Аннотации номера

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

223
Предмет исследования. Представлены результаты оценки влияния ограничений динамического диапазона схемы обработки сигналов волоконно-оптической буксируемой сейсмической косы на качество получаемых сейсмограмм. В отличие от существующих гидроакустических систем на пьезокерамических преобразователях, ограничения динамического диапазона в волоконно-оптической буксируемой косе приводят не к клипированию акустических сигналов, а к сложным нелинейным искажениям. Такие искажения оказывают влияние как на амплитудно-частотные, так и на фазочастотные характеристики регистрируемых сигналов. Основной задачей представленной работы является оценка искажений сейсмограмм, получаемых из акустических сигналов, регистрируемых в условиях ограничения динамического диапазона волоконно-оптической буксируемой сейсмической косы. Метод. Для решения поставленной задачи использованы сейсмические сигналы, полученные во время натурных испытаний различных типов сейсмических кос в акватории Кольского залива. Акустические сигналы, зарегистрированные в виде цифровых отсчетов, пересчитаны в радианы с учетом известного коэффициента чувствительности гидрофонов буксируемой сейсмической косы и преобразованы в цифровые отчеты оптических интерференционных сигналов. Интерференционные сигналы в цифровом виде эквивалентны реальным оптическим сигналам, регистрируемым приемным трактом в блоке обработки сигналов волоконно-оптической косы. Цифровая форма зарегистрированных акустических сигналов позволяет усилить их за счет умножения на заданный коэффициент усиления, имитируя различные уровни энергии акустического источника. Полученные сигналы обработаны с применением специальной математической модели, с учетом фундаментального ограничения динамического диапазона. Эти ограничения обусловлены конечной частотой дискретизации интерференционного сигнала, фиксированной частотой вспомогательной фазовой модуляции и конечной полосой пропускания используемых фильтров низких частот. Выполнено моделирование процесса регистрации акустических сигналов волоконно-оптической буксируемой сейсмической косой без искажений и в условиях ограничения динамического диапазона. Сигналы с выхода модели использованы для построения сейсмограмм одного и того же участка шельфа с разными уровнями акустического усиления с применением метода отраженных волн. Основные результаты. Полученные результаты показали, что ограничения динамического диапазона схемы обработки сигналов волоконно-оптической буксируемой сейсмической косы оказывают существенное влияние на качество сейсмограмм. Происходит снижение детализации сигналов, а также уменьшение более чем в 5 раз амплитуды регистрируемых волн. Показано, что значительно снижается качество сейсмограмм в областях резкого перехода между слоями с различной плотностью, дающими наиболее отчетливые и сильные отраженные сейсмические колебания. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют оценить влияние сложных нелинейных искажений акустических сигналов на получаемые сейсмограммы в условиях ограничения динамического диапазона схемы обработки сигналов. Актуальность работы обусловлена отсутствием мировых аналогов разрабатываемой волоконно-оптической буксируемой сейсмической косы. Построенная модель тракта обработки сигналов позволяет по известной чувствительности волоконно-оптических гидрофонов косы выбирать оптимальную энергию акустического источника для проведения сейсмической разведки с максимально эффективным использованием динамического диапазона волоконно-оптической косы.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

233
Предмет исследования. Предложен новый метод синтеза закона управления многоканальными линейными объектами с гарантией нахождения регулируемых переменных в заданных множествах в условиях неизвестных ограниченных возмущений. Метод. Задача решена в два этапа. На первом этапе использовано преобразование координат, чтобы свести исходную задачу с ограничениями к задаче исследования на устойчивость по вход-состоянию новой расширенной системы без ограничений. На втором этапе выполнен синтез закона управления для преобразованной системы, где выбраны настраиваемые параметры из решения линейных матричных неравенств. Основные результаты. Показана эффективность работы предложенного метода. Выполнено моделирование в MATLAB/Simulink, результаты которого показали результативность метода и подтвердили теоретические результаты. Практическая значимость. Представленный метод рекомендуется использовать в задачах управления, где требуется поддержание регулируемых переменных в заданных множествах, например, управление электроэнергетической сетью, управление процессом поддержания пластового давления и т. д.
