05.13.05 "Комп'ютерні системи та компоненти"

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/19577

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 42

Апаратні і програмні засоби адаптивної нелінійної цифрової фільтрації на основі детекторів шуму
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Сальніков, Дмитро Валентинович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.13.05 – Комп'ютерні системи та компоненти (12 – Інформаційні технології). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої науково-технічної задачі, яка полягає в розробці методів та засобів адаптивної нелінійної цифрової фільтрації зображень. Об'єкт дослідження – процеси та принципи цифрової фільтрації зображень. Предмет дослідження – цифрові фільтри, що поліпшують якість= зображень, уражених імпульсним шумом, апаратна та програмна реалізація адаптивних нелінійних цифрових фільтрів на основі детекторів шуму. У першому розділі "Системи комп'ютерного зору" проаналізовано загальну структуру сучасних систем комп’ютерного зору. Показано основні етапи обробки даних в системі. Визначено основні тенденції розвитку та існуючі потреби забезпечення якості та швидкості систем такого роду. Розглянуто сучасні світлочутливі датчики та основні види впливів на данні зображень в типовій системі, а також розповсюджені математичні моделі шумів, що погіршують якість вихідних показників систем управління та обробки даних. Проаналізовано наявні методи придушення шумів, зокрема лінійні та нелінійні просторові фільтри, адаптивні фільтри, фільтри з детекторами шуму. Проведено аналіз та класифікація популярних методів детектування шуму, зокрема алгоритму адаптивного нелінійного зваженого медіанного фільтру, та виявлено недоліки, що заважають реалізації фільтра на більшості апаратних платформ. У другому розділі "Оптимізація і моделювання роботи ASWM фільтра" розглянуто методи апаратної реалізації адаптивного нелінійного зваженого фільтру. Проведено аналіз алгоритму та виділені складові під-модулі фільтру. Реалізовані під-модулі фільтру із розрахунками з фіксованою точкою, зокрема: модуль поділу чисел з фіксованої точкою, модуль знаходження квадратного кореня, модуль знаходження медіани за допомогою сортуючої мережі, модуль знаходження зваженого середнього, модуль розрахунку вагів, модуль знаходження середньоквадратичного відхилення. Отримано кількісні характеристики апаратних витрат на реалізацію. Виконано дослідження програмної моделі фільтру на мові Python задля усунення одного з найбільших недоліків – циклу оцінки вагів недетермінованої довжини. Запропоновано поліпшений з точки зору співвідношення "продуктивність фільтру/апаратні витрати на реалізацію" алгоритм адаптивного нелінійного зваженого фільтра з урахуванням апаратних особливостей ПЛІС та вузьких місць фільтра що були виявлені раніше. Виконано оцінку апаратних ресурсів ПЛІС та продуктивності фільтра у різних конфігураціях, що впливають на необхідну кількість логічних вентилів ПЛІС та якість роботи системи. Наведено розрахунок кількості фреймів на секунду при обробці монохромного зображення FullHD для тактових частот системи 50, 100 та 200 МГц. У третьому розділі "Модифікований медіанний фільтр з пост фільтраційним прийняттям рішення" проведено дослідження статистичних характеристик детектору шуму ASWM фільтра. За допомогою програмної моделі ASWM фільтра виконано аналіз роботи фільтру на предмет значень порогів і зашумлених пікселів, а також дослідження залежності медіанного значення, значень вхідного пікселя та шуму одне від одного. Таким чином, були промодельовані ситуації вірного детектування пікселя як шуму, а також помилкового детектування, в разі якого, згідно з алгоритмом ASWM фільтрації виконується зайва операція знаходження медіани і як наслідок розмиття/згладжування деталей вихідного зображення. Отримано розподіл абсолютного відхилення шуму від медіанного значення вікна фільтра для різної щільності зашумлюючого впливу. Запропоновано алгоритм адаптивного нелінійного фільтра цифрових зображень з пост-фільтраційним прийняттям рішення про зашумлення, який дозволяє зменшити ефекти пов’язані з втратою частини даних внаслідок фільтрації пікселів, що не були піддані впливу шуму та має структуру придатну до паралельної реалізації на більшості сучасних архітектур процесорів з векторним розширенням та ПЛІС. У четвертому розділі «Моделювання фільтра з пост-фільтраційним прийняттям рішення» розглянуто переваги і недоліки використання мов проектування цифрових схем VHDL та Verilog у порівнянні з сучасними мовами проектування високого рівня. Сформульовано перелік переваг програмного пакету MyHDL, який використовувався у даній роботі та дозволив суттєво знизити складність тестування запропонованої архітектури системи. За допомогою пакету MyHDL реалізовано програмний продукт мовою Python, що дозволяє згенерувати VHDL чи Verilog опис фільтру з пост- фільтраційним прийняттям рішення для подальшого синтезу на ПЛІС. Виконано верифікацію та синтез фільтру на ПЛІС Intel MAX 10, Cyclone V, Cyclone IV E, Cyclone IV GX та Cyclone 10. Отримано часові діаграми роботи кожного з блоків ASWM фільтра та фільтра з пост-фільтраційним прийняттям рішення. Представлено синтезовані логічні схеми блоків та фільтрів загалом, що доводять повністю конвеєрну реалізацію фільтру, не високу довжину фільтруючої системи фільтра з пост-фільтраційним прийняттям рішення в тактах, а також суттєво нижчі апаратні витрати на реалізацію фільтра з пост-фільтраційним прийняттям рішення у порівнянні із ASWM фільтром. Проведено аналіз продуктивності у порівнянні з ASWM фільтра, що вважаться одним з лідерів з точки зору якості роботи. Представлено метод реалізації запропонованого фільтру на процесорній архітектурі з векторним розширенням ARM NEON. Зокрема розглянуто метод реалізації загрузки та збереження даних в пам’ять та реалізацію сортуючої мережі за допомогою векторних інструкцій. Проведено дослідження шумопригнічуючих можливостей запропонованого фільтра за допомогою метрик PSRN та SSIM для щільності імпульсного шуму від 5 до 90%, що доводять високу якість роботи запропонованого алгоритму. Отримані результати дають змогу побудови ефективної з точки зору співвідношення продуктивність фільтру/апаратні витрати на реалізацію системи видалення імпульсного шуму з зображення, що може працювати в реальному часі, на сучасних процесорних архітектурах з векторними інструкціями та ПЛІС. У якості напрямів подальшого розвитку потрібно зазначити дослідження методів розпаралелювання запропонованого алгоритму адаптивної нелінійної фільтрації шляхом побудови декількох обчислювальних конвеєрів, а також пошук методів розрахунку порогового значення абсолютного відхилення яркості пікселя від медіанного значення вікна, що можуть бути ефективно реалізовані на сучасних апаратних платформах.
