с коэффициентом отражения 95 % и шириной спектра 95 пм. Обнаружено, что стабильный режим излучения наблюдается в диапазоне токов 1,8–3,2 мА, а за пределами этого диапазона — нестабильный режим с постоянными переключениями между соседними продольными модами. Наиболее устойчивый к изменению фазы обратных отражений режим работы лазера с внешним резонатором отмечен при токе накачки 2,78 мА. Использование внешнего резонатора на волоконной решетке Брэгга позволило снизить уровень относительного шума интенсивности с 7,2∙10–10 1/Гц до 1,5∙10–11 1/Гц в диапазоне токов накачки 1,86–3,2 мА. Показано, что снижение флуктуаций интенсивности при использовании вертикально-излучающего лазера в оптической системе положительно сказывается на соотношении сигнал/шум. Практическая значимость. Выполненное исследование может быть полезно в разработках, где требуется когерентный источник оптического излучения с низким уровнем амплитудного шума, в когерентной оптической связи и волоконно-оптических датчиках.
828
Предмет исследования. Исследованы частотные характеристики спектров глаза человека и ограненного алмаза (бриллианта). Работа основана на результатах современных исследований по применению алмаза в качестве хрусталика глаза. Выполнено сравнение полученных результатов с усредненными данными по кривой видности дневного, вечернего и ночного зрения глаза человека. Метод. В основе метода лежит представление оптической среды глаза человека и алмаза в виде динамического звена, имеющего вход и выход. Для аппроксимации спектральных кривых применена функция Гаусса. Исследование инерционных свойств такого звена во временной области выполнено путем подачи на его вход сигналов в форме δ-функции или единичной функции. Установившиеся вынужденные колебания на выходе исследуемого динамического звена определяются при подаче на вход гармонического воздействия. Частотные характеристики выявляют связь между спектрами входного и выходного сигналов, в виде прямого преобразования Фурье от функции времени. Основные результаты. Установлено, что спектры видности глаза человека и люминесцентного излучения алмаза обладают свойствами сверхширокополосных сигналов. Показано, что во временной области имеет место усиление света, когда ширина спектра на его полувысоте не превышает некоторого критического значения. Это явление проявляется и в частотной области. Выявлено, что динамические звенья алмаза и глаза человека для дневного и ночного зрения проявляют усилительные свойства. Сопоставление свойств по величине коэффициента усиления света показало незначительное отличие. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение при создании матричных фотоприемников и в качестве эталона при идентификации ограненного алмаза (бриллианта) неизвестного происхождения, а также при производстве хрусталика из алмаза.
Создание уязвимостей в системах квантового распределения ключей в результате атаки импульсным лазером
Ружицкая Д. Д., Жлуктова И. В., Петров М. А., Зайцев К. А., Ачева П. П., Зуников Н. А., Шилько А. В., Актас Д. ., Джолингер Ф. ., Трефилов Д. О., Поносова А. А., Камынин В. А., Макаров В. В.
837
Предмет исследования. Протоколы квантовой коммуникации считаются безопасными при условии, что все входящие в систему устройства полностью охарактеризованы, а побочные каналы закрыты. Однако в результате воздействия лазерного излучения возможно изменение характеристик компонентов систем квантовой коммуникации, что приводит к появлению уязвимостей в системе квантового распределения ключей. В работе рассмотрено влияние импульсного лазерного излучения на волоконно-оптические изоляторы, применяемые в системах квантовых коммуникаций. Изоляторы защищают источник системы от атакующего оптического излучения, который приходит от «подслушивающей» стороны по квантовому каналу. Снижение коэффициента изоляции может вывести всю систему из безопасного состояния, и злоумышленник сможет получить доступ к информации о секретном ключе. Метод. Выполнена имитация сценария наиболее вероятной атаки на источник системы квантового распределения ключей импульсным лазером. Экспериментальная установка воздействует на волоконные изоляторы импульсным лазерным излучением в четырех режимах генерации импульсов на длине волны 1064 нм (в пределах окна прозрачности изоляторов) со средней мощностью до 840 мВт. Проведен контроль коэффициента изоляции и пропускной