Результаты исследования 2019 года
1. Методы и модели управляемой ассоциативной обработки информации рекуррентными нейронными сетями, расширяющие возможности прогнозирования и восстановления искаженных сигналов [7, 11, 13].
2. Основы теории многоуровневого автоматического синтеза автоматных моделей объектов мониторинга, отличающейся оригинальными: концептуальной моделью синтеза многоуровневых перестраиваемых автоматных моделей, системой показателей и критериев эффективности, предусматривающей оценку полноты моделей и сложности их построения, формализмами математического описания иерархических относительно-конечных автоматов, математическими формулировками задач многоуровневого синтеза [1, 6, 8-10, 17 — 22].
3. Комплекс программного обеспечения для прогнозирования террористических угроз, анализа структурной динамики социальных сетей, оценки возможных рисков и обоснования мероприятий защиты, состоящий из трех программных компонент: мониторинга событий для прогнозирования террористических угроз, автоматического многоуровневого синтеза моделей объектов мониторинга, прогнозирования событий на основе рекуррентных нейронных сетей с управляемыми элементами (Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ RU 2019660739, RU 2019662053, RU 2019663233).
Результаты исследования 2018 года
1. Разработаны методы и модели пространственно-временного связывания сигналов в рекуррентных нейронных сетях с управляемыми элементами, которые позволяют наделять рекуррентные нейронные сети различными пространственно-временными структурами с новыми ассоциативными свойствами, используемые при разработке перспективных нейрочипов и нейросетевых когнитивных машин различной прикладной направленности [3, 4].
2. Разработана динамическая модель конфликтного взаимодействия на основе системы дифференциальных уравнений с изменяемыми параметрами, которая расширяет возможности прогнозирования сложных конфликтов и выявления устойчивых закономерностей, позволяющих предупреждать риски возникновения конфликтов [13,19, 39, 50, 51].
3. Разработана модель и метод адаптивной защиты от недостоверной информации с применением совокупности правил реконфигурирования профиля защиты и онтологической модели, включающей логические правила, семантические связи между метаданными ресурса и ключевыми словами классов, позволяющие оценить риски финансовых и репутационных потерь при функционировании предприятий и обеспечивающие планирование мер защиты и реализацию оперативного управления информационной безопасностью транспортной инфраструктуры и других объектов [16, 17, 18,].
Результаты исследования 2017 года
Теоретические основы проектирования малогабаритной когнитивной нейросетевой машины на основе управляемых мемристивных матриц с функциональными возможностями по ассоциативной обработке разнородной информации для применения в малогабаритных самообучающихся автономных роботах, выполнящих различные задачи в трудно доступных и опасных для человека средах, в частности в космосе [3].
Разработаны методы анализа логической и динамической корректности многозадачных программных комплексов посредством построения специальных многодольных графов – графов зависимостей синхронизирующих операторов. Представляются две разновидности таких графов: графы связок, обеспечивающие проверку логической корректности многозадачных приложений (корректность пересечений пар критических интервалов) и графы связок и критических интервалов, обеспечивающие проверку динамической корректности приложений для СРВ [8].
Разработан подход к проверке выполнимости многозадачных приложений реального времени при различных режимах планирования и протоколах доступа к разделяемым общим информационным ресурсам при исполнении приложения на многоядерной вычислительной платформе. В основе подхода лежит понятие плотности программного приложения, величина которой определяется путем оценки выполнимости данного приложения в зависимости от производительности процессора и числа ядер многоядерной платформы. Инструментом служит разработанная авторами программа имитационного моделирования, обеспечивающая более точные оценки, по сравнению с известными аналитическими методами [9].
Разработана методика тестирования исполнительных ядер, управляющих работой программных комплексов реального времени во встроенных системах. Методика опирается на использование специального языка описания скриптов, составляющих тесты отдельных функций исполнительных ядер [10].
Разработаны алгоритмы, позволяющие анализировать многозадачные программные комплексы на возможность возникновения взаимного блокирования задач при их исполнении. Выполнена оценка сложности разработанных алгоритмов — показано, что их сложность линейно зависит от суммы числа связок критических интервалов и числа пар таких связок, отвечающих специальному условию зависимости [16].
Для программирования и исследования нейронных сетей разработана моделирующая система на принципах машины с динамической архитектурой. Разработана новая версия языка Yard-2017 для программирования таких сетей и прототип программы NeuroYard для компиляции и проведения экспериментов с программами на этом языке. Особенностью данной разработки является использование языка Форт с инструментальной форт-системой для создания и отладки всех компонентов данной программы [38].
Выполнена разработка алгоритмов моделирования высокопроизводительных вычислительных систем с динамической архитектурой на основе динамических автоматных сетей (ДАС), реализующих искусственные рекуррентные нейронные сети (РНС) с ассоциативно-пространственной адресацией к памяти [38].
Разработаны алгоритмы трансляции с языка Yard (формальный языковый процессор) на основе обновленной инструментальной форт-системы VFX Forth for Windows IA32. Разработаны принципы представления рекуррентных нейронных сетей на основе ДАС [38].
Предложено решение проблемы интеграции вербальных моделей и средств мониторинга событий безопасности на физическом уровне, позволяющее установить семантическую связь с конечными показателями, выраженными в содержательных терминах ущерба. Реализация подхода основывается на методической и технологической интеграции системы риск-анализа, разработанной для определения стохастического профиля риска на основе априорных данных преимущественно экспертного характера, для использования в режиме реального времени c сиcтемами класса SIEM. Основным источником исходной информации в этом случае становятся постоянно обновляемые и уточняемые по мере увеличения их объёма данные мониторинга событий с динамическим пересчётом оценок факторов риска [2, 18, 19, 21, 30, 35, 44, 46].
Представлена архитектура корпоративной многомодальной информационно-навигационной облачной системы (МИНОС), описаны ее компоненты и базовые положения работы подсистемы корпоративного телевидения. Представлены инфраструктурные компоненты, необходимые для эффективной эксплуатации системы. Рассмотрены сценарии использования системы для различных категорий пользователей, а также принципы управления контентом [17].
Рассмотрены вопросы интеграции компонент информационной инфраструктуры предприятия в единое интеллектуальное пространство. Предложена формализация сценариев функционирования интеллектуального пространства с помощью аппарата темпоральной логики действий, описана многоуровневая модель интеграции корпоративных сервисов [14].
Проанализировано текущее состояние в области защиты от ложной информации в компьютерных сетях, сформулированы актуальные проблемы, связанные с этой защитой. Предлагается подход к оценке мероприятий защиты от такой информации на основе использования марковской модели дезинформирования. Раскрыта архитектура перспективной системы анализа информации в компьютерных сетях по требованиям достоверности. В рамках этой архитектуры рассматриваются усовершенствованные методы анализа достоверности текстов. Предложен комплексный подход к использованию известных и предложенных методов для оперативного выявления ложной информации в компьютерных сетях. Метод может применяться в области борьбы с киберпреступностью и терроризмом [4, 40].
Рассмотрен вопрос геймификации обучения администрированию сетевых систем с использованием виртуализации и облачных технологий. Предложена концепция игры и способ реализации. Предлагаемый подход позволяет обучать администрированию, обеспечивая высокий уровень вовлечённости и результативности и упрощая процесс развёртывания виртуального учебного полигона [13].
Разработаны теоретические основы когнитивного мониторинга распределенных объектов, включающие концептуальные положения и обобщенную структуру таких процессов. Управление процессами мониторинга предложено обеспечить средствами когнитивной машины. Машина наделена способностями адаптивной обработки содержания информационных потоков, поступающих от наблюдаемых объектов, с учетом контекста, определяемого текущей ситуацией. Разработаны обобщенные математические модели когнитивного мониторинга на основе новых иерархических относительно конечных операционных автоматов [7, 41].
Предложены методы многоуровневого синтеза моделей объектов и процессов когнитивного мониторинга, а также метод и модель когнитивной обработки данных. Когнитивность процессов обработки данных основана на построение системы трансформаций исходных потоков. Для создания информационных систем когнитивного мониторинга разработан новый гибкий архитектурный подход, включающий методы гибкого проектирования, построения и сопровождения таких систем [5, 7, 41].
Предложена онтологическая модель когнитивного защищенного хранения данных, позволяющая создать гибкую и динамичную систему, способную более эффективно хранить данные за счет онтологического структурирования и категорирования самых важных данных и менее востребованных, что экономит место на носителях [1, 28, 36].
Результаты исследования 2016 года
Разработаны новые алгоритмы дедуктивного автоматического синтеза циклических и самовоспроизводящихся программ для интеллектуализации действий автономных роботов.
Разработан подход к проверке выполнимости многозадачных приложений реального времени в различных сочетаниях дисциплины планирования и протокола доступа к разделяемым общим информационным ресурсам при исполнении приложений на многоядерной вычислительной платформе, при котором структура приложения задается в виде простого формализованного профиля из сегментов трех видов. Подход базируется на понятии плотности программного приложения, характеризующей потенциальную эффективность использования вычислительного ресурса приложением с заданным профилем, которое определяется путем оценки его выполнимости в зависимости от производительности процессора с помощью разработанного программного инструментария имитационного моделирования.
Разработан подход к исследованию влияния параметров ассоциативной интеллектуальной машины на базе многослойной рекуррентной нейронной сети на результативность и эффективность обработки ею поступающей информации при различных пространственно-временных конфигурациях такой машины. Подход использует форт-технологию и открытый пользовательский интерфейс для сопряжения с другими инструментальными средствами анализа и визуализации получаемых данных.
Разработана концепция применения мультипроцессоров с динамической архитектурой (МДА), включая суперкомпьютеры с динамической архитектурой (СКДА), созданных на основе динамических автоматных сетей, для реализации социо-кибер-физических систем различного назначения, а также концепция применения МДА и процессоров с динамической архитектурой (ПДА) для интеллектуального управления робототехническими системами, включая управление на основе нейронных сетей.
Разработан подход к геймификации обучения системному и сетевому администрированию, который отличается тем, что игровой процесс реализуется на основе облачного сервиса. Разработана модель игры, представлена архитектура облачной системы, предложены концепции игрового обучения. К преимуществам метода относится применение реальных операционных систем и программного обеспечения, высокий уровень вовлечённости, низкие требования к клиентским узлам, высокая устойчивость к сбоям.
Разработан метод управления информационной безопасностью периметра виртуальной машины в облачной структуре путем соотнесения цифрового (логического, физического) и географического ландшафтов. Распознавание факта пересечения границы выполняется путем отслеживания и локации информации на основе геотегирования и учета основных рисков для облачных инфраструктур с точки зрения атак и методик повышения системной безопасности. Обработка событий динамического пересечения информационными потоками периметра облачной инфраструктуры предлагается с применением нейросети как механизма контроля над миграцией данных.
Разработаны методика и технология расчётов, реализующие когнитивный подход в комплексном анализе рисков. Методика позволяет на основе структурной информации, формализующей и интегрирующей вербальные знания экспертов, получать количественные оценки значимости факторов риска для сложных слабоструктурированных социо-технических систем и ситуаций в стохастическом выражении. Обоснованность результатов подтверждена теоретически и в эксперименте.
Предложена интерактивная информационно-аналитическая система выработки рекомендаций выбора криптографического стандарта или ресурса информационной системы с учётом индивидуальных особенностей пользователя. Система включает статистические методы оценки деятельности пользователя, методы обработки неструктурированных данных и контекстного анализа, основывающиеся на рекомендующих системах.
В музее истории вычислительной техники СПИИРАН проводятся экскурсии для школьников и видеоконференции.
Результаты исследования 2015 года
Предложена когнитивная аналоговая нейросетевая машина для оперативной ассоциативной пространственно-временной обработки больших объемов разнородной информации. Разработаны новые теоретические положения, модели и методы, оригинальные способы и устройства, реализующие когнитивную аналоговую нейросетевую оперативную обработку разнородной информации с применением мемристоров. Следует осуществлять не просто ассоциативную, а ассоциативно-пространственную адресацию к памяти нейронных сетей. Разработанные положения позволяют осуществить прорыв в создании малогабаритных когнитивных аналоговых нейросетевых машин, нового когнитивного вооружения, военной и гражданской техники. Эти машины позволят оперативно решать прикладные задачи когнитивной ассоциативной обработки информации со сложностью, которую не преодолеть с применением современных СуперЭВМ (Осипов В.Ю.).
Проведено исследование моделей прогнозирования сетевого трафика. Рассмотрены модели тройного экспоненциального сглаживания (Хольта-Винтерса, Тейла-Вейджа) и модели Бокса-Дженкинса (ARMA, ARIMA) в приложении к задаче прогнозирования трафика. Выполнена оценка эффективности прогнозирования для различных моделей применительно к различным компонентам трафика (Рыжков С.Р., Фаткиева Р.Р., Левоневский Д.К.).
Рассмотрена проблема выбора алгоритмов и структур данных для эффективной обработки событий, производимых системами обнаружения вторжений. Предложен подход к выполнению операций добавления и поиска записей с использованием сбалансированных бинарных деревьев. Приведено теоретическое и экспериментальное подтверждение эффективности разработанного подхода (Фаткиева Р.Р., Левоневский Д.К.).
Разработана технология геометок для аутентификации и защиты данных и для контроля территориального перемещения данных на протяжении всего их жизненного цикла. Периметр безопасности на основе геометок позволит предотвратить атаки, ограничив разрешённые географические места обработки данных (Воробьев В.И., Рыжков С.Р., Фаткиева Р.Р.)
Разработан комплекс программ для имитационного моделирования исполнения программных приложений для систем реального времени. Использование комплекса позволяет находить для конкретных программных приложений ту комбинацию дисциплин планирования и протоколов доступа к разделяемым информационным ресурсам, которая обеспечивает наиболее полное использование ресурсов процессорного времени.
Для программных приложений реального времени с разделением информационных ресурсов между прикладными задачами предложена модификация транзитивной процедуры наследования приоритетов. Ее использование, во-первых, позволяет снять известные ограничения на структуру приложения, накладываемые традиционным вариантом этой процедуры; во-вторых, обеспечивает динамическое обнаружение некорректных ситуаций типа взаимного блокирования задач с возможностью запланированной реакции на такие ситуации (Баранов С.Н., Никифоров В.В.).
Разработаны технологии решения сложных задач на основе динамических автоматных сетей в суперкомпьютерах с динамической архитектурой, в том числе с использованием специального языка программирования «ЯРД» (В. А. Торгашев, И. В. Царев).
Предложен метод «гибридного программирования», позволяющий сочетать при решении сложных задач различные аппаратные и программные средства. Это позволяет выполнять часть решения задачи, не требующую распараллеливания и высокой производительности на хост-машине, т.е, на обыкновенном ПК, в то время как остальные части задачи выполняются на СКДА (В. А. Торгашев, И. В. Царев).
Предложены различные варианты архитектурных, схемотехнических и конструктивных решений для реализации СКДА с использованием ПЛИС или специально разрабатываемых отечественных БИС. Проведён анализ характеристик (производительность, геометрические объёмы, энергопотребление, стоимость) СКДА и его компонентов для обоих вариантов реализации.
На кластере Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН проведены расчёты геофизических объектов институтом океанологии РАН. Расчеты выполнялись с помощью кода FlowFES-MPI. Также совместно с Северо-Западным УГМС проводятся оперативные расчеты по моделям WRF — гидродинамические модели прогноза погоды. Для прогнозирования опасных конвективных явлений и сильных ливневых осадков по районам города Санкт — Петербурга была адаптирована негидростатическая гидродинамическаямезомасштабная модель атмосферы WRF (Weather Research and Forecasting) с пространственным разрешением 1000 х 1000 м.
В музее истории вычислительной техники СПИИРАН проводятся экскурсии для школьников и видеоконференции.
Разработаны методы интеллектуального анализа и выбора документов по запросу пользователя с использованием рекомендующих систем. Применен аппарат онтологий для построения профиля пользователя и изучения его предпочтений (Воробьёв В.И., Евневич Е.Л., Фаткиева Р.Р.).
Проведены исследования двойственного характера средств обеспечения безопасности. Разработаны методика и алгоритм учета негативных эффектов применения средств защиты в технологии стохастического риск-анализа, что позволяет получить комплексную оценку эффективности средств защиты и избежать нежелательных последствий усиления мер безопасности (Шишкин В.М., Носаль И.А.).
Разработана концепция применения математической модели популяционной динамики для моделирования процесса информационной борьбы, позволяющая исследовать закономерности информационного взаимодействия в условиях конфронтации при возможности масштабирования процессов в широком спектре предметности от технического до межгосударственного взаимодействия (Воробьёв В.И., Шишкин В.М.).