2023 № 2 Сучасні інформаційні системи

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/66396

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 13 з 13

Parametric synthesis of the invariant system of car course stability
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Aleksandrov, Yevgen; Aleksandrova, Tetiana; Kostianyk, Iryna; Morgun, Yaroslav
The problem of constructing the invariant stabilizer of the ESP (Electronic Stability Program) car course stability system is considered by implementing two control principles by the electronic brake force distribution unit EBD (Electronic Brakeforce Distribution) – the principle of control by deviation and the principle of control by external disturbance. The values of the variable parameters of the stabilization algorithm are selected from the conditions for minimizing both the static and dynamic errors of the system. Two brake fluid pressure sensors are introduced into the EBD structural-functional scheme in the brake lines of the right and left sides of the car. It is proven that the pressure difference of the brake fluid, which is measured by pressure sensors, is proportional to the external disturbance acting on the car body from the side of the road surface. Therefore, in order to give the ESP system the property of invariance to external disturbances, the control signal generated by the EBD electronic unit contains current information not only about the parameters of the disturbed movement of the car, namely, about the angle of deviation of the longitudinal axis of the car relative to the given direction of movement, about the angular velocity of rotation of the body relative to its vertical axis and about lateral displacement of the center of mass of the body, but also the current information about the external disturbance acting on the car body. Recommendations for choosing the values of variable parameters of the ESP system stabilizer are given, which ensure the minimization of both static and dynamic errors of the closed system in the emergency braking mode.
Метод оцінки та підвищення користувальницького досвіду абонентів в програмно-конфігурованих мережах на основі використання машинного навчання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Аль-Мудхафар, Акіл Абдулхуссейн М.; Смірнова, Тетяна Віталіївна; Буравченко, Костянтин Олегович; Смірнов, Олексій Анатолійович
Еволюційні процеси, які в першу чергу торкнулися комп'ютерних технологій, призвели до появи кількох типів обчислювальних мереж, що представляють сукупність комп'ютерних пристроїв, об'єднаних в одну систему. Основним призначенням такої системи є доступ користувачів до спільних ресурсів та можливість обміну даними між абонентами у процесі роботи. Такі мережі називаються програмно-конфігурованими – SDN. Мережі SDN вже давно стали основою побудови телекомунікаційних мереж операторського класу. Проте, в них є певна кількість недоліків, які необхідно усунути. Об’єктом дослідження є процес оцінки та підвищення користувальницького досвіду абонентів в програмно-конфігурованих мережах. Предметом дослідження є метод оцінки та підвищення користувальницького досвіду абонентів в програмно-конфігурованих мережах на основі використання машинного навчання. Мета роботи полягає у розробці моделі та відповідного методу оцінки якості користувальницького досвіду абонентів мереж SDN. У результаті дослідження вперше було розроблено метод оцінки та підвищення користувальницького досвіду абонентів мереж SDN на основі використання машинного навчання. Метод полягає у послідовному проведенні автоматизованого опитування користувачів, вимірюванні показників якості обслуговування абонентів, виборі й побудові регресійної моделі із множини визначених моделей та керування користувальницьким досвідом за виміряними параметрами якості обслуговування абонентів мережі SDN. Розроблений метод на відміну від відомих, надає змогу підвищувати якість користувальницького досвіду у режимі реального часу. Висновки. Проведене дослідження існуючих механізмів керування користувальницьким досвідом абонентів та аналіз регресійних моделей на можливість їх використання для встановлення взаємозв’язку між параметрами мережі та користувальницьким досвідом, дозволило розробити узагальнену модель оцінки та підвищення користувальницького досвіду абонентів мереж SDN, на основі використання машинного навчання, та розробити алгоритм роботи методу. Розроблений метод дозоляє будувати точні моделі взаємозв’язку параметрів QoE та QoS та підвищує на величину до 10% якість користувальницького досвіду абонентів мереж SDN.
Синтез квазіоптимальних швидкодіючих фільтрів з позицій критерію найменших квадратів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Воловик, Андрій Юрійович
Предметом досліджень статті є спеціальні методи обробки сигналів засновані на теорії оптимальної дискретної фільтрації. Мета – підвищення ефективності модельно-орієнтованих методів обробки інформаційних сигналів шляхом скорочення обчислювальних витрат і підвищення швидкодії алгоритмів оптимальної дискретної фільтрації. Застосовувані методи: опис динамічних процесів у термінах простору станів з використанням елементів векторно-матричної алгебри, метод зважених найменших квадратів, елементи теорії оптимальної дискретної фільтрації за Калманом, базові поняття теорії функціональних відновників О’Рейлі–Луенбергера, елементи теорії ймовірностей, статистичне моделювання за методом Монте-Карло. Отримані результати: запропоновано новий метод скорочення обчислювальних витрат, що використовує апроксимацію часової залежності матриці передачі фільтра Калмана заданими кусково-лінійними функціями відповідно до критерію найменших квадратів. Оцінена ефективність запропонованих варіантів апроксимацій. На основі порівняльного аналізу визначено декілька, прийнятних для практичної реалізації алгоритмів. Практична значущість роботи полягає у подальшому розвитку методів синтезу квазіоптимальних фільтрів підвищеної швидкодії. Працездатність запропонованих квазіоптимальних швидкодіючих фільтрів підтверджено на прикладі лінійної динамічної системи другого порядку. Показано, що сумарна економія в числі операцій множення й додавання може досягати десятків раз за рахунок незначних втрат у точності процесу фільтрації.
Biometric authentication utilizing convolutional neural networks
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Datsenko, Serhii; Kuchuk, Heorhii
Cryptographic algorithms and protocols are important tools in modern cybersecurity. They are used in various applications, from simple software for encrypting computer information to complex information and telecommunications systems that implement various electronic trust services. Developing complete biometric cryptographic systems will allow using personal biometric data as a unique secret parameter instead of needing to remember cryptographic keys or using additional authentication devices. The object of research the process of generating cryptographic keys from biometric images of a person's face with the implementation of fuzzy extractors. The subject of the research is the means and methods of building a neural network using modern technologies. The purpose of this paper to study new methods for generating cryptographic keys from biometric images using convolutional neural networks and histogram of oriented gradients. Research results. The proposed technology allows for the implementation of a new cryptographic mechanism - a technology for generating reliable cryptographic passwords from biometric images for further use as attributes for access to secure systems, as well as a source of keys for existing cryptographic algorithms.
Excel-орієнтований калькулятор для обчислення результатів ентропійного аналізу даних, що розподілені по категоріях
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Гадецька, Світлана Вікторівна; Дубницький, Валерій Юрійович; Кушнерук, Юрій Іонович; Ходирєв, Олександр Іванович
Розробка EXCEL-орієнтованого калькулятора для обчислення результатів ентропійного аналізу даних, які розподілені по категоріях. Предмет дослідження – гістограми довільних законів розподілу та таблиці спряженості 2×2. Методи дослідження: Ентропійний та інформаційний аналіз гістограм довільних законів розподілу та таблиць спряженості 2×2. Отримані результати. Запропоновано використовувати методи ентропійного аналізу для аналізу даних, що розподілені по категоріях та наведено відомості про структуру excel-орієнтованого калькулятора, призначеного для виконання таких розрахунків. Калькулятор дає можливість обчислювати ентропійні характеристики гістограм, виконувати попарне порівняння ентропій гістограм, визначати відстань між гістограмами, обчислювати інформаційний коефіцієнт кореляції, порівнювати розбіжності між гістограмами. Для таблиць спряженості 2×2 калькулятор дає можливість оцінювати значущость взаємодії фактору рядків та фактору стовпців. Калькулятор визначає значення умовних ентропій для таблиць спряженості 2×2. Запропонований калькулятор у деякій мірі заповнює прогалини в існуючих програмних продуктах та може бутий використаний для обробки методами ентропійного аналізу даних, що розподілені по категоріях.
Highly reconfigurable soft-CPU based peripheral modules design
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Salnikov, Dmytro; Karaman, Dmytro; Krylova, Viktoriia
When developing microcontrollers, manufacturers try to include as many different types of peripherals as possible in order to increase the marketing attractiveness of their products. On the one hand, with a large assortment of various peripheral modules, it is very difficult to implement several devices of the same type in the microcontroller: manufacturers are mainly limited to 1-2 instances, in rare cases 4 modules of the same type are included. On the other hand, most software projects do not use all the peripherals of modern microcontrollers and many devices are left unused, while there may be a shortage of other types of modules. Another problem that has become especially noticeable for microcontrollers used in the field of IoT is the cryptographic protection of data that is transmitted through built-in information exchange interfaces. The main efforts of researchers and developers of cryptographic data protection methods were aimed at reducing energy-intensive operations, memory access iterations and speeding up encryption processes while maintaining a high level of cryptographic protection and enabling efficient data distribution within IoT devices networks. Research results. This paper presents an alternative approach to the manufacture of peripheral modules as part of microcontrollers. The authors propose to use a configurable software processor module based on the MIPS architecture with a reduced instruction set and limited capabilities. Conclusions. This approach would make it possible to dynamically change the functionality of peripheral modules in accordance with the requirements of the developed software solution, which in turn will increase the efficiency of the microcontroller chips capabilities utilization. In addition, the transfer of data stream encryption functions to the reconfigurable core of the peripheral module will provide fast and transparent cryptographic protection, as well as allow offloading the microcontroller core and increasing the energy efficiency of chips while reducing their production cost.
Algorithms for finding non-intersecting roads on images
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Goyushova, Ulviyya Malik
Research relevance The use of GPS for UAVs to determine their current coordinates (navigation) leads to a number of problems. The development and improvement of the autonomous navigation method without the use of GPS is an actual issue, and this issue is considered in the article. The subject of study in the article is the issue of UAVs navigation based on video images. The purpose of work to develop an algorithm for autonomous navigation of UAVs that requires less resources. The following tasks are solved in the article: software modules are developed based on image processing algorithms; suitable model for invariant identification of curves was studied and applied. The following results were obtained: an algorithm was developed for the invariant identification of winding roads (curves) without intersections from different angles; developed software modules have been tested in the Republic of Azerbaijan on the basis of a map of the region called "Agsu Pass". Conclusions: the application of the method proposed in the article will enable rotation-invariant autonomous navigation of UAVs using less resources.
Motion capture with MEMS sensors
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Dashkov, Dmytro; Liashenko, Oleksii
The object of this article is the registration and analysis of human movements based on sensors. This paper presents a comparison of the basic methods of data processing from inertial micromechanical sensors to collect data a device was implemented that captures movements. As result the device uses the motion data from accelerometer and gyroscope to calculate the motion trajectory: the angle of rotation and acceleration. The data is read by the microcontroller, after which it is filtered and processed by one of the filters (Complementary, Kalman), and finally transferred to a computer for further analysis and display. The purpose of the article is to compare several methods of data processing from microelectromechanical. The results obtained: device was developed, obtained data that can be used to characterize the methods and analyze their work in the system. Conclusions: In the course of the study, a device was developed for collecting and processing data from MEMS sensors, which showed the effectiveness of the complementary filter in comparison with the Kalman filter in real-time systems with limited computing power. Real results confirmed that the results of the complementary method using less computational resources are not far behind the more costly Kalman filter without the use of auxiliary sensors, like a digital compass.
Multi-criteria evaluation of the multifactor stochastic systems effectiveness
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Raskin, Lev; Sukhomlyn, Larysa; Sokolov, Dmytro; Vlasenko, Vitalii
Subject of the research in the article is the evaluation of complex multifactor stochastic systems functioning effectiveness according to a variety of correlated criteria. The problem actuality is determined by the fact that an independent evaluation of system effectiveness for each of the mutually correlated criteria for the system under consideration is not informative. In well-known works in the direction of multiple correlation, a relatively simple problem of estimating the correlation between one resulting parameter and a set of influencing factors is considered, which is not enough for the analysis and management of multicriteria systems. In addition, the known results do not take into account possible significant differences in influencing factors mutual cor relation values. Purpose of Work is to develop a methodology for a comprehensive assessment of system effectiveness according to a variety of interrelated criteria. Tasks to be Solved: splitting the set of system parameters into two subsets (parameters determining the effectiveness of system and parameters affecting it), forming additive convolutions of parameters included in subsets, developing a methodology for calculating the multiple correlation coefficient between the components of the selected subsets, developing a method for differentiating a scalar function from a vector argument by this argument. Applied Methods: nonlinear programming, multidimensional correlation analysis, method of differentiation of scalar functions by vector argument. These methods are used for forming and calculating a multiple correlation coefficient between the set of system effectiveness complex criterion components values and its control parameters set values. Results Obtained: proposed methodology provides the possibility of solving the problems of system management, taking into account the revealed relationship between the multi-criteria evaluation of system effectiveness and values of its controlled parameters. At the same time, an important advantage of the obtained result lies in the possibility that arises when using it to take into account the joint (group) influence of control variables on the complex criterion of system efficiency. The developed technology of scalar functions differentiation by vector argument has great practical importance which expands the arsenal of computational mathematics.
Digital twin value in intelligent building development
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Zakharchenko, Anastasiya; Stepanets, Oleksandr
This article discusses the use of the Digital Twin in automation and its impact on the resulting solution. The research aims to illuminate the Digital Twin concept explanation and systematise the knowledge base and fulfill information gaps. Research results. The paper overviews the history of the concept and determines the main phases of Digital Twin development. The significant attention was paid to the classification issue to show the huge variation depending on Digital Twin‘s purpose, lifecycle phase, the scale of the physical twins and data amount in order to explain the twin‘s relation and the hierarchy of complex system. The defined capabilities and values of the concept identify the possible use cases and explain the potential benefits of Digital Twin implementation. Also, this paper takes a look at the use of Digital Twin in the area of building automation. This concept potentially may act as the integration platform for building management systems (BMS) and building information modelling (BIM) technologies with IoT solutions. The discussion of Digital Twin implementation for the building automation complex is presented. We conclude that the Digital Twin can integrate human factor to the control system by using the indexes of climate satisfaction, the feedback functionality and human-machine interfaces. As a result, the improvement of system efficiency depends on the coordination and orchestration of equipment operating mode. Conclusion. The Digital Twin has a high potential for energy efficiency improvements, as it considers many factors, integrates a huge amount of data and continuously improves themselves with real-world data.
The structure of the computer system in the residual classes
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Koshman, Serhii; Krasnobayev, Victor; Nikolsky, Serhii; Kovalchuk, Dmytro
The subject of the article is the formulation and solution of the inverse problem of optimal redundancy in the system of residual classes (RNS) based on the use of the dynamic programming method. The solution of this problem makes it possible to improve the reliability of the operation of computer systems and components (CSC) in the RNS. The purpose of the article is to increase the reliability of the functioning of CSC, which are built on the basis of the use of RNS, without reducing the speed of calculations, as well as to calculate and compare the reliability, in terms of the probability of failure-free operation, of CSC in RNS and a tripled computing system that operates in a positional binary number system (PNS). Tasks: to analyze the influence of the number system used on the reliability of the CSC, taking into account the primary and secondary redundancy; to synthesize a computing system in RNS for a l-byte bit grid based on the use of the passive fault tolerance method (constant structural redundancy); formulate and solve the inverse problem of optimal redundancy in RNS based on the use of the dynamic programming method; to check the correctness of the results obtained, calculate the conditional amount of computer system equipment in the residual classes; evaluate the efficiency of using RNS to improve reliability when building a redundant CSC in relation to a redundant CSC in the PNS. Research methods: methods of analysis and synthesis of computer systems, number theory, coding theory in RNS, reliability theory. The following results are obtained. The paper shows that the use of PNS as a number system does not allow a radical increase in the performance and reliability of CSC. In this regard, the article developed the concept of using RNS as a number system for constructing a CSC. Based on this, the inverse problem of optimal redundancy in RNS is formulated and solved. Conclusions. As shown by the results of calculations and comparative analysis, the use of RNS provides a higher reliability of the CSC than the majority three-channel computing system in the PNS. The obtained research results can be used for the synthesis of fault-tolerant computer structures in RNS.
Кластеризація та аномальність даних індексу волатильності фондового ринку США
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Хорошун, Ганна Миколаївна; Рязанцев, Олександр Іванович; Черпіцький, Максим Вікторович
Інвестування грошей це важливий спосіб покращення фінансового стану, як окремої людини, так і суспільства в цілому. Актуальною є проблема розуміння фінансових даних та прийняття рішень щодо інвестицій грошей в певний проект на даний момент часу. Об’єктом дослідження є процес встановлення залежність вартості активу від часу. Предметом дослідження є математичні моделі обробки даних, проведення кластеризації даних та пошуку аномалій. Метою даної роботи є розробка методу для ефективного інвестуванню грошей з використанням методів обробки та аналізу даних до значень індексу волатильності фондового ринку США, визначення кластерів по діям з активами, а також перевірка наявності аномальних даних. Результати досліджень. Обрані офіційні дані значень індексу волатильності та підготовлені для подальшого аналізу шляхом видалення неповних наборів та подальшої нормалізації. Проведена кластеризація часових рядів та розділено масив на п’ять однорідних груп. Кластери визначають діапазони індексу волатильності, що відображають різні настрої інвесторів на ринку та спонукають до відповідних дій з активами: продавати, очікувати, купляти, виводити гроші з проектів, що розвиваються і вкладити в стабільні, перечекати. Програмно проведено сегментацію даних, застосування віконної функції, визначено центроїди для сегментів та проведено реконструкцію сигналу. Визначено точки аномалій даних. Проведено порівняльний аналіз за результатами побудованих початкових даних, реконструйованих та похибки реконструювання.
Generating currency exchange rate data based on Quant-GAN model
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Bao, Dun; Zakovorotnyi, Oleksandr; Kuchuk, N. G.
This paper discusses the use of machine learning algorithms to generate data that meets the demands of academia and industry in the context of exchange rate fluctuations. Research results. The paper builds a Quant-GAN model using temporal convolutional neural networks (CNN) and trains it on end-of-day and intraday high-frequency rates of currency pairs in the global market. The generated data is evaluated using various statistical methods and is found to effectively simulate the real dataset. Experimental results show that data generated by the model effectively fits statistical characteristics and typical facts of real training datasets with good overall fit. The results provide effective means for global FX market participants to carry out various tasks such as stress tests and scenario simulations. Future work includes accumulating data and increasing computing power, optimizing and improving GAN models, and establishing evaluation standards for generating exchange rate price data. As computing power continues to grow, the GAN model’s ability to process ultra-large-scale datasets is expected to improve.