способности с использованием лазерного диода с длиной волны 1550 нм и средней мощностью 10,5 мВт. Для разделения используемых лазеров применены спектрально-селективные разветвители. Основные результаты. Показано, что коэффициент изоляции в направлении из квантового канала в систему на длине волны 1550 нм снижается с исходного значения 59,1 дБ до 24,5 дБ. Пропускная способность в направлении из системы в квантовый канал на этой же длине волны уменьшается с 0,6 дБ до 1,2–12,3 дБ или не изменяется, в зависимости от параметров импульсного лазерного излучения. Мониторинг температуры показал, что при воздействии импульсным излучением температура корпуса изолятора изменяется незначительно. Полученные эффекты изменения коэффициента изоляции и пропускной способности могут быть объяснены наличием нелинейных эффектов в магнитооптическом кристалле изолятора. Практическая значимость. Результаты работы найдут применение при практической оценке безопасности систем квантовой коммуникации – оценки безопасности систем квантового распределения ключа. Результат может быть использован при составлении стандартов сертификационных процедур оценки безопасности систем квантовой связи. Работа содержит рекомендации по усилению безопасности блока источника сигнала в системах квантовой коммуникации. В качестве контрмер по защите от воздействия импульсного лазерного излучения предложено использовать оптические предохранители с заданной предельной пороговой мощностью, детекторы для мониторинга входной мощности оптического излучения и узкополосные оптические фильтры на входе в систему квантовой коммуникации.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

848
В работе рассмотрены вопросы повышения целевого показателя функционирования системы пространственного мониторинга, выраженного в максимизации количества обнаруженных объектов поиска в условиях воздействия дестабилизирующих факторов. Показано, что такая задача может быть решена путем интеграции имитационного моделирования и искусственного интеллекта в модуле моделирования и прогнозирования подсистемы проактивного управления системы пространственного мониторинга. В рамках предложенного подхода имитационная модель позволяет генерировать множество вариантов течения антагонистического конфликта и используется в качестве площадки для обучения нейросетевого модуля, который отвечает за структуру системы пространственного мониторинга. Взаимодействие нейросетевого модуля с имитационной моделью реализовано посредством интеграции интеллектуального агента. Реализован процесс обучения «с подкреплением». Выявлено, что предлагаемая интеграция возможна путем применения агентно-ориентированного подхода. На основе данного подхода представлено структурно-функциональное описание имитационной модели действия системы пространственного мониторинга в условиях воздействия дестабилизирующих факторов. Представленные результаты подтверждают эффективность рекомендаций по управлению элементами системы при использовании обученного в ходе имитационного моделирования нейросетевого модуля. Выполнено сравнение с базовыми стратегиями поиска объектов. Определены перспективы применения нейросетевых технологий и машинного обучения «с подкреплением» в подсистеме проактивного управления системы пространственного мониторинга и пути их достижения.
858
Предмет исследования. В работе рассмотрена задача управления движением мобильного робота вдоль заданной гладкой траектории без измерения координат положения. Метод. Для решения поставленной задачи использован адаптивный наблюдатель локальных координат подвижного объекта по измерениям линейной скорости, угла рысканья и дальности до одного маяка с известными координатами. Определено минимальное расстояние от робота до заданной гладкой траектории. Исходя из оценки координат робота и расстояния до кривой синтезирован закон управления движением вдоль траектории с желаемой скоростью в условиях неопределенности математической модели. Алгоритм управления движением основан на робастном методе последовательного компенсатора для ограничения отклонений робота от заданной траектории. Основные результаты. Предложенный наблюдатель координат обеспечивает асимптотическую сходимость к нулю ошибки оценивания. В работе предложено два алгоритма определения минимального расстояния от робота до траектории: точное аналитическое вычисление и нелинейный наблюдатель, который гарантирует сходимость оценки к истинному значению за сколь угодно малое время. Траекторный регулятор делает возможное движение робота вдоль заданной траектории с ограниченной ошибкой. Практическая значимость. Применение рассмотренного подхода позволит решать задачи управления движения мобильного робота без измерения координат положения. Подход может найти широкое применение в задачах управления беспилотными автомобилями в случае его движения в тоннеле или под мостом, где невозможно измерению координаты с помощью спутниковой системы навигации ГЛОНАСС, GPS.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