239
 Рассмотрена задача исследования чувствительности процессов управления к вариации параметров. Для решения задачи использован аппарат траекторной чувствительности, применение которого совместно с методом пространства состояний позволило построить модели чувствительности. На основе моделей определены эллипсоидные оценки функций траекторной чувствительности по состоянию, выходу и ошибке линейных многомерных непрерывных систем в форме мажорант и минорант. Выполнены вычисления с использованием обобщенного сингулярного разложения матриц, составленных из функций траекторной параметрической чувствительности. Полученные эллипсоидные оценки в силу содержательных возможностей обобщенного сингулярного разложения матриц обладают свойством минимальной достаточности. Метод оценки дает возможность с помощью левого сингулярного базиса, соответствующего экстремальным обобщенным сингулярным числам, выделить в пространствах состояния, выхода и ошибки подпространства, которые характеризуются в каждый момент времени наибольшим и наименьшим по норме дополнительным движением. Правый сингулярный базис позволяет в пространстве параметров выделить подпространства, порождающие наибольшее и наименьшее по норме дополнительное движение. Предложенный подход решает проблему «оптимального номинала», то есть проблему выбора номинального значения вектора параметров агрегатов объекта управления, доставляющих многомерному управляемому процессу наименьшее значение эллипсоидных оценок функций траекторной чувствительности, а также осуществить сравнение протекания многомерных управляемых процессов по эллипсоидным оценкам траекторной параметрической чувствительности.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

246
Предмет исследования. Рассмотрена нелинейная вязкоупругость одноосноориентированных полимерных материалов. Предложены новые нелинейные реологические модели для объяснения механизмов деформирования ориентированных полимеров и возможности прогнозирования их механического поведения в различных режимах эксплуатации. Изучено применение простейшей реологической модели реального вязкоупругого тела к описанию и объяснению процесса восстановления полимерных материалов. Метод. С позиции реологии введена модель идеального вязкоупругого тела. Применяя уравнение баланса числа переходов через энергетические барьеры, предложен метод расчета новой нелинейной реологической модели. Для устранения недостатков модели идеального тела, связанных с невозможностью прогнозирования режимов ползучести и релаксации напряжения на длительное время, получена обобщенная реологическая модель реального вязкоупругого тела. В этой модели простейшие элементы соединены параллельно, что означает наличие в материале не одного, а нескольких энергетических барьеров, переходы через которые имеют собственные времена релаксации. Для описания восстановительных процессов в полимерных материалах модель идеального вязкоупругого тела дополнена параллельно подключенной упругой пружиной. Дополнительная пружина заменяет межфибриллярное взаимодействие между отдельными элементами структуры и отвечает за возможные препятствия при скачкообразных переходах через энергетический барьер. Используя метод расчета реологических моделей и описывая межфибриллярные связи в рамках теории упругости, получено определяющее уравнение для процесса восстановления. Основные результаты. На основании определяющего уравнения вязкоупругости для одноосноориентированных полимерных материалов введен новый нелинейный высокоэластичный элемент, который заменяет элемент Максвелла. Показана новая реологическая модель параллельного соединения эластичных элементов. Дано объяснение заторможенности процесса восстановления в полимерах. Предложена простейшая реологическая модель реального вязкоупругого тела, в которой за межфибриллярные связи отвечает упругая пружина. Получено определяющее уравнение, которое описывает процесс восстановления в рамках предлагаемой модели. Данное уравнение легко интегрируется в квадратурах и дает решение, которое представляет собой аналог формулы Ньютона–Лейбница. Показано, что процесс восстановления деформации в полимере не зависит от уровня начальной деформации и способа нагружения. Полученный результат подтверждается экспериментальными данными для поликапроамидных и полиэтиленовых пленочных нитей. При задании некоторого начального уровня деформации получены обобщенные кривые восстановления этих материалов. Практическая значимость. Предлагаемая простейшая реологическая модель реального вязкоупругого тела позволяет прогнозировать восстановительные свойства полимерных материалов. Дает возможность определить высоту энергетического барьера и величину модуля упругости пружины в модели. На основании новых реологических моделей в дальнейшем планируется рассмотрение вопросов моделирования и прогнозирования разных режимов деформирования.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

254
Кодирование речи — один из методов представления цифрового речевого сигнала с использованием малого числа битов, при этом возможно сохранить их качество и точность. В большинстве ситуаций шифрование и качество речи играют решающую роль в различных акустических системах кодирования. Предложен способ уменьшения занимаемой памяти, используемой речевыми данными с применением поддиапазона и алгоритма Хаффмана для речевых сигналов. Выделены значения амплитуды речевого сигнала после предварительной обработки, оконной обработки и применения методов декомпозиции. Полученные данные преобразованы в частотную область с использованием дискретного косинусного преобразования (Discrete Cosine Transform, DCT). Проведено кодирование методами Хаффмана 90 основных коэффициентов, содержащих наибольшее количество информации о речевых сигналах. Для восстановления исходной речи закодированный сигнал повторно преобразован в форму во временной области с применением обратного дискретного косинусного преобразования (Inverse Discrete Cosine Transform, IDCT). Выполнен эксперимент с речевыми данными с 16 битами по выборке на частоте 8 кГц. Величина показателя SNR (отношение сигнал/шум) показывает эффективность предлагаемого метода.
