Наукоємні технології

ОГЛЯД ТА АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА МОДЕЛЕЙ ОЦІНКИ ЯКОСТІ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ В ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМАХ

Роман Гамрецький , Віктор Гнатюк — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

Сучасні інформаційно-комунікаційні системи (ІКС) є фундаментом цифрового суспільства, забезпечуючи ефективну взаємодію між організаціями, клієнтами та технологіями. Актуальність дослідження зумовлена зростаючою складністю ІКС та необхідністю забезпечення високої якості програмного забезпечення (ПЗ), яке є їх основою. Традиційні моделі оцінки якості ПЗ, такі як ISO/IEC 25010, CMMI, McCall та інші, не завжди відповідають сучасним технологічним викликам, оскільки вони були розроблені в контексті раніше існуючих технологій і не враховують специфіку хмарних обчислень, мікросервісної архітектури, IoT та штучного інтелекту.

Постановка проблеми полягає в тому, що існуючі моделі оцінки якості ПЗ можуть бути недостатньо ефективними для повноцінного оцінювання якості сучасних ІКС. Вони не враховують критично важливі аспекти, такі як адаптивність до швидких змін, масштабованість у глобальному масштабі, інтеграція з різноманітними сервісами та системами, а також підвищені вимоги до безпеки в умовах зростання кіберзагроз. Це може призвести до зниження надійності та безпеки ІКС, що негативно впливає на бізнес-процеси та довіру користувачів.

Шляхи вирішення проблеми включають вдосконалення існуючих моделей або розробку нових, які б відповідали сучасним викликам та тенденціям. У статті проведено аналіз останніх досліджень і публікацій, де підкреслюється необхідність адаптації методів забезпечення якості ПЗ до специфіки телекомунікаційних мереж та ІКС, інтеграції безпекових аспектів, використання методів штучного інтелекту для автоматизації процесів оцінки якості, а також врахування користувацького досвіду та зручності використання.

Результати дослідження включають детальний аналіз існуючих методів та моделей оцінки якості ПЗ, таких як ISO/IEC 25010, CMMI, McCall, Boehm, Dromey, FURPS/FURPS+, GQM, ISO/IEC 9126, TQM та Six Sigma. Проведено порівняння цих моделей за критеріями, що є важливими для сучасних ІКС, включаючи надійність, продуктивність, юзабіліті, безпеку, масштабованість та інші. Виявлено, що жодна з існуючих моделей не повністю відповідає всім сучасним вимогам, що підтверджує необхідність їх удосконалення.

У висновках зазначено, що основними напрямами покращення є адаптація до новітніх технологій, інтеграція аспектів безпеки, фокус на користувацькому досвіді, автоматизація оцінки якості та застосування комплексного міждисциплінарного підходу. Рекомендовано розробку універсальних та адаптивних моделей оцінки якості ПЗ, які б забезпечували високу надійність, безпеку та ефективність ІКС в умовах динамічного технологічного середовища.

МЕТОД ЗМІШАНОГО СТЕГАНОКОМПРЕСІЙНОГО КОДУВАННЯ В ПОЗИЦІЙНО-ПОЛІАДИЧНОМУ БАЗИСІ

Дмитро Бараннік — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

В статті обґрунтовується те, що досягнення відповідних вимог в процесі організації відеоінформаційного забезпечення та політики інформаційної безпеки є важливим аспектом досягнення ефективності управління критичною інфраструктурою. Тут потрібно враховувати те, що відеоінформаційні ресурси одночасно можуть мати два функціональних призначення, а саме як: значима інформація з позиції ключового впливу на ефективність аналізу та прийняття рішень в КРІС та ОСД; контейнерів для приховування спеціальних відомостей в системах комплексного захисту інформації. Показано актуальність та критичність забезпечення конфіденційності (спеціальної) інформації з використанням етапу формування та/або передачі бортовими інфокомунікаційними системами в умовах воєнного стану. Показано, що конфіденційність в загальному випадку може забезпечуватись комплексним підходом. Для цього залучаються технології криптографічного захисту та стеганографічних перетворень (СТП). Водночас збільшується актуальність та значимість застосування СТП. В той же час для сучасних варіантів сумісного послідовного використання стеганографічних та компресійних перетворень існують такі недоліки. Звідси існуючи методи СТП не забезпечують вимог за показниками: швидкості прихованого у кодованому відеопотоці каналу вбудованих повідомлень; стеганографічної ємності; обмеження впливу на ефективність компресійного кодування; цілісність вилученої на приймальній стороні прихованої інформації; демаскування факту наявності вбудованих до ВС прихованих повідомлень. Таким чином, мета досліджень статті полягає у необхідності підвищення ефективності стеганографічних перетворень в процесі передачі стиснутого (кодованого) відеопотоку інфокомунікаційними мережами для заданих властивостей відеосервісів з використанням бортових ІКС. Створено метод змішаного стеганокомпресійного кодування на основі позиційно-поліадичного базису з маскуванням. Базові характеристики методу полягають у: створені стеганокомпресійних перетворень в змішано-маскованому базисі; реалізації двокаскадної кодово-компресійної імплементації доданого до стегано-позиційного поліадичного числа елементу прихованого повідомлення.

МОДЕЛІ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ОБСЛУГОВУВАННЯ В СИСТЕМАХ IP-ТЕЛЕФОНІЇ

Віктор Гнатюк, Іван Горбачов — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

У сучасному світі Інтернет-протокол (IP) став основним засобом передачі даних, включаючи голосові комунікації. IP-телефонія активно витісняє традиційні телефонні системи завдяки своїй гнучкості, економічності та можливості інтеграції з іншими сервісами. Зростання кількості користувачів Інтернету, розвиток хмарних технологій та впровадження VoIP у бізнес-процеси підвищують попит на надійні та якісні системи IP-телефонії.

Однак основними викликами для IP-телефонії залишаються такі чинники, як затримки передачі голосу, втрати пакетів, варіації джиттера та вразливість до перевантажень мережі. Нестабільна якість обслуговування може негативно впливати на досвід користувачів, особливо у корпоративних та контакт-центрах, де IP-телефонія є критично важливою для операційної діяльності. Враховуючи зростання вимог до якості голосового зв'язку та розвитку сервісів, які залежать від нього (відеоконференції, мультимедійні виклики тощо), питання підвищення якості обслуговування стає ще більш нагальним.

Таким чином, дослідження та розробка нових моделей і підходів до підвищення якості обслуговування в системах IP-телефонії є актуальним напрямком, який спрямований на забезпечення безперервної та якісної комунікації для користувачів у всьому світі.

У роботі здійснено дослідження існуючих моделей підвищення якості обслуговування в системах IP-телефонії та основних показників QoS в IP-телефонії, визначено підходи щодо удосконалення існуючих моделей підвищення якості обслуговування в системах IP-телефонії. Запропоновано розробку моделі гібридної оптимізації, яка буде поєднувати AI та машинне навчання для автоматичного налаштування та покращення якості зв'язку на основі реальних даних про навантаження та якість трафіку.

МЕТОД СТИСНЕННЯ СЕГМЕНТОВАНОГО ВІДЕОПОТОКУ В КЛАСТЕРИЗОВАНОМУ СПЕКТРАЛЬНО-ПАРМЕТРИЧНОМУ ПРОСТОРІ

Євгеній Єлісєєв — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

Показано, що в процесі суміщення різних технологій для побудови складних інфраструктурних систем виникають проблемні суперечності. Одою з таких є суперечність між окремими вимогами щодо надання інтелектуалізованих відеосервісів та забезпечення категорій їх безпеки та надійності функціонування. Особливо це стосується технологічних підходів, які використовують бездротові інформаційно-мережні технології в умовах наявності кібернетичних атак. В статі викладається те, що рішення такого типу суперечностей супроводжуються появою таких особливостей: збільшення складності відеоінформаційних потоків; підвищення рівня їх інформаційної інтенсивності; зростання піксельного об’єму відеокадрів. Звідси виникає питання щодо обмеженої можливості існуючих технологій обробки та кодування відеоданих в умовах забезпечення якості відеосервісів з залученням бездротових інформаційно-мережних систем. Відповідно аналіз продуктивності існуючих методів вказує на їх обмежені можливості щодо кодування складних потоків сегментованих відеоданих. Звідси постає потреба, щодо подальшого розвитку технологій та методів стиснення відеоданих. Варіант розвитку методів стиснення полягає в подальшому вдосконалені окремих технологічних етапів JPEG-сумісних платформ. Тут, як базовий пропонується обирати підхід, який заснований на скорочені надмірності в спектрально-параметричному просторі. Звідси пропонується застосовувати апарат перед-обробки потоку сегментованих даних. Це дозволяє визначити рівень складності контенту та провести етапи його кластеризації за побудови адаптивних перетворень щодо стиснення їх об’єму. В цьому напрямку необхідно використовувати технологію обробки сегментованого потоку відеоданих в уніфікованому спектрально-параметричному просторі. Розроблено технологію стиснення сукупності трансформант кластеру, базовими складовими якої є: формування спектрально-параметричного опису трансформанти; кластеризація загальної послідовності трансформант; представлення компонент структурних складових СПОТ в диференціально-нормованому просторі; двійкове блочне кодування за локально-монотонною стратегію кодового визначення; узагальнений кодовий опис послідовності трансформант.

МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНОГО ВЕЙВЛЕТ-БАЗИСУ ДЛЯ ОБРОБКИ МОВНИХ СИГНАЛІВ

Олександр Лавриненко — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

В роботі розглядається метод вибору оптимальної вейвлет-функції в якості базису вейвлет-перетворення. Існуючі підходи оптимального вибору материнської вейвлет-функції для обробки мовних сигналів побудовані на базі критерію мінімальної ентропії вейвлет-коефіцієнтів, мають один головний недолік, який полягає в тому, що ентропія характеризується лише розподілом імовірностей появи певних вейвлет-коефіцієнтів у мовному сигналі. Цей факт не дає змоги існуючий підхід вважати оптимальним, адже він не враховує показник точності реконструкції мовного сигналу за вейвлет-коефіцієнтами. Таким чином, розроблений метод визначення оптимального вейвлет-базису враховує не лише абсолютний показник ентропії, а й його вплив на реконструкцію мовного сигналу, який базуватиметься на знаходженні оптимального значення адаптивної порогової фільтрації вейвлет-коефіцієнтів мовного сигналу, де функціональною оцінкою похибки реконструкції сигналу слугуватимуть об'єктивні кількісні метрики – середньоквадратична помилка вхідного і обробленого сигналів, а також енергія вейвлет-коефіцієнтів до та після порогової обробки. У запропонованому методі показано алгоритм аналізу вейвлет-спектрів із різними вейвлет-функціями з метою оцінювання їхньої придатності для оптимальної обробки мовних сигналів у задачах фільтрації, стиснення, кодування, синтезу та розпізнавання мови. У результаті показано, що в задачі обробки мовних сигналів за допомогою вейвлет-аналізу найоптимальнішим є вейвлет Мейєра. У роботі представлено розроблений критерій оптимальності вибору породжувальної вейвлет-функції, в якості базису вейвлет-перетворення. Критерій ґрунтується на визначенні локальної енергетичної щільності розподілу частот вейвлет-спектра мовного сигналу та на можливості провести реконструкцію сигналу за допомогою оберненого вейвлет-перетворення з найменшою похибкою. Дослідження показало, що ефективність розробленого методу підвищилася на 20.5 %, або в 1.4 рази, на відміну від існуючого методу на основі критерію мінімуму ентропії – 52.1 %, і склала 72.6 %.

ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДУ БАГАТОШЛЯХОВОЇ МАРШРУТИЗАЦІЇ ТРАФІКУ В МЕРЕЖІ ІНТЕРНЕТУ РЕЧЕЙ

Сергій Чумаченко, Богдан Чумаченко, Марина Малоєд, Роман Одарченко, Юлія Бурмак — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

Балансування навантаження є процесом перерозподілу мережевого трафіку між кількома каналами з метою зменшення навантаження на перевантажені лінії зв'язку. Це досягається завдяки застосуванню протоколів багатошляхової маршрутизації, які мають можливість перенаправляти дані по альтернативних шляхах, що сприяє більш ефективній доставці інформації. Агрегація пропускної здатності, відома також як пулінг, полягає в процесі розподілу потоку даних на кілька потоків та їх маршрутизації через різні шляхи. Це дозволяє агрегувати або підсумовувати ефективну пропускну здатність, що особливо корисно в ситуаціях, коли вузол має кілька низькошвидкісних каналів, але потребує пропускної здатності, яка перевищує можливості окремого каналу. При формуванні групи маршрутів із різними технічними характеристиками розподіл трафіку відіграє ключову роль. Неправильний розподіл трафіку може призвести до зниження еквівалентної швидкості передачі даних. Тому необхідна методологія, яка враховує як вибір оптимального набору маршрутів, так і визначення коефіцієнтів розподілу трафіку на кожному з них.

Запропонований метод ґрунтується на принципах динамічного програмування для оптимального вибору підмножини маршрутів і визначення значень коефіцієнтів розподілу трафіку, що забезпечує їхню узгодженість із мережею. Результати імітаційного моделювання демонструють, що запропонована стратегія дозволяє значно підвищити ефективність використання мережевих ресурсів. У порівнянні з випадковим вибором маршрутів і рівномірним розподілом трафіку, швидкість передачі даних збільшується в середньому на 40%.

ОБГРУНТУВАННЯ ПІДХОДУ ДО ТЕХНОЛОГІЇ ТРАНСФОРМАЦІЇ ТА КОДУВАННЯ В СИСТЕМАХ ПРИХОВУВАННЯ ТА СТИСНЕННЯ ВІДЕОЗОБРАЖЕНЬ

Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

Обґрунтовується що класичні методи стиску реалізовані на платформі JPEG не враховують ступінь насиченості зображення. Надається пояснення щодо залежності часових витрат і коефіцієнту стиску від ступеню кореляції елементів зображення. Для підвищенні ефективності технології стиску запропоновано змінити роботу етапу перерозподілу елементів зображення з просторово-часової площини в спектрально-частотну. Обґрунтовано, що напрямок подальшого вдосконалення технологій стиску зображень стосується в підвищенні потенціалу щодо зменшення потрібного часу на виконання ортогонального перетворення під час обробки зображення. Обґрунтовано, що при обробці сильнонасичених зображень кусково-постійними функціями відбувається суттєве зменшення кількості задіяних арифметичних операцій в порівнянні з синусно-косинусним перетворенням.

ПРО ОЦІНКУ ЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ПОЛЬОТНОЮ ЕКСПЛУАТАЦІЄЮ В УМОВАХ НЕПОВНОЇ ІНФОРМАЦІЇ

Олександр Бондік, Ірина Зарубінська, Олександр Косогов — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

Нові вимоги до сучасних систем управління в наших високотехнологічних польотах вимагають адаптації критичних систем, особливо в умовах неповної інформації. Ця робота зосереджена на адаптації FOMS і представляє набір комплексних методів, які будуть використовуватися при розробці FOMS для підвищення їхнього рівня адаптації в умовах неповної інформації під час польотів. Ось чому оцінка ефективності системи управління польотами в умовах неповної інформації вимагає врахування ролі невизначеності, прогалин у даних та прийняття рішень у реальному часі.

Метою даної статті є представлення нового підходу до оцінки ефективності функціонування системи управління польотами авіакомпаній (FOMS) в умовах неповної інформації. Методи: у статті описується метод виконання, який підвищує ступінь адаптації FOMS авіакомпаній до функціонування в умовах неповної інформації, наприклад, метод оцінки впливу якості управління на продуктивність керованої системи за допомогою спеціального показника під назвою Ефективність FOMS EFMOS для оцінки цього впливу за допомогою змінних факторів впливу, пов’язаних із системою управління в рамках її стратегії управління. Результати: Аналітична модель впливу якості управління на ефективність FOMS авіакомпанії. Обговорення: Запропонований новий підхід дозволить підвищити ефективність функціонування FOMS авіакомпанії в умовах високого ступеня невизначеності та неповної інформації.

У майбутніх дослідженнях вивчатимуться сценарії, за яких дії з управління, такі як балансування навантаження та контроль допуску, можуть покращити та підтримувати продуктивність і ефективність FOMS.

ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ РОБОТИ ЗАСОБІВ НАВІГАЦІЇ В УМОВАХ ВПЛИВУ ЗМІН-НИХ ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ ЕФЕКТИВНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ РУХОМ ВОДНОГО ТРАНС-ПОРТУ

Олександр Сапронов, Владислав Шаранов — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

Водний транспорт завдяки розвинутої логістиці здійснює перевезення не обмеженого обсягу різнорідних вантажів. Тому, водний транспорт є одним із найбільших світових перевізників. У першу чергу це обумовлено розгалуженою мережею портів і морських шляхів, що дозволяє транспортувати вантажі на великі відстані, в тому числі міжконтинентальні. Тому, забезпечення глобального зв’язку має вирішальне значення для постачання вантажів у чітко встановлені терміни.

У роботі наведено технологічні аспекти поліпшення теплофізичних характеристик епоксикомпозитних захисних покриттів для захисту засобів навігації водного транспорту, які працюють в умовах впливу змінних зовнішніх факторів. Для формування епоксикомпозитних захисних покриттів використано епоксидний зв’язувач ЕД-20, який полімеризували твердником поліетиленполіаміном ПЕПА у співвідношенні: епоксидний олігомер ЕД-20 – 100 мас.ч. твердник ПЕПА – 10 мас.ч. Для підвищення теплофізичних властивостей полімерних матеріалів використовували біоцидний наповнювач триметоприм C₁₄H₁₈N₄O₃ (CAS: 738-70-5), за вмісту 5,0…30,0 мас.ч. На основі термогравіметричного (ТГА) та диференційно-термічного (ДТА) аналізу встановлено значення ключових параметрів, необхідних для визначення діапазону температур, при яких можливо експлуатувати розроблені епоксикомпозитні покриття призначені для захистку засобів навігації без зміни їх властивостей, зокрема: максимальна температура початку втрати маси становить – Т₀ = 609 К; відносна втрата маси – ε_m = 69 %; початкова температура екзоефекту – Т_n = 488 К; максимальне значення температури піку екзоефекту – Т_max = 550 К. Виконано математичний розрахунок значень енергії активації термічної деструкції для визначення стійкості до руйнування хімічних зв’язків при впливі температури. Доведено, максимальним значенням енергії активації, що становить E_а = 167 кДж/моль, характеризуються епоксикомпозитні покриття, наповнені триметопримом за вмісту 15,0 мас.ч., що свідчить про термічну стійкість наповнених епоксикомпозитних покриттів. Методом ІЧ-спектрального аналізу встановлено перебіг фізико-хімічних процесів термічної деструкції епоксикомпозитних покриттів, наповнених триметоприм.

На основі комплексних досліджень, з використанням ДТА-, ТГА-, ІЧ-спектрального аналізу і виконаного математичного розрахунку енергії активації доведено, що температурний діапазон експлуатації розроблених епоксидних покриттів не повинен перевищувати 488 К.

ПРИНЦИП РОБОТИ МЕХАНІЧНОГО ІНЕРЦІЙНОГО ІМПУЛЬСНОГО РУШІЯ

Борис Журиленко — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

Для переміщень космічних апаратів з космонавтами у космічному просторі на великі відстані необхідні ефективні системи двигунів та рушіїв для розгону апарату до потрібних швидкостей. Це, відповідно, зменшить час перебування космонавтів в умовах де є радіація та інші шкідливі впливи для їхнього здоров'я, і зменшить час перельоту. Багаторазові повітряно-космічні системи давно здаються перспективною заміною ракет. Однак, поки що неможливо створити корабель і організувати пілотовані міжзоряні польоти взагалі. На даний момент є безліч невирішених проблем, одна з яких це проблема вибору двигуна. Існує псевдонаукова концепція, яка пов'язана з інерційними рушіями і має дві протилежні думки: одна вказує на те, що такий рушій у замкнутій системі (наприклад, космічний апарат) побудувати не можна, а друга навпаки – можна, та наводяться моделі, що працюють у земних умовах, дія яких не завжди однозначно пояснюється. Хотілося б, щоб цю проблему було вирішено з наукового погляду. Але, якщо псевдонаукова концепція інерційного рушія хибна і можна побудувати такий рушій, то він вирішив би деякі проблеми, пов'язані з польотами, як у космосі, так і на Землі. За наявності такого рушія можна створити ідеальний космічний апарат, в якому використовувалися би електродвигун і імпульсний механічний інерційний рушій. Джерелом електричної енергії з тривалим терміном роботи для живлення електродвигуна могли би застосовуватися сонячні панелі або електрогенератор, що працює від атомного реактора. Протягом польоту маса космічного апарату практично не буде змінюватися. Мета статті – теоретично показати або спростувати можливість створення механічного інерційного рушія для перельотів у космічному просторі та земних умовах. В роботі з енергетичної точки зору, кількості руху та імпульсу сили теоретично розглянута можливість побудови імпульсного інерційного механічного рушія. В результаті виконаних теоретичних досліджень показані можливість та принцип роботи механічного імпульсного інерційного рушія для замкнутих систем, який, зокрема, може застосовуватися для розгону космічного апарату при міжпланетних перельотах, а також для космічних човнів з крилами. Слід зазначити, що лише практичні експериментальні дослідження у космосі можуть зняти статус псевдонаукової концепції з інерційного рушія.

ВИЗНАЧЕННЯ ЗАВАНТАЖЕННЯ СУДНА «ВАЖКИМ» ВАНТАЖЕМ У РЕЙСІ НА УМОВАХ ДОГОВОРА РЕЙСОВОГО ФРАХТУВАННЯ

Юлія Коскіна, Олексій Дрожжин, Ірина Тихоніна — Fri, 21 Mar 2025 00:00:00 +0200

Стаття присвячена визначенню порядку розрахунку кількості вантажу, яку судно може прийняти до перевезення (рейсового завантаження) у рейсі, який виконується на умовах укладеного договору рейсового фрахтування. Рейсове завантаження судна «важким» вантажем лімітується величиною його чистої вантажопідйомності у рейсі, яка багато у чому залежить від дедвейта судна у кліматичній зоні виконання рейса, що є наслідком вимог до безпеки виконання рейса відповідно до Міжнародної конвенції про вантажну марку. У статті подано загальний порядок розрахунку чистої вантажопідйомності судна, виходячи з різних величин розрахункових дедвейтів судна у різних кліматичних зонах виконання рейсу, порядок визначення яких також подано у статті. Наведено порядок визначення розрахункових дедвейтів судна як підстави для калькуляції рейсового завантаження для рейсів з однією та двома змінами вантажної марки. Запропоновано узагальнений алгоритм визначення чистої вантажопідйомності судна, реалізацією якого проілюстровано розрахунковими прикладами виконання розрахунків. Наголошено, що самі по собі результати розрахунки чистої вантажопідйомності мають виключно технологічний характер, оскільки лише оцінюють можливості судна прийняти до безпечного перевезення певну партію вантажу за кількістю. Наразі виконання рейсу на умовах договору рейсового фрахтування потребує співвіднесення отриманої розрахункової величини чистої вантажопідйомності судна на рейс із умовами щодо кількості вантажу. Вказана у рейсовому чартері як умова, що визначається фрахтувальником, вона також у певному сенсі лімітує можливості судновласника-перевізника перевезти певну кількість вантажу, встановлюючи мінімальний та максимальний розмір суднової партії. Розглянуто варіанти співвіднесення розрахункової чистої вантажопідйомності судна на рейс із кількістю вантажу відповідно до договору рейсового фрахтування, на підставі чого визначено можливі варіанти кількості вантажу, яка фактично буде перевезена у рейсі на умовах договору рейсового фрахтування.