866
В настоящее время полупроводниковые наноструктуры пониженной размерности на основе соединений III-V групп привлекают все больший интерес исследователей для создания приборов нового поколения. Особенный интерес вызывают комбинации наноструктур разной размерности, например квантовая точка в теле нитевидного нанокристалла. Контроль размеров и расположения таких квантовых точек строго определяются параметрами роста. В результате эффективной релаксации механических напряжений на боковых гранях нитевидных нанокристаллов возможна интеграция гибридных наноструктур с кремниевой технологией. В работе продемонстрирована возможность роста методом молекулярно-пучковой эпитаксии GaP нитевидных нанокристаллов с GaAs квантовыми точками и AlGaP — с InGaP квантовыми точками на кремниевых подложках. Исследованы физические свойства выбранных нитевидных кристаллов. Эксперименты по росту массивов нитевидных нанокристаллов с квантовыми точками выполнены с помощью установки Riber Compact 21, которая оснащена, кроме ростовой камеры, вакуумно-совмещенной камерой для нанесения золота (камера металлизации). Морфологические свойства полученных наноструктур исследованы методом растровой электронной микроскопии. Оптические свойства наноструктур исследованы методом фотолюминесценции. Результаты исследований морфологических свойств выращенных наноструктур показали, что GaP с GaAs квантовыми точками сформированы преимущественно в направлении <111> в отличие от AlGaP с InGaP квантовыми точками, которые в ряде случаев изменили направление роста. Причиной изменения направления роста нанокристаллов может быть участие индия в ростовом процессе. При достаточном содержании индия в золотой капле-катализаторе, такая смешанная капля может травить фасетки на вершине нитевидного нанокристалла, тем самым спускаясь на бок и изменяя направление роста. Исследования оптических свойств выращенных наноструктур показали, что сигнал фотолюминесценции от InGaP квантовых точек в AlGaP нитевидных нанокристаллах наблюдается при температуре –263 °C с максимумом пика около 550 нм. Таким образом, синтезированные наноструктуры перспективны для оптоэлектронных применений, в частности, для создания источников одиночных фотонов.
872
Предмет исследования. Исследовано влияние концентрации оксида магния на микроструктуру и оптическое пропускание керамики в условиях избытка катионов Al3+ (4,8 мол.%) и Y3+ (2,9 мол.%) в структуре граната, а также стехиометричного соотношения Y3+/Al3+ = 3/5. Метод. Образцы оптической керамики получены путем вакуумного спекания компактов, изготовленных из керамических порошков. Порошки-прекурсоры для керамики на основе иттрий-алюминиевого граната с различным соотношением катионов Y3+/Al3+ получены методом двухстадийного химического соосаждения. В качестве спекающей добавки использован оксид магния в концентрации от 0 до 0,2 масс.%. Исследована микроструктура и оптические свойства полученных образцов методами растровой электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и спектрофотометрии. Основные результаты. Показано, что при введении оксида магния в диапазоне концентраций 0–0,2 масс.% микроструктура и оптическое пропускание керамики существенно зависят от стехиометрии иттрий-алюминиевого граната. Практическая значимость. Получены образцы оптической керамики иттрий-алюминиевого граната со значением коэффициента светопропускания более 70 % в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах.
Измерение теплоемкости и теплопроводности объемных кристаллов
β-Ga2O3 и β-(AlxGa1–x)2O3, выращенных методом Чохральского
Бауман Д. А., Панов . Д., Спиридонов В. А., Кремлева . А., Одноблюдов . М., Асач А. В., Крылов В. А., Исаченко Г. Н., Тамбулатова Е. В., Бугров В. Е., Романов А. Е.
