авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Комитет по науке и высшей школе Правительства Санкт-Петербурга Комитет экономического развития, промышленной политики ...»

-- [ Страница 4 ] --

Обычно требуется поддерживать две модели в рамках одного проекта: высокоуровне вая модель для верификации, моделирования и симуляции, и детализированная модель для генерации и тестирования кода продукта. Каждая модель требует свой собственный тесто вый набор. Обычно детализация подразумевает добавление пропущенных параметров сиг налов, раскрытие функциональных заглушек (например, когда сложное поведение абстра гировано в одном сигнале) и тому подобное.

Наиболее перспективной областью применения рассмотренной технологии являются телекоммуникации. Предлагаемый подход автоматической генерации тестовых наборов на основе формальных спецификаций позволяет значительно сократить усилия и временные затраты на создание тестов. Естественно, он может быть применен только для поведенческих требований, интерпретированных в терминах MSC диаграмм или последовательностей клю чевых событий. Однако для телекоммуникационных проектов это не является существенным ограничением, поэтому для них большинство требований может быть автоматически покры ты тестами в случае применения данной технологии.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Baranov S.N., Kapitonova J.K., Kolchin A.V., and others. Tools for Requirements Capturing Based on the Technology of Basic Protocols // Proc. of St.Petersburg IEEE Chapter. – 2005. – P. 92–97.

2. Баранов С.Н., Котляров В.П, Летичевский А.А. Индустриальная технология автоматизации тестирования мобильных устройств на основе верифицированных поведенческих моделей проектных спецификаций требований - http://pub.math.spbu.ru/mmbase/attachments/231928/baranov kotlyarov-letichevskiy.pdf 3. Recommendation ITU-T Z.151. User requirements notation (URN), 11/2008.

4. ITU Recommendation Z.120. Message Sequence Charts (MSC), 11/99.

УДК 004. И. В. Никифоров (6 курс, каф. ИУС), Ю. В. Юсупов, к. т. н., н. с.

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УМЕНЬШЕНИЕ ИЗБЫТОЧНЫХ ПОВЕДЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МНОГОПОТОЧНЫХ СИСТЕМ В работе [1] рассматривается подход к разработке программного продукта (ПП) с ис пользованием формальной модели системы, которая служит для верификации, генерации ко да продукта и тестового набора. Тестирование ПП, содержащих даже незначительное число параллельных потоков, является трудоемкой задачей, поскольку для осуществления полного покрытия поведения многопоточных приложений требуется генерация значительного по объему тестового набора. Число возможных переходов в системе при интерливинге экспо ненциально растет с ростом числа возможных состояний каждого из потоков. Возникает, так называемая, проблема взрыва состояний.





При проектировании высокоуровнево го дизайна системы разработчик может до бавлять в ее поведение различные парал лельные участки исполнения, выделяя при этом точки взаимодействия потоков – кри тические точки. Под критическими точками потока будем понимать места в поведении, где происходит разделение общих ресурсов Рис. 4 UCM диаграмма порождения двух па с другими потоками или процессами, точки раллельных потоков синхронизации, посылки или отправки со общений и т.д. С другой стороны на участках поведений без критических точек подразуме вается интерливинг между потоками. Такой интерливинг порождает огромное количество излишних поведений в системе, затрудняет тестирование и поддержку.

В данной работе описан автоматизированный подход, который позволяет на этапе по строения модели системы минимизировать интерливинг между ее внутренними процессами.

Рассмотрим простой пример высокоуровневого дизайна в нотации UCM [2], где разра ботчик в рамках одного процесса создает два параллельных потока. На Рис. 1. в блоке про цесса, изображенного параллелограммом «Process», создается два параллельных потока.

Действия «a», «b» и «c», изображенные крестиками, относятся к первому потоку, а «d», «e» и «f» – ко второму. При этом потоки не взаимодействуют друг с другом и не имеют критиче ских точек с другими процессами. Между потоками наблюдается интерливинг, который по рождает количество поведений, изображенное на Рис.2.

Поскольку результат исполнения каждого из потоков в отдельности не зависит от дру гих потоков, то справедливо заметить, что в данной ситуации возможно исключить интерли винг из поведения проектируемой системы на данном участке, сократив общее число воз можных поведений системы до двух: обеспечив сначала исполнение одного потока, а затем другого, не специфицирую при этом последовательность их исполнения (Рис.3).

Описанный подход к минимизации избыточных поведений при проектировании много поточных ПП был реализован в инструмент UCM2BP [1], позволяющем автоматически пере ходить от высокоуровневого дизайна системы в нотации UCM к модели в виде базовых про токолов. В рамках рассматриваемого инструмента при трансляции параллельных путей ди зайна UCM в базовые протоколы проблема минимизации избыточных поведений в модели решается автоматически на этапе формализации, что позволяет значительно упростить и ускорить процесс тестирования и разработки ПП за счет значительного уменьшения числа избыточных состояний системы.

Рис. 6. Поведение параллельных Рис. 6. Интерливинг между параллель- потоков без общих ресурсов ными потоками ЛИТЕРАТУРА:

1. Никифоров И.В., Юсупов Ю.В. Использование Use Сase Map в современной технологической це почке разработки программного обеспечения // XXXVIII Неделя науки СПбГПУ. Материалы межву зовской научно-технической конференции. 30 ноября - 5 декабря 2009 г. СПб.: Изд-во Политехниче ского ун-та. – 2009. – С. 103-104.





2. Use Case Map - http://jucmnav.softwareengineering.ca УДК 004.9:004. С. А. Фдоров (асп. каф. ИУС, инж.-иссл. ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН), В. В. Амосов, к. т. н., доц.

АЛГОРИТМ МНОГОПОТОЧНОГО ЗАХВАТА КАДРОВ ВО ВСТРАИВАЕМЫХ СИ СТЕМАХ НА УРОВНЕ ЯДРА LINUX Работа посвящна исследованию возможности обработки первичной информации в приложении интернета е визуализации и сохранения в форматах BMB и JPEG и реализации подобной обработки и визуализации во встраиваемых системах.

Работа является продолжение исследований в области разработки встраиваемых си стем, применяемых в АСНИ, с использованием технологий интернета и параллельного про граммирования [1].

Под обработкой первичной информации понимается преобразование данных, поступа ющих с датчика камеры, из сырого формата в формат, пригодный для воспроизведения в приложении интернета.

Эта работа решает одну из основных задач по визуализации, ведь фактически решается задача создания моста для возможности отображать кадры, которые находятся в системной памяти встраиваемых систем. Этот мост позволит не только отображать информацию в при ложении интернета, но и сохранять е в общепринятых форматах. В рамках этой работы тре бовалось выяснить возможности реализации подобного моста, определить функциональ ность, которую он сможет предоставлять.

Обработка первичной информации может осуществляться как в приложении интернета, так и до попадания е туда.

Т. к. приложения интернета уже имеют развитые стандарты в области мультимедиа, было решено проводить подобную обработку на уровне операционной системы GNU/Linux, где установлен сервер интернета, управляющий приложениями интернета. Это позволит унифицировать дальнейший способ обращения к информации и сразу же использовать все имеющиеся средства технологии Webkit по загрузке и работе с изображениями.

Обработка и передача отснятой информации была выполнена по средством сырого преобразователя (raw converter) — специального драйвера (модуля ядра Linux), преобразую щего сырой формат данных с сенсора в файл общепринятого формата BMP для последую щей его передачи приложению интернеат для визуализации на компьютере.

Модуль, выполняющий функции драйвера, оформлен в виде пакета для последующей установки в операционной системе GNU/Linux камеры (дистрибутив OpenWrt). Его задачей является обеспечить чтение файла устройства, который и будет передаваться приложению интернета.

При использовании технологий интернета важно учесть, что в приложениях интернета происходит одновременное отображение множества файлов – отснятых кадров. Также одно временная загрузка нескольких изображений позволит повысить эффективность передачи отснятой информации по HTTP. Для реализации передачи нескольких файлов – изображений – необходимо продумать вопрос независимости чтения разных участков системной памяти.

Системная память в АСНИ существенно превосходит возможное адресное простран ство встраиваемых микропроцессорных систем, т. к. требуется передавать значительные объмы информации (порядка нескольких Гб). В связи с этим микропроцессорная система имеет всего несколько адресов, которые могут отображаться на часть адресов системной па мяти с отснятым изображением. Каждый из этих адресов можно использовать для независи мого чтения изображений из системной памяти. При этом число таких адресов существенно меньше общего числа передаваемых кадров, т. к. они являются дополнительными в микро процессорной системе для ввода/вывода.

Для организации многопоточного захвата кадров необходимо обеспечить независимое чтение M кадров из системной памяти с использованием N адресов микропроцессорной сит семы (NM). Алгоритм основан на использовании семафора на уровне ядра Linux в модуле, который отвечает за чтение каждого файла изображения. Специальный сценарий порождает множество (M) узлов устройств, подписанных на обработку одним модулем. Семафор, реа лизованный в модуле, разрешает захват ресурса – адреса памяти – для осуществления чтения кадра при наличии свободных ресурсов или ставит чтение кадра в режим ожидания.