262
Веб-атаки используют уязвимости конечных пользователей и их систем. Атаки выполняют вредоносные действия, такие как кража конфиденциальной информации, внедрение вредоносных программ, перенаправление на вредоносные сайты без ведома пользователя. Вредоносные ссылки на веб-сайты распространяются через публикации в социальных сетях, электронные письма и сообщения. Жертвой может быть физическое лицо или организация, и каждый год такие действия приносят огромные денежные потери. В недавнем отчете Internet Security сказано, что 83 % систем в Интернете за последний год были заражены вредоносным программным обеспечением, так как пользователи не знали о воздействии вредоносного Uniform Resource Locator (URL)-адреса. Существует несколько способов обнаружения и предотвращения доступа к вредоносным доменным именам. Известные подходы основаны на черном списке, эвристических методах и методах, основанных на машинном глубоком обучении. В работе представлено облегченное решение классификации вредоносных доменных имен на основе машинного обучения. Большая часть существующих исследований направлена на повышение точности классификации с помощью увеличения количества вредоносных признаков. В предложенном подходе использовано меньшее количество функций, включая лексические, основанные на содержании, наборе слов, популярных функциях для классификации вредоносных доменов. Результат эксперимента показал, что представленный подход работает лучше, чем существующие.
269
Рассмотрена имитационная модель вычислительной системы, построенная в среде Simulink (SimEvent). В соответствии с теорией массового обслуживания система классифицируется как G/G/n/∞. При этом в системе присутствует множество входных потоков, их очередь бесконечна, применяются две обратные связи, отражающие ситуацию повторной обработки в случае отказа или отсутствия решения при первой попытке обработки. Архитектура системы ориентирована на параллельную обработку определенного класса задач, при этом сами задачи независимы по данным. Модель исследована при равномерно распределенных и экспоненциальных входных потоках. Исследована ситуация непрерывных потоков нескольких типов задач, для которых варьируются приоритеты и число фрагментов разбиения. Число фрагментов обуславливает степень параллелизма при выполнении задачи. Показан способ автоматического определения оптимального количества фрагментов задачи для гарантии ее выполнения в директивный срок. Предложено использование механизмов спорадического управления количеством фрагментов задач, поступающих в непрерывном потоке, и управления приоритетами каждого из фрагментов задач. Данный механизм позволит существенно ускорить прохождение задач в директивный срок выполнения. Снижена нагрузка на вычислительную систему и повышена эффективность ее работы. Применение предложенных алгоритмов существенно упростит механизмы планирования в вычислительной системе, что позволит исключить использование планировщика.
279
Предмет исследования. Представлено исследование методов выделения локальных признаков на изображении применительно к задаче аутентификации человека по термограмме лица. Сформированы выборки фотоизображений и изображений лиц в дальнем инфракрасном диапазоне. Новизна исследования состоит в особенностях выборки изображений в реальных условиях, оказывающих влияние на качество аутентификации, таких как мимика, ношение очков или медицинской маски, нанесение грима/косметики, различная освещенность и температурные условия окружающей среды, повороты головы. Методы. Основа исследуемых методов заключается в построении вектора признаков изображения при сокращении размерности и выделении границ. Подобные методы решают задачи выделения признаков на изображениях, при аутентификации по 2D-изображению лица и при использовании компьютерного зрения. Применены классические методы выделения локальных признаков изображения: метод локально-бинарных шаблонов, вейвлеты Габора, масштабно-инвариантная трансформация признаков, локальный дескриптор Вебера. В качестве классификаторов для векторов признаков изображений приняты базовые методы машинного обучения: метод опорных векторов и простейший персептрон. Основные результаты. Обучение и тестирование методов выполнено на наборе, состоящем из 632 тысяч изображений лиц 158 человек. В качестве метрики для оценки качества сопоставления выбранных методов использована точность. В результате для метода локально-бинарных признаков наиболее высокие значения точности соответствуют: термограммам лиц — 0,57 (для метода обучения опорных векторов) и 0,58 (для простейшего персептрона), фотоизображениям — 0,71 и 0,73 соответственно. Использование метода масштабно-инвариантной трансформации признаков показало схожие результаты: для термограмм лиц — 0,58 и 0,55, для фотоизображений — 0,72 и 0,74. Применение вейвлеты Габора и локального дескриптора Вебера показало низкие значения точности в задаче аутентификации для обоих типов изображений. Практическая значимость. Результаты работы могут найти применения в системах контроля и управления доступом для повышения отказоустойчивости аутентификации лиц. Использование рассмотренных методов эффективно в задачах обработки термограмм для аутентификации человека по так называемым «вторичным» признакам, например, по рисунку его вен и сосудов на лице, в случаях изменения мимики и внешности.
