«Системы и средства информатики»
Том 36, Выпуск 1, 2026г.

Оглавление | Об авторах

Аннотации и ключевые слова

Реализация самосинхронного регистра типа FIFO

• Ю. Г. Дьяченко  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, diaura@mail.ru
• Н. В. Морозов  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, nmorozov@ipiran.ru
• Д. Ю. Степченков  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, Stepchenkov@mail.ru
• Д. Ю. Дьяченко   Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, diaden87@gmail.com

Аннотация: Статья посвящена вопросам разработки интерфейса взаимодействия самосинхронных (СС) схем с синхронным и самосинхронным окружением, в частности буферному регистру приема данных типа FIFO (First Input First Output) - FIFO-регистру. Запросно-ответная дисциплина взаимодействия СС-схем с окружением, отсутствие глобального тактового сигнала и независимость их поведения от реальных задержек логических элементов приводит к ненормированному времени обработки входных данных. Время появления готовности результата на выходе СС-схемы определяется условиями окружающей среды и самими данными. Для повышения производительности вычислительной системы, включающей как синхронные, так и СС-устройства, целесообразно использовать FIFO-регистр для обмена данными и результатами их обработки. FIFO-регистр позволяет замаскировать несоответствие периодичности поступления входных данных и времени их обработки в СС-схеме. Рассмотрены особенности построения СС-FIFO- регистров, предложены варианты их реализации и проанализированы их потребительские характеристики. Обосновано, что по совокупности потребительских характеристик оптимальным решением является C-FIFO-регистр на основе гистерезисных триггеров: он обеспечивает максимальную производительность при незначительном росте аппаратных затрат, если емкость FIFO-регистра превышает четыре операнда.

Ключевые слова: самосинхронная схема; FIFO-регистр; аппаратные затраты; производительность; автоматизированное проектирование; логический синтез; конвертация

Вейвлет-нейросетевой синтез нелинейной многомерной байесовской оптимальной стохастической системы

• И. Н. Синицын  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, sinitsin@dol.ru
• В. И. Синицын  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, vsinitsin@frccsc.ru
• Э. Р. Корепанов  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, ekorepanov@frccsc.ru
• Т. Д. Конашенкова   Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, tkonashenkova64@mail.ru

Аннотация: Разработан новый метод и алгоритм синтеза оптимальной по байесовскому критерию (БК) нелинейной нестационарной многомерной стохастической системы (СтС) с применением нейросетевых технологий и теории вейвлет-канонических разложений (ВЛКР) стохастических процессов (СтП). Стохастическая система описывается нелинейными уравнениями В. С. Пугачёва для входного и выходного СтП системы. На вход системы подается многомерный входной сигнал в виде суммы полезного сигнала и аддитивной гауссовской помехи, независимой от случайных параметров полезного сигнала. На выходе системы требуется получить известное преобразование полезного сигнала. Гауссовская случайная помеха не зависит от вектора случайных параметров полезного сигнала. Распределение вектора случайных параметров задано. Предложена модель БК-оптимальной оценки выходного СтП в виде линейной комбинации входных случайных величин (СВ) с коэффициентами, заданными детерминированными векторными координатными функциями. Координатные функции представляются в виде вейвлет-разложений (ВЛР) по заданному базису вейвлетов с компактными носителями. Для нахождения неизвестных коэффициентов ВЛР координатных функций разработана архитектура многослойной вейвлет-нейронной сети (ВНС). Обучение ВНС с учителем осуществляется методом обратного распространения ошибки. Для оценки точности БК-оптимальной оценки выходного СтП получены формулы для математического ожидания, второго начального момента и дисперсии ошибки. Приведенные вычислительные эксперименты для кубических двумерных систем подтверждают возможную высокую точность синтеза.

Ключевые слова: байесовский критерий; вейвлет; вейвлет-нейронная сеть; каноническое разложение; моделирование; оптимальная оценка; стохастический процесс; стохастическая система; функция потерь

Адаптивные и робастные алгоритмы фильтрации для систем со случайными задержками наблюдений: основные концептуальные и алгоритмические аспекты

• С. А. Босов  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, sbosov@frccsc.ru
• И. В. Урюпин  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, uryupin93@yandex.ru

Аннотация: Работа мотивирована отдельным классом задач навигации автономных подводных аппаратов (ПА), для которых использование акустических средств измерения сталкивается с их чувствительностью к случайным задержкам поступления данных. На больших расстояниях этот эффект может приводить к существенному росту погрешности оценивания даже при умеренных скоростях движения. Существующая формальная математическая постановка сводится к задаче оценивания состояния стохастических динамических систем со случайными временными задержками наблюдений в условиях неполной априорной информации. Задача практической реализации, на которой сфокусирована статья, сводится к разработке и программной реализации вычислительно эффективных алгоритмов стохастической фильтрации. В качестве базового инструмента используется метод линейных псевдонаблюдений, адаптированный к модели наблюдения со случайной задержкой. В дополнение к ранее рассмотренным постановкам с полной априорной информацией о параметрах модели движения и наблюдения, в статье анализируются типовые для практики случаи неполной информации. Для двух из них - неопределенности точностных характеристик измерений при обнаружении цели и неизвестных распределений ошибок в изменяющихся условиях наблюдений - предложены методики решения практических задач. Алгоритмы описываются в рамках общей цели - сформировать концептуальный подход к построению условно-оптимальных, адаптивных и робастных алгоритмов фильтрации для указанных классов моделей.

