Том 11, № 6 (2025)
КОМПЬЮТЕРНЫЕ НАУКИ И ИНФОРМАТИКА
Целочисленная оптимизация решений по включению заданий в пакеты и порядкам выполнения пакетов в системе Flow Shop при ограничениях на доступность приборов заданной периодичности
Аннотация
Эффективность процессов выполнения заданий разных типов в системах Flow Shop обеспечивается формированием пакетов и оптимизацией их порядков для осуществления операций с ними на приборах указанных систем. Процесс выполнения пакетов подвержен влиянию отказов приборов и их простоев, связанных с восстановлением. Влияние отказов и восстановления приборов может быть уменьшено за счет их предварительного технического обслуживания. В течение интервалов времени обслуживания приборы являются недоступными для реализации назначенных им функций. Путем обработки статистических данных могут быть определены интервалы времени между реализациями предварительного технического обслуживания приборов (определены периоды их доступности). По этой причине актуально решение задач оптимизации составов пакетов, их включения в интервалы времени доступности приборов, расписаний их выполнения в этих интервалах. При малых размерах задач их решения могут быть определены путем использования математических моделей смешанного целочисленного линейного программирования. Цель работы состоит в построении новой математической модели смешанного целочисленного линейного программирования, использование которой позволяет определять оптимальные решения рассматриваемого вида. Для достижения цели в работе применены методы построения моделей математического программирования. На первом этапе реализовано формирование нелинейной математической модели целочисленного программирования. На втором этапе с целью снижения временны́х затрат на получение решений проведена линеаризация модели. Для верификации модели осуществлена разработка приложения в программе IBM ILOG CPLEX. В ходе исследований получены результаты, которые показали эффективность модели при решении задач планирования выполнения пакетов заданий в конвейерных системах при ограниченной доступности приборов. Научная новизна результатов предполагает, что в модели использован способ передачи заданий между двумя приборами непосредственно в момент времени окончания их выполнения на предшествующем приборе. Их теоретическая значимость состоит в получении новых выражений, позволяющих определять значения индикаторных переменных при превышении значениями функций заданных границ. На основе этих выражений сформированы ограничения, обеспечивающие требование включения всех заданий разных типов в пакеты в интервалах времени доступности приборов.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):7-24
7-24
ЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬ
Усовершенствованная методика совмещения изображений городской местности при съемке беспилотным летательным аппаратом
Аннотация
Актуальность. Сокращение вычислительной сложности процедуры совмещения изображений является актуальной областью исследования. В статье рассматривается задача обработки изображений городской местности, полученных при съемке беспилотным летательным аппаратом. Разработка быстродействующей методики совмещения позволит строить цифровую карту местности по изображениям, снимаемым несколькими летательными аппаратами за ограниченное время (в идеале в режиме реального времени), что может быть использовано для решения оперативных задач.Цель (исследования). Снижение вычислительной сложности процедуры совмещения за счет предварительной оценки параметров по ограниченной выборке так называемых точек интереса.Методы: аналитический обзор релевантных научных публикаций, эксперимент, алгоритмизация.В ходе решения научной задачи была разработана методика совмещения изображений, снятых беспилотным летательным аппаратом, для создания цифровой карты местности; была предложена модификация ранее разработанной методики, позволяющая снизить вычислительную сложность при обработке изображений, основанная на предположении об ограниченности диапазона изменения параметров трансформаций; отмечено преимущество усовершенствованной методики и удовлетворительные результаты проверки на данных натурной видеосъемки.Результат. Предложена усовершенствованная методика совмещения изображений, которая характеризуется меньшим временем обработки, чем исходная. Экспериментальная проверка показала снижение времени в два раза (с 50 до 23 с), а также удовлетворительный результат совмещения 100 пар снимков. Научная новизна работы определяется авторским подходом к сужению диапазона коэффициента масштабирования и угла поворота при сопоставлении фрагментов совмещаемых изображений. Подход предложен впервые.Значимость (теоретическая). Было подтверждено предположение, что фрагменты изображения городской местности, снятые беспилотным летательным аппаратом, имеют ограниченный диапазон трансформации по коэффициенту масштабирования и углу поворота.Значимость (практическая). Результаты исследований могут быть использованы при создании системы технического зрения для формирования цифровой карты местности в режиме реального времени, обеспечивающей решение оперативных задач по обнаружению и отслеживанию перемещения объектов интереса.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):26-33
