Mathematical and computer modelling. Series: Technical sciences (Kamianets-Podilskyi National Ivan Ohiienko University) / Математичне та комп'ютерне моделювання. Серія: Технічні науки
Not a member yet
507 research outputs found
Sort by
Застосування алгоритма Ахо-Корасіка для вдосконалення система виявлення вторгнень
No full textOne of the main goals of studying pattern matching techniques is their significant role in real-world applications, such as the intrusion detection systems branch. The purpose of the network attack detection systems NIDS is to protect the infocommunication network from unauthorized access. This article provides an analysis of the exact match and fuzzy matching methods, and discusses a new implementation of the classic Aho-Korasik pattern matching algorithm at the hardware level. The proposed approach to the implementation of the Aho-Korasik algorithm can make it possible to ensure the efficient use of resources, such as memory and energyОдна з основних цілей вивчення методів зіставлення зі зразком — їх значна роль в реальних додатках, таких як гілка систем виявлення вторгнень. Метою систем виявлення мережевих атак NIDS є захист інфокомунікаційної мережі від несанкціонованого доступу. У цій статті представлений аналіз методів точного і нечіткого зіставлення, а також обговорюється нова реалізація класичного алгоритму зіставлення зі зразком Ахо-Корасіка на апаратному рівні. Пропонований підхід до реалізації алгоритму Ахо-Корасіка може дозволити забезпечити ефективне використання ресурсів, таких як пам'ять і енергі
Цифровий коректуючий фільтр у задачах відновлення вхідних сигналів і даних систем спостереження енергетичних об’єктів
No full textThe task of signal recovery is one of the most important for automated diagnostics and control systems of an energy object. When solving the inverse problems of recovering signals, images and other types of data, spectral distortions and losses occur (in some cases, very significant ones). They are primarily stipulated due to ill-posedness of these problems, which is the result of loss of information about the original signal due to strong (and even complete) suppression in the observed signal of a part of spectral components, which become indistinguishable against the background of errors and noise [1]. Besides, additional spectral distortions may occur in the process of solving recovery problems, which depend on specific methods used and their parameters. A method for building a digital correcting filter for processing the results of solving incorrect inverse problems is proposed, which effectively improves the quality of the solution. The method is based on the use of a singular decomposition of the matrix (SVD) of a system of algebraic equations that approximates the integral operator.Завдання відновлення сигналу є одним з найважливіших для автоматизованих систем діагностики та керування енергетичним об'єктом. При вирішенні зворотних завдань відновлення сигналів, зображень та інших видів даних мають місце спектральні спотворення та втрати (у деяких випадках дуже значні). Вони зумовлені насамперед некоректністю цих завдань, яка є результатом втрат інформації про вихідний сигнал внаслідок сильного (і навіть повного) придушення у спостережуваному сигналі частини спектральних компонентів, які стають нерозрізняними на тлі помилок та шумів. Крім того, у процесі вирішення завдань відновлення можуть виникати додаткові спектральні спотворення, які залежать від конкретних методів, що застосовуються, та їх параметрів. Запропоновано метод побудови цифрового коригувального фільтра для обробки результатів розв'язання некоректних обернених задач, що дозволяє ефективно підвищувати якість рішення. Метод заснований на застосуванні сингулярного (SVD) розкладання матриці системи рівнянь алгебри, що апроксимує інтегральний оператор
Методи статистичного оцінювання параметрів сигналу на фоні негаусових корельованих завад
No full textThe traditional approach to the development of systems for signal parameters estimation in non-Gaussian noise is characterized by significant difficulties associated with the complexity of algorithmic implementation, which makes it impossible to synthesize high-quality software-algorithmic and hardware statistical signal processing. At the same time, the presence of a statistical relationship between the studied sample non-Gaussian random variables leads to a significant complication of the implementation of computational algorithms. Analysis of scientific research in recent years has shown that to solve problems of estimating unknown parameters of signals in non-Gaussian noise there is another promising approach, which is based on the use of numerical characteristics to describe random processes, namely moment and cumulant functions of higher orders. This allows us to describe the statistical properties of the studied non-Gaussian processes with the necessary approximation.
The paper proposes new mathematical models of additive interaction of useful signal and correlated non-Gaussian noise based on the use of one-moment and two-moment cumulative functions of higher orders, which made it possible to describe the parameters and characteristics of non-Gaussian distribution of the studied random process and take into account correlations for the synthesis of algorithms for estimating unknown parameters.
Based on the obtained moments and cumulant models of random correlated non-Gaussian processes, polynomial stochastic methods for estimation an unknown parameter of a constant signal for dependent sample values are proposed. This allowed the synthesis of computational algorithms for processing non-Gaussian correlated processes. Based on the proposed methods, the synthesis and analysis of polynomial computational algorithms for the parameter estimation of the useful signal with better accuracy characteristics in the form of reducing the variance of the estimate compared to the known results due to additional information about the studied processes in the form of moment and cumulant functions.Класичний підхід для побудови систем оцінювання параметрів сигналів, які приймаються на фоні негаусових завад, характеризується складністю алгоритмічної та обчислювальної реалізації, що не дозволяє синтезувати якісні програмні та апаратні засоби статистичної обробки. Окрім того, наявність кореляційних зв’язків досліджуваних вибіркових значень суттєво ускладнює алгоритмічну реалізацію. Аналіз досліджень, які проводяться останнім часом засвідчив, що для знаходження оцінок невідомих параметрів сигналів, які приймаються на фоні негаусових завад, можливо використовувати інший перспективний підхід. Такий підхід базується на використанні чисельних характеристик опису випадкових процесів, а саме моментних і кумулянтних функцій вищих порядків, що дозволяє з заданим наближенням описувати статистичні властивості негаусових процесів.
У роботі запропоновані нові математичні моделі адитивної взаємодії корисного постійного сигналу та корельованої негаусової завади при застосуванні одномоментних та двохмоментних кумулянтних функцій вищих порядків. Таке представлення надає додаткові можливості не тільки описати параметри та характеристики досліджуваного негаусового процесу, але і врахувати статистичні зв’язки вибіркових значень для побудови якісних алгоритмів оцінювання невідомих параметрів сигналу.
На основі обраного підходу отримані моментно-кумулянтні моделі досліджуваних корельованих негаусових процесів, запропоновані нові поліноміальні методи оцінювання невідомого параметра корисного сигналу, що дозволило синтезувати нові обчислювальні алгоритми для обробки статистично залежних негаусових процесів. На основі запропонованих моделей та методів проведено синтез та аналіз обчислювальних алгоритмів оцінювання невідомого параметра постійного сигналу з кращими точністними характеристиками у порівнянні з традиційними результатами. В якості параметра ефективності обиралася дисперсія отриманих оцінок, яка для запропонованих методів є меншою у порівнянні з відомими результатами для традиційних гаусових моделей досліджуваних процесів
Моделювання розподілу носіїв заряду в активній області P-I-N-діодів методами теорії збурень
No full textA mathematical model of the electron-hole plasma stationary distribution in the active region (i-region) of p-i-n-diodes in the diffusion-drift approximation is proposed. The model is represented in the form of a nonlinear singularly perturbed boundary value problem for the system of equations of the electron-hole currents continuity, the Poisson equation and the corresponding boundary conditions. The decomposition of the nonlinear boundary value problem of modeling the stationary distribution of charge carriers in the plasma of p-i-n-diodes is carried out on the basis of the solutions asymptotic representation. The model problem is reduced to a sequence of the linear boundary value problems with a characteristic separation of the main (regular) components of the asymptotics and a boundary corrections. It was found that the formulation of the problem for finding the zero term of the asymptotics regular part coincides with the classical formulation of the p-i-n-diodes characteristics modeling problem, which is carried out in the approximation of the ambipolar diffusion (approximation of a self-consistent electrostatic field). The proposed mathematical model and the method of its linearization make it possible to determing the main components in the diffusion-drift process and to study their role. For example, it becomes possible to study (including by analytical methods) the behavior of plasma in the p-i-, n-i-contacts zones. The results of the study are aimed at developing methods for designing p-i-n-diode structures, used, in particular, as active elements of the signals switches of a microwave data transmission systems and the corresponding protective devices.Запропоновано математичну модель стаціонарного розподілу електронно-діркової плазми в активній області (i-області) p-i-n-діодів у дифузійно-дрейфовому наближенні. Модель подається у вигляді нелінійної сингулярно збуреної крайової задачі для системи рівнянь неперервності електронно-діркових струмів і Пуассона з відповідними граничними умовами. Проведено декомпозицію нелінійної крайової задачі моделювання стаціонарного розподілу носіїв заряду в плазмі p-i-n-діодів на основі асимптотичного представлення розв’язків. Модельна задача приведена до послідовності лінійних крайових задач із характерним виділенням основних (регулярних) складових асимптотик і примежових поправок. Встановлено, що постановка задачі для знаходження нульового члена регулярної частини асимптотик співпадає із класичною постановкою задачі моделювання характеристик p-i-n-діодів, яка здійснюється в наближенні амбіполярної дифузіїї (наближення самоузгодженого поля плазми). Запропонована математична модель і метод її лінеаризації дозволяють виділити у дифузійно-дрейфовому процесі головні складові і дослідити їх роль. Наприклад, з’являється можливість вивчення (у тому числі аналітичними методами) поведінки плазми в зонах p-i-, n-i-контактів. Результати дослідження спрямовані на розвиток методів проектування p-i-n-діодних структур, які використовуються, зокрема, в якості активних елементів комутаторів сигналів надвисокочастотних систем передачі інформації і відповідних захисних пристроях
Моделі оптимізації завантаження мережі розподілених ситуаційних центрів
Get PDFThe article substantiates the relevance of the creation and formulates a mathematical statement of the problem of technical interoperability maintenance in a network of distributed situational centers based on convergent technological solutions. Technical interoperability is considered in the context of optimizing the distribution of situational management tasks between individual situation centers in a distributed network and minimizing information processing time. For this purpose the model and algorithms of optimization of performance of tasks by participants of process of situational management in a network of the distributed situational centers are offered. The model of technical interoperability optimization is presented in the form of a zero-one integer programming problem with the search for the local extremum of the objective function. The information-analytical process is formed as a request that determines the need for information resources, analytical and expert capabilities and service time in each local situation center. The task of optimizing the load of the network of distributed situational centers is to redistribute the load between network nodes by equalizing the use of organizational, human, technical and information resources for timely and quality decision-making in situational centers that serve participants in situational management at different levels. The problem of minimizing service time in a network of distributed situational centers is dual to the primal problem of load redistribution and is solved using a stochastic quasigradient projection method. Algorithms for solving the formulated problems are developed and a test example of application is given. The potential for further improvement of situational systems of strategic planning management based on capability management for target systems is shownУ статті обґрунтовано актуальність створення та сформульовано математичну постановку задачі забезпечення технічної інтероперабельності в мережі розподілених ситуаційних центрів на основі конвергентних технологічних рішень. Технічна інтероперабельність розглядається в контексті оптимізації розподілу завдань ситуаційного управління між окремими ситуаційними центрами в розподіленій мережі та мінімізації часу обробки інформації. Для цього запропоновано модель та алгоритми оптимізації виконання завдань учасниками процесу ситуаційного управління в мережі розподілених ситуаційних центрів. Модель оптимізації технічної інтероперабельності представлена у формі задачі булевого цілочисельного програмування з пошуком локального екстремуму цільової функції. Інформаційно-аналітичний процес формується як запит, який визначає потребу в інформаційних ресурсах, аналітичних та експертних спроможностях та часі обслуговування в кожному локальному ситуаційному центрі. Задача оптимізації завантаження мережі розподілених ситуаційних центрів полягає у перерозподілі навантаження між вузлами мережі шляхом вирівнювання використання організаційних, людських, технічних та інформаційних ресурсів для своєчасного та якісного прийняття рішень в ситуаційних центрах, які обслуговують учасників процесу ситуаційного управління на різних рівнях. Задача мінімізації часу обслуговування в мережі розподілених ситуаційних центрів є двоїстою до задачі перерозподілу навантаження і розв’язується з використанням стохастичного квазіградієнтного методу проекції. Розроблені алгоритми розв’язання сформульованих задач та наведено тестовий приклад застосування. Показано потенціал подальшого вдосконалення ситуаційних систем управління стратегічним плануванням на основі управління спроможностями цільових систем
Две модели вопросно-ответной «машины диалога»
Get PDFThe article describes two models of question-answering dialogue. Both models describe the behavior of an active agent (an agent, who is asking questions) of a question-answering dialogue in the process of solving a problem by means of a dialogue process. In this sense, the models are intended to describe the script of a dialogue method for solving a problem. It is assumed that with the help of dialogue methods it is possible to solve problems, which belong to the class of ill-formalized. The first model is based on the idea of the Mealy state machine. It has a limited applicability, since when generating the next question, the history of previous answers of the reactive agent is not taken into account. The second model is based on the idea of a Petri net. The model takes into account the history of previous answers of the reactive agent, as well as the possibility of non-standard processing of the question-answering transaction using processes-daemons. The models are problem-independent and model a question-answering dialogue, which does not depend on the subject area of the dialogue and the nature of the problems solved by means of the dialogue method. The problem-independence of the models is due to the fact that the standard, cyclically repeated actions for processing a question-answering transaction reflect a unified cognitive dialogue cycle. The unified cognitive dialogue cycle is built on the basis of Neisser's cyclical model of perception. In the cognitive dialogue cycle, in contrast to the Neisser’s cycle of perception, the source of the flow of sensory events is not the external environment, but the reactive agent. The models are designed to specify «dialogue machine» software that simulates the purposeful behavior of an active dialogue agent in the process of solving a problem. Both models assume that the main components of the «dialogue machine» are not mapped into a program code, but represented by data stored in a database. A dialogue machine is thus a software system that implements a script of a dialogue method by interpreting the data stored in a database.В статье описаны две модели вопросно-ответного диалога. Обе модели описывают поведение активного агента (агента, задающего вопросы) вопросно-ответного диалога в процессе решения задачи при помощи диалогового процесса. В этом смысле модели предназначены для описания сценария диалогового метода решения задачи. Предполагается, что при помощи диалоговых методов решаются задачи, относящиеся к классу плохо-формализуемых. Первая модель, базируется на идее конечного автомата Мили. Она имеет ограниченную сферу применимости, поскольку, при генерации очередного вопроса не учитывается история предыдущих ответов реактивного агента диалога. Вторая модель базируется на идее сети Петри. Модель учитывает историю предыдущих ответов реактивного агента, а также возможность нестандартной обработки вопросно-ответной транзакции при помощи процессов-демонов. Модели являются проблемно-независимыми и моделируют вопросно-ответный диалог, который не зависит от предметной области диалога и характера задач, решаемых при помощи диалогового метода. Проблемная независимость моделей обусловлена тем, что стандартные, циклически повторяющиеся действия по обработке вопросно-ответной транзакции отражают унифицированный когнитивный диалоговый цикл. Унифицированный когнитивный цикл диалога построен на основе циклической модели восприятия Найссера. В когнитивном цикле диалога, в отличие от цикла Найссера, источником потока сенсорных событий является не внешняя среда, а реактивный диалоговый агент. Модели предназначены для специфицирования программной «машины диалога», имитирующей целенаправленное поведение активного агента диалога в процессе решении диалоговой задачи. Обе модели предполагают, что основные компоненты «машины диалога» отображаются не в программный код, а представляются данными, хранящимися в базе данных. Машина диалога, таким образом, является программной системой, которая реализует сценарий диалогового метода решения задачи путем интерпретации данных, хранящихся в базе данных
Модель життєвого циклу дефекту програмного забезпечення
Get PDFThe software development process includes a mandatory additional software quality assurance process, which is a set of measures covering all technological stages of software development, release and operation of information systems, carried out at different stages of the software life cycle, to ensure the required level of software quality. One of the main tasks of this process is to find and eliminate software defects. This work is devoted to a formal presentation of the life cycle of a software defect. The life cycle model of the software defect is considered as a chain that begins with a developer error and ends with a software failure. The article presents the general structure of the life cycle model of software defect, which includes developer error, operator error, hidden software defect, active software defect, calculation error, fault or failure, created vulnerability, activated vulnerability, unauthorized control and unauthorized access to data. This model is detailed in a set of pathological chains, which structurally represent modifications of the life cycle of software defect, taking into account the nature of the software defect itself. Among the pathological chains are the following: physical, design, development and interaction. The pathological chain of interaction is detailed in the pathological chain of interaction due to physical influence and the pathological chain of interaction due to informational influence. The already mentioned model of life cycle of software defect is projected on a V-shaped model of software development, which allows to present a kind of evolution of software defect at each stage of life cycle of software development separately and within the whole V-shaped model of software developmentПроцес розробки програмного забезпечення включає в себе обов'язковий додатковий процес забезпечення якості програмного забезпечення, який являє собою сукупність заходів, що охоплюють всі технологічні етапи розробки, випуску та експлуатації програмного забезпечення інформаційних систем, що проводяться на різних етапах життєвого циклу програмного забезпечення для забезпечення необхідного рівня якості програмного забезпечення. Одне з основних завдань такого процесу полягає в знаходженні і усуненні дефектів програмного забезпечення. Дана робота присвячена формальному представленню життєвого циклу дефекту програмного забезпечення. Модель життєвого циклу дефекту програмного забезпечення розглядається як ланцюжок, який починається з помилки розробника і закінчується відмовою програмного забезпечення. У статті подається загальна структура моделі дефекту життєвого циклу програмного забезпечення, яка включає в себе помилку розробника, помилку оператора, прихований дефект у програмному забезпеченні, активний дефект у програмному забезпеченні, помилку обчислення, збій або відмову, породжену вразливість, активовану вразливість, несанкціоноване управління та несанкціонований доступ до даних. Така модель деталізується в набір патологічних ланцюжків, які структурно представляють модифікації життєвого циклу дефекту програмного забезпечення з урахуванням природи виникнення самого дефекту програмного забезпечення. Серед патологічних ланцюжків виділяють наступні: фізичний, проектування, розробки та взаємодії. Патологічний ланцюжок взаємодії деталізується ще на патологічний ланцюжок взаємодії внаслідок фізичного впливу і патологічний ланцюжок взаємодії внаслідок інформаційного впливу. Дана модель життєвого циклу дефекту програмного забезпечення проектується на V-подібну модель розробки програмного забезпечення, що дозволяє представити своєрідну еволюцію дефекту програмного забезпечення на кожному етапі життєвого циклу розробки програмного забезпечення окремо і в рамках всієї V-подібної моделі розробки програмного забезпечення
Інтелектуальний об'єктно-орієнтований підхід до моделювання динамічних енергетичних систем
No full textProposed object-oriented approach and general architecture of intellectual software for mathematical modelling of dynamic energy systems. Introduced and considered in detail an architecture of knowledge bases for modelling of systems described by linear integral equations. Considered a knowledge-based system as a composition of a specific functional network and an expert systemЗапропонований об'єктно-орієнтований підхід та загальна архітектура інтелектуального програмного забезпечення для математичного моделювання динамічних енергетичних систем. Представлено та детально розглянуто архітектуру баз знань для моделювання систем, що описуються лінійними інтегральними рівняннями. Розглянутий система, заснована на знаннях у вигляді композиції конкретної функціональної мережі та експертної систем
Проблема надійності при участі людини-оператора в процесі прийняття рішень по керуванню об’єктами енергетики
Get PDFNowadays, the development of the problem of reliability of complex systems is carried out, as a rule, from the standpoint of a purely technical approach. In this approach, only the «machine» component of a complex system is in the field of view, and the increase in reliability is provided by measures aimed at improving the technical units. However, complex systems are human-machine systems, the reliability of which depends to a greater extent on the «human factor». For example, at a thermal power plant due to operator errors, about a quarter of all violations occur.It is known that in connection with the widespread introduction of automation in production and the success of cybernetics in the 60s of XX century, the question of the complete exclusion of man from the control circuit. However, the idea of full automation was defeated when there was a need to create devices that would have the ability to find a way out of unforeseen situations.High flexibility and the ability to adapt to changing conditions, intuition, the ability to predict, predict developments, decision-making in difficult situations in the presence of several conflicting or uncertain criteria are purely human qualities. This determines a person’s place in the human-machine systems and the nature of the functions assigned to him: decision-making, as well as the inclusion of a reserve of equipment in case of failure. However, assigning a person the main, intellectual role in the human-machine systems does not remove the problems associated with its reliability.The gap between the capabilities of man as a control link and the growing needs of the system in control influences is not reduced and forces a person to work on the verge of his «red line». However, the engineering-psychological approach allows to methodologically substantiate the way to solve this problem.В наш час розробка проблеми надійності складних систем здійснюється, зазвичай, з позицій чисто технічного підходу. У цьому підході в поле зору потрапляє лише «машинний» компонент складної системи, і підвищення надійності забезпечується за рахунок заходів, спрямованих на вдосконалення технічних ланок. Однак складні системи — це людино-машинні системи, надійність функціонування яких більшою мірою залежить від «людського фактора». Наприклад, на тепловій електростанції через помилки операторів відбувається близько чверті всіх порушень.Відомо, що у зв’язку із широким впровадженням автоматики у виробництво і успіхами кібернетики в 60-ті роки XX століття ставилося питання про повне виключення людини з контуру керування. Однак ідея повної автоматизації зазнала поразки, коли виникла необхідність у створенні пристроїв, які мали б здатність знаходити вихід з непередбачених ситуацій.Висока гнучкість і здатність пристосовуватись до зміни умов, інтуїція, здатність до прогнозування, передбачення розвитку подій, прийняття рішень у складних ситуаціях при наявності декількох суперечливих або невизначених критеріїв є чисто людськими якостями. Це визначає місце людини в людино-машинних системах і характер покладених на неї функцій: прийняття рішень, а також включення резерву техніки на випадок її відмови. Однак відведення людині головної, інтелектуальної ролі в людино-машинних системах само по собі не знімає проблем, пов’язаних з їх надійністю.Розрив між можливостями людини, як керуючої ланки, і зростаючими потребами системи в керуючих впливах аж ніяк не скорочується й змушує людину працювати на грані його «червоної межі». Однак інженерно-психологічний підхід дозволяє методологічно обґрунтувати шлях вирішення цієї проблеми