Вывод. Предлагаемый алгоритм позволяет осуществлять многопоточный захват кадров на уровне ядра Linux во встраиваемых системах, обеспечив эффективную работу богатых приложений интернета и передачу кадров по HTTP.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Амосов В.В., Фдоров С.А. Подход по разработке математического и программного обеспечения встраиваемых АСНИ и высокоскоростных камер // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Инфор матика. Телекоммуникации. Управление. — СПб., 2010.— №4(103). С. 205-210.

УДК 004.9:004. С. А. Фдоров (асп. каф. ИУС, инж.-иссл. ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН), В. В. Амосов, к. т. н., доц.

БОГАТЫЕ АСНИ И ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ КАМЕРЫ В работе рассмотрены недостатки существующих подходов по разработке систем, встраиваемых в АСНИ и высокоскоростные камеры. Предложен новый подход по разработке таких устройств, показаны какие новые качества он им придат. Выделен новый класс бога тых устройств, приборов и систем, обладающих ими.

Необходимость изучения быстропротекающих явлений и других сложных процессов требует создания современных автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), в частности высокоскоростных камер.

Анализ используемых современных подходов по сопряжению камеры с компьютером и разработке встроенного математического и программного обеспечения показал, что часть из них используют отдельные платы захвата для установки в компьютер (FastVideo, СЕДАТЭК, Cameralab, IDS), что накладывает ряд ограничений (см. таб. 1).

Подходы производителей, использующие технологию Ethernet (FastVideo, СЕДАТЭК, Видеоскан, БИФО, visionresearch, Photron, Fastec Imaging Corporation, Basler AG, AOS Technologies, Kbinova, Lambert Instruments, IMPEREX, Olympus), также имеют недостатки (см. таб. 1).

Существующие на данный момент подходы по разработке математического и про граммного обеспечения используют технологии настольных приложений. Предлагаемый подход лежит в области научной отрасли информатики, вычислительной техники и управле ния и состоит в создании принципиально новых сетевых устройств. Новизна подхода состо ит в совместном использовании технологий разработки богатых приложений интернета и параллельном программировании – многопоточности приложений, которые непосредственно плохо совместимы из-за того, что технологии интернета для обеспечения переносимости ос нованы на интерпретации кода, а не его исполнении.

Говоря более подробно, такой подход достигается следующими решениями:

Разработка встраиваемого программного обеспечения как богатого приложения ин тернета (Rich Internet Application [1]), а не настольного приложения (как в существующих подходах). Богатые приложения интернета обладают такой же переносимостью, как и клас сические приложения интернета, и такими же возможностями, как и настольные приложения (поддержка неявной многопоточности, полный доступ к системе с правами пользователя).

Среди наиболее популярных технологий разработки богатых приложений интернета можно отметить Microsoft Silverlight, Sun JavaFX, Adobe AIR, Curl, Qt, Webkitgtk+. Предлагается ис пользовать движок визуализации (layout engine) Webkitgtk+ для отображения страниц интер нета и среду выполнения GTK+ для обеспечения межплатформенности.

Распараллеливание приложения с помощью технологии неявной многопоточности (OpenMP, Co-array Fortran) для эффективного использования современных многоядерных процессоров.

Это позволяет избавиться от недостатков имеющихся подходов и получить ряд допол нительных качеств. Такой принцип разработки раскрывает свои преимущества по сравнению с существующими обычными сетевыми устройствами.

Таблица 1. Новые качества благодаря применению предлагаемого подхода Характеристика Подходы с Подходы с Предлагаемый подход Новые качества платами за- технологией хвата Ethernet Интерфейс к ПК IEEE 802.3 IEEE 802.3 (Ethernet), Распространнность – CameraLink IEEE 802.11 (WiFi), сопряжение с суще (Ethernet) IEEE 802.16 (WiMax), ствующими комплек любые, поддержива- сами ющие TCP/IP Расстояние до ПК 3-5 м Любое Любое + воздух Отсутствие проводов и удалнное обслужива ние Аппаратура в ПК Плата захва- Сетевая пла- Сетевая плата или мо- Отсутствие затрат – та та дуль Ethernet, WiFi, сопряжение с суще ствующими комплек WiMax сами Начало работы Установка Установка Автонастройка, любой Простота эксплуата драйверов и ПО, иногда обозреватель ции – одно из требова ПО драйверов ний АСНИ Число камер к ПК Сколько Сколько плат Любое Исследование с не плат скольких ракурсов, стереозрение Доступость Через ПК Через ПК Любая сеть Возможность коллек тивного обслуживания Наджность ЭМ-помехи Не во всех Подтверждение до- Гарантированная до протоколах ставки данных ставка данных ОС на ПК Windows, GNU/Linux, Любая ОС – сопряже Windows Windows ние с существующими Mac OS комплексами Масштабируемость Обновление Обновление Вс ПО находится в Лгкость и скорость ПО на каждом на каждом камере обновлений ПК ПК Также применение технологии параллельного программирования дат:

1. Эффективное использование многоядерных архитектур компьютера, что позволяет повысить быстродействие АСНИ, ведь такие системы предназначены для быстрого получе ния и анализа данных и быстрого принятия решений.

2. Эффективная интеграция с существующими диагностическими компьютерными комплексами.

Первое же применение планируемого подхода планируется провести для высокоско ростной сетевой камеры IPC-G1, устанавливаемой на сферический токамак Глобус-М в Фи зико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН. Дальнейшее применение – разработка подобных высокоскоростных сетевых камер для других учреждений, организаций и пред приятий, занимающихся исследованием и изучением быстропротекающих процессов.

Независимость исходного кода от программной и аппаратной платформы позволит ис пользовать разработки для создания новых устройств с более совершенным аппаратным обеспечением, а также для создания автоматизированных систем научных исследований на основе сетевых устройств диагностики и наблюдения любого рода (не только камер).

Выводы. В основе предложенного подхода лежат технологии разработки богатых при ложений интернета и параллельное программирование. Он позволит создавать принципи ально новые сетевые устройства – богатые устройства, приборы и АСНИ, в основе которых будут встраиваемые богатые системы. Такие богатые устройства, приборы и системы не будут требовать установки дополнительного аппаратного и программного обеспечения, не будут зависеть от аппаратной или программной платформы компьютера, являясь межплат форменными, и позволят эффективно использовать многоядерные архитектуры процессоров и многопроцессорные компьютеры.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Jeremy Allair. Macromedia Flash MX—A next-generation rich client [Электронный ре-сурс]. – Macromedia White Paper, 2002. 14 с.

УДК 004.9:004. С. А. Фдоров (асп. каф. ИУС, инж.-иссл. ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН), В. В. Амосов, к. т. н., доц.

ВСТРАИВАЕМЫЕ АСОИУ ДЛЯ СИСТЕМО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ АСНИ И ВЫ СОКОСКОРОСТНЫХ КАМЕР В работе предложена архитектора и методика разработки встраиваемых АСОиУ на ос нове процессоро-ориентированных систем для автоматизированных систем научных иссле дований и высокоскоростных камер, в частности.

Основными техническими средствами АСНИ являются вычислительная техника и из мерительная аппаратура. В архитектуру высокоскоростных камер входят:

Сенсор;

Аналогово-сигнальные процессоры (АСП);

ПЛИС управления:

o Управление сенсором;

o Управление АСП;

ПЛИС захвата изображения:

o Запист/чтение из системной памяти;

o Контроллер памяти;

o Вывод на монитор;

Микроконтроллер:

o Программирование ПЛИС;

o Поддержка пульта ДУ;

Микропроцессорная система (АСОиУ):

o Система на кристалле (или микроконтроллер, микропроцессор);

o Оперативная память;

o Память Flash;

o Контроллер Ethernet;

o Контроллер USB;

o Взаимодействие с ПЛИС и МК (по SPI).

В такой архитектуре можно отметить рад недостатков. Это полная зависимость, или привязка, микропроцессорной системы от сенсора, а также медленный интерфейс взаимо действия микропроцессорной системы с сенсорной частью.

В течение 2011 года на рынке ожидается появление процессоро-ориентированных си стем (processor-centric system) (см. например, [1] и рис. 1).

Рис. 1. Расширяемая процессорная платформа от Xilinx Подобные решения ожидаются от целого ряда мировых производителей. Они заключа ются в окружении процессорной системы программируемой логикой. При процессоро ориентированном (processor-centric aproach) и процессоро-ведущем (processor-first) подходах процессорная система является ведущей и доминирует во встраиваемой системе.

Как следствие, их применение дат следующие преимущества:

Параллельный поток разработки аппаратного и программного обеспечения;

Гибкая перепрограммируемость через обновление системного ПО процессоро ориентированной системы.

В этой работе предлагается системо-ориетированный подход (на англ. – system-centric aproach) разработки встраиваемых АСОиУ для АСНИ (включая высокоскоростные камеры), при котором доминирование и ведущая роль отдатся системе – АСОиУ – а не сенсорной ча сти. Это позволит:

Использовать универсальные разъмы для сенсоров (так же, как сейчас используются универсальные разъмы для процессоров на материнских платах);

Модернизировать сенсоры в одной АСНИ на более быстродействующие и совершенные простой заменой кристалла;

Разрабатывать многосенсорные АСНИ, в которые могут быть установлены один и более сенсоров.

Разрабатывать универсальные АСНИ, имеющие возможность взаимодействовать с разнообразными датчиками и измерителями (точно так же, как на материнскую плату можно устанавливать разную периферию).