26-33
О разработке и применении методики оптимизации использования частотного спектра при проектировании технологических сетей радиосвязи стандарта LTE-1800 TDD
Аннотация
Актуальность обусловлена одновременно техническими, отраслевыми и регуляторными факторами. Технологическая радиосвязь ‒ базовый элемент обеспечения безопасности и управляемости движением поездов; при этом действующие решения на базе GSM‑R достигают пределов по пропускной способности и функциональности. Дефицит и фрагментация спектра в диапазоне 1800 МГц, а также необходимость его совместного использования с иными радиосетями диктуют потребность в спектрально эффективных методиках планирования и снижении взаимных помех. Существующие практики радиопланирования слабо адаптированы к особенностям железных дорог, что повышает риски недополучения покрытия и невыполнения нормативов по задержкам. Предлагаемая в работе комплексная методика для LTE‑1800 TDD обеспечивает измеримое снижение взаимных помех, расширение зон устойчивой связи, выполнение требований по задержке и рациональное использование радиоспектра. Тем самым тема имеет высокую практическую значимость для проектирования железнодорожных участков и поэтапной миграции к FRMCS/5G. Основная цель исследования состоит в разработке и обосновании комплексной методики проектирования технологических сетей железнодорожной радиосвязи на базе стандарта LTE‑1800 TDD при ограниченном частотном ресурсе и жестких требованиях к надежности и задержкам. Результаты: достигнуто снижение взаимных помех до 30 %, увеличение радиуса устойчивой связи до 15 % за счет оптимизации антенных систем, гарантировано выполнение требований к задержке сигнала <50 мс для систем управления; показана эффективность адаптивного выбора ширины полосы. Адаптивное многоэтапное планирование LTE‑1800 TDD для технологической радиосвязи на железной дороге обеспечивает измеримое улучшение помехоустойчивости, покрытия и задержек при ограниченном спектре и может служить практическим стандартом проектирования.Научная новизна: предложена интегрированная методика с адаптивным ветвлением и набором прикладных поправочных коэффициентов для железнодорожной среды, обеспечивающая совместное выполнение требований по задержкам, устойчивости и спектральной эффективности при дефиците частотного ресурса.Практическая значимость: методика внедрена в реальное проектирование, повышая надежность критических сервисов и эффективность использования спектра.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):53-61
53-61
Методика выбора платформы-носителя и оценки времени висения БПЛА для задач оперативного развертывания связи
Аннотация
Целью исследования является выбор и обоснование летно-технических характеристик беспилотной платформы для интеграции с портативной ретрансляционной станцией в целях создания мобильных сетей связи. Актуальность задачи обусловлена растущей потребностью в надежных и гибких системах связи при ликвидации последствий широкого спектра чрезвычайных ситуаций, а также для обеспечения связью временных объектов, удаленных или труднодоступных районов. Скорость и автономность развертывания становятся критическими факторами эффективности действий аварийно-спасательных служб. Методология работы включает сравнительный анализ рынка электрических БПЛА по критериям грузоподъемности и времени полета, а также детальный аэродинамический расчет времени висения с учетом массы, энергопотребления полезной нагрузки, температуры и ветра. Результат. Установлено, что легкие коммерческие БПЛА не обладают необходимой грузоподъемностью для транспортировки стандартного ретрансляционного оборудования массой 3–10 кг. Показано, что наиболее подходящими носителями являются тяжелые сельскохозяйственные дроны. На основе проведенных расчетов выявлена и проанализирована нелинейная зависимость времени висения от массы полезной нагрузки, демонстрирующая ее критическое влияние на продолжительность работы комплекса. Главный вывод заключается в том, что для существенного увеличения времени работы и расширения операционных возможностей комплекса необходима целенаправленная миниатюризация и оптимизация энергопотребления ретрансляционного оборудования.Научная новизна работы заключается в разработке алгоритмического подхода к формированию конфигурации мобильного ретрансляционного комплекса и установлении количественной нелинейной зависимости времени висения от массы полезной нагрузки для тяжелых сельскохозяйственных БПЛА.Практическая значимость результатов исследования состоит в предоставлении инженерам и проектировщикам обоснованной методики для выбора конкретной платформы-носителя и совместимого ретрансляционного оборудования. Разработанные рекомендации и алгоритм выбора позволяют сформировать работоспособный, экономически эффективный комплекс, готовый к оперативному развертыванию силами МЧС, служб охраны правопорядка и другими подразделениями, решающими задачи в условиях дефицита времени и разрушенной инфраструктуры.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):34-42
34-42
Имитационная модель полумарковского типа для исследования надежности устройств TSN при работе в сетях связи железнодорожного транспорта
Аннотация
Актуальность: технология сетей TSN является перспективным и активно разрабатываемым институтом IEEE направлением, которое дает возможность эффективно использовать стандарт Ethernet для надежной своевременной передачи трафика разного характера и различной степени критичности к задержкам. Цель: разработка имитационной полумарковской модели для исследования надежности устройств TSN, позволяющей гибко оценивать вероятностные характеристики надежности и их изменения в динамике. Методы: имитационное моделирование с использованием языка программирования Python, а также методы теории марковских и полумарковских процессов, методы обработки данных временны́х рядов. Результаты: разработана полумарковская модель, благодаря которой можно учесть сложные неявные зависимости между прошлыми состояниями устройства и текущими вероятностями переходов, разработан вариант сценария работы модели, включающий в себя набор различных влияющих факторов, а также показано, что предлагаемая модель позволяет получить динамическую картину изменения показателей надежности устройства, отличную от результатов, получаемых с помощью традиционных аналитических подходов. Кроме того, произведена верификация результатов имитационного моделирования, определен метод их сглаживания и обоснован его выбор, а также показана весьма малая величина отклонения статистических результатов имитационной модели от аналитических. Новизна заключается в отличии предлагаемого подхода к оценке показателей надежности устройств, основанного на статистическом имитационном моделировании, от классических методов, а также создании комплексных многофакторных сценариев поведения устройства. Практическая значимость: результаты работы показывают возможность применения имитационного моделирования для прогнозирования в задачах надежности, динамического учета с его помощью сложных процессов деградации и восстановления устройства в ходе эксплуатации и, таким образом, могут быть в дальнейшем использованы при оценке показателей надежности различных телекоммуникационных и других технических устройств.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):43-52
43-52
Оптимизация влияния дождевых осадков на эффективность работы открытой лазерной атмосферной связи
Аннотация
Актуальность. Системы открытой лазерной атмосферной связи подвергнуты воздействию погодных условий. Вопросам влияния дождей на эффективность открытой лазерной атмосферной связи посвящено большое количество модельных теоретических и экспериментальных исследований. Вместе с тем до сих пор не рассмотрена проблема выбора показателей открытой лазерной атмосферной оптической связи звездообразной структуры с учетом необходимости минимизации потерь сигнала. Целью проводимого исследования является разработка методики оптимизации звездообразной структуры открытой лазерной атмосферной связи в интересах минимизации суммарных потерь оптического сигнала из-за ограничений видимости на множестве расстояний между центром и периферийными узлами. Сущность метода заключается в составлении и решении вариационной оптимизационной задачи по оценке суммарных потерь по всем направлениям звездообразной структуры системы передачи данных с использованием выбранной известной модели ослабления оптического сигнала из-за воздействия дождя (в этой модели в явном виде фигурирует показатель видимости на дистанциях от центра до периферийного узла). Эксперименты. Проведенные апробационные экспериментальные исследования в целом подтвердили достоверность моделей, взятых за основу проводимого исследования. В результате проведенных теоретических модельных исследований получено выражение для вычисления максимально достижимых суммарных потерь оптического сигнала в звездообразной структуре открытой лазерной атмосферной сети связи. Кроме того, выявлено, что в звездообразной структуре открытой лазерной атмосферной связи максимальные суммарные потери оптического сигнала в случае принятия интегрального ограничения на вновь введенную функциональную зависимость между дистанциями от периферийного узла до центра и локальной видимостью возникают в том случае, когда расстояние от передающего центра до периферийных узлов приема пропорциональны квадратному корню локальной видимости.Практическая значимость. На базе полученных результатов выработаны рекомендации по определению дистанции установки узлов приема от центра. Намечается реализация полученных результатов в проектируемой открытой лазерной атмосферной сети связи «Центр – пригородные узлы» на Апшеронском полуострове.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):62-67
62-67
Анализ эволюционного развития сетей Wi-Fi за первую четверть 21 века
Аннотация
Актуальность. Технология беспроводной передачи данных на основе стандарта IEEE 802.11 в настоящее время занимает одно из важнейших мест в сетях беспроводного доступа. С момента своего появления в 1997 г. к настоящему времени она прошла 28 лет активной технологической эволюции. WiMAX, существовавшая с 2001 г., практически исчезла из-за развития LTE, в то время как технология Bluetooth, появившаяся в 1999 г., продолжает развиваться. Обе технологии имели шанс заменить Wi-Fi. WiMAX первоначально должна была заполнить пробел между медленными сотовыми сетями и Wi-Fi, предлагая компромисс между мобильностью и скоростью. Bluetooth нашла свою нишу в M2M-сегменте. На сегодняшний день наблюдается выход на рынок дополнения IEEE 802.11be, а также первые результаты работы рабочей группы IEEE в рамках планов по выходу следующего дополнения – IEEE 802.11bn. За все прошедшее время было внесено множество улучшений на всех уровнях стека протоколов, и есть основания ожидать, что новое дополнение станет в некотором смысле технологически революционным. Целью данной работы является выявление закономерностей в технологической эволюции стандарта IEEE 802.11 за прошедший период развития. Методы. Анализ профессиональной и научной литературы, текстов стандартов и практики их использования в отрасли. В ходе решения поставленной задачи в работе представлен обзор основных улучшений, сделанных в рамках стандарта за прошедшие годы, рассмотрены основные направления текущего этапа развития. Основное внимание уделяется цикличности технологической эволюции стандарта IEEE 802.11.Новизна состоит в выявлении и описании закономерностей развития стандарта и его применения на практике. Теоретическая значимость состоит в результатах анализа тенденций развития протоколов в рамках эволюции технологии. Также показано, что принятие новых дополнений стандарта IEEE 802.11 носит циклический характер, сочетая революционные прорывы с эволюционными изменениями. Практическая значимость. Полученный результат может быть использован в задачах анализа и прогнозирования дальнейшего эволюционных изменений технологии в свете ожидаемого перехода к восьмому поколению стандарта.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):68-77
68-77
Повышение точности синхронизации времени за счет тактовой синхронизации в виртуализированных интегрированных системах
Аннотация
Актуальность. В последние годы для промышленной автоматизации в качестве базовой архитектуры все чаще находят применение виртуализированные интегрированные системы, в телекоммуникационных сетях которых используется технология TSN, как наиболее подходящая для критически важных приложений, предъявляющих жесткие требования по скорости и гарантированности доставки информации. Качественные параметры сетей TSN, в свою очередь, зависят от точности ее временно́й синхронизации, поэтому разработка методов повышения точности синхронизации времени устройств сети с коммутацией пакетов является актуальной научно-практической задачей.Цель: рассмотреть способы повышения точности синхронизации времени в сетях виртуализированных интегрированных систем, использующих технологию TSN, и то, как влияет на это тактовая сетевая синхронизация, которую обеспечивает применение технологии синхронного Ethernet. Методы: влияние тактовой сетевой синхронизации на точность привязки шкалы времени оценивается по результатам имитационного моделирования процессов временно́й и тактовой синхронизации в среде AnyLogic.Результат: в работе показана цепочка взаимодействия информационных и телекоммуникационных технологий, а также обеспечивающих подсистем, показывающих в совокупности принципы работы сложных встраиваемых компьютерных систем и способ определения их характеристик на основе моделирования, также представлены результаты имитационного моделирования, показывающие, что высокая точность привязки шкалы времени и стабильность ее удержания может достигаться путем совместной реализации частотной и временно́й синхронизации, что играет важную роль в сценариях применения TSN. Новизна: разработана имитационная модель процессов временно́й и тактовой синхронизации, позволяющая оценить преимущества использования тактовой сетевой синхронизации в сетях TSN с точки зрения повышения точности синхронизации времени сетевых устройств.Практическая значимость. Реализация частотной синхронизации в сети с поддержкой технологии TSN позволяет достигать высокой точности синхронизации времени сетевых устройств при использовании меньшего количества синхросообщений, что уменьшает объем служебного трафика. При этом возможно использовать менее стабильные задающие генераторы, так как их частота постоянно корректируется, а это повлечет уменьшение затрат.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):78-86
78-86
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
Реверс-инжиниринг программного обеспечения методом смарт-перебора: прототип и эксперимент
Аннотация
Актуальность. Одним из подходов к поиску уязвимостей в программах является их преобразования из выполняемого машинного кода в человеко-ориентированный исходный, более пригодный для работы эксперта по информационной безопасности. Ранее авторами был получен соответствующий метод «умного» перебора вариантов исходного кода на предмет установления экземпляра, компилируемого в заданный машинный. Логичным продолжением исследования должна стать реализация программного прототипа для проверки работоспособности метода и экспериментального получения ряда характеристик.Цель исследования: реализовать программный прототип смарт-перебора вариантов исходного кода (согласно разработанному методу), экспериментально оценить его работоспособность и границы применимости.Методы: программная инженерия, эксперимент, аппроксимация значений.Результаты: создан программный прототип подбора экземпляра исходного кода по заданному машинному, реализующий соответствующий метод, полученный в предыдущих авторских исследованиях. Осуществлено применение прототипа для получения исходного кода математического выражения по его машинному коду с использованием части формального синтаксиса языка программирования (заданного в форме графа синтаксических правил). Проведена серия экспериментов для оценки характеристик прототипа путем определения следующих зависимостей: количество всех вариантов исходного кода от синтаксической разнородности синтаксиса и максимальной глубины обхода его графового представления, время поиска определенного исходного кода от данной глубины обхода. Тестирование прототипа показало его базовую работоспособность и гипотетический потенциал, что обосновывает и саму возможность осуществления реверс-инжиниринга противоположным к классическому способом – от исходного кода, а не машинного.Практическая значимость: текущая версия прототипа может непосредственно применяться для осуществления декомпиляции небольших частей машинного кода, при этом, без «привязки» к конкретному языку программирования и процессорной архитектуре (поскольку требуется лишь средство компиляции).Обсуждение: существенным усовершенствованием «умного» перебора может стать его качественная оптимизация путем применения искусственного интеллекта в части генетических алгоритмов.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):88-100
88-100
Криптосистема и протокол передачи конфиденциальных данных без предварительного распределения закрытых и открытых ключей на основе использования процедуры коммутативного шифрования
Аннотация
Коммутативное шифрование, предложенное ранее А. Шамиром и опубликованное около 30 лет назад в монографии Б. Шнайера «Прикладная криптография», не нашло практического применения из-за отсутствия известных стойких шифров, обладающих свойством коммутативности. В настоящей работе подтверждается, что такие известные шифры, как AES, ГОСТ-2015, шифры Эль-Гамаля и Мак-Элиса, действительно таким свойством не обладают. Однако авторам удалось построить некоторую модификацию шифра РША, которая при использовании новой версии протокола позволяет обмениваться конфиденциальной информацией безо всякого предварительного распределения между легальными пользователями как открытых, так и секретных ключей шифрования. В этом заключается актуальность настоящей работы, поскольку, как правило, необходимость предварительного распределения секретных ключей в симметричных или ключей шифрования в асимметричных криптосистемах и является узким местом при создании конфиденциальных систем цифровой связи. Хотя такие черты схожи со свойствами так называемых криптосистем с открытым ключом, однако, в отличие от них, предлагаемая криптосистема может использовать одинаковые открытые ключи для неограниченного количества пользователей. Такие ключи можно сделать общедоступными, поместив их, например, в облако. Именно это свойство предлагаемой криптосистемы отражает новизну подхода, так как до сих пор не описана ни одна криптосистема, где не требовалось бы предварительное распределение ключей. Данное свойство оказывается полезным для некоторых сценариев обмена конфиденциальными данными, например, такими, как передача паролей и широковещательной информации. В первом случае речь идет об аутентификации пользователей некоторым сервером. Если у него в базе данных хранятся секретные пароли всех пользователей, то аутентификация производится лишь при предъявлении соответствующих паролей. В то же время канал связи, используемый для этого, может быть перехвачен активным злоумышленником, однако предлагаемая схема предотвращает разглашение паролей. Другим практическим результатом новой криптосистемы является его применение в шировещательных каналах связи, если необходимо минимизировать количество используемых ключей шифрования.
Труды учебных заведений связи. 2025;11(6):101-107
101-107