Цели. Информационная поддержка принятия управленческих решений в различных предметных областях направлена на поиск оптимального варианта из множества альтернативных. Что касается принимаемых решений в части функционирования социально-экономических систем, то здесь широко используется кластерный анализ на многомерных данных, характеризующих эти системы, Цель работы – синтез и исследование методики анализа функционирования социально-экономических систем, построенного на кластеризации характеризующих их временных многомерных данных, с целью повышения эффективности принимаемых решений в управлении такими системами.

Методы. Использованы методы кластерного анализа, а также положения теории систем и математической статистики.

Результаты. Разработана методика анализа функционирования социально-экономических систем, использующая кластеризацию ее структурных элементов в пространстве временных многомерных данных. Анализ реализуется в три этапа. Во-первых, производится замена значений признаков на значения их дисперсий в рамках исследуемого временного интервала. Кластеризация с учетом новых значений признаков позволяет выявить объекты кластеризации с высокой неустойчивостью значений признаков во времени. Во-вторых, реализуется кластеризация во всех дискретных точках временной координаты с дальнейшим расчетом удаленностей объектов до центра своего кластера и их дисперсии. Анализ этих дисперсий также позволяет выявить объекты с высокой неустойчивостью данных. В-третьих, отслеживается изменение принадлежности определенному кластеру объектов, попавших ранее в поле зрения. Выявленные неустойчивости в данных позволяют косвенно судить о нестабильном функционировании анализируемой системы или умышленном искажении представленной информации.

Выводы. В рамках обоснования эффективности разработанной методики рассмотрено два случая: выявление умышленного искажения информации на примере налогового администрирования и случай выявления аномального функционирования регионов Российской Федерации на примере принятия решений в рамках управления их социально-экономическим развитием. Поведенный анализ показал хорошие результаты и позволяет рекомендовать предлагаемую методику к практическому использованию в информационных систе  мах поддержки управленческих решений.

Цели. Цель работы заключается в разработке архитектуры распределенной системы тестирования устройств интернета вещей (Internet of Things, IoT), обеспечивающей защищенную передачу тестовых сценариев и их изолированное исполнение на исполнительных модулях. Актуальность исследования обусловлена стремительным ростом числа IoT-устройств, функционирующих в недоверенных вычислительных средах, где процесс тестирования может создавать риски утечки конфиденциальных данных или несанкционированного вмешательства в программное обеспечение.

Методы. Проведен сравнительный анализ существующих решений, таких как NI TestStand, MagicDAQ, PHiLIP и KEOLABS ContactLAB. Выполнено сопоставление их архитектурных компонентов и процессов жизненного цикла тестовых сценариев.

Результаты. На основании анализа выделены основные этапы жизненного цикла, на которых применяются рассмотренные инструменты: подготовка и хранение, передача и интерпретация, взаимодействие с тестируемым устройством, регистрация и анализ результатов. Кроме того, проведено сравнение существующих и предложенного архитектурных решений по ключевым характеристикам: предметная область применения, тип архитектуры (распределенная или централизованная), среда исполнения тестовых сценариев, масштабируемость системы, уровень изоляции среды исполнения, наличие механизмов защиты и возможность удаленного управления. Результаты работы представлены в виде предложенной архитектуры, включающей управляющий модуль и автономные исполнительные модули с изолированной виртуальной средой исполнения MicroPython. Для обеспечения безопасности предусмотрена передача тестовых сценариев по зашифрованному каналу связи с использованием протоколов CoAP и DTLS, а также выполнение кода тестовых сценариев в ограниченной среде, изолированной от основной операционной системы.

Выводы. Проведенный сравнительный анализ продемонстрировал, что предлагаемое решение устраняет ключевые ограничения аналогов, связанные с отсутствием механизмов шифрования и изоляции исполнения. Разработанная архитектура повышает безопасность и надежность процесса тестирования IoT-устройств и может использоваться в недоверенных вычислительных средах для защиты интеллектуальной собственности и логики тестовых сценариев.

Цели. Необходимость ускорения вычислений и достижения высоких показателей энергоэффективности приводит к расширению сфер использования специализированных гетерогенных вычислительных систем, имеющих в своем составе аппаратные ускорители с массовым параллелизмом вычислений. Целью настоящей работы является создание методики анализа и оценки вариантов реализации аппаратных ускорителей для задач массово-параллельной потоковой обработки данных, отражающей все направления совершенствования характеристик применяемых аппаратных ускорителей.

Методы. Использованы методы проектирования и моделирования цифровых систем.

Результаты. Предложен метод сравнительной оценки эффективности архитектуры гетерогенной вычислительной системы на основе аппаратных ускорителей с массовым параллелизмом вычислений, выполняемых независимо программируемыми узлами. Введен коэффициент ускорения вычислений, объединяющий три направления совершенствования характеристик применяемых аппаратных ускорителей – математическое обеспечение и микроархитектура, инструментарий проектирования, технологии изготовления (литография). Предложена основанная на решении оптимизационной задачи методика анализа и оценки вариантов реализации применяемых аппаратных ускорителей.

Выводы. Полученные авторами формулы расчета коэффициента ускорения вычислений и пропускной способности совокупности аппаратных ускорителей учитывают многоканальную и поблочную массово-параллельную обработку потоков данных. В отличие от известных подходов к поиску архитектурных решений, предлагаемая оценка вариантов реализации аппаратных ускорителей может быть проведена на самых ранних этапах проектирования с учетом версий алгоритма и альтернатив их реализации, влияющих на оптимизацию аппаратной архитектуры. Предложенная методика анализа и оценки вариантов реализации аппаратных ускорителей может применяться при разработке технических заданий на их изготовление, при их проектировании в соответствии с заданными требованиями, для обоснования решений относительно их конфигурации, а также при составлении заданий на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы с целью достижения целевых значений характеристик для конкретных задач массово-параллельной потоковой обработки данных и функциональных возможностей систем автоматизированного проектирования

Цели. Цель работы – поиск методов и подходов разработки программного комплекса для обработки, анализа и визуализации данных учебных планов образовательных программ в автоматизированном режиме.

Методы. Проведен теоретический анализ научных работ и результатов в области исследования. В программном комплексе используются следующие методы: для обработки данных – регулярные выражения, для анализа посредством выявления различий – метод сравнительного анализа и методы описательной математической статистики, для визуализации результатов – графовая модель представления данных.

Результаты. Разработана архитектура программного комплекса для обработки (с предобработкой), анализа и визуализации учебных планов с использованием принципов объектно-ориентированного программирования SOLID. Программная реализация на языке программирования С++ использована для подсчета характеристик учебных планов и создания графового представления, на основе которого предложен собственный способ визуализации учебных планов. Продемонстрированы возможности программного комплекса: проведен сравнительный анализ учебных планов, выявлены их особенности, обнаружены недочеты при их проектировании.

Выводы. Использование программного комплекса обработки, анализа и визуализации учебных планов может помочь выявить особенности учебного плана, указать на возможные недоработки и слабые места, провести сравнительный анализ разных учебных планов. Его применение позволит повысить качество управления образовательным процессом, заполнить пробелы в области анализа образовательных данных и будет способствовать созданию цифровой экосистемы вуза. Результаты работы могут быть полезны преподавателям, проектирующим и разрабатывающим учебные планы, представителям административно-управленческого персонала, в т.ч. работникам учебно-организационных отделов, а также другим участникам образовательного процесса вуза.

Цели. Цель работы – исследование механизмов нелинейного формирования широкополосного импульсного спектра в условиях перегрузки в сверхширокополосных (СШП) усилительных цепях для решения задач радиовизионного распознавания жестов. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности и помехоустойчивости современных радиовизионных СШП-систем для жестикулярных интерфейсов управления.

Методы. Использованы методы статистической радиофизики, частотно-временные методы вейвлет-преобразования радиоизображений, методы теории S-параметрического векторного анализа схем, методы программно-численного моделирования.

Результаты. Представлен метод генерации СШП-сигналов в сверхвысокочастотном диапазоне, основанный на управляемых нелинейных искажениях сигнала. Показано, что при переводе усилителя в режим насыщения формируется сигнал с резкими фронтами, обладающий широким энергетическим спектром. Построен лабораторный стенд киберфизической интерференционной радиосенсорной системы распознавания жестов и исследованы его характеристики. Исследованы свойства полученных импульсов в задачах радиовизионного управления. Экспериментально показана эффективность предложенного метода для задач радиовизионного распознавания жестов.

Выводы. Предложен метод нелинейной сатурации – синтеза спектра радиовизионных сигналов, основанный на явлениях переходных искажений в СШП-усилителях. Показано, что интерференционный режим при расширении исходной полосы частот до 900 МГц способен обеспечить повторяемость фазовых изображений не менее 0.94. Установлено, что в перегруженном по входу режиме усилителя типа SBB5089Z при задающем низкомодовом гармоническом возбуждении на переходной частоте 47 МГц в каскадной схеме усиления на выходе радиовизионной антенны удается получить сигнал с измененным спектром. При этом управляемое формирование спектра возбуждения антенны для каждого из усилительных модулей определяется уникальной импульсной характеристикой интегрального СШП-усилителя. Это позволило успешно применить такие усилители при решении задач радиовизионного распознавания жестов. Предложенная методика позволяет использовать стандартные СШП-усилители для создания компактных источников СШП-сигналов без усложнения схемотехники

Цели. Основная цель работы – уменьшение дефектов изображения, получаемого в гибридном фотоприемнике с диапазоном чувствительности 0.95–1.65 мкм на основе фотокатода из фосфида индия/арсенида галлия-индия (InP/InGaAs). Для этого необходимо улучшить качество поверхности фотокатода перед взрывной фотолитографией, а также обеспечить высокую воспроизводимость фотолитографического процесса.

Методы. Для достижения поставленной цели проведена серия экспериментов по очистке поверхности и по усовершенствованию технологического процесса взрывной фотолитографии. Для подготовки поверхности опробованы следующие методы: химическое травление поверхности InGaAs, покрытие поверхности фотокатода защитным слоем фоторезиста перед резкой пластины, использование различных способов удаления фоторезиста (в диметилформамиде и плазме), внедрение механической очистки поверхности. Для усовершенствования фотолитографии проведены эксперименты со временем и способами сушки фоторезиста, проведено варьирование режимов экспонирования и проявления, заменен фоторезист.

Результаты. Изготовленные по усовершенствованной технологии образцы демонстрируют более чем девятикратное снижение среднего процента дефектов от общей площади поверхности фотокатода по сравнению со старыми образцами: с 0.317% до 0.035%. Благодаря улучшению качества поверхности фотокатода изображение в готовом приборе стало более однородным, количество дефектов изображения значительно уменьшилось. Обеспечена высокая воспроизводимость процесса.

Выводы. Усовершенствованная технология подготовки поверхности, а также уменьшение толщины фоторезиста, используемого во взрывной фотолитографии, привело к увеличению однородности изображения в гибридном приборе, а также к уменьшению дефектов. Предлагаемый подход может быть применен при серийном производстве гибридных высокочувствительных фотоприемников ближнего инфракрасного (ИК) диапазона и позволяет им быть конкурентоспособными с мировыми аналогами.

Цели. Преимуществом модулей, реализующих физически неклонируемые функции (ФНФ) и встроенных в цифровой чип, является то, что отклики на запросы могут быть напрямую использованы другими приложениями устройства. Устройство способно запрашивать и считывать ФНФ без привлечения внешних инструментов и вывода запроса и ответа за пределы чипа. ФНФ может быть реализована с использованием технологических операций и компонентов, применяемых при изготовлении самого устройства. Статья является первой из двух обзорных публикаций, посвященных ФНФ как компонентам инфраструктуры аппаратной безопасности. Данная статья фокусируется на формальном описании ФНФ и их конструкциях, основанных на модулях памяти и анализе временных характеристик сигналов.

Методы. Использованы методы определения количественных показателей и признаков для формального описания ФНФ: вычислимость, уникальность, возможность реализации, сложность клонирования, защита от несанкционированного доступа.

Результаты. Рассмотрены реализации ФНФ как физических устройств, обладающих уникальной сигнатурой. Предложена их классификация: ФНФ на основе временных характеристик сигналов, ФНФ на основе схем памяти и аналоговые ФНФ. Приведены наиболее типичные примеры реализаций первых двух типов. Показано, что решения на основе задержек сигналов обеспечивают широкое пространство пар «запрос – ответ», но требуют симметрии и/или калибровки, тогда как ФНФ на базе памяти проще реализуются в интегральных схемах и при корректной постобработке достигают высокой воспроизводимости, что делает их практичным выбором для многих приложений. Описаны подходы к компенсации влияния вариаций напряжения и температуры. Приведены примеры «сильных» память-ориентированных ФНФ и схемотехнические приемы повышения их стойкости к атакам.

Выводы. Технология обеспечения безопасности на основе ФНФ обладает значительным потенциалом, особенно для применения в устройствах интернета вещей. Проведенный анализ показывает, что в сочетании с методами постобработки и компенсации эксплуатационных факторов ФНФ является зрелым инструментом обеспечения аппаратной безопасности.

Цели. Поиск принципиально нового наиболее быстрого и наименее диссипативного способа управления ферроидным параметром порядка является актуальной и весьма амбициозной задачей фундаментальных и прикладных исследований в области разработки малодиссипативных и быстродействующих функциональных элементов информационных систем, оперирующих на терагерцевых (ТГц) частотах, для сетевых технологий 6G. Целью работы является исследование условий модуляции поляризации сегнетоэлектрика при помощи короткого ТГц-импульса, в т.ч. изучение влияния дополнительных факторов на эффективность ТГц-индуцированной динамики ферроидного параметра порядка.

Методы. Численное моделирование резонансного возбуждения ТГц-излучением решеточной подсистемы проводилось для сегнетоэлектрической пленки титаната бария-стронция Ba_0.8Sr_0.2TiO₃ на основе системы уравнений, состоящей из уравнения Ландау – Халатникова и уравнения колебаний фононной моды, где в качестве вынуждающей силы выступает фонон-фононное взаимодействие. Новизна подхода заключается во взаимодействии ТГц-импульса с ранее когерентно возбужденной фононной модой, имеющей значительную амплитуду.

Результаты. Представлены временные зависимости поляризации, а также эффективной амплитуды колебаний инфракрасно-активной моды при варьировании параметров ТГц-поля и констант разложения термодинамического потенциала неравновесного состояния в виде ряда по степеням параметра порядка в разных режимах воздействия, включая изменение температуры и дополнительное воздействие внешнего электрического поля.

Выводы. Предложенный подход описывает переключение поляризации под действием ТГц-импульса при предварительном возбуждении когерентного фонона фемтосекундным оптическим импульсом. Наиболее важным параметром, определяющим пороговое воздействие ТГц-импульса на возбуждение фонона, является энергия (амплитуда) импульса. В области малых амплитуд увеличение температуры не приводит к ухудшению условий переключения.

Цели. Цель исследования – изучение влияния неоднородностей интенсивности лазерного излучения и толщины поршня (лавсановой пленки) на формирование гиперзвуковых потоков в лазерной ударной трубе (ЛУТ), сравнение условий формирования и динамики распространения ударных волн (УВ) в ЛУТ в случаях «открытой» и «закрытой» плазменной короны.

Методы. Методы математического моделирования, анализ результатов вычислительных экспериментов, выполненных с помощью двумерной лагранжевой программы Atlant_C в цилиндрических координатах.

Результаты. Представлены результаты четырех серий расчетов динамики гиперзвуковых УВ в ЛУТ: 1) формирование и распространение УВ в профилированной мишени; 2) формирование и распространение УВ при сильной неоднородности падающего лазерного потока; 3) сравнение динамики УВ при различных значениях поглощенной энергии лазерного импульса и толщинах мишени (поршня); 4) сравнение динамики гиперзвуковых УВ с данными экспериментов в случаях «открытой» и «закрытой» плазменной короны.

Выводы. На основании данных вычислительных экспериментов можно сделать следующие выводы: 1) по мере распространения сильной УВ в профилированном поршне происходит выравнивание давления и плотности в поперечном направлении. Если длительность лазерного импульса заметно больше, чем время прохождения поперечных УВ в мишени (поршне), то в газе внутри ячейки ЛУТ происходит выполаживание фронта УВ; 2) в том случае, когда в падающем лазерном импульсе имеются значительные выбросы интенсивностей излучения – спеклы (~10% от энергии импульса), в ускоренном поршне формируются струи, которые в газе могут обгонять фронт УВ; 3) при лазерном нагреве мишени в режиме «закрытой» короны скорость поршня в ЛУТ возрастает примерно на 40%; 4) при разрушении поршня из-за сильной неоднородности об  лучения или развития гидродинамической неустойчивости и фрагментации полимерной СН-пленки, может формироваться плотный турбулентный слой, который будет также создавать УВ в газе.

Цели. Цель работы – разработка математического аппарата для оценки производительности и вероятностно-временных характеристик процессов передачи пакетов в промышленных сетях, использующих метод случайного множественного доступа. Особенностью исследования является учет строгих ограничений на время доставки пакетов и влияние коллизий.

Методы. В основе исследования лежат методы теории случайных процессов. Для аналитического вывода ключевых соотношений и доказательства основной теоремы применяется аппарат преобразования Лапласа – Стилтьеса.

Результаты. Сформулирована и доказана теорема, определяющая форму преобразования Лапласа – Стилтьеса для функции распределения времени передачи пакета. Этот результат учитывает повторные передачи пакетов, вызванные конфликтами в среде с множественным доступом. Проведен анализ процессов передачи информации в промышленных сетях со случайным множественным доступом, включая изменение количества рабочих станций и интенсивности потоков пакетов. Анализировались пакеты, поступающие в узлы сети, оценивались производительность системы, степень загрузки узлов и канала передачи, а также время доставки пакетов с учетом возникающих конфликтов. Выявлено значительное различие во временных характеристиках передачи между центральными и периферийными узлами сети. Для автоматизации исследований и оценки различных режимов работы сети при ее масштабировании и увеличении нагрузки на узлы разработан и реализован программный комплекс.

Выводы. При проведении исследования промышленных сетей со случайным множественным доступом выявлено, что при масштабировании сети с увеличением количества узлов возрастает производительность сети, однако при значительном увеличении загрузки узлов и передающей среды производительность падает. Загрузка крайних узлов и время передачи пакетов из-за повышенного возрастания конфликтов возрастают значительно быстрее по сравнению с центральными узлами. Производительность и временные характеристики при увеличении количества узлов несущественно зависят от типа распределения узлов – случайного или детерминированного эквидистантного. Для обеспечения сбалансированности режимов работы промышленной сети со случайным множественным доступом предлагается на 10–15% уменьшить нагрузку на крайние узлы. При этом можно обеспечить примерно одинаковую загрузку передающей среды и узлов при увеличении их количества.

Цели. Целью статьи является разработка комплексного подхода к обоснованию решений, направленных на развитие научно-образовательной инфраструктуры инженерного университета, включающего выбор политики модернизации научно-образовательной инфраструктуры, обоснование формата объектов научно  образовательной инфраструктуры с учетом многообразия актуальных задач, вовлечение индустриальных партнеров в реализацию инфраструктурной политики, а также вопросы ресурсного обеспечения, реализуемого с применением инструментов математической формализации и аналитической оценки.

Методы. В исследовании использованы методы системного и стратегического анализа, методы сравнения и формализации, методы моделирования и статистических показателей, методы управления изменениями и рисками, а также метод актуализации стратегии.

Результаты. Масштабные задачи по обеспечению вклада современных инженерных университетов в достижение технологического лидерства требуют особого внимания к вопросам развития научно-образовательной инфраструктуры. Эффективным решением является создание лабораторий особого типа – мегалабораторий, которые рассматриваются как оптимальный формат объекта научно-образовательной инфраструктуры, сочетающий учебные, исследовательские и коммуникационные зоны с их преимуществами и типологией. Обоснована значимость партнерства с индустриальными партнерами как ключевого драйвера развития, обеспечивающего соответствие образовательных программ, исследований и разработок потребностям рынка. Разработана математическая модель оценки проекта создания мегалаборатории, основанная на комплексной системе показателей, позволяющая формализовать процедуру выбора и принятия решения о финансировании вновь создаваемых объектов научно-образовательной инфраструктуры.

Выводы. Определенные на государственном уровне инфраструктурные ограничения в условиях технологического развития и необходимости достижения технологического лидерства становятся для инженерных университетов ключевым вызовом, требующим формирования инструментария поиска, обоснования и принятия управленческих решений по развитию объектов научно-образовательной инфраструктуры. Использование комплексного подхода позволяет максимально учесть актуальные требования к объектам научно-образовательной инфраструктуры, включая высокий уровень интеграции образования и науки, необходимость учета и включения в процесс развития индустриальных партнеров как залог сближения образования, науки и потребностей реальной экономики. Сформулированные рекомендации и предложенные решения позволяют эффективно решать задачи, стоящие перед современными инженерными университетами в рамках программ развития.