880
Предмет исследования. Одна из областей применения объемных кристаллов оксида галлия — изготовление подложек для проведения эпитаксиального выращивания приборных структур силовой электроники и оптоэлектроники в системе Ga2O3/(AlxGa1–x)2O3. Для большинства конструкций приборов подложка является каналом отведения тепла от прибора к внешнему радиатору. Данное свойство делает информацию о тепловых характеристиках объемных кристаллов оксида галлия и твердого раствора оксидов галлия и алюминия, в частности о теплоемкости и теплопроводности критически важной. В работе проведено измерение теплоемкости объемных кристаллов β-модификации чистого оксида галлия (β-Ga2O3), полученных методом Чохральского, а также двойного твердого раствора β-оксида галлия и оксида алюминия β-(AlxGa1–x)2O3 для различных значений концентрации Al в диапазоне температур 25–480 °С. Метод. Образцы объемных кристаллов выращены в промышленной установке «Ника-3» методом вытягивания из расплава (метод Чохральского). Затем на образцах, специальным образом подготовленных из объемных кристаллов, методом дифференциальной сканирующей калориметрии измерена удельная теплоемкость. Методом с применением плоского источника тепла (метод горячего диска) измерена теплопроводность в кристаллографическом направлении [010]. Основные результаты. Получена зависимость удельной теплоемкости кристаллов β-(AlxGa1–x)2O3 для значений атомной концентрации алюминия, которая лежит в диапазоне от 0 (чистый оксид галлия) до 9,11 ат.%. Выполнен анализ влияния содержания Al на теплоемкость материала. Получена зависимость теплопроводности β-Ga2O3 от температуры, в направлении роста [010], в диапазоне температур 43–120 °С. Практическая значимость. Результаты исследования могут найти применение при дальнейшем изучении тепловых свойств оксида галлия, а также при решении задачи отвода тепла для приборов, основанных на оксиде галлия.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

887
Предмет исследования. Тесная интеграция современных киберфизических систем с системами производственно-технологическими и критической информационной инфраструктуры требует совершенствования процесса мониторинга. Процесс мониторинга необходим при постоянном увеличении возможных точек вхождения в системы. Для обработки большого количества данных, поступающих от систем мониторинга, необходимы значительные вычислительные мощности. В этой связи актуальным является снижение размерности признакового пространства при сохранении приемлемой точности мониторинга. Предлагаемое решение должно быть инвариантно к размерности и порядкам величин, из которых составлены временные ряды, подаваемые на вход системы. Метод. Для выделения наиболее информативных признаков при формировании их набора предложено применять метод анализа главных компонент, а для их классификации — метод на основе деревьев решений. Основные результаты. Выполнен вычислительный эксперимент для подтверждения применимости разработанного подхода. В эксперименте использовались данные сетевого трафика исследовательского стенда киберфизической системы водоочистки. Точность совокупности методов на анализируемых данных составила 98,74 %. Результаты сравнения с известными исследованиями показали увеличение F-меры до 0,925, что на 4,8 % превышает наиболее результативный из применяемых на сегодняшний день методов — метод изолирующего леса (Isolation Forest). Практическая значимость. Разработанный подход позволяет существенно повысить скорость идентификации и с высокой точностью обнаруживать аномалии информационной и функциональной безопасности киберфизических систем за счет снижения размерности исходного признакового пространства. Предложенный подход может использоваться в системах мониторинга событий информационной безопасности. Представленные теоретические результаты могут быть полезны исследователям информационно-функциональной безопасности киберфизических систем.
895
Предмет исследования. Стохастическое тестирование при помощи фаззеров является одним из способов поиска уязвимостей в программном обеспечении. Процесс тестирования в общем случае представляет собой генерацию случайных входных данных для исследуемой программы и может занимать значительное время. Снижение времени тестирования — актуальная задача. Одно из направлений улучшения процесса генерации — выделение только тех последовательностей данных, которые значительно влияют на пути выполнения тестируемой программы. Таким образом, новый подход к формированию входных данных, для снижения общего времени тестирования, позволит найти большее количество уязвимостей программ. Метод. Предложена модификация генетического алгоритма, используемого популярным фаззером afl (American Fuzzy Lop). Для повышения эффективности генерации входных данных предложена модель перспективных позиций. В модели производится выбор наиболее перспективной с точки зрения обнаружения уязвимости позиции входных данных для дальнейших мутаций с использованием генетического алгоритма фаззера. В отличие от существующих подходов, представленная модель учитывает перспективность конкретного элемента входных данных для увеличения покрытия кода тестом и по данной причине направляет генетический алгоритм на изменение именно этой позиции. Основные результаты. Выполнено сравнение эффективности разработанной модели с популярным фаззером afl и его модификациями (aflfast, symfuzz, afl-rb). В ходе экспериментального исследования модель позволяет достичь в среднем на 21 % большее покрытие кода, чем другие представленные решения. Покрытие ветвей исполнения между базовыми блоками кода программы увеличено с 20 897,3 до 17 267,4. Практическая значимость. Предложенная модель может быть применена при тестировании программного обеспечения, предполагающего ввод и обработку пользовательских данных. При этом требуемые изменения необходимы только в компоненте генератора псевдослучайных чисел и не затрагивают весь инструмент автоматизированного тестирования.
