Выпуск 2 (57), 2018: Труды СПИИРАН

Когнитивная радио-ad-hoc-сеть (CRAHN) — это безынфраструктурная сетевая модель когнитивного радио, разработанная для ситуативного применения. Регулирование распределения ресурсов в CRAHN может быть рассмотрено как проблема ограничения энергии. Эффективному распределению спектра с использованием различных протоколов посвящено множество исследований. В этой работе модель Spectrum-Map-Empowered Opportunistic Routing (SMOR) была использована в качестве фундаментальной модели маршрутизации данны. Представлено решение по энергоэффективному оптимальному распределению спектра. Улучшена ранее модифицированная модель SMOR для энергоэффективного и оптимального распределения ресурсов с использованием алгоритма вершинного поиска с аппроксимацией на основе градиента. Изначально проблема распределения ресурсов была смоделирована как проблема невыпуклой оптимизации. Распределение мощности, адаптация скорости передачи данных, распределение каналов и политика пользовательского планирования оптимизированы для максимизации энергоэффективности во время передачи данных. Предлагаемый алгоритм вершинного поиска решает проблему оптимизации путем определения интервала обучения для определения канала и распределения энергии. Экспериментальные результаты подтверждают, что предлагаемая модифицированная модель SMOR(VS-M-SMOR), основанная на вершинном поиске, обеспечивает оптимальное распределение ресурсов.

На данный момент применение основанного на явлениях в природе алгоритма балансировки нагрузки задач на виртуальных машинах представляет большой исследовательский интерес. Для балансировки нагрузки с максимальной пропускной способностью была введена балансировка нагрузки на основе поведения медоносных пчел в колонии — Honey Bee Behavior Based Load Balancing (HBB-LB). Этот подход также устанавливает приоритеты выполнения задач на виртуальной машине с целью минимизации времени ожидания задач. Однако он рассматривает только один параметр — нагрузку виртуальных машин, что может оказаться недостаточно эффективным для балансировки. В работе предлагается улучшенный подход к балансировке нагрузки на основе пчелиного поведения, в котором дополнительно учитываются такие параметры качества обслуживания (QoS) виртуальных машин, как время отклика службы, доступность, надежность, стоимость и пропускная способность для улучшения балансировки нагрузки. Время отклика является критически важным для определения мгновенной активности виртуальной машины, доступность определяет доступный ресурс и состояние виртуальной машины (пассивное или активное), а надежность определяет уровень доверия к виртуальной машине. Затраты на использование виртуальной машины и пропускная способность виртуальных машин также необходимы для определения их эффективности. Однако включение нескольких параметров качества обслуживания приводит к многоцелевой оптимизации. По мере вычисления нескольких параметров фаззификация значений качества обслуживания выполнялась с помощью генерируемых нечетких правил, и была устранена проблема многоцелевой оптимизации. Эксперименты проводились с точки зрения времени разрешения задач, времени отклика, степени дисбаланса и количества перенесенных задач, а результаты показывают, что балансировка нагрузки на основе пчелиного поведения обеспечивает лучший уровень производительности.

Обсуждается проблема взаимной реконструкции изображений лиц в соответствующих друг другу парах. Эта проблема была поставлена в предыдущей статье авторов, а предложенные в ней решения обсуждались с приложением к задачам гетерогенного распознавания изображений лиц (Heterogeneous Face Recognition) и кросс-модального мультимедийного поиска (Cross-Modal Multimedia Retrieval). Эти решения основаны на одномерных и двумерных методах анализа главных компонент для двух исходных наборов изображений лиц и проекции их в независимые собственные подпространства, вычислении матриц взаимной трансформации между этими подпространствами и взаимной реконструкции изображений лиц на основе одномерного и двумерного преобразований Карунена — Лоэва. В настоящей статье предлагаются новые подходы и решения, основанные исключительно на двумерных методах проекции в собственные подпространства и двух вариантах моделей регрессии — множественной линейной регрессии и регрессии частичных наименьших квадратов. Приведены результаты экспериментов по взаимной реконструкции изображений лиц в парах скетч/фотографии, в парах лиц с возрастными изменениями, а также в парах изображений лиц в формах 2D/3D. Для проведения экспериментов выбраны два варианта реализации предложенного подхода. Первый из них основан на двумерном анализе главных компонент и регрессии частичных наименьших квадратов, второй — на двумерном методе частичных наименьших квадратов и множественной линейной регрессии. Оба варианта показали приемлемые для практики результаты при решении задачи взаимной реконструкции изображений лиц. Кроме того, рассмотрен способ повышения качества реконструируемых изображений лиц при работе со смешанными базами. Он заключается в классификации на основе двумерного линейного дискриминантного анализа и построении регрессионной зависимости в рамках каждого класса. Показано также, что в общем случае взаимная реконструкция изображений лиц достижима и в условиях, когда исходные изображения не входили в состав обучающих наборов изображений лиц.