287
Предмет исследования. Алгоритмы квантовых вычислений активно развиваются и применяются в области обработки естественного языка. В работе предложен новый квантово-подобный метод классификации коротких текстов. Метод. Основу метода составляет представление текста в виде ансамбля элементарных частиц. В качестве критерия классификации выбрано значение амплитуды вероятности обнаружения данного ансамбля в выбранных точках векторного пространства, описываемого при помощи дистрибутивно-семантической модели языка. Предложен один из возможных способов интерпретации параметров волновой функции описания поведения элементарной частицы, а также алгоритм расчета амплитуды вероятности с учетом этих параметров. Основные результаты. Выполнена экспериментальная проверка описанного метода с применением классификации интернет-сообществ по тематикам. Для расчетов использованы наименования и сведения разделов «информация» по 100 группам социальной сети «ВКонтакте» по пяти различным темам. Предложенная модель показала достаточно высокую точность классификации, которая составила 91 % в целом на наборе данных и от 75 % до 95 % в пределах отдельных классов. Практическая значимость. Представленная модель может быть использована для классификации отзывов пользователей о товарах, услугах и событиях, а также при определении некоторых свойств психологических портретов пользователей интернет-сообществ.
294
Предмет исследования. Рассмотрена актуальная задача развития методов взаимодействия узлов в беспроводных сенсорных сетях, ориентированных на энергосбережение. Показано, что работа такой сети построена с учетом компромиссных механизмов, которые могут продлить срок службы сети при наличии маломощных сенсорных узлов. Сделан вывод о необходимости внедрения новых алгоритмов в работу беспроводных сенсорных сетей, для сокращения числа операций при вычислении маршрута, передачи данных или других операций без потери функциональности, что позволяет снизить расход энергии. Предложен алгоритм, который развивает идею кластеризации беспроводных сенсорных сетей с целью снижения энергопотребления сенсорными узлами с помощью передачи части функций на головные узлы кластеров. Методы. В отличие от известного алгоритма адаптивной кластеризации с низким потреблением энергии (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH), предложенный алгоритм основан на роевом интеллекте и позволяет в текущем раунде функционирования беспроводной сенсорной сети выбрать не только головные узлы кластеров, но и перспективные узлы, которые станут главами кластеров в последующих раундах. Если один цикл работы сети состоит из предопределенного количества раундов, то процедуру поиска глав кластеров можно выполнять не в начале каждого раунда, а только в начале каждого цикла функционирования сети. Основные результаты. Показано, что определение глав кластеров беспроводной сенсорной сети в результате снижает общий расход энергии и тем самым увеличивает продолжительность жизненного цикла сети. Обнаружено преимущество добавления алгоритма роя пчел в процедуру кластеризации сети по таким показателям как время гибели первого сенсорного узла, зависимости числа функционирующих узлов от времени функционирования сети и коэффициента доставки пакетов данных. Практическая значимость. Процедура кластеризации беспроводной сенсорной сети с добавлением алгоритма роя пчел для выбора глав кластеров может быть полезна при разворачивании работы сети в реальных приложениях.
302
Фазовая модуляция лазерного излучения с использованием вспомогательного генератора позволяет улучшить точностные характеристики волоконно-оптических гироскопов. В работе предложен метод генерации сигнала фазовой модуляции, реализованный на базе параллельной архитектуры с возможностью динамического изменения параметров сигнала. Представлен прототип компактного встраиваемого генератора для формирования сигналов частотой до 2,5 ГГц. Генератор реализован на программируемой логической интегральной схеме, что обеспечило компактность конструкции, и сделало возможным включить его в конструкцию волоконно-оптического гироскопа. Динамическое изменение генерируемого сигнала осуществлено с применением персонального компьютера. Разработано специализированное программное обеспечение для генерирования сигналов произвольной формы. Для разработанного генератора приведены спектры синусоидального сигнала и белого шума.
308
За последние годы количество пользователей Twitter в Ираке значительно увеличилось. Крупные события и политическая обстановка в стране оказывают значительное влияние на информацию в Twitter и затрагивают сообщения иракских пользователей. Создание корпуса иракских арабских диалектов Corpus of Iraqi Arabic Dialect (CIAD) имеет решающее значение для анализа настроений и изучения такой информации. Представлено исследование CIAD, который был разработан и описан другими исследователями. Корпус проверен с использованием восьми различных комбинаций четырех подходов к выбору признаков и двух версий алгоритма метода опорных векторов. Рассчитаны различные показатели эффективности. Полученная точность составила 78 %, что указывает на многообещающее
317
С увеличением количества устройств в беспроводных сенсорных сетях (WSN) появились дополнительные проблемы. В связи с этим возрастают требования к защите таких сетей от внешних воздействий. Проблемы безопасности WSN определяются путем решения задачи оптимальной маршрутизации пути, энергосбережения и др. Предложена гибридная модель эффективной системы маршрутизации и доставки пакетов для предотвращения атак черных дыр. Такой тип атаки считается наиболее распространенным в сети благодаря своим уникальным характеристикам. Для их обнаружения предложена модель глубокого обучения с использованием сверточной нейронной сети (CNN). Алгоритм обучения должен быть надежным и заслуживающим доверия, чтобы анализ атак можно было рассматривать на разных уровнях для изучения их интеллектуального поведения. Рассмотрена задача поиска оптимального кратчайшего пути с использованием Deep Q-Learning и CNN для выполнения эффективной маршрутизации и доставки пакетов более безопасным способом. В результате моделирования достигнута точность 98,57 %.
Современные вариации криптосистем Мак-Элиса и Нидеррайтера
Давыдов В. В., Беляев В. В., Кустов Е. Ф., Леевик А. Г., Беззатеев С. В.
324
Предмет исследования. Исследованы классические криптосистемы, предложенные Робертом Мак-Элисом в 1978 году и Гарольдом Нидеррайтером в 1986 году и их современные вариации. Метод. Выполнен детальный обзор пяти кодовых криптосистем с открытым ключом. Основные результаты. Показано, что некоторые из современных интерпретаций классических систем Мак-Элиса и Нидеррайтера имеют значительные недостатки. Установлено, что допущен ряд неточностей в описании криптосистемы XGRS на расширенных кодах Рида–Соломона, которая не обеспечивает заявленного уровня безопасности к атаке по информационным совокупностям. Продемонстрировано, что время генерации ключей и время расшифрования в современных кодовых криптосистемах достаточно велико, а открытый и секретный ключи занимают большой объем памяти. Практическая значимость. Выявленные неточности в рассмотренных схемах могут быть учтены при их улучшении и коррекции, а также при построении более точной оценки их уровня безопасности и эффективности. Представленные в работе кодовые криптосистемы могут рассматриваться как стандарты постквантовой криптографии и использоваться для защиты данных после появления мощного квантового компьютера.
332
Рассмотрены беспроводные сенсорные сети, зарегистрированные в конкретной сети Интернета вещей (Internet of Things, IoT), которые имеют различные приложения. Они вступают в действие после успешной регистрации в конкретной сети IoT. В работе предложен метод, основанный на применении эллиптической криптографии (Elliptic Curve Cryptography, ECC) со схемой безопасности на основе токенов для защищенной и аутентифицированной связи. Представлен облегченный механизм аутентификации для предотвращения несанкционированного доступа к сети. Сетевые узлы генерируются с ключами токенов сразу после входа, а шлюз генерирует идентификатор токена для каждого отдельного узла. Затем применяется ECC на основе эллиптических кривых для полного удаления вредоносных узлов в случае пропуска злоумышленниками процесса проверки ключа токена. Если пользователю необходимо получить доступ к данным, он должен пройти этапы генерации и проверки ключа токена, а также проверку целостности и передачу данных.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

339
 Предмет исследования. Ультразвуковые методы контроля занимают одно из ведущих мест в дефектоскопии, структуроскопии, при оценке прочностных характеристик материалов и напряженно-деформированного состояния изделий. Метод основан на явлении акустоупругости и позволяет контролировать напряженно-деформированное состояние изделий по изменению скорости распространения продольной подповерхностной ультразвуковой волны. Для возбуждения акустических колебаний применяются раздельно-совмещенный оптико-акустический преобразователь и лазерно-ультразвуковой дефектоскоп. Конструкция раздельно-совмещенного оптико-акустического преобразователя должна обеспечивать точность измерений времени достижения продольной подповерхностной волной приемника акустических колебаний. Для анализа регистрируемых акустических сигналов и выделения из них сигнала продольной подповерхностной волны в данной работе предложена и разработана конечно-элементная модель акустического тракта раздельно-совмещенного оптико-акустического преобразователя. Метод. Конечно-элементная модель реализована в программном комплексе COMSOL Multiphysics с применением явного решателя на основе разрывного метода Галеркина. Основные результаты. Разработанная конечно-элементная модель позволяет визуализировать поля перемещений акустических колебаний, получать А-сканы и рассчитывать время прихода на приемник оптико-акустического преобразователя продольной подповерхностной волны. Выполнено сравнение расчетных значений времени прихода продольной подповерхностной волны на приемник оптико-акустического преобразователя с результатами натурного эксперимента. Расчеты и натурные эксперименты выполнены для стальных пластин различной толщины. Адекватность модели подтверждена с использованием критерия Фишера (F-мера). Полученные в результате моделирования А-сканы позволили идентифицировать сигналы, регистрируемые оптико-акустическим преобразователем: сигнал продольной подповерхностной волны, сигналы головной и отраженной поперечной волн, собственные шумы оптико-акустического преобразователя. Практическая значимость. Разработанная модель позволяет выделять среди регистрируемых сигналов оптико-акустического преобразователя сигнал продольной подповерхностной волны. Предложенная модель может найти применение при проектировании новых оптико-акустических преобразователей, а также в дефектоскопии и материаловедении.
348
В условиях больших городов охват и качество телекоммуникационных услуг внутри зданий низкие, и требуются дополнительные усилия для их улучшения. Аттенюаторы сигнала, такие как стены, межэтажные перекрытия и другие препятствия, влияют на качество принимаемого сигнала. Фемтосоты используются для улучшения низкой производительности сети внутри зданий и в других мертвых зонах. Выполнено сравнение мощности и уровня принятого сигнала фемтосоты с прямоугольной и круглой микрополосковой патч-антенной, рассчитанной на частоту 2,55 ГГц. При анализе производительности применена модель распространения внутри помещений с несколькими стенами и этажами. Результат показал, что суммарное усиление прямоугольной и круглой микрополосковых антенн составляет 3,6528 дБ и 2,924 дБ. Показано влияние количества стен и этажей на уровень принимаемого сигнала фемтосоты. Полученные результаты работы подтвердили, что фемтосоты способны улучшить качество сигнала для пользователей внутри помещений.
355
Облачные системы позволяют обмениваться данными, предоставляя ряд преимуществ пользователям и организациям. Однако точность аутентификации недостаточна, а затраты времени остаются значительными. Технология взимной биометрической аутентификации WPHMBSA (Whirlpool Hash Mutual Biometric Serpent Authentication) предназначена для повышения точности аутентификации и безопасного доступа к данным сервера. В процессе регистрации данные пользователей фиксируются и сохраняются на сервере. Облачный сервер генерирует идентификатор и пароль для каждого зарегистрированного пользователя. Для аутентификации пользователю необходимо войти в систему с идентификатором и паролем на облачном сервере. Технология WPHMBSA аутентифицирует биометрические ключи пользователей. В случае если пользователь зарегистрирован, WPHMBSA подтверждает его подлинность на сервере. Проведена экспериментальная оценка методики WPHMBSA в сравнении с существующими методами с использованием объема информации о пользователе на сервере. Экспериментальные результаты показали, что метод WPHMBSA обеспечивает высокую точность и уровень конфиденциальности при минимальном времени аутентификации.
364
Мобильные одноранговые сети (Mobile Ad hoc NETworks, MANET) — бесструктурные автономные беспроводные сети с мобильными узлами, которые динамически устанавливают соединения для передачи данных. Из-за динамических топологических изменений маршруты MANET оказываются несбалансированными и постоянно прерываются. Следовательно, обеспечение эффективной и надежной доставки данных с эффективным использованием сетевых ресурсов является сложной задачей, которую необходимо в MANET учитывать. Предложена многослойная глубокая искусственная нейронная сеть на основе пробит-регрессии с ранжированными решениями (IRDFPR-CMDNN) для эффективной передачи данных и более быстрой доставки данных с минимальной сквозной задержкой. Метод IRDFPR-CMDNN выполняет идентификацию и обслуживание маршрута, а также доставку данных более чем на трех уровнях. Затем мобильные узлы отправляются на входной уровень многослойной глубокой искусственной нейронной сети. На первом скрытом уровне применен алгоритм ранжированных лесов решений с мгновенным стоком для классификации мобильных узлов в зависимости от остаточной энергии и нагрузочной способности. К выбранным мобильным узлам применена пробит-регрессия для поиска во втором скрытом слое ближайших соседних узлов. Поиск выполнен на основе оценки качества канала и уровня принимаемого сигнала для получения пути маршрута. Далее установлено несколько путей маршрутизации от узла-источника к узлу-получателю и произведена передача данных. При отказе канала для маршрутизации выбирается альтернативный маршрут с лучшим качеством канала. В результате осуществлена энергоэффективная передача данных от источника к получателю с высокой скоростью доставки данных и минимальными временными затратами. Выполнена экспериментальная оценка энергопотребления, коэффициента доставки пакетов, скорости отбрасывания пакетов, пропускной способности и сквозной задержки с различным количеством мобильных узлов и пакетов данных. Результаты моделирования показали, что метод IRDFPR-CMDNN эффективно улучшает доставку данных, пропускную способность и минимизирует потребление энергии, уменьшает потери пакетов и задержки по сравнению с обычными методами.