903
Предмет исследования. Развитие области медицинской визуализации — важная задача при растущей потребности в автоматизированной, быстрой и эффективной диагностике. Традиционно количество клеток крови определяется с помощью гемоцитометра при использовании дополнительного лабораторного оборудования и химических соединений, но данный метод занимает много времени и является трудоемким. В работе исследовано применение методов машинного обучения к задаче идентификации и классификации клеток крови для увеличения скорости распознавания без ухудшения качества. Метод. Выполнен сравнительный анализ методов распознавания клеток крови на основе подходов искусственного интеллекта. Использованы методы: опорных векторов, алгоритма k-ближайших соседей, глубокого обучения (сверточная нейронная сеть) и нейронная сеть с прямым распространением. Основные результаты. Сравнительный анализ качества работы рассмотренных алгоритмов выполнен на наборе обучающих данных с более чем 3000 изображений образцов клеток. Показано, что программа реализации методов искусственного интеллекта обеспечивает время распознавания клеток в пределах 4–6 с при использовании офисного персонального компьютера. Данное время существенно меньше времени, затрачиваемого медицинскими работниками на одно исследование биоматериала. Практическая значимость. Полученные результаты дают возможность автоматизировать процесс исследования биоматериала и сократить время проведения и получения результата анализа клеток цельной крови (идентификация и подсчет). Также позволяют уменьшить влияние ошибок оператора на результат, разгрузить вычислительные ресурсы, тем самым увеличить эффективность цифровой медицины.
912
Проблема оптимизация в облачной системе обнаружения вторжений (CIDS) имеет множество противоречивых целей: наличие одномодальных и мультимодальных функций; уровень сложности задач варьируется от линейных до нелинейных. В данной работе авторы предложили, спроектировали и разработали CIDS на основе алгоритма оптимизации серых волков (Grey Wolf Optimizer, GWO) в качестве метаэвристического метода, который способен обнаруживать атаки в нескольких доступных средах. При разработке системы обнаружения вторжений на основе облака созданы нечеткие правила представления взаимосвязи между атрибутами и характером активности (нормальным или ненормальным). Предложенный алгоритм применен к одиннадцати тестовым функциям, на которых показаны хорошие показатели производительности. Модифицированный алгоритм оптимизации серых волков может быть использован для сокращения нечетких правил при разработке нечетких CIDS. Выполнено сравнение производительности предложенного модернизированного алгоритма с классическим оптимизатором серых волков, алгоритмом роя частиц (PSO), алгоритмом поиска кукушки (CS). Результаты экспериментов показывают высокую производительность предложенного алгоритма.
919
Концепция Flying Ad Hoc Network (FANET) используется подвижными воздушными объектами и обеспечивает формирование самоорганизующихся сетей, которые организуют каналы информационного взаимодействия между этими объектами. Специфическим свойством воздушных объектов – агентов FANET является высокая скорость перемещения и ограниченная дальность коммуникации, что приводит к постоянным преобразованиям топологии при изменении помеховой обстановки. Изменения приводят к нарушениям доступности данных и к невыполнению задачи группировкой объектов в целом. Один из путей повышения качества информационного взаимодействия агентов в сети FANET — оптимизация маршрутизации каналов в динамической топологии мобильных агентов. В работе предложена модель маршрутизации каналов информационного взаимодействия в сети FANET с использованием аппарата нечеткой логики для группировки беспилотных воздушных судов ограниченной производительности. Модель позволяет учитывать не только технические факторы, но и состояние информационной безопасности взаимодействующих объектов, что обеспечивает более высокую устойчивость системы коммуникации при наличии внутреннего нарушителя информационной безопасности в группировке беспилотных воздушных судов. Приведены данные сравнительного анализа разработанного протокола Fuzzy с известными протоколами AODV, OLSR.
929
Аутентификация узлов и управление ключами — две важные службы безопасности, используемые в беспроводных сенсорных сетях (Wireless Sensor Networks, WSN). Так как количество устройств в WSN постоянно увеличивается, следует применять строгие политики безопасности, чтобы защитить сеть от внешних угроз. Существует широкий спектр интеллектуальных приложений в различных областях, таких как военная, здравоохранение, сельское хозяйство, системы «умный город» и многие другие. Большинство приложений содержат конфиденциальные данные, и они должны быть защищены для сохранения данных пользователей. Обычные протоколы безопасности активно подвержены атакам, и для их защиты предложен более надежный протокол, называемый полиномиальной аутентификацией и проверкой соответствия на основе манекен-маршрутизации (Polynomial Authentication and Mapping Verification based Mannequin Routing, PAMVMR). Протокол включает два основных процесса, такие как двухуровневая аутентификация и обработка информации. Двухуровневая аутентификация включает аутентификацию от узла к шлюзу с использованием общих полиномиальных ключей и проверку от узла к узлу с использованием функции сопоставления, которая обрабатывается с помощью правила бесконтекстной грамматики. Обработка информации включает создание манекен-маршрутов с использованием метода треугольника Паскаля и передачу данных. В результате сеть становится защищенной и надежной для передачи данных от узлов датчиков к узлу шлюза и от шлюза к пользователям.
936
Предмет исследования. В работе рассмотрено применение бент-функций различных степеней для построения R-надежных кодов, для обеспечения защиты от атак по сторонним каналам. Использование в алгоритмах кодирования бент-функции различных степеней дает возможность менять параметры надежности кода и время кодирования информации. Более высокие степени бент-функций увеличивают вероятность обнаружения ошибок при передаче или хранении данных, тогда как меньшие степени сокращают время кодирования информации, но в ущерб свойствам надежности. В предложенном алгоритме кодирования можно задавать степень бент-функции через использование сплайн-вейвлетного разложения с помощью изменения процесса генерирования сплайн-вейвлетной сетки. Метод. В рамках работы построены бент-функции на основе нелинейных функций и элементов сплайн-вейвлетного разложения. Разработан метод построения новой кодовой конструкции сплайн-вейвлет надежного бент-кода. Основные результаты. Использование сплайн-вейвлетов позволяет изменять конструкции и параметры кодов в процессе выполнения, что увеличивает защищенность системы от действий злоумышленника. Отличия различных кодовых конструкций заключается в использовании сеток для сплайн-вейвлетного преобразования и в выборе бент-функций разных степеней. Разработанная конструкция надежного кода обладает меньшей вероятностью маскировки ошибок в случае использования бент-функции высокой степени. При меньшей степени бент-функция имеет быстрое время кодирования по сравнению с существующими надежными кодами. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для защиты от атак по сторонним каналам при хранении и передаче информации в системах связи.
942
Предмет исследования. В работе представлен новый подход к сопоставлению аккаунтов социальных сетей «ВКонтакте» и «Instagram» для определения принадлежности их одному пользователю. Подход основан на сопоставлении графического контента. Новизна подхода состоит в объединении нескольких методов для сопоставления графического контента. Впервые предложен метод сопоставления аккаунтов данных социальных сетей. Метод. Представленный метод заключается в объединении трех способов сопоставления графического контента с помощью: выделения из фотографий лиц владельцев аккаунта и их сопоставления; сопоставления всех лиц в обоих аккаунтах; попарного сравнения изображений для определения одинаковых изображений в обоих аккаунтах с помощью метода перцептивного хэша pHash. Основные результаты. Предложенный метод апробирован на наборе данных из более чем 8000 пар аккаунтов. По результатам эксперимента величина метрики F-мера достигла 0,87. Практическая значимость. Практическая значимость метода заключается в автоматизации сопоставления аккаунтов пользователей в различных социальных сетях через реализацию разработанного алгоритма в прототипе комплекса программ. Дальнейшее направление исследования направлено на расширение набора данных и атрибутов профилей, рассматриваемых для сравнения. Результаты работы могут быть внедрены в программный комплекс анализа защищенности пользователей информационных систем от социоинженерных атак. Перспективным направлением является объединение полученных результатов с методами сопоставления аккаунтов, основанными на структурном подобии социальных графов.