В работе рассмотрена каскадная схема кодирования для многоуровневой флэш-памяти, внутренняя ступень которой представляет собой конечное подмножество многомерной целочисленной решетки (lattice code), а в качестве внешней ступени используется код Рида — Соломона. Анализ помехоустойчивости предложенной каскадной схемы выполнен применительно к модели, отражающей основные физические особенности ячейки флэш-памяти с неравномерно расположенными целевыми уровнями напряжения в ячейке и дисперсией шума, зависящей от записанного значения (input-dependent additive Gaussian noise, ID-AGN). Для этой модели в работе развит новый подход к вычислению вероятности ошибки декодирования внутреннего кода на основе одномерного численного интегрирования произведений характеристических функций случайных величин, используемых декодером при вынесении решения. Показано, как при увеличении времени хранения и/или числа циклов перезаписи адаптировать параметры предложенной каскадной конструкции с тем, чтобы сохранить требуемый уровень вероятности ошибки.

В настоящее время интенсивное развитие систем и технологий регистрации параметров магнитного поля Земли способствует экспоненциальному росту объемов геомагнитных данных, основным источником которых выступают постоянные магнитные станции. Несовершенство применяемой аппаратуры и задействованных каналов передачи информации обуславливает наличие пропусков во временных рядах зарегистрированных данных, что вместе с пространственной анизотропией создает серьезное препятствие для обработки геомагнитных данных при решении прикладных задач. Российские и зарубежные научные организации восстанавливают пропущенные геомагнитные данные методом линейной интерполяции, что обеспечивает приемлемые результаты в условиях спокойной магнитосферы, но значительно искажает временные ряды при изменении окружающей магнитной обстановки. В этой связи возникает актуальная научно-техническая задача разработки подхода к восстановлению геомагнитных данных в условиях возбужденной магнитосферы, обеспечивающего оптимальные метрики качества импутации временных рядов. Авторами предложен метод восстановления временных рядов, основанный на индуктивном методе обучения алгоритмов. Согласно предлагаемому подходу, каждая магнитная станция оперирует собственной базой знаний, формируемой в ходе регистрации параметров геомагнитного поля и его вариаций. Комбинация значений ряда, предшествующих и следующих за пропуском, является признаковым описанием, применяемым для поиска прецедента в базе знаний магнитной станции. Результат содержит искомый фрагмент временного ряда и заменяет пропущенные значения его уровней. Сложность характера информационного сигнала, обусловленная неспокойной магнитной обстановкой, повышает точность поиска по прецедентам, эффективность которого тем выше, чем большей базой знаний располагает магнитная станция. Проведенный анализ результатов восстановления пропусков временных рядов геомагнитных данных, зарегистрированных в условиях возбужденной магнитосферы, показал, что предложенный индуктивный метод импутации позволяет повысить точность восстановления пропущенных значений в среднем на 79.54 % по сравнению с используемыми в настоящее время методами, что позволит повысить эффективность обработки геомагнитных данных при решении прикладных задач.

В статье приведено решение проблемы информационного взаимодействия между встраиваемыми вычислительными устройствами при реализации распределённого управления в информационно-измерительной и управляющей системе (ИИУС) роботов с модульной архитектурой. Распределённое управление реализуется за счёт проектирования каждого модуля как устройства со своей собственной ИИУС, содержащей все необходимые для выполнения своего функционала компоненты, включая вычислительные устройства. Вследствие такой функциональной завершенности модулей происходит распараллеливание вычислительного процесса функционирования робота как единой мехатронной системы. В результате существенно снижаются требования к мощности вычислительных устройств ИИУС модулей, в качестве которых оказывается возможным использовать недорогие микроконтроллеры и одноплатные ЭВМ — встраиваемые вычислительные устройства. Предложена сетевая организация структуры ИИУС робота, что позволило перенести свойство реконфигурируемости сети на структуру модульного робота. Анализ различных топологий сети показал, что топология типа «звезда» имеет ряд преимуществ по сравнению с топологией типа «шина» для применения в гетерогенных модульных роботах. Показано, что использование Robot Operating System (ROS) для реализации информационного взаимодействия между встраиваемыми вычислительными устройствами либо невозможно, либо существенно затруднено. Предложена спецификация, предназначенная для создания соответствующих программных интерфейсов и языка межмодульного взаимодействия, обеспечивающих включение модулей сторонних производителей в режиме «plug and play». Спецификация основана на принципах ROS, но позволяет реализовать ПО на встраиваемых вычислительных устройствах. На основе многокритериальной оптимизации по Парето получены рекомендации для выбора соответствующих аппаратно-программных средств. Работоспособность предложенного решения была доказана в ходе экспериментов на установке, состав которой приближен к условиям работы ИИУС гетерогенного модульного робота. Эксперименты показали, что совместная работа программной и аппаратной частей удовлетворяет всем обозначенным требованиям и применима для передачи сообщений исполнительного уровня с частотой до 100 Гц при любой нагрузке на сеть.

В настоящей работе рассмотрена задача распределения ролей при составлении общего плана действий в коалиции когнитивных агентов. Когнитивные агенты реализуют основные функции интеллектуального агента с использованием моделей когнитивных функций человека, к которым относятся применяемые в данной работе функции обучения концептуальным знаниям и планирования коллективного поведения. В работе представлен оригинальный метод распределения ролей — алгоритм MultiMAP, основанный на знаковом способе планирования поведения агента. Представлены основные особенности описываемого подхода, включающие способы представления знаний агента о себе и о других агентах, способы знаковой коммуникации и сохранения опыта кооперации с другими агентами. Описаны модельные эксперименты, демонстрирующие основные преимущества представленного подхода и некоторые недостатки, на устранение которых направлена будущая работа в данном направлении.

В статье рассматриваются методологические основы организационно-технологического управления (ОТУ) защитой информационного ресурса (ЗИР) систем электронного документооборота (СЭД) на базе программных средств (ПСр) защиты информации. Разработана концептуальная модель управления ЗИР СЭД на основе концептуальной проработки аспектов формирования методологии ОТУ ЗИР СЭД на базе ПСр ЗИР, обладающая широкими возможностями по ее использованию для разработки способов решения управленческих задач. Представлена методика управления эффективностью функционирования подсистемы защиты информационного ресурса (ПЗИР) в СЭД, предполагающая оптимизацию управляемых параметров подсистемы, обеспечивающих максимизацию интегрального показателя эффективности функционирования ПЗИР, и соответ-ственно, выполнение требований, предъявляемых к подсистеме. Приведен алгоритм определения оптимальных значений управляемых параметров ПЗИР и оптимального значения интегрального показателя эффективности функционирования подсистемы, обеспечивающий возможность создания конкретных подсистем автоматизированного управления эффективностью функционирования ПЗИР в СЭД. Анализируются результаты расчетов по исследованию показателя временной неконфликтности функционирования ПЗИР.

Своевременность и адекватность реагирования на инциденты компьютерной безопасности, а также потери организаций от компьютерных атак, зависят от точности определения ситуации при мониторинге кибербезопасности. Статья посвящена совершенствованию моделей атак в виде графов для задач мониторинга кибербезопасности. Рассматривается ряд актуальных проблем, связанных с использованием графов атак, и способов их решения, в том числе оперирование неточностями при определении пред- и постусловий выполнения атакующих действий, обработка циклов при использовании байесовского вывода для анализа графа атак, отображение инцидентов на графе атак, а также автоматический выбор защитных мер в случае высокого уровня риска. Представлен реализованный ранее и модифицированный с учетом предложенных изменений программный прототип компонента системы мониторинга кибербезопасности и результаты экспериментов. Влияние изменений на результаты мониторинга кибербезопасности показано на примере оценки защищенности фрагмента компьютерной сети.