Ключевые слова: автономные подводные аппараты; навигация; позиционирование; слежение за целью; стохастическая система со случайными временными задержками наблюдений; стохастическая фильтрация; линейные псевдонаблюдения; субоптимальная фильтрация; расширенный фильтр Кал- мана; условно-минимаксная фильтрация; условно-оптимальное оценивание; сонары

Цифровой двойник как ядро предметно-ориентированной цифровой платформы управления электроснабжением

• С. П. Ковалёв  Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова Российской академии наук, kovalyov@sibnet.ru
• О. В. Лукинова  Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова Российской академии наук, lobars@mail.ru

Аннотация: Представлены ключевые проектные решения, связанные с размещением цифровых двойников (ЦД) объектов автоматизации в качестве унифицированного ядра платформ поддержки цифровой трансформации предметных областей. На основе эталонной модели среды открытых систем OSE/RM (Open System Environment Reference Model) показаны технологические аспекты проектирования цифровых платформ. Рассмотрены основные требования к публичным сервисам, размещаемым на платформе. Описан состав типового ЦД как совокупность взаимодействующих разноплановых моделей объекта автоматизации. Определен процесс разработки моделей и схема их развертывания в компонентах платформы и приложениях. В качестве прикладного примера при помощи развернутых по этой схеме моделей сконструирован интегрированный цикл управления энергоснабжением, включающий расчет показателей состояния объекта управления, определение и применение необходимых управляющих воздействий. Кратко показано, как обосновать предложенные проектные решения формальными алгебраическими методами на основе аппарата теории категорий.

Ключевые слова: цифровая трансформация; цифровой двойник; цифровая платформа; совместимость; управление энергоснабжением; теория категорий

О скалярных ковариационно-сдвиговых смесях нормальных законов как стационарных распределениях многомерных стохастических разностных уравнений

• В. Ю. Королев Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, факультет вычислительной математики и кибернетики; Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, vkorolev@cs.msu.ru
• Н. Р. Романюк  Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, факультет вычислительной математики и кибернетики, nikita200993@gmail.com

Аннотация: Рассмотрена задача описания стационарного распределения для многомерного стохастического разностного уравнения - схемы многомерной авторегрессии первого порядка со случайными коэффициентами. Показано, что любая скалярная ковариационно-сдвиговая смесь многомерных нормальных распределений может являться стационарным распределением в указанной схеме. Характерной чертой таких смесей является то, что смешивание проводится по скалярному параметру, на который одновременно умножаются вектор математических ожиданий и ковариационная матрица; таким образом, они оказываются жестко связаны афинной зависимостью. Подобные смеси хорошо зарекомендовали себя при моделировании статистических закономерностей в различных областях. Установлено, что для любой скалярной ковариационно-сдвиговой смеси многомерных нормальных распределений можно подобрать коэффициенты стохастического разностного уравнения так, чтобы данная смесь была его стационарным распределением. Обсуждается соответствие между результирующей смесью и поведением коэффициентов, порождающих данное стационарное распределение. Также рассматривается в некотором смысле обратная задача: существует ли стационарное распределение у стохастического разностного уравнения с заданными коэффициентами и как оно может выглядеть. Предложен некоторый вариант достаточных условий существования стационарного распределения стохастического разностного уравнения.

Ключевые слова: стохастическое разностное уравнение; стационарное распределение

Моделирование дискретных распределений в задачах генерации образовательного контента

• А. В. Босов  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, avbosov@ipiran.ru
• А. В. Иванов  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, aivanov@ipiran.ru

Аннотация: Статья представляет завершающий результат исследования задачи применения генеративно-состязательных нейронных сетей (GAN - Generative Adversarial Networks) для создания образовательного контента.
В качестве альтернативы классическим глубоким сверточным сетям, характеризующимся значительной сложностью обучения и накладывающим ограничения на виды генерируемого контента, выбраны генеративные сети Васерштей- на. Обзор практических применений показывает наличие ряда преимуществ данного вида сетей. В представленном исследовании сеть Васерштейна со штрафом на норму градиента (WGAN-GP - Wasserstein GAN with Gradient Penalty) применена к задаче генерации вектора параметров экзаменационных билетов. Для обучения и тестирования использован созданный ранее и размеченный экспертами набор математических задач для проведения итоговых экзаменов по курсу "Теория функций комплексного переменного" (ТФКП). Практическая генерация показала преимущество в стабильности процесса обучения и возможность получения более высокого качества генерации. Дополнительно предложены оценки качества генерируемого образовательного контента на основе дивергенции Кульбака-Лейблера.

Ключевые слова: образовательный контент; машинное обучение; дискретные распределения; генеративные модели; генеративно-состязательные сети; сети Васерштейна

Период занятости в системе вида M/G/1 с постоянной скоростью ухода заявок с орбиты

• К. А. Жукова  Институт прикладных математических исследований Карельского научного центра Российской академии наук; Петрозаводский государственный университет, kalininaksenia90@gmail.com
• Е. В. Морозов  Институт прикладных математических исследований Карельского научного центра Российской академии наук; Петрозаводский государственный университет, emorozov@karelia.ru

Аннотация: Рассматривается задача нахождения распределения периода занятости в односерверной системе с постоянной интенсивностью повторных вызовов и пуассоновским входным потоком. Для этого исследуемая система трактуется как классическая модель типа M/G/1, у которой первое время обслуживания заявки на цикле занятости отличается от остальных времен обслуживания. Показано, что преобразование Лапласа-Стилтьеса (ПЛС) стационарного распределения периода занятости удовлетворяет функциональному уравнению, аналогичному уравнению для упомянутой выше системы без орбиты. Схожий результат в терминах производящих функций (ПФ) получен для дискретной длины периода занятости (числа обслуженных на периоде заявок). Также приведены некоторые аналитические примеры. В частности, посчитана средняя длина периода занятости и ее второй момент в системах с орбитой типа M/M/1, а также для случаев, когда времена обслуживания имеют распределения Эрланга и Вейбулла.

Ключевые слова: система с орбитой; период занятости; регенерация; стационарность; преобразование Лапласа-Стилтьеса; постоянная скорость повторных вызовов; первая заявка на периоде занятости обслуживается иначе, чем другие

Исследование влияния архитектурных модификаций схем резервирования на надежность функции блокировки системы FDU ITER

• В. Д. Артемьев  АО "НИИЭФА", artemev@sintez.niiefa.spb.su
• Г. M. Коновалов  Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" "Проектный центр ИТЭР", g.konovalov@iterrf.ru
• П. Ю. Чайка  АО "НИИЭФА", chaikap@sintez.niiefa.spb.su

Аннотация: Статья посвящена одной из наиболее существенных проблем при создании международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) - обеспечению надежности. В частности, важное значение имеет вопрос оценки показателей надежности конечных элементов, которые входят в состав различных подсистем реактора. На примере реальной подсистемы рассматривается влияние различных архитектурных модификаций схем резервирования на надежность функции блокировки в системе быстрого вывода энергии термоядерного реактора ИТЭР. Анализируются варианты структур с разным уровнем резервирования и логической связью. Выполнено моделирование методом k-из-п (k - минимальное число элементов, обеспечивающее функционирование системы из n элементов) с расчетом надежности. Полученные результаты позволяют обоснованно выбирать схемные решения для повышения отказоустойчивости ключевых защитных функций.

Ключевые слова: система быстрого вывода энергии; резервирование; надежность; ИТЭР

Архитектура исследовательской инфраструктуры в области компьютерных наук

• Н. А. Калинин  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, kalinin-na@yandex.ru
• Н. А. Скворцов  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, nskv@mail.ru
• С. А. Ступников  Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук, sstupnikov@ipiran.ru

Аннотация: В условиях развития междисциплинарных исследовательских инфраструктур возрастает необходимость их адаптации к специфике отдельных предметных областей. Универсальные решения, ориентированные на обеспечение исследователей обобщенными типами исследовательских данных, не могут быть одинаково эффективными для разных направлений научных исследований. В частности, существующие инфраструктуры не учитывают в достаточной степени особенностей таких артефактов, как программный код, модели машинного обучения и вычислительные эксперименты, что затрудняет их применение для решения задач в области компьютерных наук. Предложен подход к адаптации базовой инфраструктуры к особенностям конкретной научной области, включающий проведение анализа ее потребностей, выявление особенностей используемых исследовательских артефактов, формирование требований к инфраструктуре и проектирование архитектуры исследовательской инфраструктуры, учитывающей специфические требования предметной области. Практическая применимость подхода показана на примере области компьютерных наук. В результате предложена архитектура исследовательской инфраструктуры, включающая базовые универсальные подсистемы и расширяемая специализированными подсистемами. Для покрытия нужд исследователей в области компьютерных наук обоснована необходимость поддержки многоверсионности программных артефактов, интеграции инструментов разработки и исполнения программного кода. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании исследовательских инфраструктур в других предметных областях.

Ключевые слова: принципы FAIR; анализ предметной области; исследовательские инфраструктуры; компьютерные науки