


Том 10, № 3 (2023)
НАНОТЕХНОЛОГИИ
Перспективы солнечной энергетики: роль современных гелиотехнологий в производстве водорода
Аннотация
В данной статье исследуются перспективы использования солнечной энергии для производства водорода в качестве альтернативного источника энергии. Автор обсуждает ограничения водородной энергетики, включая экономическую неэффективность производства водорода. Основной целью работы является повышение рентабельности и решение экологических и энергетических проблем, связанных с производством водорода. Предлагается использовать современные гелиотехнологии и гелиоматериалы для оптимизации процесса производства водорода. В статье также рассматриваются технологические проблемы, связанные со сжиганием водорода в присутствии азота, и необходимость дальнейших исследований для создания экологически безопасной и экономически эффективной водородной энергетики. Обсуждается вопрос о экологической чистоте водорода, а также отмечается необходимость использования экологически чистых и условно чистых источников энергии для производства водорода. В заключение, статьи подчеркивается, что водород имеет потенциал стать чистым источником энергии, за счет развития гелиоматериаловедения, что требует дальнейших исследований и технологических улучшений для его коммерциализации.



Возможный механизм импульсного квантового туннельного эффекта фотокатализаторов на основе наноструктурированной функциональной керамики
Аннотация
В данной статье исследуется предполагаемый механизм оптического туннельного эффекта, который объясняет способность функциональной керамики преобразовывать энергию солнечного излучения в импульсы в инфракрасном диапазоне. Предлагается, что падающее излучение взаимодействует с частицами керамики, вызывая колебания кристаллической решетки, известные как фононы. При нарастании количества фононов происходит их переход в состояние с более высокой энергией, что приводит к испусканию фотонов в инфракрасном диапазоне. Особую роль играет фронт нарастания импульса излучения, определяющий длину волны импульсов независимо от длины волны несущей инфракрасной энергии. Этот механизм позволяет энергии инфракрасного излучения "туннелировать" в среды, обычно непрозрачные для инфракрасных волн. Предложенная модель основана на колебательных свойствах керамики и волновых характеристиках излучения, что позволяет объяснить уникальную способность функциональной керамики преобразовывать энергию в импульсное излучение с заданной длиной волны. Этот механизм имеет широкий потенциал применения в различных областях, включая промышленность, энергетику и сельское хозяйство.



КИБЕРБЕЗОПАСНОСТЬ
Разработка балансировщика нагрузки и параллельного модуля управления ассоциативно защищенными картографическими базами данных
Аннотация
В условиях современного мира, где информационная безопасность и обработка больших данных являются ключевыми аспектами многих отраслей, важность эффективного управления и обеспечения надежности картографических баз данных растет. Эти базы данных служат фундаментом для широкого спектра приложений, включая геоинформационные системы, управление транспортом, экологическое моделирование и урбанистическое планирование. С увеличением объема геоданных и расширением их использования в различных отраслях промышленности и науки, требования к скорости обработки, доступности и, прежде всего, безопасности этих данных усиливаются. Неправильное управление или уязвимость в системе безопасности может привести к значительным потерям, как в экономическом, так и в социальном отношении. Статья посвящена разработке балансировщика нагрузки и параллельного модуля управления ассоциативно защищенными картографическими базами данных. Работа включает в себя описание и анализ использования СУБД PostgreSQL с расширениями Npgsql и PostGIS для работы с ассоциативно защищенными пространственными данными. В статье представлен метод параллельного программирования с использованием TPL библиотеки языка C#. Тестирование разработанного модуля выявило оптимальные условия работы, показывая увеличение производительности в зависимости от конфигурации узлов. Результаты исследования могут служить основой для дальнейшей оптимизации и развития систем обработки и управления большими объемами ассоциативно защищенных геоданных.



МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ И КОМПЛЕКСЫ ПРОГРАММ
Разработка многоканальной системы массового обслуживания с ограниченной очередью с применением параллельной библиотеки платформы .NET
Аннотация
Современный бизнес и индустрия часто сталкиваются с необходимостью эффективного управления и оптимизации процессов обслуживания потоков заявок. В свете этой потребности статья рассматривает принципы разработки многоканальной системы массового обслуживания с ограниченной очередью, реализованной на платформе .NET с использованием языка программирования C#. Особое внимание уделено высокопроизводительной обработке данных и параллельным вычислениям. В статье предлагаются архитектурные решения для реализации многоканальной системы массового обслуживания, обсуждаются основные компоненты системы, включая очередь, каналы обработки и механизмы управления заявками. Научная новизна представленной работы заключается в интеграции Parallel Framework в процесс разработки многоканальной системы массового обслуживания с ограниченной очередью, что позволяет оптимизировать распределение ресурсов и снизить время ожидания в системе. Статья представляет примеры кода, которые демонстрируют аспекты реализации многопоточности и использование конкурентных коллекций для эффективного управления заявками в очереди. Рассматриваются возможности для дальнейшего развития многоканальных систем массового обслуживания на платформе .NET, учитывая постоянно меняющиеся требования и технологические возможности.



Применение теории сетей Петри в задачах разработки имитационных моделей бизнес-процессов на основе методологии IDEF3
Аннотация
Актуальность разработки имитационных моделей бизнес-процессов обусловлена потребностью повышения качества анализа предметной области за счет проведения вычислительных экспериментов над разработанными моделями в популярных нотациях. Для описания технологических особенностей часто используется методология IDEF3, которая относится к семейству методологий IDEF, получившей широкое распространение среди специалистов в области аналитики, моделирования и реинжиниринга бизнес-процессов как в зарубежной, так и в отечественной практике анализа и моделирования различных предметных областей. В качестве инструментальных средств создания имитационных моделей предлагается применение математического аппарата теории сетей Петри. Данное инструментальное средство обладает широким спектром расширений, которые позволяют реализовать все особенности нотации IDEF3. Для этого в исследовании предложен подход, описывающий правила создания имитационных моделей бизнес-процессов, которые позволяют выполнить моделирование всех существующих объектов нотации. Разработка программных дополнений к существующим CASE-средствам на основе предложенного подхода, позволит создавать имитационные модели бизнес-процессов непосредственно в процессе разработки моделей предметной области, а также использовать интеллектуальные методы структурно-параметрического синтеза имитационных моделей на основе элементной базы единиц работы и заданного поведения синтезируемой модели процесса. В качестве средства интеллектуального структурно-параметрического синтеза могут использоваться адаптированные к решению задачи структурно-параметрического синтеза генетические алгоритмы, работа которых также моделируется с применением теории сетей Петри, что позволяет использовать один математический аппарат в рамках всех решаемых задач создания имитационных моделей бизнес-процессов.



ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ
Алгоритм оценки эффективности процесса внесения изменений в автоматизированных, информационных и телекоммуникационных системах
Аннотация
Цель исследования. В статье рассматривается проблема эффективного использования вычислительных ресурсов. Описывается механизм аппаратной предвыборкой данных. Целью исследования является поиск решения, обеспечивающего возможность оценки количественного использования области памяти в программе ЭВМ. Что, в свою очередь, необходимо для повышения эффективности использования аппаратных возможностей ЭВМ. Выводы. В результате проведенного исследования автор приходит к выводу, что искомым решением является алгоритм определения интенсивности доступа к структурам данных в программе ЭВМ. В статье представлена терминология, поясняющая наименование показателей, используемых в алгоритме, описана математическая модель расчета показателя и ее ограничения. Сформулирована система уравнений, выражающая область значений показателя интенсивности доступа к данным, а для получения полной картины восприятия области значений, построены трехмерная модель и два двухплоскостных графика. Подробное описание алгоритма и представленная математическая модель итогового и промежуточных расчетов позволяют разработать автоматизированное решение для определенных инструментов (например, компиляторов), используемых при разработке программы ЭВМ. Автор делает вывод, что полученный показатель обеспечивает количественное представление об использовании долей информации (областей данных) в программе ЭВМ для последующей оценки эффективности программы ЭВМ и используемых структур данных. По результатам оценки могут быть приняты решения о соответствии/несоответствии предложенного решения и необходимости модификации программы ЭВМ или используемых структур данных.



УПРАВЛЕНИЕ В ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Моделирование выбора решений управленческих задач при тушении пожара в подземных сооружениях
Аннотация
В статье рассматривается задача теоретических основ управления в организационных системах. Представлено моделирование выбора управленческих альтернатив при тушении пожара в подземных сооружениях на основе сравнения руководителем тушения пожара реальных и прогнозных значений (ранжирования условий выбора управленческих альтернатив), при этом ранжирования условий выбора управленческих альтернатив осуществляется применением графоаналитического подхода. Решение, поставленных в ходе планирования действий, задач показано при помощи моделирования GERT-сетей. Актуальным вопросом является и остается возможность выбора решающего направления с учетом сравнения реальных и прогнозных результатов действий по тушению пожара, в случае, когда критерии сложившейся обстановки могут быть множеством возможно допустимых вариантов. Результаты. Разработан подход к выбору управленческих альтернатив при тушении пожара в подземных сооружениях на основе сравнения руководителем тушения пожара реальных и прогнозных значений по результатам применения метода сетевого планирования и метода графической оценки и анализа систем, проведен комплексный анализ решения задачи на основе идентификации граничных условий пожаротушения, разработана модель решения задач управления при ведении боевых действий по тушению пожара. Применение разработанной модели актуально не только для анализа потенциальных сценариев планирования и реализации боевых действий по тушению пожара в подземных сооружениях, но и для моделирования процесса управления организационной системой пожаротушения в граничных условиях пожаротушения в подземных сооружениях высокой протяженности и площади. Данная работа предназначена для лиц, принимающих управленческие решения и осуществляющих управление силами и средствами при тушении пожаров.



МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ, КОМПЛЕКСОВ И КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Определение параметров скрытых угроз раннего обнаружения в информационных системах для задач машинного обучения
Аннотация
Целью анализа является определение новых признаков, при которых есть вероятность присутствия составляющих скрытых угроз в системе или прогноз возможных состояний неработоспособности модулей систем. Описана разноплановость используемых ПО и возникающие вместе с тем проблемы. Исследование проводится в условиях создания имитационной модели в Anylogic, используемой для определения критериев неисправностей. Обнаруженные зависимости подтверждены выходными данными в виде графиков. Определенные зависимости и признаки являются вкладом для будущих исследований и публикаций, также данные применимы для разрабатываемой базы знаний. Созданная модель обработки запросов показала зависимость характеристик входных параметров от времени и зашумленности потока данных. Также проведенный анализ подтверждает наличие неисправности в потоке обработки данных. Существующие решения обнаружения атак основываются на внедрении программно-технических средств и на мерах общего характера защиты. Чтобы установить скрытую угрозу такие схемы может быть и будут эффективно работать, но в условиях длительного действия скрытых угроз нужна оценка обстановки на разных уровнях, анализ признаков всех этапов состояния неисправностей, использование прогностической модели и недостаточно использовать разрозненные средства защиты в виде ПО, антивирусов и т.д. Исследование в области поиска зависимостей и параметров для прогнозирования кибератак на информационные системы актуально в связи с увеличением сложности и частоты кибератак. Это позволяет оперативно предупреждать о возможных угрозах, принимать меры по защите информационных систем, минимизировать экономические потери и развивать аналитические возможности в области кибербезопасности. Данное направление сохраняет свою устойчивость и уникальность в области исследования процессов, а именно способность обучаться и осуществлять углубленный анализ параметрических данных. реализации поиска аномалий в рамках системы обнаружения вторжений.



Анализ и выбор режима оптимизатора для получения оптимального плана выполнения запроса в СУБД ORACLE
Аннотация
Актуальность данной темы связана с широким применением систем управления базами данных (СУБД) Oracle во многих отраслях, где объемы данных чрезвычайно велики, в силу чего требуется высокая производительность системы, надежность и отказоустойчивость. Постепенное увеличение числа пользователей и возрастающего объема обрабатываемой информации в условиях ограниченных ресурсов ведет к необходимости оптимизации для достижения стабильных результатов и снижения инцидентов производительности. В Oracle независимо от того, какие действия выполняются с данными, в это вовлечен оптимизатор, задачей которого является определение оптимального плана выполнения запроса. Цель данного исследования заключается в анализе принципов работы режимов оптимизатора, их сравнении, определении преимуществ и недостатков каждого из них, а также степени влияния различных факторов на построение оптимального плана выполнения запроса для каждого из режимов оптимизатора. При моделировании было доказано, что время отклика, накладные расходы и стабильность выполнения могут быть улучшены за счет применения верного режима оптимизатора. Результатом исследования является предоставление рекомендаций по выбору режима оптимизатора для конкретного случая.



МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ, ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Реляционная база данных картографических сцен с ассоциативной защитой
Аннотация
В данной научной статье представлен новый подход к организации и защите данных в реляционных базах данных картографических сцен. В предлагаемом подходе применяется ассоциативная стеганография, которая сочетает принципы стеганографии и криптографии для защиты информации. Предложенная методика основана на обработке и хранении картографической информации в векторном формате, а также на использовании SQL-серверов для организации защиты данных. Подробно описывается структура и свойства отношений в реляционной базе данных, включая различные типы объектов и картографических слоев, способы их представления и кодирования. Особое внимание уделяется структуре представления данных, мерам защиты, включая случайное расположение записей и использование ассоциативно-защищенного формата хранения для определенных атрибутов. Статья включает обсуждение отличий полнообъектной базы данных картографических схем с ассоциативной защитой от базы данных точечно-объектного типа, представляет анализ ошибок векторизации и их связи с качеством растровых данных. Данные исследования представляют интерес для специалистов в области геоинформационных систем, криптографии, информационной безопасности, а также для всех, кто работает с обработкой и защитой картографических данных.



Применение термографический модели лица в задачах идентификации и аутентификации
Аннотация
Задача. Данная статья является продолжением исследования, результаты которого опубликованы ранее [5], посвященного разработке алгоритма идентификации пользователя по термограмме лица с применением сиамских сверточных нейронных сетей. Цель работы состоит в разработке научно-методического аппарата по применению термограммы лица в задачах идентификации и аутентификации и, в частности, проведении дополнительных экспериментов для полученных ранее результатов. Аналогичные работы встречаются у российских [11–14] и зарубежных [1–4; 6–10; 15–17; 19; 20] авторов, что свидетельствует об актуальности темы исследования. Модель. В статье описан программно-аппаратный комплекс для проведения экспериментальных исследований, на котором происходит проверка выдвигаемых гипотез, кратко описаны несколько алгоритмов: алгоритм извлечения квазистатических точек на термограмме лица человека, алгоритм идентификации по 2D-изображению лица пользователя, алгоритм комплексной оценки результатов идентификации пользователя по термограммам и 2D-изображениям лица. Особенность представленных в данной работе алгоритмов заключается в их способности к обобщению динамических условий, воздействующих на изображение лица в инфракрасном свете. Необходимо отметить, в данной работе не учитывается процесс хранения биометрических данных. Выводы. Разработанный программно-аппаратный комплекс подтверждает применимость алгоритма, основанного на сиамских сверточных нейронных сетях для решения задачи идентификации пользователя по термограмме лица. Также, результаты экспериментов подтверждают эффективность выделения квазистатических областей, и точность определения признаков, выделенных с использованием разработанной нейронной сети, составляет 86,41%. В отношении задачи повышения эффективности идентификации в динамических условиях, предлагается метод объединения результатов, полученных с помощью двух алгоритмов идентификации (термограммы и 2D изображения). Наиболее эффективным показал себя метод стекинга, основанный на алгоритме логистической регрессии. Этот метод обеспечивает удовлетворительные показатели ошибок первого и второго рода, составляющие 6,61 и 5,63% соответственно. В ходе сравнительного анализа алгоритмов идентификации на основе 2D-изображений лиц пользователей, наиболее эффективным считается алгоритм FaceNet. Рамки использования/возможность последующего использования результатов научной работы. Идеи и тезисы, отраженные в представленной работе, могут быть использованы как основа для дальнейших исследований в области биометрической идентификации с использованием изображений лица в ИК диапазоне, а также при совершенствовании алгоритмов идентификации, развитии методов формирования наборов данных, систем контроля и управления доступом. Практическая значимость. Полученные результаты исследования могут быть использованы в составе систем управления и контроля доступом для повышения эффективности многофакторной биометрической идентификации. Использование представленных алгоритмов, возможно в местах, где предписано обязательное ношение средств индивидуальной защиты (медицинские учреждения, объекты опасного производства и так далее) для автоматической идентификации личности работников. Оригинальность/ценность. Данная работа несет ценность в рамках образовательных целей, развития моделей и алгоритмов идентцификации по биометрическим признакам и систем видеоаналитики.



Ассоциативная защита числовых сведений в текстовых документах с применением библиотеки Parallel Framework платформы .NET
Аннотация
В статье рассматривается разработка и анализ приложения, предназначенного для защиты числовых данных в текстовых файлах с использованием ассоциативного механизма защиты данных. Приложение, основанное на платформе .NET и использующее библиотеку Parallel Framework, было подробно протестировано для оценки эффективности многопоточной обработки данных и применения регулярных выражений для извлечения числовой информации из текста. Результаты показали, что применение параллельной обработки может значительно увеличить производительность, достигая двукратного ускорения на многоядерной аппаратной платформе. Вместе с тем, статья подчеркивает и анализирует некоторые сложности и ограничения, связанные с параллельной обработкой, включая блокировку пользовательского интерфейса, необходимость обеспечения потокобезопасности, а также особенности работы с регулярными выражениями в многопоточном режиме. Обсуждаются возможные направления для дальнейшего улучшения приложения. Проведенное исследование имеет практическую ценность для развития параллельных методов обработки данных в контексте защиты информации.



НАНОМАТЕРИАЛЫ
Исследование свойств функциональной керамики, синтезированной модифицированным карбонатным методом
Аннотация
Данная статья исследует свойства функциональной керамики, синтезированной с использованием модифицированного карбонатного метода. Авторы предлагают и разрабатывают новые методы керамической технологии для масштабирования процесса получения керамических нанокомпозитов. В работе описывается метод синтеза порошков керамических композитов, основанный на использовании карбонатов в качестве исходных компонентов. Получение и изучение нанокомпозитных материалов считаются важными шагами в развитии передовых технологий. Разработанный керамический материал обладает способностью генерировать импульсное излучение в дальнем инфракрасном диапазоне, что находит применение в различных областях, включая медицину, инжиниринг, стерилизацию и сушку при низких температурах, а также обработку сельскохозяйственной продукции. Также отмечается потенциал данного материала для использования в оптических материалах, катализаторах, электронике и других областях.



Идентификация и экстракция параметров фотобетаэлементов экспериментальными данными
Аннотация
Статья обобщает методику идентификации и экстракции электрофизических характеристик солнечных элементов для различных моделей на основе экспериментальных данных и эквивалентных одно-, двух-, трех-диодных схем. Предложена методика на основе компьютерного моделирования в аналитической системе Wolfram Mathematica и в системе компьютерной алгебры Mathcad. Методика позволяет сравнивать теоретические и экспериментальные данные и работать с различными моделями в обоих направлениях – от эксперимента к теории и наоборот. Также были проведены экспериментальные работы по созданию солнечных элементов на базе пористого кремния с просветляющими покрытиями (ZnS, DyF3, ZnS + DyF3) и с гетеропереходами SiC/Si. Проведены измерения ВАХ и ВВХ экспериментальных фотопреобразователей, а также их поверхностные сопротивления со сторон легирования фосфором и бором по формированию p-n-перехода. Главной целью исследования является разработка методологии оптимизации солнечных элементов и представление методов моделирования и анализа, которые могут быть использованы в разработках фотобетапреобразователей для обеспечения максимальной мощности.