Апаратні і програмні засоби адаптивної нелінійної цифрової фільтрації на основі детекторів шуму
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Сальніков, Дмитро Валентинович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – Комп'ютерні системи та компоненти (12 – Інформаційні технології). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Дисертаційна робота присвячена розробці апаратних та програмних засобів нелінійної цифрової фільтрації зображень на основі детекторів. Науковими результатами є: 1) удосконалено алгоритм адаптивного зваженого медіанного цифрового фільтра зображень, реалізовано програмну модель з обчисленнями з фіксованою точкою мовою Python; 2) отримав подальшого розвитку алгоритм адаптивного зваженого медіанного цифрового фільтра зображень, шляхом реалізації блоків оцінки вагових коефіцієнтів та механізму байпасування розрахунків, що дає змогу знизити апаратні витрати на його реалізацію на базі ПЛІС; 3) вперше запропоновано алгоритм цифрової фільтрації з пост-фільтраційним прийняттям рішення, що не має недоліків властивих найбільш продуктивним адаптивним фільтрам, зокрема адаптивному зваженому медіанному фільтру що перемикається; 4) удосконалено метод реалізації фільтру з пост- фільтраційним прийняттям рішення на базі ПЛІС чи процесорних архітектурах з векторним набором команд, зокрема ARM NEON та Intel SSE/AVX. Запропоновані методи та засоби дозволяють зменшити апаратні витрати на видалення імпульсних шумів з зображень шляхом адаптивної цифрової фільтрації у системах, що використовують у якості апаратних платформ програмовані логічні інтегральні схеми та/чи процесорні архітектури з векторним розширенням команд та підвищити співвідношення "продуктивність/апаратні витрати на реалізацію фільтру".
Вдосконалення фотоелектричних перетворювачів переміщень в комп'ютерних системах контролю кутових параметрів літака
(НТУ "ХПІ", 2016) Бурлєєв, Олег Леонідович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - комп'ютерні системи та компоненти. - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016. Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної задачі вдосконалення процесу вимірювання і контролю кутових переміщень рульових поверхонь літака. Вдосконалено методи фотоелектричних вимірювань кутових переміщень рульових поверхонь літака для комп’ютерних систем контролю та розроблено функціональні схеми пристроїв, що їх реалізують. Розроблено алгоритмічні та програмні засоби, що реалізують оптимізацію планів багатофакторних експериментів з використанням методу гілок і меж. Знайдено оптимальні, з точки зору рівномірності, параметри розподілу торців світловодів фотоелектричного перетворювача кутових переміщень із застосуванням дзеркала. Вперше одержано математичні моделі роботи фотоелектричного перетворювача кутових переміщень рульової поверхні літака в кожній контрольній точці діапазону вимірювань, що дозволяють підвищити точність фотоелектричного перетворювача до 1´ і адаптувати чутливість вимірювального пристрою до конструктивних особливостей рульових поверхонь літака. Обґрунтовано і розроблено архітектуру комп'ютерної системи контролю кутових переміщень рульових поверхонь літака.
Информационно-измерительная система мониторинга температурного режима гидротехнических сооружений АЭС
(Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского "Харьковский авиационный институт", 2016) Бейнер, Петр Сергеевич
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 – Компьютерные системы и компоненты. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков 2016. Диссертация посвящена разработке информационно-измерительной системы (ИИС) мониторинга гидротермических параметров АЭС для решения научно-практической задачи оптимизации функционирования энергосистемы путем компьютерной обработки данных о состоянии ГТС с учетом метеорологических факторов и объективного прогноза температурного режима циркуляционной воды. Разработана ИИС гидрометеорологических параметров АЭС с усовершенствованной системой измерения, передачи, сбора, архивирования и анализа параметров, влияющих на температурный режим циркуляционной воды в ГТС АЭС. Предложенная структура для распределенной ИИС, которая разработана в соответствии с техническим регламентом безопасной эксплуатации энергоблоков АЭС, позволяет проводить качественный мониторинг гидротермических процессов в системе оборотного водоснабжения АЭС, что допускает использование полученной информации для принятия обоснованных, взвешенных решений при корректировках суточного диспетчерского графика нагрузок АЭС во время сезонных ограничений. Разработаны принципы формирования единой базы данных метеорологической и гидротермической информации в ГТС, которая позволяет не только выполнять системную обработку данных, но и использовать информацию для достоверного прогнозирования гидротермического режима циркуляционной воды, участвующей в системе оборотного водоснабжения АЭС. Впервые предложена методика создания энергоэффективной структуры беспроводной сенсорной сети (БСС), позволяющей дистанционно измерять физические величины, распределенные на больших расстояниях. Использование предложенной БСС обусловлено следующими преимуществами для водных объектов АЭС, участвующих в системе охлаждения воды: отсутствием необходимости в прокладке кабелей для электропитания и передачи данных; низкой стоимость монтажа, пуска-наладки и технического обслуживания системы; минимальными ограничениями по размещению беспроводных устройств; возможностью внедрения и модификации сети на эксплуатируемом объекте без вмешательства в процесс функционирования; надежность и отказоустойчивость всей системы в целом при нарушении отдельных соединений между узлами. Получил развитие метод передачи гидрометеорологических параметров в ИИС на АЭС путем использования вероятностного шифрования информации в каналах связи, что позволило повысить степень защиты измерительной информации от несанкционированного доступа, а также увеличить помехоустойчивость. Применение вероятностной формы представления информации, позволяет воспользоваться следующими преимуществами: малый аппаратный объем; возможность функционирования в масштабе реального времени; повышенная помехозащищенность; существенно увеличена сложность проведения атак на основе статистических закономерностей функций шифрования; возможность внести дополнительный параметр безопасности, управляя законом распределения случайных чисел, для формирования вероятностного отображения, позволяет увеличить время жизни ключа. Разработаны программно-аппаратные средства для ИИС гидротермических параметров ГТС АЭС в режиме реального времени на основе Web-технологий. Программный комплекс позволяет сократить сроки получения, обработки и анализа гидрометеорологических данных, повысить достоверность и качество получаемых результатов, а также обеспечить сохранность информации. Разработанная программа прошла регистрацию в Государственном департаменте интеллектуальной собственности Украины.
Контрольно-диагностические средства сбора и преобразования информации для тестирования уровня подготовленности спортсменов
(НТУ "ХПИ", 2016) Галица, Виталий Иванович
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 – Компьютерные системы и компоненты. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2016. Диссертация посвящена созданию новых и усовершенствованию существующих методов и технических средств компьютерной диагностики уровня подготовленности спортсменов на базе комплексного решения задачи характеризации функциональных и биомеханических показателей. В диссертации разработаны методы компьютерной диагностики технических и функциональных параметров, максимально влияющих на результат с использованием комплекса двигательных и функциональных моделей, экспериментально определен уровень достоверности измерений применяемыми средствами, реализованы методы компьютерной диагностики уровня подготовленности спортсменов контрольно-диагностическими средствами на базе созданной аппаратуры и систем, определены способы и области их применения.
Контрольно-діагностичні засоби збору та перетворення інформації для тестування рівня підготовленості спортсменів
(НТУ "ХПІ", 2016) Галиця, Віталій Іванович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – Комп'ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016. Дисертація присвячена створенню нових та удосконаленню існуючих методів і технічних засобів комп'ютерної діагностики рівня підготовленості спортсменів на базі комплексного розв'язання задачі характеризації функціональних і біомеханічних показників. В дисертації розроблено методи комп'ютерної діагностики технічних і функціональних параметрів, що максимально впливають на результат з використанням комплексу рухових і функціональних моделей, експериментально визначено рівень достовірності вимірювань засобами, що використовуються, реалізовані методи комп'ютерної діагностики рівня підготовленості спортсменів за допомогою контрольно-діагностичних засобів на базі створеної апаратури та систем, визначено способи та галузі їх застосування.
Метод управления информационными потоками в компьютеризированной системе на основе преобразования Хартли
(НТУ "ХПИ", 2016) Горюшкина, Алла Эрнестовна
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 – компьютерные системы и компоненты. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", 2016 г. Диссертация посвящена разработке научных подходов к повышению быстродействия передачи мультимедийных данных в компьютерных сетях авиатранспортного комплекса. На основании изучения современных методов передачи данных установлено, что в условиях повышенной интенсивности большого объема потока данных, используемые в настоящее время методы сжатия и управления компьютерными ресурсами не позволяют обеспечить быстродействие при передаче мультимедийных данных в компьютерных сетях авиатранспортного комплекса. Исследование основных методов сжатия и алгоритмов управления компьютерными ресурсами позволили определить основные направления научного исследования и сформулировать задачу повышения быстродействия передачи мультимедийных данных в компьютерных сетях авиатранспортного комплекса. Обоснован выбор дискретного преобразования Хартли в качестве основного при разработке модели сжатия данных. Определена взаимосвязь между дискретным преобразованием Хартли и методом моментов. Решается задача усовершенствования дискретного преобразования Хартли для сжатия данных, путем применения новой системы расчета, в основу которой положен метод моментов, а именно модульное сопоставление функций. Разработанная систолическая система вычисления одномерного дискретного преобразования Хартли позволяет снизить вычислительную сложность алгоритма до 7-10 %. Предложенный в работе метод динамического управления ресурсами компьютерной системы систем критического применения, основанный на модели прогнозирования краткосрочной нагрузки и распределения компьютерных ресурсов позволяет учесть свойства фрактальности компьютерных сетевых структур авиатранспортного комплекса и повысить быстродействие передачи данных до 1.4 раз. Для обоснования достоверности полученных результатов проведено имитационное моделирование процесса сжатия данных и управления ресурсами в компьютерных сетях систем критического применения. Показано, что большинстве предложенных тестовых ситуаций "расчетные" кривые, полученные в соответствии с разработанной в работе математической моделью, в большинстве практических случаев попадают в "усредненный" доверительный интервал. Высокая степень совпадения результатов имитационного и математического моделирования подтверждают достоверность разработанной математической модели подсистемы сжатия данных, прогнозирования и управления в компьютерных сетях авиатранспортного комплекса.
Метод управління інформаційними потоками в комп'ютеризованій системі на основі перетворення Хартлі
(НТУ "ХПІ", 2016) Горюшкіна, Алла Ернестівна
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп'ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертацію присвячено підвищенню швидкодії передачі мультимедійних даних в комп'ютерних мережах авіатранспортного комплексу. На підставі вивчення сучасних методів передачі даних встановлено, що в умовах підвищеної інтенсивності великого об'єму потоку даних, використовувані в даний час методи стиснення і управління комп'ютерними ресурсами не дозволяють забезпечити оперативність при передачі мультимедійних даних в комп'ютерних мережах авіатранспортного комплексу. Обґрунтовано вибір дискретного перетворення Хартлі в якості основного при розробці моделі стиснення мультимедійних даних. Визначено взаємозв'язок між дискретним перетворенням Хартлі та методом Хартлі. Встановлено, що розроблена систолічна система обчислювання одновимірного дискретного перетворення Хартлі дозволяє знизити обчислювальну важкість алгоритму до 7 %. Розроблено метод динамічного управління ресурсами комп'ютерної системи авіатранспортного комплексу на основі моделей прогнозування короткострокової навантаження і розподілу комп'ютерних ресурсів, що дозволило врахувати властивості фрактальності комп'ютерних мережевих структур авіатранспортного комплексу і підвищити швидкодію передачі мультимедійних даних до 1.4 раз а так само розробити автоматизоване програмне засіб управління інформаційними потоками в комп'ютерних мережах з урахуванням особливостей мультимедійного контенту.
Методи обробки та передачі даних для підсистеми інформаційного забезпечення машиніста локомотива
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Ліпчанська, Оксана Валентинівна
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп'ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. У дисертації вирішена задача розробки методів обробки та передачі даних для підсистеми інформаційного забезпечення машиніста локомотива. На підставі вивчення сучасних методів і засобів обробки і передачі даних на залізничному транспорті встановлено, що існує суперечність між підвищенням швидкості та інтенсивності руху залізничного транспорту, збільшенням кількості аварійно-небезпечних ділянок, ускладненням системи управління залізничним транспортом, підвищенням вимог до якості інформаційного забезпечення машиніста локомотива та застосовуваними математичним апаратом і технологіями управління кодування/декодування. Обґрунтовано вибір технології математичної формалізації на основі мереж масового обслуговування та нейронних мереж. Розроблено концептуальну модель бездротового сегменту підсистеми інформаційного забезпечення машиніста локомотива, яка побудована з використанням технології 4G і враховує тип модуляції QPSK та процедуру перемежіння при передачі кадрів для зниження ймовірності помилкового прийому при забезпеченні високої швидкості передачі даних. Розроблено математичну модель процесу передачі даних по фізичному розподіленому uplink каналу, яка враховує особливості передачі даних відповідно до стандарту LTE в динамічних умовах магістралі залізниці і дозволяє оцінити ймовірносно-часові характеристики процесу передачі даних в підсистемі інформаційного забезпечення машиніста локомотива. Розроблено математичну модель управління доступом до сегменту комп'ютеризованої системи залізничного транспорту, яка враховує особливості передачі даних відповідно до стандарту LTE в динамічних умовах магістралі залізниці. Удосконалено процедуру завадостійкого декодування потокового відео, що передається в бездротовому сегменті 4G мережі підсистеми інформаційного забезпечення машиніста локомотива, що дозволяє підвищити оперативність при передачі даних, скоротити загальну кількість обчислень при декодуванні і звільнити обчислювальні ресурси комп'ютеризованої системи. Розроблено інтелектуальну систему контролю стану небезпечних ділянок залізничного шляху із застосуванням адаптованої згортальної нейронної мережі, що дозволяє підвищити достовірність розпізнавання небезпечних ситуацій на залізничних переїздах і інформувати машиніста в разі виникнення критичної ситуації. Обґрунтовано практичні рекомендації щодо застосування розроблених методів.
Методи обробки та передачі даних для підсистеми інформаційного забезпечення машиніста локомотива
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Ліпчанська, Оксана Валентинівна
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп'ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. У дисертації вирішена задача розробки методів обробки та передачі даних для підсистеми інформаційного забезпечення машиніста локомотива. На підставі вивчення сучасних методів і засобів обробки і передачі даних на залізничному транспорті встановлено, що існує суперечність між підвищенням швидкості та інтенсивності руху залізничного транспорту, збільшенням кількості аварійно-небезпечних ділянок, ускладненням системи управління залізничним транспортом, підвищенням вимог до якості інформаційного забезпечення машиніста локомотива та застосовуваними математичним апаратом і технологіями управління кодування/декодування. Обґрунтовано вибір технології математичної формалізації на основі мереж масового обслуговування та нейронних мереж. Розроблено концептуальну модель бездротового сегменту підсистеми інформаційного забезпечення машиніста локомотива, яка побудована з використанням технології 4G і враховує тип модуляції QPSK та процедуру перемежіння при передачі кадрів для зниження ймовірності помилкового прийому при забезпеченні високої швидкості передачі даних. Розроблено математичну модель процесу передачі даних по фізичному розподіленому uplink каналу, яка враховує особливості передачі даних відповідно до стандарту LTE в динамічних умовах магістралі залізниці і дозволяє оцінити ймовірносно-часові характеристики процесу передачі даних в підсистемі інформаційного забезпечення машиніста локомотива. Розроблено математичну модель управління доступом до сегменту комп'ютеризованої системи залізничного транспорту, яка враховує особливості передачі даних відповідно до стандарту LTE в динамічних умовах магістралі залізниці. Удосконалено процедуру завадостійкого декодування потокового відео, що передається в бездротовому сегменті 4G мережі підсистеми інформаційного забезпечення машиніста локомотива, що дозволяє підвищити оперативність при передачі даних, скоротити загальну кількість обчислень при декодуванні і звільнити обчислювальні ресурси комп'ютеризованої системи. Розроблено інтелектуальну систему контролю стану небезпечних ділянок залізничного шляху із застосуванням адаптованої згортальної нейронної мережі, що дозволяє підвищити достовірність розпізнавання небезпечних ситуацій на залізничних переїздах і інформувати машиніста в разі виникнення критичної ситуації. Обґрунтовано практичні рекомендації щодо застосування розроблених методів.
Методи та засоби апаратної реалізації та вибору алгоритмів заміщення даних у кеш-пам'яті мікропроцесорів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Пуйденко, Вадим Олексійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – Комп'ютерні системи та компоненти (12 – Інформаційні технології). – Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Дисертаційна робота присвячена розробці методів та засобів апаратної реалізації та вибору алгоритмів заміщення даних у кеш-пам’яті мікропроцесорів. Науковими результатами є: 1) отримало подальшого розвитку автоматна модель і засоби реалізації алгоритму PLRU заміщення даних у кеш-пам’яті процесора шляхом зміни типів та спрощення комбінаційної логіки керування оновленням елементів пам’яті, що забезпечує підвищення швидкодії та зменшення складності цих засобів; 2) вперше запропоновано метод і засоби реалізації адаптивних алгоритмів заміщення даних у кеш-пам’яті процесора, які на відміну від відомих базуються на побудові та аналізі матриць сумісності алгоритмів і надають змогу обирати алгоритм заміщення залежно від результатів динамічного прогнозу галужень програми, що забезпечує підвищення швидкодії процесору; 3) удосконалено засоби контролю реалізації алгоритмів заміщення даних у кеш-пам’яті процесора за рахунок використання уніфікованої автоматної моделі, яка ураховує кількість напрямків вибору даних при заміщенні, а також оцінок складності базових компонентів засобів контролю, що дозволяє оцінювати приріст достовірності функціонування на одиницю апаратних витрат; 4) удосконалено метод вибору алгоритмів і засобів реалізації для заміщення даних у кеш-пам’яті процесора шляхом включення до множини алгоритмів з контролем і адаптацією, їх упорядкування за показниками швидкодії складності та надійності, що дозволяє покращити відповідні показники процесора. Запропоновані методи та засоби дозволяють підвищити швидкодію та надійність, а також зменшити складність апаратних витрат модулів заміщення даних асоціативної кеш-пам’яті та асоціативного кеш-буферу сторінкового перетворення, що тягне за собою збільшення швидкодії, енергоефективності та безвідмовності процесора у цілому.
Методи та засоби апаратної реалізації та вибору алгоритмів заміщення даних у кеш-пам'яті мікропроцесорів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Пуйденко, Вадим Олексійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.13.05 – Комп'ютерні системи та компоненти (12 – Інформаційні технології). – Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Дисертаційна робота присвячена розв'язанню важливої науково-технічної задачі, яка полягає в розробленні методів та засобів апаратних реалізацій та вибору алгоритмів заміщення даних у кеш-пам'яті процесорів. Метою роботи є підвищення швидкодії та надійності засобів апаратної реалізації алгоритмів заміщення процесорів шляхом розроблення і впровадження раціональних логічних структур для керування заміщенням даних з адаптацією і самоконтролем. Об'єктом дослідження є процеси створення і оцінювання апаратної реалізації та вибору алгоритмів заміщення даних у кеш-пам'яті процесорів. Предметом дослідження є моделі, методи і засоби апаратної реалізації та вибору алгоритмів заміщення даних у кеш-пам'яті процесорів. У першому розділі дисертаційної роботи проведений аналіз відомих алгоритмів заміщення та аналіз літературних джерел. Детальний аналіз показує, що дослідження алгоритмів заміщення проводяться переважно на таких двох показниках кешу, як затримка та частота влучань. Кожна стратегія заміни являє собою компроміс між частотою влучань і затримкою. Вимірювання частоти влучань зазвичай виконуються в тестових програмах. Фактичний коефіцієнт влучання сильно варіюється від одного додатка до іншого. До того ж, у роботах провідних авторів не приділена увага дослідженню таких важливих показників, як складність та надійність апаратних рішень алгоритмів заміщення. У першому розділі також проведений аналіз відомих комп’ютерних середовищ моделювання, що дало змогу обґрунтувати вибір комп'ютерного середовища моделювання засобів апаратної реалізації заміщення даних. Обґрунтування вибору комп'ютерного середовища моделювання здійснювалося з урахуванням наступних важливих критеріїв: - можливість моделювання цифрових логічних схем апаратних рішень алгоритмів заміщення з використанням сучасної електронної елементної бази; - можливість створення гнучких тестових програм керування синтезованими апаратними рішеннями алгоритмів заміщення з боку мікроконтролерів; - можливість створення програмно-керованих затримок при управлінні апаратними рішеннями алгоритмів заміщення з боку мікроконтролерів; - можливість створення програмних нештатних ситуацій при управлінні апаратними рішеннями засобів контролю апаратури алгоритмів заміщення з метою визначення їх працездатності. Також перший розділ містить формулювання загальної і часткових задач досліджень з подальшим обґрунтування методики, математичного апарату та етапів досліджень. У другому розділі розв’язано задачу підвищення швидкодії та зменшення складності реалізації алгоритмів заміщення PLRU та MFU кеш-пам’яті процесорів. Відомо, що для роботи алгоритму PLRU потрібно всього декілька бітів на множину елементів даних кешу. Це має надати певні переваги перед певними апаратними рішеннями таких алгоритмів заміщення, як LFU(LRU) та MFU. У дисертаційній роботі для асоціативного кеш-буфера сторінкового перетворення з напрямками q=4 та асоціативної кеш-пам'яті з напрямками q=8 вперше запропонована модель синхронного цифрового автомату політики заміщення даних за алгоритмом PLRU, яка описана відповідною складною перемикальною функцією. Синтез автоматної моделі дозволив отримати мінімальні логічні рівняння апаратного рішення алгоритму заміщення PLRU. Отримане апаратне рішення алгоритму заміщення PLRU дало змогу провести дослідження таких характеристик, як швидкодія, складність та надійність. У дисертаційній роботі вдосконалено апаратне рішення алгоритму заміщення PLRU за рахунок мінімізації логічної схеми PLRU шляхом міжтипового переходу у тригерних структурах. Мінімізація логічної схеми PLRU представлена двома варіантами: варіантом мінімізації на базі оновлення бітів стану за алгоритмом PLRU та варіантом на базі послідовності зміни q – індексу напрямку. Вдосконалення апаратного рішення алгоритму заміщення PLRU за обома варіантами дозволили покращити і відповідні характеристики: швидкодію, складність та надійність апаратури. У дисертаційній роботі синтезована автоматна модель алгоритму заміщення MFU. Синтез автоматної моделі алгоритму дозволив отримати мінімальні логічні рівняння апаратного рішення алгоритму, що дало змогу побудувати відповідне апаратне рішення, дослідити характеристики апаратури та порівняти з дослідженими характеристиками апаратури алгоритму PLRU. У третьому розділі приводиться розроблення та дослідження методу та апаратної реалізації адаптивного алгоритму заміщення. Попередньо був проведений аналіз сумісності алгоритмів заміщення з використанням матриць сумісності. Проведений аналіз дозволив висвітлити визначення сумісних алгоритмів заміщення. Включена до матриці множина алгоритмів дозволила виділити не тільки пари сумісних, але й їх тріади. У розділі також розв’язана задача апаратної реалізації заміщення даних для адаптивного алгоритму LFU–MFU, внаслідок чого вперше запропоновано метод і засоби реалізації адаптивних алгоритмів заміщення даних у кеш-пам'яті процесора, які на відміну від відомих базуються на побудові та аналізі матриць сумісності алгоритмів і надають змогу обирати алгоритм заміщення залежно від результатів динамічного прогнозу галужень програми, що забезпечує підвищення швидкодії процесору. У четвертому розділі удосконалено засоби контролю реалізації алгоритмів заміщення даних у кеш-пам'яті процесора за рахунок використання уніфікованої автоматної моделі, яка враховує кількість напрямків вибору даних при заміщенні, а також оцінок складності базових компонентів засобів контролю, що дозволяє оцінювати приріст достовірності функціонування на одиницю апаратних витрат. Удосконалено метод вибору алгоритмів і засобів реалізації для заміщення даних у кеш-пам’яті процесора шляхом включення до множини алгоритмів алгоритми з контролем і адаптацією, їх упорядкування за показниками складності, швидкодії і достовірності, що дозволяє покращити відповідні показники процесора. Систематизовано і проаналізовано результати впровадження наукових результатів. Ключові слова: асоціативна кеш-пам'ять, асоціативний кеш-буфер TLB, алгоритм заміщення даних PLRU, LRU, LFU, MFU, матриця сумісності, сумісні алгоритм заміщення даних, позитивно сумісні алгоритми заміщення даних, адаптивний алгоритм заміщення даних, синхронний цифровий автомат, швидкодія, складність, надійність, приріст достовірності, коефіцієнт ефективності функціонування, критерій вибору.
Методи та засоби ідентифікації стану комп'ютерних систем критичного застосування для захисту інформації
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Гавриленко, Світлана Юріївна
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – Комп'ютерні системи та компоненти (123 – Комп'ютерна інженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2019. Дисертацію присвячено підвищенню оперативності та достовірності ідентифікації стану комп'ютерних систем критичного застосування шляхом розробки та удосконалення методів та засобів розпізнавання аномалій та зловживань. Проведено аналіз науково-технічної проблеми ідентифікації стану КСКЗ для захисту даних. Виконано аналіз основних загроз і факторів, що впливають на стан захисту інформації в комп'ютерних системах критичного застосування. Розглянуто вимоги щодо оперативності та достовірності ідентифікації стану КСКЗ, безпеки даних в умовах зовнішніх впливів, функціональні критерії захисту інформації. Визначено, що система ідентифікації стану КСКЗ є одним з багаторівневих інструментів захисту інформації і включає два класи методів: методи ідентифікації аномалій і методи ідентифікації зловживань. Отримано, що основними недоліками методів ідентифікації аномалій і зловживань є нехтування факторами нечітких даних і низька адаптація до динамічних змін структур вихідних даних та зовнішніх впливів, що в свою чергу призводить до зниження достовірності і оперативності ідентифікації КСКЗ. Зроблено висновок про перспективність напрямку розробки та дослідження комплексних методів ідентифікації стану КСКЗ. Розроблено схему ідентифікації стану КСКЗ, яка включає підсистему ідентифікації аномалій та зловживань. Основою функціонування підсистеми ідентифікації зловживань є комплексне використання інтелектуальних методів класифікації, що включає нейронну мережу АРТ-1, вдосконалені моделі нечіткого виведення та ймовірнісного автомату. В основі функціонування підсистеми ідентифікації аномалій лежить комплексне використання статистичних методів класифікації та систем прийняття рішень на основі дискримінантного, кластерного класифікаторів та класифікатора Байєса, які адаптовані до оцінки показників функціонування КСКЗ з ознаками нечіткості. Для двухальтернативної класифікації в роботі виконано модернізацію методу дискримінантного аналізу за умови нечітких вихідних даних, яка базується на отримані аналогів теоретико-ймовірнісних характеристик нечітких величин, а саме математичного сподівання, дисперсії та коефіцієнтів кореляції, які в подальшому використані для стандартної схеми розрахунку шляхом вирішення системи лінійних рівнянь і класифікації стану об'єкта. Для багатоальтернативного діагностування в роботі виконано модернізацію методу кластерного аналізу за умови, коли координати точок (результати вимірювання показників, які контролюються), а також центри групування кластерів задані нечітко своїми функціями приналежності. Запропоновано процедуру порівняння нечітких відстаней між об'єктами кластеризації і центрами групування, що базується на порівнянні нечіткої функції різниці відстаней з нулем. Розроблено правила трактування результату порівняння нечіткого числа з нулем. Знайдено критерій оцінки інформативності показників функціонування КСКЗ в умовах нечітких вихідних даних, значення якого належить кінцевому інтервалу, не залежить від типу функції приналежності показників і від правила входження функцій в формулу для розрахунку. Отримано міру інформативності для нечітких показників, які контролюються та задані гаусовою та експоненціальною функціями приналежності. Розроблено критерій інформативності нечітких параметрів, який базується на оцінці площі ділянок, які виникають при перетині функцій приналежності станів. Для ідентифікації стану КСКЗ з необмеженим числом контрольованих показників розроблено експертну систему з непродукційним механізмом логічного висновку, яка базується на модифікованому класифікаторі Байєса. Розроблено експрес-метод ідентифікації стану КСКЗ на основі комплексного використання статистичних методів класифікації, що включає BDS-тестування, оцінку показників Херста та контрольних карт Шухарта, CUSUM та EWMA. Синтезовано новий показник нормального функціонування КСКЗ, який базується на значенні джитера системи та розроблено шаблон нормальної поведінки КСКЗ на основі BDS-тестування та показника Херста. Побудовано шаблони нормального стану КСКЗ на основі контрольних карт Шухарта, CUSUM, EWMA. Розроблено метод класифікації стану КСКЗ на основі нейронної мережі АРТ-1, що включає комплексне використання блоків АРТ-1. Для імітації вторгнень в КСКЗ розроблено програмну модель, що дозволило проаналізувати прототипи шкідливого програмного забезпечення, виділити найбільш інформативні ознаки та використати їх в якості масок для отримання двійкових сигнатур шкідливого програмного забезпечення. На прикладі отриманих двійкових векторів виконано навчання системи та знайдено коефіцієнти подібності. Отримано, що використання розробленого методу дозволило підвищити оперативність ідентифікації стану КСКЗ. Розроблено метод ідентифікації стану КСКЗ на основі системи нечіткого виведення, який відрізняється від відомих використанням процедури мінімізації кількості правил, що зв'язують вхідні і вихідні нечіткі змінні, що дозволило підвищити оперативність ідентифікації стану КСКЗ. Розроблено метод ідентифікації стану КСКЗ на основі ймовірнісного автомата. Основними складовими методу є модель генерації структури автомата і процедура його модифікації. Відмінною особливістю методу є адаптація процедури генерації структури автомата до ситуацій виявлення однотипних сценаріїв шляхом перебудови структури автомата при виявленні збігів і перерахунку ймовірності переходів зі стану в стан. Удосконалений метод дозволяє прискорити процес виявлення аномальної поведінки КСКЗ, а також виявляти зловживання комп'ютерної системи, сигнатури сценаріїв яких лише частково збігаються з екземплярами, які були використані при генерації структури автомата. На основі ROC-аналізу виконано порівняльне дослідження та оцінка достовірності та оперативності розроблених методів та засобів ідентифікації аномалій та зловживань в КСКЗ. Розроблено практичні рекомендації щодо застосування методів та засобів ідентифікації аномалій та зловживань КСКЗ, вироблено відповідні рекомендації щодо управління рівнем чутливості та специфічності класифікатора з метою регулювання рівня хибно-позитивної та хибно-негативної ідентифікації.
Методи та засоби ідентифікації стану комп'ютерних систем критичного застосування для захисту інформації
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Гавриленко, Світлана Юріївна
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп'ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. Дисертацію присвячено підвищенню оперативності та достовірності ідентифікації стану комп'ютерних систем критичного застосування шляхом розробки та удосконалення методів та засобів розпізнавання аномалій та зловживань. Проведено аналіз науково-технічної проблеми ідентифікації стану КСКЗ для захисту даних. Виконано порівняльні дослідження існуючих методів та відомих комп'ютеризованих систем ідентифікації стану, виявлено ряд обмежень їх використання. Зроблено висновок про перспективність напрямку розробки та дослідження комплексних методів ідентифікації стану КСКЗ. Розроблено схему ідентифікації стану КСКЗ, яка включає підсистему ідентифікації аномалій та зловживань. Синтезовано критерії оцінки інформативності показників функціонування КСКЗ. Виконано модернізацію методу дискримінантного і кластерного аналізу за умови нечітких вихідних даних. Розроблено експертну систему з непродукційним механізмом логічного виведення, що дозволило виконати ідентифікацію стану КСКЗ з необмеженим числом контрольованих показників. Розроблено експрес-метод ідентифікації стану КСКЗ на основі комплексного використання статистичних методів класифікації, що включає BDS-тестування, оцінку показників Херста та контрольних карт Шухарта, CUSUM та EWMA, що дозволило збільшити достовірність ідентифікації вторгнень в КСКЗ. Синтезовано новий показник нормального функціонування КСКЗ, на основі BDS-статистики, який відрізняється від відомих використанням синтезованого показника джиттера параметрів системи. Удосконалено метод ідентифікації стану КСКЗ на основі комплексного використання інтелектуальних методів ідентифікації, що включає нейронну мережу АРТ-1, систему нечіткого виведення Мамдані та ймовірнісний автомат, що підвищило оперативність ідентифікації вторгнень в КСКЗ. Виконано порівняльне дослідження та оцінку достовірності та оперативності розроблених методів та засобів ідентифікації аномалій та зловживань в КСКЗ, надано практичні рекомендації.
Методи і засоби забезпечення виконання вимог до кібербезпеки систем на програмовній логіці
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2018) Ілляшенко, Олег Олександрович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп'ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертаційна робота присвячена розробленню методів та засобів забезпечення виконання вимог до кібербезпеки систем на програмовній логіці. Науковими результатами є: 1) вперше запропонований метод кейс-орієнтованого оцінювання кібербезпеки цифрових компонентів і систем на програмовній логіці, який базується на використанні множини взаємопов'язаних формальних і напівформальних процедур та аналізі можливих помилок при оцінюванні, що дозволяє підвищити рівень запевнення виконання вимог; 2) удосконалено онтологічну модель та нотацію для оцінювання кібербезпеки систем на програмовній логіці, яка, на відміну від відомих, враховує їх процесно-продуктні вразливості та додаткову декомпозицію вимог, а також вводить алгоритми дій при аналізі виконання вимог, що дозволяє підвищити достовірність оцінювання; 3) удосконалено показники глибини деталізації та чіткості формування вимог до кібербезпеки шляхом класифікації вимог з урахуванням можливості їх декомпозиції, а також наявності, типу і структури свідоцтв реалізовності, що дозволяє оцінити граничні значення методичних похибок при оцінюванні та сформувати рекомендації щодо деталізації вимог; 4) отримав подальшого розвитку метод забезпечення інформаційної кібербезпеки цифрових компонентів і систем на програмовній логіці, який, на відміну від відомих, аналізує невідповідності вимог з використанням процедур опису вразливостей і оцінки критичності наслідків втручань, а також визначає множини контрзаходів за критерієм "безпека-вартість", що дозволяє зменшити ризики до прийнятного рівня. Запропоновані методи та засоби дозволяють підвищити достовірність оцінювання та забезпечення виконання вимог до кібербезпеки систем на програмовній логіці.
Методи і засоби забезпечення виконання вимог до кібербезпеки систем на програмовній логіці
(Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", 2018) Ілляшенко, Олег Олександрович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп'ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертаційна робота присвячена розробленню методів та засобів забезпечення виконання вимог до кібербезпеки систем на програмовній логіці. Науковими результатами є: 1) вперше запропонований метод кейс-орієнтованого оцінювання кібербезпеки цифрових компонентів і систем на програмовній логіці, який базується на використанні множини взаємопов'язаних формальних і напівформальних процедур та аналізі можливих помилок при оцінюванні, що дозволяє підвищити рівень запевнення виконання вимог; 2) удосконалено онтологічну модель та нотацію для оцінювання кібербезпеки систем на програмовній логіці, яка, на відміну від відомих, враховує їх процесно-продуктні вразливості та додаткову декомпозицію вимог, а також вводить алгоритми дій при аналізі виконання вимог, що дозволяє підвищити достовірність оцінювання; 3) удосконалено показники глибини деталізації та чіткості формування вимог до кібербезпеки шляхом класифікації вимог з урахуванням можливості їх декомпозиції, а також наявності, типу і структури свідоцтв реалізовності, що дозволяє оцінити граничні значення методичних похибок при оцінюванні та сформувати рекомендації щодо деталізації вимог; 4) отримав подальшого розвитку метод забезпечення інформаційної кібербезпеки цифрових компонентів і систем на програмовній логіці, який, на відміну від відомих, аналізує невідповідності вимог з використанням процедур опису вразливостей і оцінки критичності наслідків втручань, а також визначає множини контрзаходів за критерієм "безпека-вартість", що дозволяє зменшити ризики до прийнятного рівня. Запропоновані методи та засоби дозволяють підвищити достовірність оцінювання та забезпечення виконання вимог до кібербезпеки систем на програмовній логіці.
Методи і засоби розроблення мультипараметризовних проектів програмованої логіки для вбудованих систем
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2018) Перепелицин, Артем Євгенович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.13.05 "Комп'ютерні системи та компоненти". – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертаційна робота присвячена розв'язанню важливої науково-технічної задачі, яка полягає в розробленні методів і засобів створення мультипараметризовних проектів програмованої логіки для вбудованих систем. Метою роботи є скорочення кількості необхідних ресурсів, підвищення продуктивності або підвищення надійності вбудованих систем на програмовної логіці з урахуванням заданої пріоритетної характеристики. У дисертаційній роботі вперше запропоновано модель мультипараметризовних проектів програмованої логіки, яка враховує можливість зміни розрядності і інтерпретації вхід-вихідних даних, функцій та архітектур компонентів і проектів на їх основі, що дозволяє сформувати множину варіантів для реалізації з потрібною продуктивністю і надійністю при обмежених апаратних ресурсах кристала. Вдосконалено метод розроблення мультипараметризовних проектів програмованої логіки для вбудованих систем який відрізняється від відомих можливістю вибору архітектури і паралельної або послідовної реалізації компонентів проекту, що дозволяє підвищити продуктивність або скоротити обсяг апаратних ресурсів. Отримав подальший розвиток метод підвищення надійності вбудованих систем на програмовній логіці який відрізняється від відомих можливістю конфігурації різних варіантів відмовостійких архітектур, що дозволяє підвищити стійкість до збоїв та відмов. Проведено експериментальне дослідження кількості необхідних ресурсів програмовної логіки для мультипараметризовної реалізації арифметичних операцій, в тому числі реалізацію параметризовних суматорів і помножувачів.
Методи і засоби розроблення мультипараметризовних проектів програмованої логіки для вбудованих систем
(Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут", 2018) Перепелицин, Артем Євгенович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.13.05 "Комп'ютерні системи та компоненти". – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертаційна робота присвячена розв'язанню важливої науково-технічної задачі, яка полягає в розробленні методів і засобів створення мультипараметризовних проектів програмованої логіки для вбудованих систем. Метою роботи є скорочення кількості необхідних ресурсів, підвищення продуктивності або підвищення надійності вбудованих систем на програмовної логіці з урахуванням заданої пріоритетної характеристики. У дисертаційній роботі вперше запропоновано модель мультипараметризовних проектів програмованої логіки, яка враховує можливість зміни розрядності і інтерпретації вхід-вихідних даних, функцій та архітектур компонентів і проектів на їх основі, що дозволяє сформувати множину варіантів для реалізації з потрібною продуктивністю і надійністю при обмежених апаратних ресурсах кристала. Вдосконалено метод розроблення мультипараметризовних проектів програмованої логіки для вбудованих систем який відрізняється від відомих можливістю вибору архітектури і паралельної або послідовної реалізації компонентів проекту, що дозволяє підвищити продуктивність або скоротити обсяг апаратних ресурсів. Отримав подальший розвиток метод підвищення надійності вбудованих систем на програмовній логіці який відрізняється від відомих можливістю конфігурації різних варіантів відмовостійких архітектур, що дозволяє підвищити стійкість до збоїв та відмов. Проведено експериментальне дослідження кількості необхідних ресурсів програмовної логіки для мультипараметризовної реалізації арифметичних операцій, в тому числі реалізацію параметризовних суматорів і помножувачів.
Моделi, методи тa теxнологiя бaгaтокaнaльного доcтупу тa зaxиcту iнформaцiї в руxомиx комп'ютерниx cиcтемaх
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Трубчанінова, Карина Артурівна
Диcертaцiя нa здобуття нaукового cтупеня докторa теxнiчниx нaук зa cпецiaльнicтю 05.13.05 – комп'ютернi cиcтеми тa компоненти (123 – комп’ютернa iнженерiя). – Нaцiонaльний теxнiчний унiверcитет "Xaркiвcький полiтеxнiчний iнcтитут", Мiнicтерcтво оcвiти i нaуки Укрaїни, Xaркiв, 2020. Диcертaцiйнa роботa приcвяченa вирiшенню aктуaльної нaуковотеxнiчної проблеми – зaбезпечення бaгaтокaнaльного доcтупу тa зaxиcту iнформaцiї в руxомиx комп’ютерниx cиcтемax (КC) нa оcновi розробки теxнологiї тa вiдповiдного мaтемaтичного aпaрaтa - мaтемaтичниx моделей i методiв. Проведено aнaлiз cтaну проблеми, покaзaно, що з одночacним пiдвищенням вимог до швидкоcтi передaчi iнформaцiї, збiльшенням щiльноcтi розтaшувaння мобiльниx приcтроїв КC у проcторi тa обcягiв iнформaцiї, що передaєтьcя, icнує фiзичнa обмеженicть рaдiочacтотного cпектру, якa не дозволяє зaбезпечити якicть обмiну iнформaцiєю в безпровiднiй мережi, оcобливо в умовax cклaдної електромaгнiтної обcтaновки, яку cтворено щiльно розтaшовaними мобiльними безпровiдними приcтроями КC. Нa оcновi aнaлiзу cформульовaно зaгaльнi вимоги до вирiшення проблеми зaбезпечення бaгaтокaнaльного доcтупу (БД) тa зaxиcту iнформaцiї (ЗI) в руxомиx комп’ютерниx cиcтемax (КC). Визнaченi тенденцiї розвитку тa icнуючi потреби. Зроблено виcновок, що cучacною тенденцiєю є зниження рiвня зaвaдової електромaгнiтної обcтaновки руxомиx мобiльниx приcтроїв тa компенcaцiя cпотворень цифрового iнформaцiйного cигнaлу, що викликaнi мiжcимвольною iнтерференцiєю тa бaгaтопроменевим розповcюдженням рaдiоxвиль. Тaкож cформульовaно вимоги до теxнiчниx i теxнологiчниx рiшень щодо зaбезпечення бaгaтокaнaльного доcтупу тa зaxиcту iнформaцiї в руxомиx комп’ютерниx cиcтемax, їx зaвaдоcтiйкоcтi по вiдношенню до зовнiшнix зaвaд i iнтерференцiї, a тaкож протидiї бaгaтопроменевому розповcюдженню рaдiоcигнaлiв. Покaзaно, що критерiєм, зaвaдоcтiйкоcтi є вiдношення cередньої потужноcтi iнформaцiйного cигнaлу до потужноcтi шуму нa вxодi приймaчa. Для виконaння циx вимог нaйбiльш доцiльним є зacтоcувaння теxнологiї нaдширокоcмуговиx (НШC) cигнaлiв. Розроблено комплекc методiв зaбезпечення БД тa ЗI руxомиx КC, який бaзуєтьcя нa викориcтaннi нaдширокоcмуговиx iнформaцiйниx cигнaлiв, що дaє можливicть здiйcнювaти бaгaтокaнaльний безпровiдний доcтуп в широкiй cмузi чacтот, коли рiвень iнформaцiйного cигнaлу дорiвнює чи нижче рiвня шуму. Розроблено комплекc моделей aрxiтектур фiзичниx приcтроїв, який врaxовує оcобливоcтi cтворення, розповcюдження у проcторi тa прийому нaдширокоcмуговиx iнформaцiйниx cигнaлiв, що дозволяє виконaти вимоги щодо збiльшення обcягу тa зaxиcту передaчi iнформaцiї при БД в руxомиx КC. Розроблено теxнологiю зaбезпечення БД тa ЗI руxомиx КC, якa врaxовує iмовiрнicть поxибки iнформaцiйного cигнaлу в зaлежноcтi вiд рiвня шуму в кaнaлi доcтупу тa додaтково виникaючиx внутрiшньоcиcтемниx зaвaд пiд чac обробки cигнaлу, що дозволяє виконaти БД тa ЗI руxомиx КC. Удоcконaлений метод кодувaння iнформaцiї iз зacтоcувaнням чacової позицiйно-iмпульcної модуляцiї, який бaзуєтьcя нa зcувi у чaci кодуючого iмпульcу щодо його оcновного положення у поcлiдовноcтi iмпульciв тa вiдрiзняєтьcя вiд вiдомиx тим, що величинa чacового зcуву cклaдaє чверть тривaлоcтi моноiмпульcного cигнaлу, який дозволяє cформувaти нaдширокоcмуговий cигнaл у виглядi моноциклу Гaуca. Удоcконaлений метод формувaння незaлежниx зaвaдоcтiйкиx кaнaлiв доcтупу iз зacтоcувaнням ортогонaльного кодувaння, який бaзуєтьcя нa додaтковому зcувi у чaci кодуючого iмпульcу вiдноcно опорної поcлiдовноcтi iмпульciв тa вiдрiзняєтьcя тим, що величинa чacового зcуву вiдноcно опорної поcлiдовноcтi cклaдaє 2-3 порядки тривaлоcтi моноiмпульcу, який дозволяє ущiльнити кaнaли доcтупу без порушення якоcтi їx роботи. Отримaв подaльший розвиток метод кореляцiйного прийому нaдширокоcмуговиx cигнaлiв шляxом цифрової обробки прийнятого cигнaлу тa вiдрiзняєтьcя тим, що здiйcнюють подвiйну cпектрaльну обробку зa чac появи кожного бiту iнформaцiї тa обчиcлюють модуль комплекcної aвтокореляцiйної функцiї, що дозволяє збiльшити cпiввiдношення cигнaл/зaвaдa нa вxодi приймaчa. Отримaв подaльший розвиток метод розпiзнaвaння i вилучення iнформaцiйного cигнaлу iз cумiшi гaуcового бiлого шуму тa кориcного cигнaлу шляxом кореляцiї прийнятого i опорного cигнaлу тa вiдрiзняєтьcя тим, що для прийняття рiшення про доcтовiрнicть прийнятого cигнaлу обчиcлюють вiдношення функцiї прaвдоподiбноcтi тa порiвнюють його знaчення з деяким порогом, що дозволяє пiдвищити доcтовiрнicть прийому. Розробленi нa оcновi зaпропоновaниx моделей тa методiв iнженернi методи тa aлгоритми дaють змогу: – здiйcнювaти бaгaтокaнaльний доcтуп в широкiй cмузi чacтот, коли рiвень iнформaцiйного cигнaлу дорiвнює чи нижче рiвня шуму, що зaбезпечує зaxиcт тa приxовaнicть iнформaцiї в безпровiдниx мережax руxомиx КC – зaбезпечити виcоку швидкicть передaчi дaниx (вiд деcяткiв до cотень Мбiт/c); – пiдвищити зaxиcт вiд зовнiшнього електромaгнiтного випромiнювaння тa пacивниx зaвaд; – зaxиcтити вiд бaгaтопроменевого розповcюдження рaдiоxвиль. Зa темою доcлiджень отримaно 4 пaтенти Укрaїни нa винaxiд, якi пiдтверджують новизну i прaктичну знaчимicть результaтiв диcертaцiї.
Модели и методы анализа системы передачи информации в компьютерных сетях в условиях немарковского трафика
(НТУ "ХПИ", 2016) Ящук, Наталья Искандеровна
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 – компьютерные системы и компоненты. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2016. В диссертационной работе разработан комплекс математических моделей и методов, которые в совокупности решают важную научно-техническую задачу анализа системы передачи информации в компьютерных сетях в условиях немарковского трафика. Предложенный и обоснованный комплекс методов является теоретической основой для решения практических задач, обеспечивающих достижение цели исследования – повышение эффективности системы передачи информации в условиях неопределенности. Разработана технология формирования самоподобного потока с заданным значением параметра самоподобия. С использованием имитационной модели проведена оценка эффективности функционирования системы обслуживания с самоподобным входящим потоком. Получены зависимости основных характеристик системы от значения параметра самоподобия и нагрузки системы. Рассмотрена методика анализа эффективности маршрутов передачи информации от начальных узлов к конечным через систему промежуточных узлов с использованием вероятностно-временных графов. Известная технология усовершенствована за счет учета возможных задержек в связи с занятостью узлов. Предложена методика отыскания совокупности маршрутов передачи информации от начальных узлов к конечным через систему промежуточных узлов. Реализация методики позволяет получить Парето-оптимальное множество маршрутов по критериям среднее время и вероятность доставки. Задача отыскания наилучшего маршрута решается генетическим алгоритмом. Разработана технология отыскания оптимального маршрута с учетом динамики интенсивности трафика. При этом для расчета прогнозируемого значения интенсивности входящего потока использована корреляционная функция этого потока. Задача решена с использованием технологии динамического программирования. Использование генетического алгоритма при построении оптимального алгоритма в многозвенной и разветвленной системе магистралей обеспечивается применением процедуры декомпозиции. С целью повышения эффективности генетического алгоритма поставлена и решена задача оценки продолжительности ожидания процессора, дающая возможность расчета обоснованного значения этого параметра генетического алгоритма. Проведена оценка эффективности разработанного варианта генетического алгоритма для решения тестовых задач коммивояжера различной размерности. Результаты тестирования подтверждают высокую эффективность генетического алгоритма.