Выводы. Предлагаемый системо-ориентированный подход позволяет по-новому взгля нуть на проблему разработки эффективных АСНИ, проектируя их ситсемо ориентированными, а не ориентированными на конкретный сенсор или тип сенсоров.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Keith DeHaven. Extensible Processing Platform: [Электронный ресурс] White paper – WP369 (v1.0) Режим доступа:

April 27, 2010.

http://www.xilinx.com/support/documentation/white_papers/wp369_Extensible_Processing_Platform_Overv iew.pdf УДК 004. М. Ш. Даишев (н. с., каф. ИУС), В. П. Котляров, к. т. н., проф.

ИНТЕГРИРОВАННАЯ СРЕДА ПОСТРОЕНИЯ И ЗАПУСКА ИСПОЛНЯЕМЫХ ЦЕ ПОЧЕК В современном мире разработка программного обеспечения - это сложный и многосту пенчатый процесс. В ходе создания программного продукта необходимо написать программ ный код, создать необходимый набор автоматизированных тестов. Определенный процесс сборки — важная составляющая любого цикла разработки, поскольку позволяет сократить нестыковки между различными стадиями разработки как-то: написание кода, интеграция, тестирование, продажа. Наличие определенного процесса сборки позволит ускорить переход из одной стадии в другую. В связи с этим особенно актуальной является задача расширения открытого IDE для разработки с целью включения в него модулей создания и запуска испол няемых цепочек.

Для реализации универсальной среды разработки был выбран Eclipse IDE. Эта среда широко известна среди разработчиков. Она имеет расширяемую за счет встраиваемых моду лей структуру и является независимой от операционной системы. На базе Eclipse IDE был успешно разработан прототип пользовательского интерфейса, который показал возможность объединить в рамках данной среды систему построение и автоматизированного запуска ис полняемых цепочек.

На первом этапе разработки графического интерфейса необходимо было предоставить пользователю возможность в удобном виде настраивать автоматический запуск цепочек.

Главная проблема заключается в том, что разработчикам, кроме непосредственно написания исполняемого кода бывает необходимо детально настроить процесс сборки кода в исполняе мое приложение, автоматизировать процесс запуска модульного и системного тестирования, процесс развертывания приложения на серверах итп. Управление процессом исполнения це почки осуществляется с использованием XML — сценария. Этот файл содержит в себе опи сание проекта, состоящего из отдельных комманд-заданий(Task). Каждое задание представ ляет собой неделимую, атомарную команду, выполняющую некоторое элементарное дей ствие. Между коммандами могут быть определены зависимости — каждая комманда выпол няется только после того, как выполнены все комманды, от которых она зависит (если они уже были выполнены ранее, повторного выполнения не происходит).

В ходе использования новой графической среды резко уменьшилось количество оши бок, вносимых в файлы конфигурации. Реализация запуска тестовых цепочек в новой среде позволила отказаться от makefile для операционной системы Linux и от bat файлов для опе рационной системы Windows, что позволило упростить структуру директорий проекта TATa.

После периода адаптации пользователей к новой системе создания и запуска тестов время, затрачиваемое на создание проекта, сократилось на 25-30%.

Использование новой среды создания и выполнения цепочек дает очевидные преиму щества, но опыт использования позволил выделить дальнейшие направления развития дан ной разработки. Необходимо добавить возможность переносить проект для тестирования на удаленный компьютер прямо из среды разработки, запускать цепочки на удаленной машине и считывать результаты. Эти улучшения позволят разворачивать тестирование на серверах, что особенно актуально для больших систем.

УДК 004.422. С. Н. Искаков (м. н. с. каф. ТФиПМ УрФУ), В. В. Мазуренко, к. ф.-м. н.

ИНТЕРНЕТ-СЕРВИС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЁТОВ МЕТОДОМ ТОЧНОЙ ДИА ГОНАЛИЗАЦИИ Основной целью исследования материалов при помощи компьютерного моделирования является предсказания их свойств и такое представление задачи, в котором может быть до стигнуто лучшее понимание сложных явлений. В этом отношении компьютерное материало ведение достигло значительных успехов за последние двадцать лет, что является результатом объединения эксперимента и теории в современных исследованиях материалов. В настоящее время компьютерное материаловедение имеет следующие особенности:

3. Для описания реальных материалов, необходимо моделировать физические явления в широком диапазоне масштабов времени и пространства. Естественно для этого необходимо использовать множество разнообразных методов моделирования;

4. На каждом масштабе пространства и времени соответствующие математические модели, используемые для описания экспериментально наблюдаемых явлений, постоянно развиваются и совершенствуются за счт прогресса в математических и вычислительных подходах при решении уравнений, лежащих в их основе и увеличении вычислительной мощности компьютеров;

5. Программный код, создатся и развивается небольшими группами исследователей для собственного использования и решения своих конкретных задач.

В данной работе представлен разработанный on-line сервис в сети Интернет, используя который пользователь получает моментальный доступ к программной и вычислительной ин фраструктуре для мультимасштабного моделирования сложных квантово-механических си стем. Первым шагом в развитии сервиса стала реализация эффективного метода точной диа гонализации для решения уравнений теории динамического среднего поля (DMFT) [1].

Рисунок 1. Структурная схема архитектуры on-line сервиса.

Разработанный on-line сервис, схематически изображенный на рисунке 1, представляет собой трхуровневую систему, состоящую из следующих блоков:

интерфейс клиентского приложения;

система интеграции пользовательского интерфейса и многопроцессорной системы;

многопроцессорная вычислительная система.

Для организации взаимодействия между клиентским приложением и диспетчером за просов используется механизм web-сервисов [2]. Запрос пользователя диспетчеру после от правки становится в очередь запросов, где определяется доступность ресурсов для запуска расчта. В том случае, когда для выполнения расчта ресурсов достаточно, запрос пользова теля передатся на выполнение на многопроцессорной системе. Затем диспетчер отслежива ет выполнение задачи пользователя и, после завершения задачи, возвращает пользователю результат расчта.

Данная схема взаимодействия позволяет расширить число доступных методов расчта электронной структуры и позволяет в перспективе охватить все основные широко использу емые методы, что позволит добиться полной универсальности разработанного on-line серви са и увеличит его практическую ценность. Представленный on-line сервис в сочетании с про граммным комплексом для расчта электронной структуры методом точной диагонализации представляют собой удобный инструмент для изучения сильнокоррелированных систем ши роким кругом исследователей.

Данная работа была выполнена при поддержке гранта «Развитие научного потенциала высшей школы» № 2.1.1/779, гранта Президента Российской Федерации МК-1162.2009.2, гранта Федерального агентства по науке и инновациям № 02.740.11.0217.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Georges Antoine, Kotliar Gabriel, KrauthWerner, Rozenberg Marcelo J. Dynamical mean-field theory of strongly correlated fermion systems and the limit of infinite dimensions // Rev. Mod. Phys. 1996. Jan. Vol.

68, no. 1. P. 13.

2. W3C Working Group Note. Web Services Architecture, 2004, February.

УДК 004.9:519. Ю. В. Минин, к. т. н., доц. ТГТУ, В. Н. Шамкин, д. т. н., проф. ТГТУ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В МНОГО ЭТАПНЫХ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫХ ЗАДАЧАХ, ХАРАКТЕРИЗУЕМЫХ РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНЬЮ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ Первоначально перед нами стояла задача разработки информационной системы под держки принятия решений (ИСППР), улучшающей качество и эффективность вырабатывае мых и реализуемых руководством коммерческого банка управленческих решений [1]. Эта задача была обусловлена тем, что в условиях значительной неопределенности лицо, прини мающее решения (ЛПР) должно выбирать из весьма большого числа такие стратегии управ ления, которые являются, в определенном смысле, оптимальными. Это не под силу ЛПР, и, следовательно, ему необходимо иметь инструмент, который позволил бы за приемлемое время получать такие решения, поэтому разработка методов и средств выработки эффектив ных управленческих решений для руководства коммерческого банка является крайне акту альной проблемой, что особенно заметно на фоне «разгоревшегося» мирового финансового кризиса.

Отметим ряд особенностей, характерных для задачи поиска эффективных управленче ских решений в коммерческой деятельности банка. При рассмотрении коммерческой дея тельности банка следует учитывать, что его показатели работы зависят в t -ом квартале от объемов фондов ( F t 1 ), активов ( A t 1 ) и депозитов ( Dt 1 ) банка, являющиеся выходными па раметрами для (t 1) -го квартала, а также показатели Di, i [t D, t 1], A i, i [t A, t 1], A, t 1] характеризующие на определенную глубину предыс U iD, i [t A D, t 1], U i, i [t торию деятельности банка, которую необходимо учитывать. Влияние внешней среды учиты вается путем введения индексов I t и коэффициентов k t, задаваемых аналитиками банка.

Выходными параметрами в t -ом квартале являются рассчитанные значения объемов фондов ( F t ), активов ( A t ), депозитов ( Dt ) и показателей деятельности ( Y t ), которые одновременно выступают в качестве входных для (t 1) -ого квартала. Управленческие воздействия D A (U, U ), в качестве которых выступают процентные ставки по депозитам и кредитам, а U также доли продажи и покупки ценных бумаг, задаются ЛПР, и представляют собой сово купность кусочно-постоянных во времени программных траекторий, отдельные участки ко торых соответствуют управлениям по кварталам. Вектор управленческих воздействий U имеет высокую размерность. Все это, с учетом решения многоэтапной многокритериальной задачи оптимизации, делает процесс решения вычислительно сложной проблемой, которая нами была решена.

В результате проведенных исследований в [2] были решены следующие задачи:

1. Разработана ИСППР, входящая в состав информационной автоматизированной бан ковской системы (ИАБС) и позволяющая ЛПР принимать эффективные решения по управ лению коммерческой деятельностью банка при выбранных стратегиях его развития.

2. Разработана процедурная модель поиска и реализации в ИСППР эффективных управленческих решений, которая включается в контур обработки информации и принятия решений в ИАБС.

3. Разработано алгоритмическое обеспечение ИСППР, основу которого составляют сформулированные задачи многоэтапной оптимизации и алгоритмы их решения, используе мое системой при поиске стратегии управления деятельностью банка на заданном интервале времени, которое соответствует выбранной стратегии его развития.

4. Построена входящая в состав алгоритмического обеспечения ИСППР математиче ская модель деятельности банка, используемая как при решении многоэтапных задач опти мизации, так и по мере необходимости, которая отличается от существующих моделей тем, что в ней сняты допущения на усреднение банковских ставок по депозитам и кредитам, бла годаря чему, повышается ее точность.

5. Предложен метод векторной оптимизации, ускоряющий обработку информации в ИСППР в процессе решения соответствующей задачи оптимизации, который является моди фикацией известного метода, применяемого в обычной – одноэтапной векторной оптимиза ции, где с заданной точностью строится множество Парето.

6. Разработан способ выбора среди персональных компьютеров (ПК), входящих в со став локальной вычислительной сети ИАБС, совокупности ПК и их оптимальной структуры взаимосвязи, который используется при проведении распределенных вычислений в ИСППР, связанных с расчетом нового этапа в задаче определения оптимальной стратегии управления деятельностью банка, благодаря чему значительно сокращается время вычислений.

7. Предложены структурные и функциональные схемы, заложенные в основу про граммного обеспечения, позволяющего осуществлять распределение вычислений в ИСППР, наиболее эффективно используя имеющиеся информационные и технические ресурсы ИАБС.

Дальнейшая работа над ИСППР коммерческого банка в области увеличения точности получаемых управленческих решений заключается в использовании методов принятия ре шений в условиях риска и неопределенности, при которых принимаемое решение основыва ется на использовании критерия ожидаемого значения, в первом случае, и одного из следу ющих критериев Лапласа, Сэвиджа, Гурвица или минимаксного критерия, во втором случае.

Также необходимо исследовать влияние решений, принятых ЛПР при управлении ком мерческой деятельностью банка, несоответствующих эффективным управляющим воздей ствиям, предложенным ИСППР.

Задача выработки эффективных управленческих решений для коммерческого банка яв ляется актуальной и важной, однако, она не является, в некотором роде, уникальной. Мы считаем, что существует целый класс подобных задач, так как в сфере экономики, государ ственного и регионального управления, а также в различных технических областях суще ствуют сложные системы, для которых характерны наличие многоэтапности и сбалансиро ванности развития с учетом нескольких критериев оптимизации. Следовательно, логическим продолжением работы является создание такой ИСППР, которая позволит руководителям принимать более обоснованные решения при управлении такими сложными системами.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Ю. В. Минин, В. Н. Шамкин. Разработка модуля оптимизации кредитно-депозитной деятельности информационной системы коммерческого банка // Вопросы современной науки и практики. Универ ситет им. В.И. Вернадского. – Тамбов, 2007. – №3(9). – С. 151 – 159.

2. Ю.В. Минин. Диссертация «Информационная система поддержки принятия решений оптимизиру ющих коммерческую деятельность банка» Тамбов, 2008. – 230с.

УДК 004. А. С. Кудрявцев (6 курс, каф. ИУС), Т. А. Вишневская, доц.

МЕТОДИКА ВЫБОРА СТРУКТУРЫ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ С ВЕЩЕСТВЕННОЙ ФУНКЦИЕЙ ПРИСПОСОБЛЕННОСТИ В рамках данной работы проведено экспериментальное исследование эффективности генетических алгоритмов различной структуры. Сформулированы рекомендации по выбору структуры генетического алгоритма в зависимости от особенностей решаемой задачи.

Генетические алгоритмы широко применяются для решения задач глобальной оптими зации, например, при построении нейронной сети. В общем случае генетический алгоритм представляет собой создание случайной начальной популяции решений (особей) и повторе ние следующих шагов: отбор особей, их скрещивание, мутация, формирование нового поко ления. Критерий отбора может быть формализован с помощью функции приспособленности, значение которой вычисляется для каждой особи. Структура генетического алгоритма опре деляется рядом характеристик, среди которых: способ кодирования особей, тип кроссинго вера, тип мутации, стратегия отбора, стратегия формирования нового поколения.

Практика применения генетических алгоритмов показывает, что эффективность алго ритма определяется соответствием его структуры и параметров типу решаемой задачи. Для построения эффективного генетического алгоритма необходимы правила выбора его струк туры в зависимости от известных особенностей функции приспособленности. В рамках дан ной работы проведены исследования, позволяющие сформулировать подобные правила.

В данной работе рассматривалось решение задач, в которых функция приспособленно сти является вещественной функцией вещественных переменных. При этом предполагалось, что известны такие особенности этой функции, как скорость изменения, характер располо жения экстремумов, наличие стохастического шума. Использовалось прямое бинарное коди рование особей. Было проведено сравнение эффективности структурно различных алгорит мов, основные константы которых зафиксированы.

В качестве тестов для оценки эффективности генетического алгоритма использовались следующие функции приспособленности:

n (функция Растригина).

xi2 10 cos 2 xi 1. fx 10n i Данная функция обладает большим количеством экстремумов, среди которых алго ритм должен найти главный.

n 2 (функция Розенброка).

xi 2. fx 100 xi xi i Данная функция имеет плато (участок медленного изменения), на котором алгоритм должен найти оптимальное решение.

n (функция 4-го порядка с гауссовым шумом).

xi 3. fx gauss 0, i Зашумление затрудняет работу генетического алгоритма.

3 xi 4, 4 xi n 3 xi 6, 5 xi 6 («иголка в стоге сена»).

4. f x g xi, g xi i 0, xi 4 or xi Генетический алгоритм должен найти изолированный экстремум.

n (функция Швефеля).

5. fx 418,9828n xi sin xi i Второстепенные экстремумы этой функции расположены близко друг к другу, в то время как главные экстремумы удалены на значительное расстояние.

n (сумма квадратов).

xi 6. fx i Данная функция проста для оптимизации и была использована как контрольная в эксперименте.

Эффективность алгоритма оценивалась с помощью следующих показателей:

Процент запусков алгоритма, приводящих к нахождению решения при заданном ограничении на количество вычислений функции приспособленности;

Среднее число вычислений функции приспособленности для запусков, приводящих к нахождению решения;

Среднее время вычислений для запусков, приводящих к нахождению решения.

По результатам исследования сформулированы следующие рекомендации для выбора структуры генетического алгоритма:

1. Применение элитизма в стратегии формирования нового поколения оправдано для всех рассмотренных случаев.

2. Применение турнирного отбора снижает трудоемкость алгоритма, но повышает риск ненахождения решения. Для задач поиска изолированного экстремума это свойство в большей степени присуще рулеточному отбору.

3. В решении задач, не связанных с медленно убывающим плато, двухточечный и рав номерный типы кроссинговера являются более производительными с точки зрения количества вычислений целевой функции.

4. Использование равномерного кроссинговера повышает надежность алгоритма, но снижает скорость его работы.

5. Для простых задач и задач с заранее неизвестными факторами сложности следует использовать генетический алгоритм со структурой «турнирный отбор + равномер ный кроссинговер».

6. Фактор зашумленности целевой функции лучше всего преодолеваетcя алгоритмом со структурой «турнирный отбор + равномерный кроссинговер».

7. Поиск изолированного экстремума наилучшим образом осуществляется алгоритма ми с равномерным кроссинговером. При этом следует использовать рулеточный от бор или отбор усечением. В этом случае рулеточный отбор повышает производи тельность и риск, отбор усечением - снижает.

8. Поиск экстремума на плато наилучшим образом осуществляется алгоритмами с равномерным кроссинговером. При этом следует использовать рулеточный отбор или отбор усечением. В этом случае рулеточный отбор снижает производительность и риск, отбор усечением - повышает.

9. Для многоэкстремальной функции наилучший баланс производительности и риска имеет алгоритм со структурой «отбор усечением + равномерный кроссинговер».

10. Для функции приспособленности типа функции Швефеля наилучший баланс произ водительности и риска имеют алгоритмы со структурой «отбор усечением + двух точечный кроссинговер» или «отбор усечением + равномерный кроссинговер».

ЛИТЕРАТУРА:

1. Luke S. Essentials of Metaheuristics. A Set of Undergraduate Lecture Notes. September, 2009. – http://cs.gmu.edu/~sean/book/metaheuristics/.

2. Авторский сайт Ю. Цоя – http://www.qai.narod.ru/.

УДК 621.391:004. С. В. Шедов (асп, каф. ИУС), В. С. Тутыгин, к. т. н., доцент.

НОВЫЙ АДАПТИВНЫЙ АЛГОРИТМ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛЧМ-СИГНАЛОВ Рассмотрен новый подход к решению задачи обнаружения и определения параметров зашумленных ЛЧМ-сигналов, основанный на дополнительной обработке спектров, получен ных с помощью БПФ, который обеспечивают наджное обнаружение ЛЧМ-сигнала в том числе и в случае, когда одновременно с ЛЧМ-сигналом присутствует распределнная и сосредоточен ная станционная помеха. В докладе обсуждаются причины, вызывающие погрешности опре деления параметров зашумлнных сигналов, описан предложенный авторами новый алго ритм дополнительной цифровой обработки сигналов потока мгновенных спектров спутнико вых ЛЧМ-сигналов, позволяющие значительно повысить возможность обнаружения зашум ленных ЛЧМ-сигналов.

При решении задачи обнаружении и определении параметров спутникового ЛЧМ сигнала, мы имеем дело с потоком мгновенных спектров, полученных с помощью БПФ. В каждом спектре (кадре), содержащем N (например, 128) дискретных значений, содержится шумовой фон, распределенную и сосредоточенную структурно-детерминированную (стан ционную) помеху [1] и может содержаться одно или два дискретных информативных значе ния, принадлежащих ЛЧМ-сигналу.

Известным способом реконструкции ЛЧМ-сигнала по полученным мгновенным M спектрам является суммирование M кадров (спектров). Определение параметров ЛЧМ сигнала производится по реконструированному спектру. На рис. 1 приведен пример рекон струированного спектра, в котором присутствует ЛЧМ-сигнал, распределенная и сосредото ченная структурно-детерминированная помехи и шумовой фон.

Для улучшения отношения сигнал/шум в полученном путем накопления спектров ЛЧМ-сигнале мы предлагаем новый адаптивный алгоритм [2] обнаружения и определения параметров ЛЧМ-сигнала, обеспечивающий компенсацию структурно-детерминированной помехи. На рис.2 приведен пример того же накопленного спектра после предлагаемой нами цифровой обработки. Видно, что сосредоточенная структурно-детерминированная помеха скомпенсирована, а распределенная значительно ослаблена.

Рис.1. Накопленный спектр Рис.2. Накопленный спектр после цифровой обработки Описание адаптивного алгоритма:

Начальные установки значений M, H, i 1, P0 M. M H h, где H - полоса частот ЛЧМ-сигнала, h – ширина полосы частот в мгновенном спектре БПФ;

Вычисление начального номера кадра i-той группы кадров Pi 1 Pi S M ;

Накопление S 2 M последовательных мгновенных спектров (кадров) из последова тельного потока спектров, M H h, где H -ширина полосы частот ЛЧМ-сигнала, h - шири S на полосы частот в мгновенном спектре БПФ: Z X j, где X j – j -й спектр, (одномер j ный массив) содержащий N дискретных значений сигнала.

Вычисление матрицы размерностью S * S коэффициентов корреляции Rij (нормализо ванную функцию ковариации) каждого из S спектров с остальными, 1..S ;

i, j cov( X i, X j ), где D[ X i ], D[ X j ] – дисперсии i -того и j -того спектров.

Rij D[ X i ]* D[ X j ] Суммирование коэффициентов корреляции в матрице по столбцам и усреднение, т.е.

вычисление среднего значения коэффициентов корреляции для каждого спектра с остальны S ми S 1 спектрами: Ri ( Rij ) Rii, i 1..S j Суммирование спектров, среднее значение коэффициента корреляции которых больше порогового значения L, и усреднение (получение усредненного спектра станционной поме S X i * sign( Ri L) Ri max Ri min хи Y ): Y i,L S sign( Ri L) i Получение результирующего спектра ЛЧМ-сигнала W путем вычитания из накоплен ных по п.3 спектров усредненной суммы спектров станционной помехи по п.6 умноженной на S : W Z Y * S, где W, Z, Y – одномерные массивы размерностью N.

Инкремент i и переход к п.2.

Описанный в докладе алгоритм цифровой обработки данных реализован в среде MATLAB.

Эффективность предлагаемого адаптивного алгоритма исследована нами на реальных спутниковых (RADARSAT, ERS, ENVISAT) ЛЧМ-сигналах, полученных нами с помощью комплекса приема и обработки спутниковых сигналов на базе акустооптического спектро анализатора, ПЗС-преобразователя последовательного типа, модуля АЦП (40 МГц, 8 бит), модуля цифровой обработки на базе ПЛИС ACEX 1K EP1K 30TC144 1и модуля скоростного ввода потоков данных. Время обработки одного ЛЧМ-сигнала в среде MATLAB составило около 8 мсек.

Таким образом предложенный новый алгоритм дополнительной цифровой обработки сигналов потока мгновенных спектров спутниковых ЛЧМ-сигналов может быть использован для off-line обработки записей зашумленных спутниковых ЛЧМ-сигналов с целью повыше ния возможности их обнаружения за счет реализованной в алгоритме обработки средств компенсации сосредоточенной и распределенной структурно-детерминированной помехи.

ЛИТЕРАТУРА:

1. А. С. Котоусов, А.К. Морозов. Оптимальная фильтрация сигналов и компенсация помех. –М.: Го рячая линия – Телеком, 2008.

2. В. С. Тутыгин, С. В. Шедов Программа оптимального обнаружения ЛЧМ – сигнала. Свид. Роспа тента об официальной Гос. регистрации № 2010611782 от 28.05.2010.

УДК 004. И. А. Крамичев (6 курс, каф. ИУС), Т. А. Вишневская, доц.

РАЗРАБОТКА И СРАВНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ РАЗБОРА ДАННЫХ ПАКЕТНОГО ТИПА В рамках данной работы был разработан язык описания типа пакета данных, необходи мый для тестирования приложений, связанных с передачей и обработкой данных пакетного вида, а также предложены алгоритмы их разборки. Алгоритмы оформлены в виде пользова тельской библиотеки.

Для передачи информации на расстояние повсеместно используется идея разбиения данных на части. К этим частям применяются алгоритмы помехоустойчивого кодирования, шифрования, структуризации для успешной передачи и обработки сообщений. Эти куски данных называют пакетами. То есть данные, которые разбивают на части и отправляют, яв ляются пакетными. По сути, вся информация сейчас передается именно так. Это и транс портный поток MPEG-2 и TCP/IP: каждый раз, когда мы смотрим цифровое видео или полу чаем почту из интернета, мы сталкиваемся с пакетами данных. За структуру пакета отвечает конкретный протокол – то есть набор правил. Без протокола пакет – это всего лишь последо вательность байтов данных. В виду огромного количества различных протоколов и типов данных интересной была бы задача разработки универсального алгоритма разбора данных.

То есть необходимо разработать средство, которое способно было бы разобрать любые дан ные с самой витиеватой спецификацией. Это средство должно уметь принимать данные из потока в реальном времени, а также из сохраненного потока. Поэтому особняком стоит про блема скорости и ресурсоемкости алгоритма.

Когда кто-нибудь придумывает новый тип данных и внедряет его в реальные системы, он сразу же разрабатывает большое количество программного и аппаратного обеспечения для работы с этими данными, и, конечно, для каждого типа данных существуют быстрые и надежные анализаторы, сборщики и разборщики. Однако все это программное обеспечение не может быть универсальным, так как работает только с определенными типами данных.

Целью данной работы было не просто создание библиотеки для работы с любыми пакетными данными, но и анализ наиболее подходящих алгоритмов и сравнение их по быстродействию и ресурсоемкости.

Данную библиотеку можно было бы использовать в разработке программного обеспе чения для уже существующих типов данных, в разработке и тестировании новых типов дан ных. Библиотеку можно снабдить большим функционалом: в том числе возможностью под ключаться к различным источникам данных (приемник транспортного потока или сохранен ный поток), фильтрации и постоянно расширять ее. Для того чтобы данная разработка широ ко применялась и стала неким аналогом библиотеки контейнеров STL для программистов, работающих с потоками данных, необходимо реализовать ядро библиотеки максимально ка чественно.

Прежде всего, нужно разработать архитектуру ядра. А для этого нужно придумать ал горитм, по которому будет осуществляться разбор. А также нужно добавить, что для того, чтобы программа могла работать с каким-то типом данных – нужно этому программу научить. В итоге первоочередными задачами являются разработка алгоритма разбора, разра ботка универсального языка задания протокола пакета и, как следствие, разработка архитек туры ядра библиотеки. Важно предложить несколько алгоритмов и вывести лучший с точки зрения конкретной задачи, то есть необходимо провести сравнительный анализ с точки зре ния скорости и надежности.

Теперь рассмотрим возможные варианты работы. Первый вариант – это воспользовать ся такой структурой данных как дерево. Для описания протокола подойдет язык разметки XML. Пакет состоит из часто равного количества байт. Несколько байт образуют собой поле (поле может занимать всего лишь 1 бит, а может несколько десятков байт). Все поля подчи нены определенной последовательности. Данная последовательность может быть очень сложной. Очередность полей может быть просто последовательной, может быть условной и циклической. Например, очень сложна спецификация транспортного потока MPEG-2.

Намного проще выглядит TCP/IP.

С помощью средств XML был разработан язык описания типа данных, и сейчас можно говорить о том, что с его помощью можно описать любую спецификацию. В нем каждое по ле описано отдельно: указаны его название, длина, значение по умолчанию, тип, а также условие существование и поле, за которым оно следует. Для организации цикла поля объ единяются в повторяющиеся группы. Для такого варианта описания существует единствен ный вариант разбора – это создать граф переходов от одного поля к другому при определен ных условиях. Этот граф будет очень похож на дерево, и, по сути, это дерево, но наличие циклов превращает такую структуру данных в невзвешенный ориентированный циклический граф. Программа сначала разбирает описания, создает граф, а затем, получая на вход поток данных, на выход выдает словарь значений – то есть название поля и его значение. Также возможен и обратный вариант – когда по словарю значений и XML-описаниям создается по ток и отправляется. Первый способ уже реализован полностью, в том числе для этой задачи разработан удобный пользовательский интерфейс. Возможно, следует поискать вариант ускорения данного алгоритма.

Второй вариант – это воспользоваться теми же XML-описаниями для полей, но убрать из них всю информацию об очередности следования. А все описания последовательности перенести в отдельное место в виде удобном для синтаксического разбора LALR. Таким об разом, планируется реализовать ту же задачу другим способом и сравнить характеристики.

Возможно, в процессе выполнения появятся новые идеи по оптимизации разбора.

Сейчас программа умеет работать с приемниками потоков SkyStar и DekTec, а также читать потоки из файла.

Выводы. Главная польза новой библиотеки будет в ее универсальности и большой функциональности. Любой программист, работающий с пакетными данными, может исполь зовать эту библиотеку. Будут обновляться описания для уже существующих типов данных и для вновь появившихся. Возможно, пользователю библиотеки даже не придется открывать огромный документ спецификации, если описание для данного типа данных уже существует.

Библиотека может быть использована в различных системах мониторинга, а также в тести ровании и разработке данных пакетного типа.

УДК 004.738. М. Д. Максимов (6 курс, каф. ИУС), Т. А. Вишневская, доц.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОТОКОЛА TDMOIP ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ТЕЛЕФОННОМУ КАНАЛУ E1 ЧЕРЕЗ КОНВЕРТЕР E1 - ETHERNET В работе получены новые научные знания об удобном способе подключения телефон ного канала типа E1 к компьютеру путем использования конвертера E1-Ethernet и протокола TDMoIP.

Несмотря на повсеместное распространение IP-сетей и технологий Voice-over-IP для организации телефонной связи, в обычной телефонной сети по прежнему используются ка налы с временным разделением типов E1, E3 и тому подобных. В связи с этим часто возни кает необходимость подключения такого канала к компьютеру с целью передачи голоса или данных, или анализа передаваемой по каналу информации.

Традиционный способ подключения – это использование плат расширения, вставляе мых в компьютер, и имеющих один или несколько портов E1. Но такое решение, при всей своей простоте, имеет существенные недостатки. Подобные платы дороги, требуют специ альных драйверов и программного обеспечения для взаимодействия с ними (обычно с закры тым исходным кодом и привязанного к определенной операционной системе), а также не позволяют создавать переносимые устройства на основе мобильного компьютера.

Есть другой способ, который и использовался в данной работе, – использование кон вертера E1-Ethernet. Такой конвертер представляет собой небольшое отдельное устройство, подключаемое к компьютеру обычным Ethernet-кабелем. Также существует стандартный протокол TDM-over-IP (см. [1]) для передачи информации из каналов связи с временным разделением по IP-сети. Подобные конвертеры получаются существенно дешевле (т.к. вы пускаются микросхемы, аппаратно реализующие TDMoIP, что позволяет сделать плату прак тически на одной микросхеме) и используют стандартный сетевой интерфейс, который есть в каждом компьютере, а также открытый протокол передачи данных.

Сложность состоит в том, что операционные системы Windows и Linux не имеют встроенной поддержки протокола TDMoIP (а также нет хорошей реализации с открытым ис ходным кодом), что приводит к необходимости его ручной реализации. Однако протокол до статочно прост. Общая схема показана на рис. 1. Каждый фрейм, передаваемый по E1, имеет 32 временных интервала, образующих каналы, в которых могут передаваться звук или дан ные. Конвертер выбирает один или несколько временных интервалов (т.е. нужные каналы), добавляет к ним заголовок TDMoIP и передает их по протоколу UDP на компьютер. Кроме того, для надежной передачи голоса, звуковые пакеты дополнительно снабжаются заголов ком AAL1.

Рис. 7. Схема подключения канала E1 к компьютеру.

В данной работе протоколы TDMoIP и AAL1 были реализованы в виде отдельной про граммы под ОС Linux, которая с одной стороны общается с конвертером через UDP протокол, а с другой, через интерфейс UNIX Domain Sockets, обменивается информацией с целевым приложением, непосредственно передающим и принимающем данные или звук.

Выводы. Использование конвертера E1-Ethernet, работающего по протоколу TDMoIP, оказалось самым простым и универсальным способом подключения компьютера к телефон ному каналу E1. Наиболее удобным способом реализации протокола оказалось написание программы, работающей в качестве посредника между целевым приложением и конвертером через стандартный интерфейс сокетов.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Y. Stein, et al. RFC 5087 – Time Division Multiplexing over IP (TDMoIP). 2007. 50 с.

УДК 004. Б. В. Тютин (асп. каф. ИУС), В. П. Котляров, к. т. н., проф.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЁННЫМ ТЕСТИРОВАНИЕМ Увеличение популярности языков высокоуровневой спецификации таких, как UML и SDL, привело к тому, что для ряда областей применения информационных систем были раз работаны процессы создания программного продукта, основанные на формальных нотациях.

Возможности, предоставляемые средствами разработки для них, позволяют в существенной мере автоматизировать создание кода на целевом языке программирования, что существенно повышает привлекательность подхода в целом.

Существующий подход к тестированию для подобных систем является неэффективным в силу ряда причин. Для систем, специфицированных в формальных нотациях, проблема эф фективного тестирования так же актуальна, как и для всех других. Это связано, во-первых, с необходимостью проверять адекватность модели ранее сформулированным требованиям, а, во-вторых, с наличием в ряде случаев необходимости добавления новой функциональности или адаптации кода вручную, что может стать источником новых ошибок. При недостатке финансирования в большинстве случаев сокращается именно расход ресурсов, отводимых для тестирования. Это приводит к тому, что снижается качество программного продукта. А, так как тестирование – процесс достаточно длительный, затягиваются сроки разработки.

Для того чтобы не терялись преимущества автоматического подхода к созданию про граммного продукта, необходимо усовершенствовать процесс тестирования, с тем чтобы он обладал следующими свойствами: 1) полная или частичная автоматизация, использование формальной спецификации системы для адаптации тестового набора, 2) интеграция с генера тором кода с целью уменьшения затрат на создание тестирующего агента, 3) поддержка удалнного тестирования и тестирования с участием элементов реального окружения.

Необходимость поддерживать несколько профилей тестирования и конфигураций обо рудования, а также участвующих в тестировании элементов приводит к многократному по вторению однотипных операций с варьированием лишь небольшого числа параметров. При этом затрачивается достаточно много ресурсов, что при наличии ограничений на бюджет приводит к сокращению объема и соответственно к снижению качества тестирования.

В рамках поставленной задачи необходимо было разработать технологию, которая поз волила бы автоматизировать процесс построения тестового набора для тестирования систем, разработанных с использованием формальных нотаций SDL, UML;

для разработанного ме тода тестирования определить требования к процессу управления тестированием и протокол взаимодействия отдельных элементов системы, реализующей данный процесс. На основании проведнных исследований необходимо реализовать программный комплекс, обеспечиваю щий автоматизированный запуск тестовых наборов на удалнных платформах и сбор резуль татов.

В ходе работы был разработан прототип программного комплекса, позволяющий пол ностью автоматизировать процесс создания и запуска тестового набора для созданных с по мощью формальных нотаций систем, а также модули автоматического сбора и анализа ре зультатов. Разработанная система реализует собственный протокол обмена данными через большой набор сетевых интерфейсов. Данный подход был успешно применн при решении задачи автоматического тестирования телекоммуникационных систем и их компонент, напи санных на языках UML и SDL. В дальнейшей работе предусмотрена интеграция с системой реализации облачных вычислений Eucalyptus.

УДК 004.412. С. А. Фдоров (асп. каф. ИУС, инж.-иссл. ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН), В. В. Амосов, к. т. н., доц.

СЛОЖНОСТЬ КОДОВ FORTRAN 08 И C 99 НА ПРИМЕРЕ МЕТОДОВ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ В работе получен сравнительный анализ сложности кодов на языках Fortran 08 и C для задач линейной алгебры.

Благодаря широкому внедрению архитектуры SIMD в настольные и мобильные систе мы становится актуальной задача эффективной записи кода для них, работающего с масси вами данных. Т. к. код для графического пользовательского интерфейса не может объектив но отразить эффективность использования SIMD и часто сводится к вызовам одних и тех же процедур графических библиотек, в этой работе рассмотрены три процедуры, реализующие методы линейной алгебры [1]. Они записаны на Fortran 08 и C 99:

Decomp Программа вычисляет разложение вещественной матрицы посредством гауссова ис ключения и оценивает обусловленность матрицы. Она используется для вычисления реше ний линейных систем.

Solve Решение системы LUx = b.

SVD – сингулярное разложение матрицы.

Эта подпрограмма вычисляет сингулярное разложение A U VT действительной пря моугольной матрицы A с размерами m и n. При этом используются двухдиагонализация посредством хаусхолдеровых отражений и вариант QR-алгоритма.

Здесь рассмотрена сложность кодов с точки зрения числа логических строк кода (без учта операторных скобок {, }, end). Фактически процедуры будут выполнять одни и те же действия, каждый цикл у них будет иметь одинаковое число итераций. Поэтому очень важно рассмотреть именно логические, а не физические строки кода, т. к. они позволят опре делить сложность записи одних и тех же процедур для работы с массивами данных на раз ных языках.

Таблица 1. Число логических строк кода для процедур Процедура / Язык C 99 Fortran 08 Отношение 1, Decomp 77 1, Solve 22 1, SVD 207 Выводы. Благодаря средствам регулярного программирования полностью аналогичная процедура на Fortran 08 для работы с массивами данных занимает существенно меньше ло гических строк кода. Это позволяет говорить о лучшей пригодности этого языка для написа ния процедур и модулей при работе с массивами данных и при организации эффективной поддержки архитектур SIMD и векторизации.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. – М.:

Мир, 1977.

УДК 004. А. С. Иванов (асп. каф. ИУС), В. П. Котляров, к. т. н., проф.

СОЗДАНИЕ ФИЛЬТРОВ ВХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В АВТОМАТИЧЕСКИ ПОЛУЧАЕМЫХ МОДЕЛЯХ Одной из основных проблем, которую решают разработчики программного обеспече ния (ПО), является проверка корректности его функционирования. Из практики известно, что проверка качества программного обеспечения начинается с разработки требований к проек тируемой системе, продолжается до момента вывода системы из эксплуатации и занимает до 50% времени всего жизненного цикла ПО. Этим определяется повышение требований к пол ноте и производительности подобных проверок, что приводит к появлению на рынке новых технологий и инструментария автоматизации контроля правильности функционирования ПО.

Для обеспечения качества промышленного ПО используются технологии верификации и тестирования. Верификация позволяет проверить поведение системы на соответствие определенным требованиям, которые были сформулированы заказчиком. Этот подход дает возможность доказать правильность функционирования системы на определенном уровне абстракции. Тестирование позволяет проверить некоторые конкретные сценарии поведения, но не может доказать правильность функционирования системы, а только позволяет указать на наличие ошибок в системе. Однако тестирование применяется к реальной системе, а не абстрактной модели.

Современные технологии позволяют автоматически получать из моделей, используе мых для верификации, программные модули на целевом языке. Данные модули в дальней шем детализируются и используются в реальных системах. Так же из моделей для верифика ции можно получить все возможные значения входных параметров, с которыми система бу дет корректно работать. Задача защиты системы от получения неправильных параметров может быть решена при детализации системы разработчиками, но существует и полностью автоматический способ создания и интеграции фильтров входной информации. На первом этапе создания фильтров формируются таблицы с указанием типа параметров. На втором этапе из проекта верификации извлекаются ограничения, если они сформированы явно, или общие ограничения на типы данных, если не существует конкретных ограничений. Данные значения дополняют таблицу, построенную на первом этапе. Последним этапом является ге нерация функций фильтрации для каждого параметра на целевом языке. Дополнительно на основе функций фильтрации параметров могут быть сформированы функции фильтрации сигналов целиком, что иногда может быть полезно в системах с малым числом сигналов, для упрощения внедрения фильтров.

Для внедрения фильтров в систему используется аспектно-ориентированый подход.

При условии, что в функции происходит прием сигнала, на все полученные данные приме няются фильтры. В случае обнаружения ошибки во входных данных генерируется сообще ние об ошибки. Тип ошибки и способ сигнализации о критическом событии может разли чаться в зависимости от задачи. Главным критерием при выборе способа оповещения должна являться возможность системы продолжить выполнение работы. Для некоторых систем можно использовать адаптацию параметров, приводя входные значения к некоторому допу стимому значению по задаваемым правилам. Если входной параметр удовлетворяет возмож ным входным значениям, значит, для него была проведена верификация и не произойдет критического завершения системы.

Использование фильтров в автоматически создаваемых моделях позволяет гарантиро вать работу модели с данными, на которых она была верифицирована. Фактически ограни чения и допущения, которые были введены на этапе построения модели для верификации, вносятся в реальную модель. Применение фильтров можно характеризовать как контракт на входные данные. Таким образом, можно гарантировать безопасность системы.

Использование данного подхода дает очевидные преимущества в устранении потенци альных ошибок обработки некорректных и опасных данных, но существует целый ряд направлений развития данной разработки. Необходимо добавить возможность отслеживать опасные данные, потенциальные переполнения буфера и специальные типы атак на буфер.

Особенно актуально было бы реализовать поддержку исключений, генерируемых фильтра ми, в модели, что позволило бы резко упростить внедрение.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Иванов А.С., Тютин Б.В., Котляров В.П. Использование SDL Value Notation в качестве формата представления данных при организации удаленного взаимодействия с реактивными информацион ными системами // Технологии Microsoft в теории и практике программирования: Материалы межву зовского конкурса-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Северо-Запада. 16-17 мар та 2010 г. – СПб., 2010. – С 91-92..

2. Баранов С.Н., Котляров В.П, Летичевский А.А. Индустриальная технология автоматизации тести рования мобильных устройств на основе верифицированных поведенческих моделей проектных спе цификаций требований - http://pub.math.spbu.ru/mmbase/attachments/231928/baranov-kotlyarov letichevskiy.pdf ОБЪЕДИНЁННАЯ СЕКЦИЯ «ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»

УДК 625.855. В. В. Котов (асп. каф. ИИТ), Г. Ф. Малыхина, д. т. н., проф.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ТЕКСТОНЕЗАВИСИМАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДИКТОРА НА ОСНОВЕ ТЕЛЕФОННОГО РАЗГОВОРА В работе получены новые научные знания по созданию программного обеспечения, производящего автоматическую текстонезависимую идентификацию.

Для достижения поставленной цели были рассмотрены методы получения речевого сигнала и подавления шума, методы получения характеристик речевого сигнала: коэффици енты линейного предсказания, методы выделения основного тона, методы анализа по ча стотным характеристикам сигнала. Кроме того, было произведено сравнение методов кла стеризации: алгоритм k-средних, нейронные сети. В результате был выбран метод, использу емый для построения кодовых книг дикторов и их полследующего анализа.

На первом этапе теоретических исследований были проанализированы различные ме тоды определения характеристик речевого сигнала. В качестве основного метода для реали зации в данном программном обеспечении был выбран метод коэффициентов линейного предсказания. Данный метод был реализован посредством библиотеки для обработки рече вых сигналов — SoundLib [1].

Рис. На втором этапе теоретического исследования был произведен анализ различных мето дов кластеризации: метод k-средних [2], нейронные сети. В связи с тем, что нейронные сети проигрывают алгоритму k-средних как в скорости выполнения, так и в требованиях к ресур сам, было решено использовать для кластеризации алгоритм k-средних. Кроме того, против использования метода нейронных сетей сказался факт появления так называемых «мертвых»

нейронов, в результате чего вычислительные ресурсы расходуются неравномерно.

Был произведен анализ качества кластеризации [3] применительно к построенным ко довым книгам различных дикторов. На рисунке 1 представлены графики дисперсии D кодо вых книг в зависимости от объема выборки N, для книг различной размерности — 150, 250 и 500 кодовых векторов — для одного диктора. Данное исследование проводилось для различ ных дикторов. Кроме того, было исследовано время построения кодовых книг различной размерности для различных дикторов. В результате была выбрана оптимальная размерность кодовой книги одного диктора — 250 кодовых векторов.

Рис 2.

На последнем этапе теоретического исследования был разработан алгоритм сортировки и сравнения кодовых книг различных дикторов для решения задачи текстонезависимой идентификации. На рисунке 2 приведен график расстояний между кодовыми книгами раз личных дикторов. По оси ординат указаны расстояния между кодовыми книгами E, по оси абсцисс — время выборки речевого сигнала. Все кодовые книги сравнивались с кодовой книгой пятого диктора.

Таким образом, в данной работе был произведен анализ методов получения характери стик речевого сигнала, был произведен анализ методов кластеризации и построения кодовых книг. Были разработаны и реализованы алгоритмы получения характеристик речевого сигна ла, построения, сортировки и сравнения кодовых книг. В результате было создано про граммное обеспечение, производящее текстонезависимую идентификацию диктора. По ре зультатам исследования непосредственно идентификации дикторов: из 10 циклов идентифи кации программа ошиблась 2 раза.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Секунов Н.В. Обработка звука на PC. СПб.: БХВ-Петербург, 2001. 1248 с.

2. Принципы распознавания образов: Пер. с англ. / Ту Дж., Гонсалес Р.;

Под ред. Ю.И. Журавлева.:

Мир, 1978. 425 с.

3. Введение в многомерный статистический анализ: Пер. с англ. / Андерсон Т.;

Под ред. В.В. Дон ченко.: Физматгиз, 1963. 500 с.

УДК 681.2. В. А. Сушников (асп. каф. ИИТ), Э. А. Кудряшов, к. т. н., доц.

ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНСТРУКЦИИ УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА ТИПА ДВОЙНАЯ КОНСОЛЬНАЯ БАЛКА ТЕНЗОРЕЗИСТИВНОГО ДАТЧИКА СИЛЫ В работе получены новые научные результаты, благодаря которым возможно изготов ление тензорезистивных датчиков силы повышенной точности.

В этих датчиках, как прави ло, используются несколько тензорезисторов. Благодаря соединению их в мостовую схему удается увеличить чувствительность в 4-е раза и снизить погрешности, вызванные изменени ем температуры, нелинейностью уравнения преобразования упругого элемента (УЭ) и тензо резисторов [1], технологическими допусками при изготовлении тензорезисторов [2], нецен трированным расположением массы на грузоприемной платформе [3] и т.д. Однако следует отметить, что упомянутые выше достоинства тензорезистивных датчиков, в частности до стижение высокой линейности уравнения преобразования (у современных тензорезистивных датчиков силы нелинейность составляет 0,008-0,01 %) и высокой чувствительности могут быть реализованы при условии установки тензорезисторов в зонах УЭ, испытывающих при нагружении датчика одинаковые по модулю, но разные по знаку деформации.

Ниже приводятся результаты моделирования методом конечных элементов зависи мости пиков упругих деформаций УЭ от размеров профиля выемки для наиболее распро страненной конструкции УЭ типа двойная консольная балка с целью установления их иден тичности.

На рис.1а показана расчетная схема рамочного упругого элемента, где h – ширина вы емки, a – длина выемки, L – длина балки, Н – толщина балки, F – приложенная сила. На рис.1б график распределения деформации по нижнему основанию рамы для случая F=60 Н;

модуль Юнга E=0.71011 Па (сплав ВТ-6);

а=7010-3 м;

h=3610-3 м;

H=4010-3 м;

L=10-1 м. На рис.1б значения относительной деформации приведены в ЕОД (1 ЕОД = 10-6).

Рис 1. а) - расчетная схема рамочного УЭ;

б) - поле деформаций рамочного упругого элемента.

Из рис.1б следует, что характер распределения деформации имеет явно выраженный неоднородный характер с двумя экстремумами в точках х1m=25мм и х2m=95 мм. В этих точ ках УЭ испытывает деформацию, равную |1m|=562 ЕОД и |2m|=530 ЕОД. Аналогичный ха рактер имеет распределение относительных деформаций в верхней кромке упругого элемен та.

В этом случае отношение деформаций 1m и 2m зависит лишь от параметров и а и может быть оценено из выражения:

1m (, а ) (, а), 2 m (, а) h где 100% - относительная толщина выемки.

H На рис.2 изображено семейство кривых, характеризующих отношение деформаций 1m и 2m. Параметром этих кривых является длина выемки a, которая принимает значения 70, 50, 30 и 20 % от длины балки. По оси абсцисс отложены значения аргумента в диапазоне от до 100 % с шагом в 10 %.

Рис 2. Зависимость отношения деформаций 1m и 2m рамочного упругого элемента:

1 – а=70 %;

2 – а=50 %;

3 – а=30 %;

4 – а=20 %.

По результатам моделирования можно сделать следующие выводы:

1. использование УЭ с небольшой шириной выемки приводит к сильным различиям в величинах пиков деформации. Так при длине a=70% и относительной толщине = % выемки максимальные значения деформаций 1m и 2m будут отличаться более чем в 2 раза;

2. применение УЭ с большей длиной выемки (кривая 1 рис.2) приводит к уменьшению различий деформаций 1m и 2m.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Е.П.Осадчий, А.И.Тихонов, В.И.Карпов и др. Под ред. Е.П.Осадчего. – М.: Машиностроение, 1979 – 480с.

2. Шнейдерман А.Л. Систематические погрешности упругого элемента однокомпонентных динамо метров // Приборы и системы управления. – 1971. - №10. – С.35-37.

3. Аш Ж. Датчики измерительных систем: В 2-х книгах. Пер. с франц. - М.: МИР, 1992. – 480с.

УДК 004. П. А. Ерошин (6 курс, каф. ИТиКТ, СПбГУ ИТМО), А. О. Казначеева, к. т. н., доц. СПбГУ ИТМО РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ВИЗУАЛЬНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЧЕРТЕЖЕЙ С ПОМОЩЬЮ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ При проектировании и создании крупных проектов иногда возникают сложности с чте нием сборочных чертежей, многочисленные элементы которых усложняют восприятие са мой модели. Отсутствие возможности просмотра этапов сборки и трехмерного вида детали может снизить скорость выполнения работы и ее качество. Инструменты таких распростра ненных программ, как Компас, AutoCAD, Inventor позволяют создавать высокоточные моде ли, сборки, техническую документацию и пр., но большинство из них является программны ми комплексами, предъявляющими высокие требования к компьютерам. Существенным не достатком таких пакетов является отсутствие возможности просмотра моделей деталей, сборки, этапов сборки вне программного комплекса.

На сегодняшний день в сфере высоких технологий и компьютерной техники получила большое развитие трехмерная графика, одним из направлений которой является виртуальная реальность – созданный техническими средствами мир (объекты и субъекты), передаваемый человеку через его ощущения. Создание искусственных систем, основанных на анализе ви деосигналов и изображений, и дополнение реального мира виртуальными объектами отно сится к области технического зрения, называемой дополненной реальностью (AR) [1]. Ис пользование средств дополненной реальности позволяют уменьшить ограничения в приме нении виртуальной реальности путем совмещения видеосигнала с камеры и созданных ком пьютером трехмерных моделей объектов.

В области AR большинство исследований сконцентрировано на использовании видео потока в реальном времени, подвергнутого цифровой обработке (распознавание маркеров, кодов) и дополненного компьютерной графикой. Наиболее продвинутые разработки вклю чают отслеживание движения объектов, распознавание координатных меток при помощи технического зрения и конструирование управляемого окружения состоящего из произволь ного количества элементов [2].

Важным этапом разработки средств дополненной реальности является выбор алгоритма кодирования информации. В российских разработках преимущественно используются штрих-коды (бар-коды), недостатком которых является существенное ограничение инфор мации, вызванное численным представлением большого объема информации для расшиф ровки которого может потребовать продолжительное время. Более совершенным аналогом штрих кодов являются QR-коды [3], позволяющие кодировать текстовую и графическую ин формацию в форме небольших изображений, которые легко отсканировать веб-камерой мо бильного устройства или компьютера.

В разрабатываемом программном обеспечении для визуального представления черте жей предлагается объединить технологию QR-кодов и отслеживания маркеров дополненной реальности. Данная реализация позволит передавать программе индекс модели, содержа щийся в считываемом коде, и служащий для загрузки и визуализации 3D изображения объ екта (рис. 1).

Для отслеживания положения чертежа используется маркер, представляющий собой контрастную геометрическую фигуру с известными координатами, которые выделяются ви деосистемой из общей картины реального мира. В структуру приложения входят три со ставляющие: программа для подготовки чертежей и сопроводительной документации, сер верная часть для хранения данных и первичной обработки информации, клиентская часть, запрашивающая информацию у сервера для визуального представления модели. Для созда ния административной и клиентской частей выбрана платформа Flesh языком программиро вания которой является ActionScript 3.0 (AS3) в связи с его относительной простотой и до вольно хорошей функциональностью. Технология Adobe Flash была выбрана в силу своей кроссплатформенности и возможности использовать е для сети Интернет, что в будущем облегчит создание полноценного сетевого приложения. Интерфейс клиентской части напи сан на языке MXML в среде разработки FLEX Framework, что позволяет ускорить разработ ку, облегчает работу с серверными технологиями и возможностью использовать полученную программу на компьютерах с установленным приложением FlashPlayer.

Рисунок 1. Визуальное представление чертежа с помощью дополненной реальности За основу тестового приложения взята библиотека ARToolKit [4] для языка Си, с по мощью которой был написан набор классов под AS3. Данная библиотека дает возможность отслеживать нескольких маркеров одновременно, что позволяет создавать подобие интер фейсов и привязывать к разным маркерам различные объекты.

Последующая модернизация позволяет развить предложенный алгоритм в систему ви зуального представления чертежей и этапов сборки, состоящую из трх частей. Первая часть включает программу для создания образа модели, занесения е индивидуального кода в базу данных, сохранения файла модели на сервер. Затем эти данные используются для создания QR-кода в котором зашифрована информация о расположении модели на сервере и инфор мации в базе данных, для передачи его инженеру сборщику. Серверная часть состоит из базы данных и серверных скриптов, служащих для записи и чтения из базы информации, к кото рым обращаются части программы. Клиентская часть считывает информацию с QR-кода и в соответствии с положением листа чертежа с маркерами добавляет к нему модель сборки.

В дальнейшем предполагается доработка алгоритма дополненной реальности для уве личения производительности программы и использовании ее в образовательных целях.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Ларин М.С. Измерительные функции виртуального пространства // Девятая сессия международ ной научной школы «Фундаментальные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов».

Сборник докладов – СПб.: ИПМАШ РАН, 2009. – С. 385-386.

2. Yang Guang-Zhong, Jiang Tianzi Medical Imaging and Augumented Reality/ 2-е издание. – Beijing, China, 2004. – Яз. Англ.

3. Alternative QR-Code, страница [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://web20.su/qr-code alternatives/, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. англ.

4. Augmented Reality Tool Kit, домашняя страница [Электронный ресурс] – Режим доступа:

http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. англ.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.