951
Предмет исследования. Представлены результаты обучения нейронной сети NASNet с помощью нового метода отключения путей по расписанию на основе семплирования Монте-Карло и непрерывной релаксации для оценки эпистемической неопределенности в задаче классификации пыльцевых зерен на изображениях. Приведено описание разработанного метода и выполнено его сравнение с известными методами оценки эпистемической неопределенности. Актуальность работы состоит в том, что рассматриваемый пыльцевой набор данных крайне мал для задач компьютерного зрения, что порождает высокую эпистемическую неопределенность нейросетевых классификаторов и ведет к их переобучению. Разработанный метод позволяет получить оценку данного вида неопределенности без изменения архитектуры нейронной сети и обеспечить более точное решение задачи классификации пыльцы. Метод. Предложенный метод позволяет оценить эпистемическую неопределенность нейронных сетей с многопутевыми ячейками на основе отключения путей с расписанием с использованием непрерывной релаксации для повышения точности и калибровки моделей распознавания изображений. Метод позволяет превратить произвольную многопутевую нейронную сеть в байесовскую путем ее сэмплирования на этапе предсказания методом Монте-Карло с разными масками отключения путей для оценки неопределенности. Произведено тестирование метода для задачи классификации на основе архитектуры NASNet. Преимущества метода продемонстрированы на задаче классификации изображений пыльцы. Основные результаты. С помощью разработанного метода повышена точность классификации 13 видов пыльцы растений-аллергенов на изображениях в среднем на 0,73 % по сравнению с базовой сетью NASNet до значения 98,34 % по F1 мере. Также улучшена калибровка и уменьшена эпистемическая неопределенность модели в два раза по сравнению с ансамблем NASNet. Показано, что непрерывная релаксация параметра вероятности отключения путей в процессе обучения нейронной сети позволяет повысить точность решения задач и уменьшить эпистемическую неопределенность модели. Практическая значимость. Метод способствует значительному повышению точности классификации пыльцы на изображениях, что имеет решающее значение для автоматизации распознавания пыльцы в целом. Результаты работы дают возможность автоматизировать процесс аэропалинологического мониторинга и сократить время информирования больных поллинозами для предупреждения симптомов аллергии. Разработанный метод может быть применен для обучения нейронной сети для других задач компьютерного зрения на любых наборах изображений.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

962
Предмет исследования. Представлены результаты исследования процесса генерации случайных битовых последовательностей с использованием массива связанных лазеров на основе микростолбиков с квантовыми точками. Метод. Для моделирования лазерной генерации массива связанных микростолбиков использованы скоростные уравнения для лазеров на квантовых точках. Численное моделирование динамики массива лазеров осуществлено при помощи полуимплицитного метода Эйлера, реализованного на языке Julia. Алгоритм генерации битовой последовательности представляет собой последовательную реализацию следующих шагов: выборка значений интенсивности суммарного поля массива связанных микростолбиков, нормировка и дискретизация полученных значений в соответствии с разрешением восьмибитного аналого-цифрового преобразователя, извлечение четырех младших разрядов из битового представления дискретизированных значений, конкатенация битовых значений в единую последовательность. Основные результаты. Показана возможность генерации битовых последовательностей с равновероятным распределением нулей и единиц с производительностью до 400 Гбит/с при использовании массива связанных лазеров на основе микростолбиков с квантовыми точками. Полученные при частоте выборки интенсивности суммарного поля 100 гигавыборок в секунду и сохранении четырех младших разрядов последовательности длиной 14 285 716 битов успешно прошли 14 статистических тестов NIST 800-22 для p-значения 0,01. Практическая значимость. Предложенный метод может быть реализован при разработке генераторов случайных чисел на базе более масштабных массивов связанных лазеров на основе микростолбиков с квантовыми точками. Результаты работы могут найти применение при экспериментальной реализации генераторов случайных чисел с использованием массивов связанных лазеров на основе микростолбиков с квантовыми точками.