376
Предмет исследования. Электромагнитно-акустический метод применяется при контроле толщины электропроводящих изделий. Метод основан на электродинамическом взаимодействии вихревых токов, наведенных в электропроводящем материале, с внешним магнитным полем. При генерации акустических сигналов в изделии возникают волны, многократно отраженные от границы раздела сред. Регистрируемый отраженный сигнал позволяет определить толщину изделия. В состав электромагнитно-акустического преобразователя входят: магнитная система, генерирующая и приемная катушки. Точность толщины измеряемого объекта определяется геометрией генерирующей и приемной катушек, а также величиной зазора между ними. Задача экспериментальной оценки влияния геометрии преобразователя на точность измерений толщины достаточно сложна. Для решения проблемы повышения точности преобразователя при электромагнитно-акустической толщинометрии предложена и реализована численная модель распространения акустических волн в проводящей пластине. Методы. Численная модель реализована в программной среде COMSOL Multiphysics с применением разрывного метода Галеркина высокого порядка с явной по времени схемой интегрирования. Адекватность модели качественно подтверждена полученными результатами натурного эксперимента. Эксперимент проведен с применением специализированного электромагнитно-акустического толщиномера с преобразователем и мерой толщины. Для оценки неопределенности измерений толщины массив значений принятого сигнала обработан в программной среде MathCad. Основные результаты. На основе сравнения результатов моделирования и натурного эксперимента показана адекватность предложенной двумерной модели распространения ультразвуковых волн в пластине. Выполнена оценка влияния конструктивных параметров электромагнитно-акустического преобразователя на точность измерений толщины. Представлены рекомендации по разработке преобразователя и методики измерений толщины объектов контроля. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение при проектировании электромагнитно-акустических преобразователей, предназначенных для неразрушающего контроля толщины изделий.
Обнаружение поломки винта квадрокоптера методами машинного обучения
Кириленко И. И., Косарева Е. А., Николаев А. А., Зенкин А. М., Селезнева Я. М., Николаев Н. А.
385
Предмет исследования. Представлено исследование вариантов обнаружения поломки или дефекта винта беспилотной авиационной системы (квадрокоптера) с использованием методов машинного обучения. Выполнена оригинальная оценка точности известных алгоритмов с применением на практике получаемых данных с квадрокоптера в условиях его полета. Метод. Предложенный метод основан на классификации трех состояний винтов (исправные винты, один винт искусственно деформирован, один винт сломан) с использованием алгоритмов машинного обучения. Исходной информацией являются данные, получаемые с измерительной системы квадрокоптера в реальном времени: скорость, ускорение и угол поворота относительно трех осей. Для корректной работы представленного алгоритма выполнена предварительная обработка данных с разделением на временные интервалы и применением к полученным интервалам быстрого преобразования Фурье. На основе обработанных данных проведено обучение алгоритмов машинного обучения с использованием метода опорных векторов, алгоритма k-ближайших соседей, алгоритма дерева решений и многослойного персептрона. Основные результаты. Выполнено сравнение полученных значений точности предложенных методов. Показано, что применение методов машинного обучения позволяют обнаруживать и классифицировать состояния винта с точностью до 96 %. Наилучший результат достигнут с использованием алгоритма дерева решений. Практическое значение. Результаты исследования могут иметь практическое значение для систем обнаружения дефектов и поломок винтов беспилотных летательных аппаратов в реальном времени. Получена возможность прогнозирования с высокой точностью износа винта, повышать стабильность и безопасность полета.
392
В работе рассмотрены системы беспроводной сотовой радиосвязи вдоль автомобильных дорог с использованием технологии пространственного кодирования сигнала в многоантенных системах (Multiple-input Multiple-output, MIMO), в частности пространственное мультиплексирование и разнесенный прием. Предложен метод оценки производительности многоантенных систем с учетом многолучевого распространения сигнала в радиоканале и взаимной ориентации антенн. Метод. Применен метод переноса результатов рассчитанной корреляционной матрицы из программной модели радиоканала в программный симулятор физического уровня протокола сотовой связи. Основные результаты. Сформирована методика оценки производительности многоантенных систем при применении пространственного мультиплексирования для придорожных сетей сотовой связи. Исследованы корреляционные свойства канала между антеннами двух придорожных узлов, каждый из которых состоит из пары ортогональных антенн линейной поляризации, и абонентской станции c аналогичной парой антенн. Разработана модель предсказания для более точного определения корреляционной матрицы в симуляторах физического уровня по сравнению с вариантами подобных матриц, предложенных в спецификациях. Предложенное решение потенциально может быть расширено до устранения необходимости применения программных моделей радиоканала. Практическая значимость. Полученные результаты показали, что для систем, разработанных правильным образом, пропускная способность будет приближена к значениям при низкой пространственной корреляции. В этом случае не требуется рассматривать предложенный спецификациями случай высокой корреляции. Показано, что каналы между парами антенн (передатчиком и приемником) вносят в сигнал подобные друг другу поляризационные изменения (одинаковое вращение плоскости поляризации сигнала при повороте антенн). Сигналы будут сильно коррелированы, что необходимо учитывать при разработке систем с применением пространственного кодирования.
Система визуального отображения изменения физиологического состояния пациентов с хроническим нарушением сознания
Вострикова С. А., Погорелова К. О., Ширяев Д. С., Полухин И. С., Андреев Ю. С., Смирнова И. Г., Кондратьева Е. А., Бугров В. Е.
401
Предмет исследования. В медицине критических состояний остро стоит вопрос восстановления состояния пациентов с хроническим нарушением сознания — вегетативное состояние и состояние минимального сознания. Подобные состояния развиваются у пациентов после комы и характеризуются наличием бодрствования при полном или практически полном отсутствии признаков целенаправленного поведения. Регистрация мелких рефлексов и сигналов организма позволяет персоналу наблюдать за изменением физиологического состояния пациента, эффективностью курса лечения и требует непрерывного процесса контроля состояния, что не всегда возможно ввиду высокой загруженности персонала. В связи с этим наиболее эффективно применение системы отображения состояния пациента с возможностью передачи данных в режиме реального времени. Устройство отображения должно быть безопасным, мобильным, не ограничивать движение пациента и не оказывать на пациента негативное воздействие. Метод отображения интуитивно должен быть понятным и наглядным для более оперативного принятия решений. Метод. Основными элементами системы визуализации являются датчики на теле пациента и модули: управления, визуального отображения и передачи данных. В качестве элементов отображения применены RGB светодиодные ленты Arlight 5060 с пиксельной адресацией, закрепленные на тканевой хлопковой подложке. Объект визуального отображения представляет собой четыре слоя: пододеяльник с нижней и верхней сторонами, шерстяное одеяло и хлопковую подложку со светодиодными лентами. Выполнена оценка нагрева предлагаемой системы визуального отображения состояния пациентов и проведено сравнение полученных результатов с максимально допустимым нагревом кожи человека. Основные результаты. Оценка теплового режима выполнена путем моделирования в программном пакете COMSOL Multiphysics методом конечных элементов. Результаты моделирования сопоставлены с экспериментальным исследованием с помощью контактного измерителя температуры Centre 304 и инфракрасной камеры Optris PI 640i. Подтверждена безопасность системы. Предложены сценарии свечения индикаторов для снижения теплового воздействия. Практическая значимость. Предложенная система мониторинга может быть актуальна при наблюдении за физиологическим состоянием пациентов, находящихся в отделениях реанимации и интенсивной терапии. Внедрение системы поможет наблюдать за изменением физиологического состояния и повышать шансы пациента по выходу из хронического состояния.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

410
Предложен метод определения направления рук в пространстве с применением малопроизводительных устройств интернета вещей. Метод основан на применении алгоритмов, предназначенных для решения задач оценки позы человека (данный класс задач известен как Human Pose Estimation, HPE). На базе алгоритмов построена модель обнаружения направлений рук. Выполнено тестирование и сравнение известных алгоритмов PoseNet и OpenPose, положенных в основу разработанного метода, по среднему углу ошибки. В качестве аппаратной платформы применен одноплатный компьютер Raspberry Pi 4B и глубинный сенсор Intel RealSense D435i. Разработанный метод может быть применен в системах управления жестами для системы «умный дом».
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика