bluuebunny/crossref_metadata_2025_split huggingface dataset:
Методы и модели сервиса распределения ресурсов в кластерах с балансировкой нагрузки центров обработки данных
Authors: Mochalov V.P. , Bratchenko N.Y. , Linets G.I. , Palkanov I.S. 
Published: July 2024

The object of the research is computing clusters of cloud data centers, containing many servers, data storage systems, an input-output system interconnected by a communication network. The goal of this research is to develop methods and models for improving the performance of a data center cluster by reducing the processing time of service requests as well as reducing equipment costs due to the efficient allocation of its resources. Therefore, it is necessary to implement optimization algorithms for placing virtual machines (VMs) on physical servers in real time based on load balancing. The proposed method of resource allocation is based on an iterative greedy algorithm and a limited search procedure. Reduction in the computation time is achieved by introducing restrictions on the permissible search depth. The paper puts forward a mathematical model of resource allocation, built using the Erlang model in the form of a multi-line m-node queuing system (QS) of the type with an n-seat buffer, which makes it possible to determine the main indicators of service request quality in the form of QS parameters. The efficiency of this approach was tested on a simulation model built on the basis of the system functioning statistical analysis. Its experimental study was also carried out.Объектом исследования являются вычислительные кластеры облачных центров обработки данных (ЦОД), содержащие множество серверов, систем хранения данных, систему ввода-вывода связанных между собой коммуникационной сетью. Целью работы является разработка методов и моделей повышения производительности кластера ЦОД путем уменьшения времени обработки запросов на обслуживание, а также уменьшения затрат на оборудование за счет эффективного распределения его ресурсов. Это вызывает необходимость реализации оптимизационных алгоритмов размещения виртуальных машин (ВМ) на физических серверах в реальном времени на основе балансировки нагрузки. В основу предложенного метода распределения ресурсов положен итерационный жадный алгоритм и процедура ограниченного перебора. Сокращение времени вычислений достигается при этом путем введения ограничений на допустимую глубину перебора. В работе предложена математическая модель распределения ресурсов, построенная на основе модели Эрланга в виде многолинейной m-узловой системы массового обслуживания (СМО) типа с n-местным буфером, позволяющая определять основные показатели качества обслуживания запросов в виде параметров СМО. Работоспособность предложенного подхода проверена на имитационной модели, построенной на основе статистического анализа функционирования системы, проведено ее экспериментальное исследование.
Синтез управления когнитивно-конструктивными процессами в человеко-технико-природных системах
Authors: Beltiukov A.P. , Maslov S.G. 
Published: July 2024

The paper deals with the problems of synthesizing emotionally oriented management of cognitive-constructive processes in human-technical-natural systems with respect to the influence of heterogeneous illusions and misconceptions. The general problem statement is examined, logical models that reflect the task are proposed. The basic foundations of the synthesis of various factors for solving problems are identified. Emotions, illusions, and misconceptions are considered among such factors. This is done to overcome emerging contradictions and address the problems with due regard for the positive and negative aspects of the listed factors. Another goal of this is the formation of an adequate environment and means of cognitive and constructive activity in terms of complex system specifics, including humans, technology, and natural objects. The foundations for a new systematization of factors and adequate means of cognitive-constructive activity are being created. These basics take into account the influence of emotions, illusions and misconceptions. Individual and collective characteristics of intellectual and information resources are analyzed along with the features of objective and subjective aspects of control synthesis. New abstract and specific models are being designed that improve cognitive and constructive activity, the development and use of knowledge for the problems being solved.
В статье рассматриваются проблемы синтеза эмоционально-ориентированного управления когнитивно-конструктивными процессами в человеко-техническо-природных системах с учетом влияния разнородных иллюзий и заблуждений. Представлена общая постановка задачи, предложены логические модели, отражающие поставленную задачу. Для решения задач выявлен фундаментальный базис синтеза различных факторов, к которым относятся эмоции, иллюзии и заблуждения. Это делается для преодоления возникающих противоречий, решения проблем с учетом положительных и отрицательных сторон перечисленных факторов, а также формирования адекватной среды и средств познавательной и конструктивной деятельности с учетом специфики сложных систем, включающих человека, технику и природные объекты. Создаются основы для новой систематизации факторов и адекватных средств познавательно-конструктивной деятельности, которые учитывают влияние эмоций, иллюзий и заблуждений. Рассматриваются индивидуальные и коллективные характеристики интеллектуальных и информационных ресурсов, особенности объективной и субъективной сторон синтеза управления. Создаются новые абстрактные и конкретные модели, совершенствующие познавательную и конструктивную деятельность, формирование и использование знаний для решаемых задач.
A resource-saving method of distributed computation planning in fog-computing environment
Authors: Клименко А.Б. 
Published: July 2024

Вопросы организации распределенных вычислений в туманных вычислительных средах актуальны в настоящее время по причине циркулирующих по глобальным сетям возрастающих объемов данных. Исследования, проводимые в рамках разработки новых моделей, методов и технических средств концепции «туманных» вычислений, охватывают широкий круг тематик, включая разделение ресурсов, планирование вычислений, аутентификацию пользователей и безопасность хранения данных. Также представлены работы, посвященные вопросам расхода ресурсов, а именно, продлению сроков службы туманных устройств, которые оказывают существенное влияние на стоимость эксплуатации систем. В рамках данной статьи решение проблемы ресурсосбережения в указанном аспекте связано с обоснованным распределением вычислительной нагрузки по узлам туманного слоя, что влияет на такие показатели устройств, как вероятность безотказной работы, гамма-процентная наработка на отказ и средний остаточный ресурс вычислительного устройства. Предложен метод оценки целесообразности размещения на узлах вычислительной нагрузки в рамках «жадной» стратегии, а также метод выбора узлов для размещения нагрузки. Объединение этих методов составляет метод планирования распределенных вычислений в туманном слое сети с оптимизацией по критерию ресурсосбережения. Проведенный эксперимент демонстрирует целесообразность использования разработанного метода, а также позволяет выбрать область дальнейших исследований.
The issues of organizing distributed computation in fog-environments are currently relevant due to the increasing amount of data circulating over global networks. Research carried out in the field of the development of new models, methods and technical means of the fog computing concept covers a wide range of topics, including resource sharing, computational planning, user authentication, and data security. Papers on resource consumption are also presented, specifically those that explore the issue of extending the expedient service life of fog devices, which have a significant impact on the system operating cost. In this article, the solution to the problem of resource saving in this aspect is associated with a reasonable distribution of the computational load over the fog nodes which affects the device indicators, such as the probability of failure-free operation, gamma-percentage time between failures and the average residual resource of a computing device. A method for evaluating the feasibility of placing a computational load on nodes as part of a "greedy" strategy is proposed, as well as a method for selecting nodes to place the load. Combining these methods constitutes a method for distributed computing planning in the fog layer of a network with optimization according to the criterion of resource-saving. The conducted experiment demonstrates the applicability of the developed method and helps to choose the area for further research. Keywords:resource-saving, computational planning, fog computing.
Approaches to processing big spatiotemporal uncertain data in GLONASS+112
Authors: Аникин И.В. , Петров Г.Е. 
Published: July 2024

В работе исследуются подходы к обработке больших пространственно-временных данных в единой государственной информационной системе (ЕГИС) ГЛОНАСС+112 в условиях пространственной и временной неопределенности. Данная система предназначена для организации взаимодействия оперативных служб в Республике Татарстан (РТ), осуществления комплексного сбора и обработки данных, характеризующих различные инциденты, на основании звонков, поступивших на единый номер экстренных служб «112». Исследована производительность и масштабируемость различных операций по работе с большими данными в данной системе, адаптированных для использования в условиях неопределенности (запрос диапазона с порогом, JOIN, поиск k-ближайших соседей). Предложены новые подходы для решения задач формирования ассоциативных правил и кластеризации в условиях пространственной и временной неопределенности. Предложена модернизация алгоритма кластеризации пространственно-временных данных ST-DBSCAN. Данный алгоритм внедрен в схему формирования ассоциативных правил. Разработан программный комплекс формирования ассоциативных правил для пространственно-временных данных в условиях неопределенности. Программный комплекс осуществляет анализ не только данных ГЛОНАСС+112, но и информации о погоде, поступающей из внешних источников. Формируемые ассоциативные правила могут быть использованы для принятия решений и планирования ресурсов подразделениями различных оперативных служб. Это позволит повысить эффективность управления нежелательными инцидентами и чрезвычайными ситуациями.
The paper examines some approaches to processing big spatiotemporal uncertain data in GLONASS+112. This system is used for managing interaction between operational services in the Republic of Tatarstan and collecting and processing data characterizing various incidents, based on calls received by a common emergency number "112". The performance and scalability of several basic operations for managing big data (query with threshold, JOIN, k-nearest neighbors algorithm) were studied; they were adapted for operating data under spatial and temporal uncertainty. New approaches to clustering and associative rules mining for uncertain data are suggested. Modernization of ST-DBSCAN algorithm for clustering spatiotemporal data is proposed. This algorithm is integrated into the association rules mining process. The program complex for forming the associative rules for spatiotemporal data under uncertainty has been developed. The complex is applied to analyze GLONASS+112 data as well as the information about weather conditions obtained from external sources. The associative rules being formed can be used by various units in operating services for decision-making and resource-planning. This would help to increase the efficiency of managing the emergencies and undesired incidents.
Researching the refractive index of seawater for underwater radio communication
Authors: Аветисян Т.В. , Львович Я.Е. , Преображенский А.П. , Преображенский Ю.П. 
Published: July 2024

Подводная радиосвязь необходима для обмена информацией с различными объектами, которые находятся под водой, в том числе и на большой глубине. Кроме того, в связи с возникновением радиоокеанографии появились возможности для того, чтобы осуществлять дистанционный мониторинг по большим акваториям в Мировом океане. Эффективность радиолокационных измерений будет сильно зависеть от учета различных процессов, которые влияют на взаимодействие радиоволн с морской поверхностью. Для этого необходимо разрабатывать различные модели. В данной работе рассматривается задача распространения электромагнитной волны через границу двух сред: воздуха и морской воды. Представлена модель отражения и преломления электромагнитной волны. Изучены разные случаи поляризации. Проведен анализ свойств воды, которая входит в состав морей и океанов. Показано, каким образом диэлектрическая проницаемость воды зависит от таких характеристик, как соленость и температура. Приведены значения солености Атлантического, Тихого и Индийского океанов. Рассматривался случай падения сверхдлинной волны на границу воздуха и воды. Были проведены расчеты коэффициентов преломления электромагнитной волны в зависимости от угла ее первоначального распространения при заданных значениях солености и температуры.
Underwater radio communication is necessary for the exchange of information with various objects that are under water, especially at great depth. In addition, the development of radio oceanography has made it possible to carry out remote monitoring over large areas of the World Ocean. The effectiveness of radar measurements will be greatly influenced if various processes that affect the interaction of radio waves with the sea surface is accounted for. To achieve this, it is necessary to develop various models. This paper examines the problem of electromagnetic wave propagation through the interface of two media: air and sea water. Models of reflection and refraction of an electromagnetic wave are presented. Different cases of polarization are considered. Properties of water found in seas and oceans are analyzed. It is shown how the dielectric permittivity of water depends on such characteristics as salinity and temperature. The salinity values of the Atlantic, Pacific and Indian Oceans are given. The case of an ultra-long wave falling on the boundary between air and water was regarded. The refractive coefficients of the electromagnetic wave were calculated depending on the angle of its initial propagation at given values of salinity and temperature.
Software for solving the integrated nesting and routing problem applied to CNC sheet cutting machines
Authors: Таваева А.Ф. , Петунин А.А. 
Published: July 2024

В статье рассматривается вопрос разработки алгоритмов и программного обеспечения для решения интегрированной задачи раскроя и маршрутизации (The Integrated Nesting and Routing Problem (INRP)). Эта задача объединяет две известные задачи – задачу двумерного фигурного раскроя (принадлежит к классу задач раскроя-упаковки) и задачу оптимизации маршрута режущего инструмента для машин с числовым программным управлением (задача оптимизации траектории). В интегрированной задаче рассматривается единая целевая функция, рассчитываемая как сумма стоимости использованного для раскроя материала и стоимости процесса резки. В настоящей статье предлагается общая структура программного обеспечения и функциональная модель подсистемы автоматического раскроя и маршрутизации для решения интегрированной задачи применительно к оборудованию листовой резки с числовым программным управлением. В подсистеме автоматического раскроя и маршрутизации реализованы алгоритмы нахождения допустимого варианта раскроя для некоторых типов деталей и соответствующие этому варианту раскроя алгоритмы проектирования маршрута инструмента, ориентированные на минимизацию интегрированного показателя стоимости. Разработанные алгоритмы реализованы в виде открытого программного обеспечения на языке программирования Python. В статье приводятся результаты численных экспериментов, проведенных для лазерного комплекса листовой резки с ЧПУ. Разработанное программное обеспечение опробовано также для широкого класса практических задач при подготовке управляющих программ для различного оборудования листовой резки.
The paper discusses the issue of developing algorithms and software for solving the integrated nesting and routing problem (INRP). This problem combines two known matters: 2D nesting problem (belongs to the class of Cutting & Packing) and the problem of cutting process optimization (Cutting Path Problem). The integrated additive objective function in INRP is a sum of used material cost for nesting and cutting process cost. The paper proposes a general software structure and a functional model of the automatic nesting and routing subsystem for solving an integrated problem in relation to the CNC sheet cutting equipment. The subsystem of automatic cutting and routing implements algorithms for finding an admissible nesting pattern for some types of parts and corresponding to this nesting pattern algorithms for the tool path generation focused on minimizing the integrated cost criterion. The algorithms are implemented as open source software using Python. The paper presents the results of numerical experiments for the CNC laser complex of sheet cutting. The developed software has also been tested for several types of practical tasks in control programs generation for various sheet cutting equipment.
Authentication of information system users by facial image
Authors: Гузаиров М.Б. , Исмагилова А.С. , Лушников Н.Д. 
Published: July 2024

Аутентификация относится к классическим средствам управления информационной безопасностью компьютерных систем предприятия, от качества которой зависит безопасность информационной системы. В данной статье описана процедура аутентификации пользователей информационной системы по изображению лица. Разработана архитектура искусственной нейронной сети, сформированы наборы биометрических персональных данных и проведено обучение на основе распознавания пользователей информационной системы по изображению лица. В рамках данного исследования проведена оценка функциональности архитектуры искусственной нейронной сети на международных банках данных (Dataset). При распознавании пользователей информационной системы по изображению лица были извлечены такие дескрипторы, как локальные бинарные шаблоны (LBP) и гистограмма ориентированных градиентов (HOG). Скомпилирована модель обучения нейронной сети на основе категориальной кросс-энтропии, сформирована конфигурация компиляционной модели (размер мини-выборки, количество эпох, функция активации, функция оптимизации). Разработанный программный модуль производит аутентификацию пользователей информационной системы по принципу «свой-чужой». Применение данных дескрипторов изображения позволяет повысить точность распознавания пользователей информационной системы (accuracy) и снизить значение функции потерь (loss). Реализован программный код системы мультимодальной биометрической аутентификации. Для оценки эффективности работы программного модуля приведены показатели ошибок первого и второго рода.
Authentication belongs to the classical means of information security management of enterprise computer systems, the quality of which determines the security of the information system. This paper describes the authentication procedure of information system users by facial image. The architecture of an artificial neural network has been developed, biometric personal data sets have been formed and trained based on the recognition of information system users by facial image. As part of this research, the functionality of the artificial neural network architecture has been evaluated using international data banks (Dataset). Descriptors such as Local Binary Patterns (LBP) and Histogram of Oriented Gradients (HOG) were extracted when recognizing information system users by facial image. A neural network-training model based on categorical cross-entropy was compiled, and the configuration of the compilation model (mini-sample size, number of epochs, activation function, and optimization function) was generated. The developed software module authenticates users of the information system on “friend-or-for” basis. The use of these image descriptors allows increasing the accuracy of user authentication in the information system (accuracy) and reducing the value of loss function (loss). The program code of the multimodal biometric authentication system has been implemented. To assess the efficiency of the software module, the first and second type error rates are given.
Features of molecular system transformation technique program realization
Authors: Смирнова Ю.А. , Марьенков А.Н. 
Published: July 2024

В статье проведен анализ проблемы трансформации моделей молекулярных систем (МС) относительно любого элемента этой системы, где под моделью молекулярной системы понимается формализованное компьютерное представление геометрических координат атомов молекулы. Анализ показал, что существующее программное обеспечение, используемое в процессе моделирования молекулярных взаимодействий, не позволяет проводить трансформации МС. При этом процесс трансформации МС значительно усложняется с увеличением количества элементов в рассматриваемых системах. В работе авторами предложена новая методика трансформации МС, основанная на преобразовании МС в молекулярный граф, где под преобразованием понимается перестроение графа относительно новой вершины. Обоснована необходимость автоматизации процесса анализа и обработки формализованного представления трансформируемой МС. Кроме того, описан алгоритм работы программного модуля, основанный на методике трансформации. Приведена демонстрация разработанного программного продукта на примере трансформации молекулы метионина, получены молекулярный граф и трансформированная МС. Программный продукт позволил значительно сократить время, затраченное на трансформацию МС. Кроме того, полученное программное обеспечение позволяет сохранять формализованное компьютерное представление структуры трансформированной молекулы. Повторное использование ранее трансформированного представления структуры молекулы метионина в дальнейшем позволит повысить эффективность и увеличить скорость при моделировании взаимодействия метионина с другими молекулярными системами.
The paper provides the analysis of molecular system model transformation problem with respect to any element of this system, where the molecular system (MS) is understood as a formalized computer representation of the geometric coordinates of the atoms in a molecule. The analysis has demonstrated that the existing software used to simulate molecular interaction does not enable MS transformation. At the same time, MS transformation becomes more complex as the number of elements in the system increases. A new technique of MS transformation based on converting MS into a molecular graph is proposed, where the transformation is understood as a graph rearrangement with respect to a new vertex. The necessity of automating the process of analysis and processing of the formalized representation of the transformed MS is substantiated. In addition, the algorithm of the program module based on the transformation technique is described. The demonstration of the developed software product using the example of transformation of methionine molecule is given, the molecular graph and formalized computer representation of the obtained MS are presented. The software product helps to save a formalized computer representation of the transformed molecule structure. Repeated use of the methionine molecule structure representation transformed earlier will further improve efficiency and speed in modeling the interaction of methionine with other molecular systems.