969
Предмет исследования. Интеграция автоматизированных систем на предприятиях обеспечивает информационную поддержку этапов жизненного цикла изделия и электронное взаимодействие между сотрудниками в процессе выполнении работ. Такая интеграция выполняется на конкретном предприятии и основана на онтологическом подходе, который порождает большое количество однотипных результатов в виде цифровых паспортов продукции. Работа направлена на реализацию нового единого подхода к интеграции автоматизированных систем. Метод. Предлагаемый подход основан на формировании обобщенных проектно-производственных процедур и видов данных об изделии, формируемых средствами систем управления. Последовательность этих процедур определяет деятельность предприятия на этапах жизненного цикла. Результатом процедур служит построение онтологической модели изделия для приборостроительной отрасли в целом. Применение модели на каждом конкретном предприятии возможно при формировании требований к содержанию паспорта и к проектным решениям, заданным вербально. На первом этапе реализации метода выполняется разметка элементов базовой онтологии в соответствии с решаемой задачей. Сформированные элементы онтологии определяют содержание цифрового паспорта или генерируемое проектное решение. Это связано с автоматизацией управления проектно-производственными процедурами и данными об изделии, которые считаются целесообразными на конкретном предприятии. На втором этапе производится извлечение субонтологии из базовой онтологии. На заключительном этапе выполняется извлечение субонтологии для генерации искомого проектного решения. Основные результаты. Представлены этапы выполнения метода разметки базовой онтологии, а также извлечения субонтологии с целью формирования содержания цифрового паспорта или генерации проектного решения. Практическая значимость. Рассмотренное решение может быть реализовано на предприятиях приборостроительной отрасли, которые используют автоматизированные системы проектирования. Метод позволяет разработать сигнатуры и семантики унифицированных сервисов для применения цифрового паспорта.
977
Получение точных значений фаз выходных сигналов приемных элементов фазированной антенной решетки одна из актуальных задач, связанных с применением радиофотонных технологий в радиолокации и радиосвязи. В работе рассмотрена задача измерения разности фаз выходных сигналов приемных элементов фазированной антенной решетки с использованием электрооптических модуляторов Маха–Цендера в составе радиофотонного устройства. Формализованы зависимости выходных сигналов приемников оптического сигнала и разности фаз выходных сигналов приемных элементов фазированной антенной решетки в радиофотонной схеме для различных вариантов соединения электрооптических модуляторов Маха–Цендера. Предложены методы определения разности фаз выходных сигналов приемных элементов фазированной антенной решетки на основе параллельного и последовательного включения электрооптических модуляторов Маха–Цендера в радиофотонные устройства. Выполнена сравнительная оценка предложенных методов. Показано, что метод, основанный на определении разности фаз при параллельном соединении электрооптических модуляторов, дает в 1,58 раза меньшую погрешность по сравнению с методом при последовательном соединении. Представлено описание радиофотонной схемы фазового пеленгатора. Предложенная схема обеспечивает высокую точность измерений разности фаз выходных сигналов отдельных приемных элементов фазированной антенной решетки. Результаты работы могут быть применены специалистами, которые занимаются исследованиями и разработками в области перспективных систем радиолокации и радиосвязи.
Маршрутизация в сетях автономных необитаемых подводных аппаратов
Грузликов А. М., Колесов Н. В., Литуненко Е. Г., Скородумов Ю. М.
984
Предмет исследования. Автономные необитаемые подводные аппараты имеют широкий спектр применений, но их ограниченные возможности затрудняют использование некоторых функций, критических по времени выполнения. Для координации совместных действий между агентами применяется мультиагентный подход с обменом информацией. Для сетей автономных подводных аппаратов информационное взаимодействие осуществляется с использованием средств звукоподводной связи, особенностью которой является ненаправленное излучение, ограничение по скорости (килобиты в секунду) и радиусу обмена информацией. Это приводит к необходимости планирования маршрута обмена с использованием узлов в качестве ретрансляторов. Рассмотрены вопросы маршрутизации обменов для таких сетей. Исследование направлено на решение проблемы упорядочивания в каждом из аппаратов последовательности сообщений на этапе сеанса передачи. Метод. Проблема упорядочения сообщений сведена к известной задаче flow shop планирования по суммарному критерию оптимизации — минимизация среднего времени пребывания работы в системе. Представлен алгоритм планирования сеансов связи, основанный на понятии разрешимого класса систем. На основании информационного взаимодействия между абонентами предложено соотнести состояние сети с одним из разрешимых классов систем с последующим применением алгоритма планирования. Основные результаты. Рассмотрен алгоритм планирования обменов. Сформулированы и доказаны утверждения для четырех известных разрешимых классов систем. Приведены результаты моделирования работы алгоритма. Практическая значимость. Разработанный алгоритм позволяет сократить суммарное время информационного обмена в сети автономных необитаемых подводных аппаратов и может использоваться специалистами при проектировании аппаратуры средств звукоподводной связи.
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика