IV. ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

27. Теория информации, научные основы информационно-вычислительных систем и сетей, информатизация общества

Исследованы актуальные научно-методологические, семиотические и философские аспекты информатики как фундаментальной науки. Разработаны концептуальные основы изучения оснований информатики в системе подготовки научных кадров.

Разработана методика и критерии для проведения экспертизы и оценки цифровых ресурсов в коллекции экспертами и учителями-практиками, а также схема мониторинга функционирования коллекции цифровых и информационных образовательных ресурсов.

Разработаны прямые символьные вычислительные методы составления и численного интегрирования для типовых стохастических систем. (ИПИ РАН)

Разработана и промоделирована сигнально-кодовая конструкция, предназначенная для использования в сверхширокополосных подвижных системах связи с кодовым разделением абонентов, образующая множество независимых каналов связи с гарантированным качеством связи, устойчивое к обнаружению и практически неподавляемое как заградительной, так и следящей помехой.

Установлено, что для моделей среднего поля широкого класса коммуникационных сетей пуассоновская гипотеза выполняется при достаточно малых внешних нагрузках. Была также доказана равномерная экспоненциальная оценка на стационарные распределения всех допредельных конечных сетей. Получены явные априорные оценки точности аппроксимации совместного спектрального радиуса нормами произведений матриц из рассматриваемого набора, а также предложены две итерационные релаксационные процедуры для численного нахождения совместного спектрального радиуса.

Решена знаменитая задача, стоявшая с 1953 года: доказано существование неклассических
(не гладких) решений для равномерно эллиптических уравнений второго порядка, начиная с размерности 12. В размерностях 24 и выше доказано существование решений равномерно эллиптических уравнений, имеющих неограниченные вторые производные. Результат, полученный на стыке алгебры и анализа, опроверг общепринятую гипотезу и изменил видение человечеством этой, важной для теории и приложений, области математики.

Разработан комплекс аналитических и машинных моделей для проектирования и сравнительного анализа различных вариантов реализации основных компонент Wi-Fi Mesh технологии: новых методов маршрутизации, координации работы mesh-устройств и алгоритмов использования нескольких каналов для резкого повышения пропускной способности mesh-сетей. Предложен ряд решений, включенных в текущий вариант стандарта Wi-Fi Mesh. Получены два патентоспособных результата, которые легли в основу предложений, внесенных в комитете международного Института IEEE по стандартам локальных и городских сетей передачи данных. (ИППИ РАН)

Разработана концепция и программные средства поддержки безопасности пациентов и контроля качества лечения. Используемые подходы: использование стандартов оказания медицинской по­мощи и лечебно-диагностических карт в лечении пациента; реали­зация системы контроля лечебного процесса, которая фиксирует имеющиеся в технологическом процессе отклонения и позволяет провести всесторонний анализ этих отклонений.

Разработана концепция обеспечения информационной безопасности при функционировании медицинских информационных сис­тем: медицинская информация проанализирована на наличие све­дений ограниченного распространения; разработана типовая модель угроз для рассмотрения при защите медицинских информационных систем; разработаны алгоритмы и методы построения под­системы информационной безопасности МИС.

Разработана процедура адаптации к региональному уровню индекса развития человеческого потенциала. Формализована зависимость между ущербом от загрязнения и затратами на очистные мероприятия, дана оценка экономической эффективности природоохранной деятельности.

Построены экономико-математические модели прогноза расширения застройки водоохранных зон, а также модели прогноза вызванных этим процессом изменений экологического состояния водного объекта и стоимости береговой дачно-коттеджной недвижимости. (ИПС РАН)

Выполнен анализ массива статистических данных, которые накопились после очередных федеральных выборов, и выявлены тенденции, влияющие на проведение избирательного процесса. Выполнен анализ метода распознавания символов, основанного на полиномиальной регрессии, при распознавании рукопечатных цифр. Введены понятия мелко-, средне- и крупномасштабных явлений при описании данного метода распознавания. Показано наличие структур на средне- и крупномасштабном уровнях.

Для хранилищ данных различных типов, в которых хранимые объекты описаны в формате XSD-схемы, реализована простая для конечного пользователя система запросов, со сколь угодно сложными условиями поиска. При этом пользователь не обязан знать специфику хранения данных. Реализованы поисковые машины, выполняющие запрос в формате XPath, для СУБД НИКА и MS SQL Server 2005.

Сформулированы принципы создания интегрированной сетевой инфраструктуры в научных сообществах. Проанализированы сетевые институциональные средства информатики сообществ, обеспечивающие коммуникации в виртуальном пространстве. Описана динамика коммуникационной инфраструктуры как общего виртуального рабочего пространства исследовательских групп.

Для объектов транспортной инфраструктуры показано, что главным и трудно предсказуемым источником опасности является противоправная террористическая и криминальная деятельность отдельных людей, террористических или преступных групп и сообществ, а в отдельных случаях и государств. Предложена процедура построения модели угроз, которая является исходным моментом построения системы обеспечения безопасности, где каждому возможному способу реализации каждой угрозы сопоставляются меры его нейтрализации.

Построены ситуационно адаптированные варианты системно-диагностической информационной технологии и конкретные примеры ее применения для диагностики функционирования различных типов пространственно распределенных организационных структур, даны рекомендации по выбору приемлемых для целей проводимого анализа виды, источники, методы обработки и формы представления соответствующей информации. (ИСА РАН)

Исследованы комбинаторные свойства конечных групп, связанные с быстрыми алгорит-

Проведено моделирование температурных полей печатных плат. Исследовано влияние промежуточного высокотеплопроводного слоя на температурные поля многослойных печатных плат.

Проведено исследование и расширение функциональных возможностей современных технологий функциональной верификации логических проектов.

Разработана и апробирована методика функциональной верификации логических проектов.

Завершена разработка версии 1.0 учебной системы программирования для платформ MS Windows и Linux; создан макет автоматизированной системы дистанционной верификации заданий. (НИИСИ РАН)

Разработаны технология и система мониторинга состояний сложных технических объектов, позволяющие непрограммирующему пользователю проводить в интерактивном или автоматическом режиме фильтрацию и интеллектуальный анализ разнотипных данных и знаний об их состоянии, а также осуществлять в реальном масштабе времени обработку сверхбольших объемов измерительной информации при наличии в ней некорректных, неточных и противоречивых данных. (СПИИ РАН)

Разработана концепция использования нелинейного мажоритарного уплотнения двоичных сигналов для целей создания турбокодов при постоянном и переменном числе каскадов уплотнения, а также концепция технической реализации программ криптографической обработки данных. (ЦИТП РАН)

28. Системный анализ, искусственный интеллект, системы распознавания образов, принятие решений при многих критериях

Разработаны механизмы интерпретации сообщений на символьных моделях систем понятий в человеко-автоматной среде и методы символьного моделирования систем знаний, рассчитанных на поддержку исследовательской и образовательной деятельности.

Разработаны микроуровневые представления методов из ограниченного перечня классов с использованием триады «язык – модель – процедура». Выполнено моделирование мелкозернистых гибридных интеллектуальных систем в аксиоматической теории ролевых концептуальных моделей.

Разработана инструментальная среда для создания и корректировки ДЕКЛ-программ, обеспечивающая возможность быстрой корректировки программ лингвистического процессора (создание и корректировку предметных каталогов, ввод новых лингвистических знаний).

Разработаны методы анализа и оценивания в гибридных стохастических системах со случайной структурой.

Разработана структура механизма формирования поискового запроса по критерию «цель поиска» и словари 1–3 уровня для формирования такого типа запроса.

Разработан инструментарий (Унификатор информационных моделей) отображения различных информационных моделей в каноническую модель. Разработаны архитектура и основные средства унификатора, методы создания адаптеров неоднородных информационных ресурсов с целью их интеграции и совместного использования.

Отрабатывались методы организации решения задач над интегрированным множеством распределенных информационных ресурсов. Средства, основанные на концепции предметных посредников, были успешно применены к решению задач поиска далеких галактик, классификации затменных двойных звезд, созданию модели межзвездного поглощения.

Создана информационная, алгоритмическая и технологическая модели метода генерирования отпечатков цветных изображений в индивидуальной пользовательской палитре.

Построена концептуальная модель фасетной навигации в электронных коллекциях информационных объектов. Определены требования к характеристикам фасетной навигации и процедурам динамического построения элементов навигации. (ИПИ РАН)

Найдены значения минимальной необратимости двухпоточного теплообмена в зависимости от гидродинамики потоков. Найдена оценка снизу минимальной необратимости для сложных многопо­точных систем теплообмена. Получены условия, при которых нижняя граница для диссипации энергии в системах многопоточного теплообмена может быть достигнута. Доказано существование функции благосостояния для векторного ресурса и исследованы свойства этой функции. Исследованы процессы установления равновесия в замкнутой системе экономических агентов и показано, что в отличие от термодинамических систем состояние равновесия не единственно. Исследовано влияние валютной биржи на равновесие ЭА. Исследованы возможности извлечения капитала в замкнутой системе при наличии и при отсутствии валютной биржи.

Разработаны и исследованы экспериментальные модели фильтрации и сжатия целевой информации на основе математического аппарата искусственных нейронных сетей (ИНС), выявлены их преимущества и недостатки. Разработана модель для проведения исследований различных схем пакетной буферизации и сжатия кадров интегрированных потоков телекомандной информации. Приведены экспериментальные исследования разработанных схем и выполнено их сравнение с учетом времени, коэффициентов сжатия и сложности реализации. Даны конкретные рекомендации для обоснованного выбора алгоритмов обработки, сжатия и кодирования целевой и телекомандной информации в командно-измерительной системе космического назначения.

Реализована программная система для распознавания графических образов на основе искусственных нейронных сетей «ПС ИНС», функционирующая на кластерных вычислительных устройствах (КВУ) семейства «СКИФ» и предназначенная для оперативной обработки космических снимков и данных телеметрии.

Разработаны и экспериментально проверены алгоритмы построения простых правил распознавания текстовых ситуаций.

Проведены эксперименты по использованию машинного обучения для построения правил, обрабатывающих нелинейные структуры – графовые представления интервальной разметки линейных данных. Для эффективного выполнения трансформаций разработаны оригинальные алгоритмы предобработки правил трансформации и подготовки вспомогательных структур в ресурсе знаний.

Исследован класс динамических интеллектуальных систем, основанных на правилах. Специфицирован язык декларации принципа абстрагирования. Разработан прототип планировщика, использующего выявление значимого контекста (абстрагирование) для повышения производительности. Выявлена проблема отсутствия адекватных мер сложности для задач планирования. Продемонстрирована воз­можность аналитически рассчитывать сложность как размер пространства состояний для задачи BlocksWorld.

Исследованы отношения эквивалентности, на множестве ресурсов сети Петри. Рассмотрена применимость отношений эквивалентности ресурсов в задачах адаптивного управления.

Проведен анализ открытых сетевых сервисов, на базе которых может быть построено личное и групповое обучающее пространство. Сформулированы требования и ожидания, которые высказы­вают к учебному пространству различные категории пользователей. Созданы типологии средств, которые могут быть использованы для организации личного и группового учебного пространства. Изучены интеграции различных типов учебных оболочек – на примере MediaWiki и Moodle. Разработаны и внедрены средства семантического анализа, позволяющие проводить автоматическую классификацию сообщений, публикуемых внутри учебной оболочки. Внедрены расширения учебной оболочки в деятельность сетевого сообщества. Проведена локализация мультиагентной обучающей среды Scratch на русском языке. Разработаны программные средства, позволяющие вести анализ динамики коллективной работы в среде МедиаВики. Предложены параметры, которые позволяют оценивать жизнеспособность и устойчивость группы внутри МедиаВики. Исследованы возможности интеграции различных типов учебных оболочек для организации учебных портфолио. (ИПС РАН)

Разработан интерактивный метод ИСКРА (Иерархическая Структуризация Критериев и Атрибутов), обеспечивающий последовательное снижение размерности пространства, образованного дискретными качественными (вербальными) признаками. Различные комбинации признаков разного уровня иерархии рассматриваются в методе как многопризнаковые объекты, последовательно агрегируемые на основе предпочтений ЛПР в составные критерии с небольшими вербальными шкалами.

Разработаны основы теории нового класса интеллектуальных систем – управляемых динамических систем, основанных на правилах. Для таких систем исследованы методы синтеза стабилизирующего управления, найдены критерии стабилизации, разработаны стратегии синтеза стабилизирующего управления, исследованы особенности множеств правил и архитектура баз знаний таких систем, исследованы методы и разработаны стратегии синтеза стабилизирующей обратной связи. Предложен алгоритм автоматического синтеза плана поведения таких систем, позволяющий строить близкий к оптимальному план за ограниченное время и улучшать его до оптимального при достаточном запасе времени.

Получены новые конфликтные равновесия, позволяющие совместно с уже известными равновесиями находить в большинстве статических и динамических конфликтных задач единственное наисильнейшее равновесие. В частности, найдены три новых понятия конфликтного равновесия, позволившие находить единственное наисильнейшее равновесие в любых игровых задачах (антагонистических, некооперативных и кооперативных, как статических, так и динами­ческих) в тех случаях, когда найти единственное наисильнейшее равновесие не удавалось с помощью всех ранее известных понятий игрового (конфликтного) равновесия.

Сформированы концептуальные положения по определению эффектов, учитываемых при оценке общественной и бюджетной эффективности инновационных инфраструктурных проектов. Применительно к развитию новых магистральных сетевых объектов разработаны теоретические и прикладные модели оценки внеинфраструктурных эффектов (социальных, экологических, геополитических и др.) и внутри инфраструктурных эффектов (с учетом естественно-монопольной природы сетевых подсистем). (ИСА РАН)

Исследованы новые решающие правила и алгоритмы распознавания и анализа цветных изображений, основанные на использовании мер мультиколлинеарности и показателей сопряженности с подпространством, натянутым на векторы образов анализируемого класса.

Предложен алгебраический подход к построению вычислительно эффективного алгоритма над множеством алгоритмов линейной локальной фильтрации цифровых сигналов и изображений. (ИСОИ РАН)

Проведены исследования принципов построения распознающей системы на основе адаптивной сегментации видеографической информации. (НИИСИ РАН)

Разработана гибридная технология контекстно-ориентированного управления знаниями в гибких сетях ресурсов, характеризующаяся применением технологии управления контекстом и технологии профилирования пользователей и участников сети, что позволяет повысить оперативность принятия решений за счет выявления и использования актуальных на текущий момент знаний. В рамках технологии разработан новый метод контекстно-управляемого извлечения знаний из принятых решений (decision mining) для выявления предпочтений и группирования пользователей и участников сети на основе истории их работы. Все это позволяет существенно повысить оперативность и качество информационной поддержки взаимодействия участников виртуальных производственных сетей, групп мобильного реагирования и т.д.

Разработан язык моделирования открытых распределенных многоагентных систем, имеющих сервис-ориентированную архитектуру и позволяющих на практике реализовывать децентрализованный подход в системах управления. На основе языка создан экспериментальный прототип инструментальной среды MASDK 4.0, который обеспечивает поддержку всего жизненного цикла разработки прикладных многоагентных систем, визуальное проектирование их моделей, автоматическую генерацию программного кода на основе описания моделей и предназначен для широкого круга потенциальных пользователей. Поданы предложения на проведения ОКР для разработки индустриальной версии среды. (СПИИ РАН)

Разработана структура подсистемы поддержки принятия решений, основанная на комплексном использовании нейросетевых технологий для криптографической защиты информации. Предложена структура системы шифрования. Разработаны принципы диагностики глазодвигательного аппарата и отклонений бинокулярного зрения пациента посредством использования системы технического зрения. (ЦИТП РАН)

Разработан подход и методы автоматизации проектирования пользовательских интерфейсов программных систем. Его новизна и отличительная особенность по сравнению с существующими инструментами заключается в том, что методы автоматизации основаны на знаниях, знания могут расширяться за счет использования онтологий без изменения исходного кода инструментального средства, а также позволяют одновременно учитывать совокупность факторов (требований пользователей, контекста использования программного средства, требований юзабилити, стандартов разработки), что ведет к улучшению качества интерфейса при снижении требований к разработчику. (ИАПУ ДВО РАН)

29. Системы автоматизации, GALS-технологии, математические модели и методы исследования сложных управляющих систем и процессов

Разработана концепция формирования информационной среды предприятий машиностроения и функциональная инвариантная модель деятельности предприятия.

Разработана система автоматизированной поддержки информационных решений для создания и подготовки производства наукоемких изделий машиностроения.

Разработаны теоретические основы для аналитической обработки модельных представлений задачи.

Разработан метод трансформации параметрических моделей изделий в соответствии с фазами проектов. (ИКТИ РАН)

Разработан метод структурирования текстурированной поверхности 3D объектов, созданы информационная, алгоритмическая и технологическая модели метода.

Разработан классификатор индикаторов и других категорий показателей, используемый в процессе проектирования лингвистического обеспечения системы информационного мониторинга научно-исследовательских программ. Разработана методика вычисления конкордансных таблиц инновацион-ного потенциала направлений научных исследований.

Разработана система образных знаков для обозначения, индексирования и поиска в электронных библиотеках геоданных объектов гидросферы в соответствии с выбранной морфологической системой классификации объектов.

Определены максимальные потоки в сети с исходными нечеткими параметрами. Исследованы и синтезированы транспортные сети с учетом исходных нечетких параметров. (ИПИ РАН)

Выполнено исследование проблемы моделирования в рамках САПР СБИС нелинейных искажений радиотех­нических интегральных схем. Предложен вычислительный метод расчета нелинейных искажений, ориентированный на применение в схемных симуляторах.

В рамках направления смешанного моделирования схем наноэлектроники получены модели и проведено моделирование передаточных характеристик для схем на одноэлектронных приборах. Разработана библиотека макромоделей фрагментов радиотехнических СБИС в стандартизованной форме VHDL-AMS описания, обеспечивающая многоуровневое представление объекта на различ­ных этапах цикла проектирования в системах автоматизации. (ИППМ РАН)

Сформулированы новые правила преобразования управляемой системы с неограниченным скоростным годографом к системе меньшего порядка, называемой производной, посредством интеграла предельной системы, описывающей поведение исходной при импульсных (практически – достаточно больших) управляющих воздействиях.

Разработаны схемы линейно-квадратической аппроксимации задачи улучшения и синтеза целевого управления, применимые для реализации импульсного скользящего режима, соответствующие алгоритмы представлены высокоэффективными параллельными программами, апробированными на кластерах СКИФ в ИПС РАН.

Предложен приближенный подход к исследованию оптимального управления динамическими объектами путем аппроксимации их практических имитационных моделей аналитическими конструкциями, допускающими поиск приближенного глобального решения описанными выше методами последующим итерационным уточнением.

В терминах обобщенного решения волнового уравнения полностью решена серия задач граничного управления на конце струны смещением либо упругой силой, в частности, задача успокоения при наличии нелокальных условий, связывающих значения смещения или его производной в граничной точке струны с их значениями во внутренней точке.

Для задачи об оптимальном движении мобильного робота на плоскости получены: параметризация экстремалей, описание непрерывных и дискретных симметрий, описание стратов Максвелла, соответствующих дискретным симметриям, верхние оценки для времени разреза. Для задачи Эйлера об эластиках разработаны алгоритм и программа вычисления глобально оптимальной эластики по заданным граничным условиям. Задача управления для трехмерных систем с двумерным линейным управлением решена точно в случае нильпотентных систем в нескольких классах управлений: для систем общего вида построен и апробирован алгоритм приближенного решения на основе нильпотентной аппроксимации.

Разработан алгоритм вычисления тензорных дифференциальных инвариантов, различающих орбиты в расслоении 3-джетов сечений естественного расслоения обыкновенных диффе-ренциальных уравнений вида y''=a(x,y)(y')³+b(x,y)(y')²+c(x,y)y'+d(x,y). Разработанные алгоритмы вычисления дифференциальных инвариантов апробированы на ряде примеров известных естественных расслоений, в частности, на примере расслоения почти-комплексных структур. (ИПС РАН)

Разработана теория и получены методы синтеза наблюдателя, восстанавливающего заданный линейный функционал от фазового вектора для линейной конечномерной управляемой системы со скалярным или векторным выходом. Решена задача о построении функционального наблюдателя с заданной скоростью сходимости для наиболее общего случая: векторного функционала состояния линейной динамической системы с векторным выходом. Получена оценка сверху минимальной размерности такого наблюдателя, верная для почти всех функционалов. Приведен новый алгоритм построения наблюдателя, реализующий эту оценку. Доказано, что возможно построение наблюдателя указанной размерности с почти любым устойчивым спектром.

Разработаны методы построения вероятностных характеристик парамакросистем и показано, что при некоторых значениях емкостей состояний вероятностные характеристики – функции распре-деления вероятностей и энтропии – становятся неунимодальными, что приводит к существованию счетного множества равновесных состояний. Разработан алгоритм поиска равновесного распределения автомобильных потоков в транспортной сети, обеспечивающий равномерную сходимость на отдельных элементах сети. Проведены численные исследования свойств алгоритмов, использующих суммарные значения потоков на элементах графа, и алгоритмов, использующих детализированное описание потоков на межрайонных путях.

Развита концепция регулируемости темпа старения индивидов путем перенастройки параметров управляющих систем организма под влиянием сигналов, поступающих на его сенсорные системы из среды обитания и (или) генетической модификацией этих систем.

Показано, что постпубертатное снижение базовой активности системы иммунитета позвоночных может быть связано с необходимостью регулируемого замедления роста в онтогенезе, а не с возрастным увяданием иммунной системы. (ИСА РАН)

Проведены исследования и получены новые результаты по теории представлений групп, возникающих в моделировании, по функциональному анализу и топологии, включая индукторные пространства, в задачах моделирования распределенных процессов. Развиты методы интегральной геометрии на расширенном классе пространств. Продолжена эксплуатация и анализ содержания базы данных медицинской информации в медицинских учреждениях. Проведено расширение базы данных и развитие методов анализа структур макромолекул.

Разработана новая технология и методика попиксельного расчета освещенностей виртуаль-
ных сцен в моно и стерео режимах. Исследованы и разработаны новые методы и алго-
ритмы моделирования движения и виртуальных объектов на основе скелетной анимации. (НИИСИ РАН)

Разработана концепция и технология построения интеллектуальных геоинформационных систем на основе сервисно-ориентированной архитектуры, в том числе и Web-сервисов. Это позволило разработать новую парадигму построения корпоративных информационных систем на основе трехуровневой модели обработки данных: гармонизация, интеграция и слияние данных. Уро­вень данных систем практически не ограничен: от уровня малого предприятия, учреждения или системы мониторинга до уровня региона. Полученные результаты апробированы в рамках, проводимых НИОКР, и готовы к серийному производству. (СПИИ РАН)

Показана возможность использования космических энергетических систем для воздействия на зарождающиеся тропические циклоны путем создания в них или в непосредственной близости от них, несамостоятельных электрических разрядов. (ЦИТП РАН)

Разработан метод построения изображений повышенного разрешения, основанный на оптимальном линейном прогнозе. Созданы алгоритмы повышения разрешения изображений движущихся объектов, основанные на оценивании параметров движения их фрагментов в трехмерном пространстве по видеопоследовательности.

На основе преобразования Конкордиа создана обобщенная математическая модель q-фазной синхронной явнополюсной машины, возбуждаемой от постоянных магнитов, в виде набора из нескольких двух- и одной однофазной машин. (ИАиЭ СО РАН)

Разработана система визуализации и интерактивного анализа пространственных физических полей синоптических объектов в задачах, связанных с исследованиями динамики атмосферы и океана. Система ориентирована на анализ динамики тропических циклонов по данным спутникового мониторинга. (ИАПУ ДВО РАН)

30. Нейро-информатика и биоинформатика, научные основы и применения

Разработаны модели многомодульных адаптивных систем управления на базе нейронных сетей и классифицирующих систем. (НИИСИ РАН)

Разработаны методы синтеза полимерных микрочастиц, однородно наполненных биоактивными компонентами. Исследована динамика лазерного испарения биотканей. Изучен биомеханический отклик роговицы глаза на локальную лазерную абляцию. (ИПЛИТ РАН)

Разработаны методики и алгоритмы оценки психосоматического статуса пациента. Методики основаны на одновременном измерении микродвижений лица, пульса и оценке тревожности с последующей совместной математической обработкой результатов измерений. Получены решающие правила вида «if-then» для определения заданного уровня ситуативной тревожности человека по со­четанию информативных параметров микровибраций его лица и пульсометрии с вероятностью ошибки не более 0.01. (СПИИ РАН)

Исследованы информационные модели социально-психологических, поведенческих и нейроиммунологических аспектов возникновения и развития нехимической зависимости. Созданы информационные методы немедикаментозного лечения наркомании и других маний. (ВЦ ДВО РАН)

31. Проблемы создания глобальных и интегрированных информационно-телекоммуникаци-онных систем и сетей. Развитие GRID технологий и стандартов

Разработаны алгоритмические представления когнитивной вершинной грамматики и создан эскизный вариант многоязычного лингвистического ресурса.

Исследованы свойства информационных процессов и проанализированы алгоритмы планиро-
вания и оперативного управления информационными процессами в системах распределенных вычислений.

Разработаны методики выбора технологий и реализующих их аппаратно-программных средств для построения телекоммуникационных сетей различного назначения, предложения по составу унифицированных телекоммуникационных модулей для них.

Разработан функциональный состав и программные средства реализации основных подсистем, входящих в состав современных систем управления.

Исследованы способы представления и спецификации протокольных автоматов для вычислительных сетей.

Исследованы и проанализированы возможности, предоставляемые системой MPC8360E-MDS, разработаны модули управляемого маршрутизатора. (ИПИ РАН)

Разработан аппаратно-программный комплекс для гибридных инфокоммуникационных сетей – узел сенсорной сети.

Разработано програмное обеспечение для региональных инфокоммуникационных сетей и выполнена апробация его в системе телекоммуникаций «Ботик» (г. Переславль-Залесский): Nadmin – система автоматизации управления сетью и расчетов с абонентами; BotikMon – система мониторинга состояния сети и оповещения персонала о неисправностях; BotikMap – геоинформационная система, описывающая структуру инфокоммуникационной сети (каналы и оборудование) с привязкой к местности; BotikLook – инструмент анализа сетевого трафика пользователями сети с целью оптимизации использования сети и минимизации расходов на оплату услуг сети. (ИПС РАН)

Разработана программная архитектура, которая позволяет концентрировать находящиеся в глобальной сети разрозненные вычислительные ресурсы для решения сложных вычислительных задач. Разработаны принципы организации решения задач оптимизации на распределенных системах, состоящих из разнородных по архитектуре и производительности вычислительных узлов, соединенных посредством Интернета. На основе этих принципов реализован комплекс программ BNB-Grid, позволяющий решать сложные задачи оптимизации в такой среде. (ИСА РАН)

Проведены исследования и реализованы методы измерения и обработки характеристик эффективности как элемента контролируемого выполнения распределенных разнородных аппаратно-программных комплексов реального времени.

Разработана программная архитектура информационно безопасной вычислительной системы на основе принципа разделения ресурсов по доменам, функционирующая на базе ОС реального времени. (НИИСИ РАН)

Разработаны модели резонансной фильтрации сигналов на высокодобротном резонаторе на поверхностных акустических волнах с перестройкой центральной частоты резонатора. (НТЦ УП РАН)

Разработана структура компилятора программ, составленных на языке программирования «ЯРД», не имеющем аналогов в мире. «ЯРД» является языком неалгоритмического типа, описывающим задачу в виде сети и обеспечивающим автоматическое распараллеливание программ в процессе решения задач в суперкомпьютерах и распределенных вычислительных системах (РВС), включая GRID-системы и метакомпьютеры. Программы на языке «ЯРД» могут разрабатываться в графической и текстовой форме, при этом программист не обязан ничего знать о структуре многопроцессорной системы, количестве процессоров и конфигурации связей между ними, что существенно упрощает программирование параллельных процессов в РВС. (СПИИ РАН)

Создание информационно-безопасных сетевых технологий для распределенных информационных систем, в том числе на основе мультипроцессорных вычислительных систем.

Методы и технологии распределенных вычислений на основе коммуникационных модулей с динамической архитектурой, включающих средства информационной защиты персональных компьютеров в сетях и Grid-системах от несанкционированных воздействий. (ВЦ ДВО РАН)

32. Архитектура, системные решения, программное обеспечение и информационная безопасность информационно-вычислительных комплексов и сетей новых поколений, системное программирование

Исследованы и разработаны методы хранения и обработки слабоструктурированных (XML) данных. Разработана первая версия системы подготовки электронных версий энциклопедии на базе СУБД Седна. Система позволяет создавать и редактировать статьи энциклопедии, онтологии для классификации статей и метаданные статей. Разработана система поиска и навигации по электронной версии энциклопедии с возможностями произвольного сочетания полнотекстового поиска, поиска по атрибутам и навигации по онтологии. Система поддерживает навигацию по гипертекстовым ссылкам между статьями. Создана подсистема управления иллюстрациями.

Исследованы и разработаны технологии параллельного программирования, обеспечивающей кроссплатформенную разработку и учитывающей особенности современной аппаратуры. В ходе выполнения работ был создан итеративный технологический процесс разработки параллельных программ в среде ParJava, базирующийся на модели параллельной программы и возможности ее интерпретации, что позволило перенести большую часть разработки на инструментальный компьютер. Процесс обеспечивает итеративную разработку параллельных программ и поддержан инструментальными средствами, входящими в состав среды ParJava и среды разработки программ Eclipse. Использование технологического процесса позволяет значительно сократить период отладки и доводки параллельной программы и обеспечить более комфортные условия для прикладного программиста. Технологический процесс апробирован на различных классах приложений.

Разработаны оптимистические стратегии управления данными в перспективных прикладных интегрированных системах. Проведена апробация предложенного модельно-ориентированного подхода к управлению прикладными объектно-ориентированными данными на основе оптимистической репликации и связанных с ним методов распределенного реплицированного хранения данных, методов сопоставления и нечеткого сравнения реплик данных, методов семантического анализа, декомпозиции и реконсиляции трансакций, а также методов логического вывода, приводящих к корректным и содержательным политикам согласования дивергентных реплик. (ИСП РАН)

Исследованы вопросы стандартизации методов описания и взаимодействия информационных ресурсов. Выполнена модернизация методов формирования и интеграции разнородных компонентов ведомственных информационных систем на основе сервис-ориентированных архитектур.

Разработаны принципы, ресурсосберегающие модели и технологии эксплуатации крупно-масштабных территориально-распределенных мультисервисных информационно-телекоммуникацион-ных систем.

Разработан регламент перевода обработки информации на резервирующий ВЦ систем коллективной обработки информации, обеспечивающий высокую доступность информационных ресурсов.

Предложена структура гибридного варианта реализации архитектуры рекуррентного процессора для сигнальной обработки: мультиядерный вариант исполнения операционного уровня на базе рекуррентного подхода и самосинхронной схемотехники и мультитредовый вариант исполнения управляющего уровня в виде синхронного процессора средней производительности с фон-неймановской архитектурой.

Рассмотрена архитектура средств, решающих типовые для систем хранения данных задачи и удовлетворяющих требованиям масштабируемости и надежности. Реализован масштабируемый отказоустойчивый рекурсивный распределенный обход дерева с помощью алгоритмов, допускающих распараллеливание и являющихся отказоустойчивыми.

Разработаны математические модели логической верификации вычислительных систем на основе аппарата алгоритмических машин состояния, а также модели оценки вероятностных характеристик устойчивости к сбоям на уровне конечных автоматов. (ИПИ РАН)

Разработаны и реализованы программные инструментальные средства для создания распределенной среды исполнения веб-приложений, которые позволяют организовать высокоэффективную среду для исполнения веб-приложений, реализованных на языке программирования С++. Разработаны и реализованы программыне инструментальные средства для создания активных хранилищ для больших объемов данных. Объединение возможностей параллельной файловой системы Lustre и системы автоматического динамического распараллеливания Т-системы (библиотеки T-Sim) позволяет создать прототип распределенного ар­хива изображений – активного хранилища, в котором обработка данных происходит на тех же узлах, где они хранятся, и обеспечить автоматическую балансировку нагрузки на узлах кластера.

Предложены две модели параллельных вычислений на базе функционального языка РЕФАЛ Плюс. Разработан прототип реализации параллельной версии языка РЕФАЛ Плюс для последовательных вычислительных машин.

В рамках принципов разработки суперкомпилятора типизированного функционального языка программирования LFC реализованы (на языке РЕФАЛ-5) парсер и интерпретатор языка LFC.

Выполнено развитие метода верификации как параметризованного тестирования: проведен ряд удачных экспериментов по верификации параметризованных протоколов с условиями глобальной корректности: MOSI cache coherence protocol, модели протоколов P/C, 2P/2C взаимодействия между потоками многопоточных/многонитевых (multithreaded) Java-программ.

Осуществлен перенос интерпретатора РЕФАЛ-5 и суперкомпилятора SCP4 под операционную систему Windows Mobile 5.0.

Модифицирована программа «Думатель», которая способна автоматически проверять несложные проверочные условия для программ, написанных на языке равенств. (ИПС РАН)

Реализована макетная версия библиотеки обработки сигналов и изображений, оптимизированная для нестандартной архитектуры универсального суперскалярного микропроцессора.

Произведена интеграция эмуляторов микропроцессоров и эмулятора коммуникационной системы с целью отработки языка описания конфигураций вычислительной системы на базе коммутируемых каналов.

Разработана программная архитектура систем генерации программ для приложений реального времени.

Разработаны методы повышения надежности систем реального времени. (НИИСИ РАН)

Разработан проактивный подход к защите от сетевых червей и вирусов, основанный на комбинировании различных механизмов обнаружения и сдерживания сетевых червей и автоматической настройке основных параметров механизмов защиты в соответствии с текущей сетевой конфигурацией и сетевым трафиком, отличающийся использованием нескольких интервалов времени наблюдения сетевого трафика и применением различных порогов для отслеживаемых параметров, а также многоуровневым комбинированием алгоритмов обнаружения в виде системы базовых классификаторов. Такой подход существенно повышает показатели обнаружения и сдерживания сетевых червей и вирусов. (СПИИ РАН)

Разработана архитектура и системы команд масштабируемых многомодульных векторного и скалярного процессоров для мультиархитектурной вычислительной суперсистемы. (ФТехнолИ РАН)

Предложена модификация численно-аналитического обобщенного метода Ньютона-Канторовича с использованием в качестве аппроксимации невязок смещенных ортогональных многочленов Чебышева. Разработаны зарядовые модели активных приборов для системы моделей SPICE. (ЦИТП РАН)

33. Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров, материалы для микро- и наноэлектроники, микросистемная техника, твердотельная электроника

Разработаны эффективные модели для анализа и оптимизации СБИС, обеспечивающие учет новых требований современных нанометровых технологий изготовления микросхем, гарантирующих существенное повышение качества проектирования за счет учета разнородной проектной информации. В отличие от известных подходов,  предлагаемый подход обеспечивает исчерпывающий анализ быстродействия схемы при различных входных воздействиях благодаря сочетанию логического анализа с детальным анализом задержек, емкостей и проводимостей на транзисторном уровне. Практическая значимость полученных результатов заключается в значительном ускорении процесса разработки сложных функциональных блоков заказных СБИС.

Разработаны новые модели и алгоритмы разрешения фазовых неопределенностей для одночастотных GPS\ГЛОНАСС приемников, обеспечивающие построение миниатюрных многоантенных навигационных систем реального времени с дециметровым уровнем точности определения относительных координат, габаритно-весовые и стоимостные характеристики которых значительно ниже характеристик традиционных навигационных систем, реализуемых на основе двухчастотных GPS\ГЛОНАСС приемников. Область использования: малая авиация, беспилотные самолеты, автомобили и т.п. (ИППМ РАН)

Экспериментально исследованы процессы взаимодействия среднеэнергетичных ионных пучков с поверхностью твердых тел, неоднородных локально и по глубине по химическому составу и структуре, при скользящих углах падения ионов (85-87° от нормали к поверхности). Установлено, что при энергии ионов ~ 1 кэВ и плотности ионного тока ~ 0,5 мА/см² за счет процессов физического распыления обеспечивается полная планаризация поверхности после удаления слоя материала толщиной ~ 1 мкм. Полученные результаты позволяют реализовать новый метод прецизионного послойного удаления материала, например, в интегральных микросхемах при разработке современных методов анализа отказов СБИС.

Разработан и апробирован оптимизированный технологический маршрут изготовления на основе структур «кремний на изоляторе» (КНИ) дискретных полевых датчиков Холла (ПДХ) с управляющей системой типа металл – диэлектрик – кремний – диэлектрик – металл и КНИ элементов обработки сигналов ПДХ. Определены схемотехнические решения и режимы полевого управления, обеспечивающие повышение радиационной стойкости КНИ ПДХ.

Разработан прoграммно-аппаратный комплекс для электронной литографии с модулями панорамной съемки-экспонирования и динамической фокусировкой на площади до 100100 мм и с разрешением литографии 20-30 нм на базе современного СЭМ фирмы Zeiss EVO-50 и программного обеспечения NanoMaker. Фактически это первый отечественный электронный нанолитограф. Технические параметры его такие же, как у европейских зарубежных аналогов, а цена почти на порядок меньше. (ИПТМ РАН)

Изучена зависимость подвижности электронов от расстояния между двумерным газом и поверхностью структуры в образцах РНЕМТ с квантовой ямой Al­GaAs/InGaAs/GaAs. Определены условия компенсации поверхностного потенциала за счет увеличения концентрации донорной примеси кремния при дельта-легировании.

Показано, что высокие электрические поля >10⁵ В/см и их градиенты, возникающие

Впервые в России разработана монолитная интегральная схема широкополосных малошумящих усилителей на базе 0,15 мкм GaAs Р-НЕМТ технологии ИСВЧПЭ РАН для диапазона частот от 4 до 14 ГГц.

Разработаны и изготовлены транзисторы с пробивным напряжением свыше 100 В, максимальной удельной мощностью не менее 3 Вт на один миллиметр длины затвора и предельной частотой усиления по мощности 100 ГГц.

Создана технология эпитаксиальных наногетероструктур InAlAs/InGaAs/InAlAs на подложках InP. Получены рекордно высокие подвижности двумерных электронов. На данных наногетероструктурах с использованием электронной литографии и трехслойной системы электронорезистов разработана технология формирования высокоскоростных РНЕМТ-транзисторов с грибообразной формой затвора и его длиной 180 нм с рекордно высокой крутизной 1000 мС/мм и плотностью тока стока до 650 мА/мм. (ИСВЧПЭ РАН)

Проведено исследование особенностей физических процессов в квантоворазмерных структурах кремний на изоляторе и моделирование основных электрофизических характеристик транзисторов, выполненных на данных структурах.

Оптимизирована архитектура мультипроцессорных вычислительных систем. Разработаны модели комплекта коммуникационных СБИС уровня RTL.

Разработаны и исследованы тестовые структуры для создания наноразмерных ячеек постоянных запоминающих устройств.

Разработаны технология и методы расчета шаблонов для получения субволновых структур.

Исследованы принципы построения и разработан блок вычисления элементарных функций специализированных СБИС. (НИИСИ РАН)

Разработаны способ и устройство для измерения комплексного показателя преломления терагерцовых поверхностных плазмонов методом асимметричной плазмонной интерферометрии. Составлен банк данных о спектрах поглощения органических и неорганических веществ в ТГц диапазоне.

Исследованы оксидные нанослои на металлах (алюминий, медь, титан, вольфрам) методами ПЭВ-спектроскопии. Подготовлен справочник «Низкочастотные (100-700 см^-1) спектры органических и биоорганических веществ».

Разработан и изготовлен макет малогабаритного оптоволоконного фурье-спектрометра. Разработанный прибор открывает широкие возможности мониторинга молекулярного состава веществ на расстоянии и в режиме реального времени.

Впервые разработан метод ИК фурье-спектрохолоэллипсометрии in situ как экспресс-метод получения необходимого полного набора спектров оптических параметров пленочно-поверхностных структур для задач нанотехнологий. (НТЦ УП РАН)

Разработана компьютерная модель низковольтного ионного микроскопа (FIB) принципиально нового типа, т.е. имеющего размер ионно-оптической колонны 5050120 мкм³, что ~ в 1000 раз по всем 3 измерениям меньше, чем у стандартного FIB. Для улучшения разрешения FIB впервые предложено использовать принцип миниатюризации колонны FIB и его ионно-оптических линз, что приводит к снижению геометрических аберраций, пропорциональному уменьшению размера линз

Теоретически показана возможность построения квантового регистра на ядер­ных спинах в антиферомагнетике с неоднороным внешнем магнитным полем, предложен общий формализм, позволяющий описать точность статистического восстановления квантовых состояний по экспери-ментальным данным как для чистых, так и для смешанных состояний, разработан новый метод стати-стиче­ского моделирования квантовых систем, основанный на генерации данных ме­тодом Монте-Карло.

Разработана квантовая модель полевого нанотранзистора в ультратонком (2-5 нм) слое кремния на изоляторе, разработана технология плазменно-иммерсионной ионной имплантации (ПИИИ)
для формирования ультрамелких р-п переходов в технологии микросхем с критическими размерами 22–32 нм, разработан метод вычисления трехмерных скрытых изображений с учетом топографии
фо­тошаблонов для 65-нм и 45-нм проектных норм для 193 нм – источника света.

Проведено теоретическое обоснование асимптотического поведения высокотемпературной намагниченности ансамбля наночастиц в слабом магнитном поле, обнаружено проявление этого эффекта в экспериментальных кривых намагничивания наночастиц никеля, теоретически исследованы атомные механизмы релаксации упругих напряжений в условиях гетероэпитаксиального роста, усовершенствована рентгеновская диагностика магнитных полупроводниковых гетероструктур с наноразмерными слоями.

Проведены исследования и разработана технология плазменных процессов форми­рования трехмерных микро- и наноструктур (микроакселерометры, переклю­чатели, микрогироскоп, микроконденсатор) и созданы экспериментальные приборы микро- и наносистемной техники на их основе. (ФТехнолИ РАН)

Теоретически и экспериментально исследованы AlGaInP и AlGaInN гетероструктуры с одной и несколькими (четырьмя) квантовыми ямами. Экспериментально исследованы в рамках классических моделей двойной инжекции вольт-амперные и люмен-амперные характеристики AlGaInP и AlGaInN гетероструктур. (ЦИТП РАН)

34. Опто-, радио- и акустоэлектроника, оптическая и СВЧ-связь, лазерные технологии

Проведено теоретическое исследование процесса наностереолитографии при одно- и двухфотонном инициировании полимеризации. Разработана технология изготовления методом лазерной стереолитографии биоактивных имплантатов из минерал-полимерных композиций.

Проведена разработка матричных элементов для тканевой инженерии и имплантации с управляемой биологической активностью и заданной архитектоникой.

Разработаны интегральные оптические устройства для терабитных волоконно-оптических линий связи на основе новых полимерных материалов с использованием субмикронных лазерных технологий. (ИПЛИТ РАН)

Обнаружен четный по намагниченности магнитооптический эффект при освещении светом перфорированных металлодиэлектрических гетероструктур, состоящих из металлической пленки c периодической системой щелей и диэлектрического слоя, намагниченного в плоскости.

Создана информационная технология проведения вычислительных экспериментов в нанофотонике, основанная на численном решении системы уравнений Максвелла, которая позво-

Исследована возможность создания управляемой динамической решетки на основе поверхностной акустической волны. (НИИСИ РАН)

Получены спектральные изображения удаленных объектов (дома, автомобили, деревья) при естественном освещении (ярком солнечном свете).

Разработана новая методика, позволяющая осуществлять измерения содержания в воздухе веществ-загрязнителей с более высокой точностью, а также включать в анализ большее число веществ.

Проанализированы возможные схемы построения стереоскопического микроскопа для получения спектральных изображений. Построение такого прибора позволит получать спектральные изображения и строить на их основе объемную картину распределения примесей (включений) в изучаемых микрообъектах.

Проведена отладка основных узлов акустооптического спектрометра с фазовой модуляцией. Доработано и отлажено базовое программное обеспечение. (НТЦ УП РАН)

Разработана математическая модель для расчета фотоэлектрических преобразователей энергии при использовании монохроматического излучения. Даны рекомендации по размещению энергетических космических модулей (ЭКМ) (источников энергии) и космических аппаратов (КА) (потребителей энергии) при использовании геостационарных орбит (ГСО) для ЭКМ и близких к круговым и остро-эллиптическим орбит для КА.

Разработан структурный состав и требования к элементам оптоэлектронного атмосферного канала (ОАК) высокой надежности и низкой стоимости.

Разработана математическая модель волоконно-оптического преобразователя контроля влагосодержания светлых нефтепродуктов. (ЦИТП РАН)

35. Локационные системы

Разработана технология непрерывного мониторинга, предназначенная для реконструкции пространственно-временной структуры ионосферы и решения задач оперативного контроля высотного распределения и полной электронной концентрации ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник – Земля с использованием радиосигналов навигационных спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС в реальном масштабе времени. (ИРЭ РАН)

Создан каталог оперативных данных, получаемых со спутников SPOT 2/4. Для обеспечения доступа к каталогу через Систему передачи данных СО РАН организована многоуровневая система разграничения прав доступа с централизованной базой данных пользователей на основе LDAP-каталога СО РАН. Архитектура каталога позволяет обеспечить единую точку доступа к разнородным пространственно распределенным хранилищам данных, имеющих географическую привязку. (ИВТ СО РАН)

Проведен корреляционный анализ интенсивности чрезвычайных ситуаций природного характера и построены математические модели экстремальных геофизических склоновых процессов. Разработан алгоритм численной реализации математической модели паводкового процесса в период прохождения пика половодья и программно реализованы модули сопряжения с геоинформационной системой бассейна реки Баксан. Разработанные методы позволяют решать задачи мониторинга, прогнозирования, своевременного реагирования и информационно-аналитического обеспечения мероприятий, направленных на уменьшение неблагоприятных последствий катастрофических геофизических процессов. (НИИ ПМА КБНЦ РАН)

Создана исследовательская радиолокационная установка миллиметрового диапазона радиоволн, в том числе в области коротких мм, предназначенная для изучения когерентных свойств трасс распространения при использовании широкополосных сигналов и получения дальностных портретов различных объектов. Параметры установки обеспечивают последовательную или параллельную работу на длинах волн 8 мм и 3 мм и генерацию с помощью векторной модуляции широкого класса зондирующих сигналов с разрешением лучше 1 метра. (МГТУ)