Методы и алгоритмы обработки потоков данных в многопроцессорных вычислительных комплексах командно-измерительных систем на основе моделей нейронных сетей

• Автор: Фраленко, Виталий Петрович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Переславль-Залесский
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Введение

Глава 1. Аналитический обзор алгоритмов обработки потоков данных космического

назначения на основе искусственных нейронных сетей

1.1. Актуальные задачи обработки потоков информации в НС КИС нового поколения

1.2. Основные свойства и классификация нейронных сетей

1.2.1. Преимущества аппарата ИНС

1.2.2. Классификация ИНС

1.2.3. Нейросетевые пакеты

1.2.4. од ходы к распараллеливанию ИНС

1.3. Анализ возможностей практического применения ИНС для решения задач

космического назначения

1.3.1. Сжатие телеметрии и целевой информации
1.3.2. Шифрование телеметрии и командной информации, защита от сетевых атак
1.3.3. Обработка и анализ космических снимков
1.4. Основные выводы
Глава 2. Сжатие изображений и шифрование цифровых сигналов
2.1. Сжатие изображений с потерями на основе рециркуляционной сети и ИНС Кохонена
2.1.1. Основные определения и параметры алгоритмов сжат ия
2.1.2. ИНС прямого распространения, архитектура кодердекодер
2.1.3. ИНС Кохонена и векторное квантование
2.1.4. Выводы к разделу
2.1. Шифрование с применением архитектуры кодердекодер
2.2.1. Алгоритм нейросетевого шифрования
2.2.2. Представление данных
2.2.3. Кодирование букв и обучение нейронной сети
2.2.4. Примеры кодирования и декодирования
2.2.5. Оценка скорости алгоритма шифрования на МВС
2.2.6. Выводы к разделу Глава 3. Фильтрация изображений и сетевых пакетов. Выделение регионов на космических
снимках
3.1. Фильтрация изображений на основе асинхронной сети Хопфилда с моделью Крика
Митчисона
3.1.1. Обучение сети. Правило Хебба
3.1.2. Синхронный режим работы сети
3.1.3. Асинхронный режим работы сети
3.1.4. Модель КрикаМитчисона. Разобучение
3.1.5. Формальное описание алгоритма
3.1.6. Экспериментальное исследование сети Хопфилда на космических снимках
3.1.7. Выводы к разделу
3.2. Разработка и исследование алгоритма фильтрации и классификации изображений на
основе двухслойной сети прямого распространения
3.2.1. Экспериментальное исследование алгоритма фильтрации космических снимков
3.2.2. Экспериментальное исследование универсального алгоритма фильтрации и
классификации космических снимков
3.2.3. Выводы к разделу
3.2. Фильтрация сетевых пакетов
3.3.1. Анализ методов сжатия пространства признаков
3.3.2. Алгоритм решения задачи фильтрации сетевых атак
3.3.3. Проведение экспериментов но защите КВУ от сетевых атак
3.3.4. Архитектура программною модуля нейросетевого мониторинга сетевых атак
3.3.5. Выводы к разделу
3.4. Выделение регионов на снимках ДЗЗ алгоритмом спектрографической закраски
3.4.1. Разработка спектрографическою алгоритма
3.4.2. Экспериментальное исследование спектрографического алгоритма на МВС
3.4.3. Выводы к разделу Глава 4. Построение программных модулей обработки потоков данных в составе
параллельной системы ППС ИНС
4.1. Особенности распределенной обработки
4.2. Характеристика системы ППС ИНС
4.3. Общая архитектура системы
4.4. Xописание модулей системы
4.5. Xописание схем заданий системы
4.6. Разработка модулей ПС
4.7. Описание схем программных реализаций алгоритмов
4.7.1. Закраска регионов ДЗЗ
4.7.2. Сжатие снимков ИНС Кохонена
4.7.3. Фильтрация изображений с учителем
4.8. Основные выводы
Заключение
Литература


ДЗЗ с помощью спектрографических текстур и нейронной сети, обеспечивающий возможность работы не только со спектральными характеристиками, но и непосредственно с пикселями изображения. Практическая значимость полученных результатов определяется их применением для решения комплекса актуальных задач обработки данных космического назначения в НС КИС, направленных на расширение функциональности и повышение автономности. Разработашше в настоящей работе алгоритмы предоставляют пользователю возможность решения широкого круга задач нейросстевой обработки потоков данных как на кластерных вычислительных устройствах КВУ, так и на обычных персональных компьютерах с высокой степенью эффективности. НИР Разработка моделей для проведения математического и натурного моделирования по обоснованию принципов предварительной обработки и сжатия целевой информации в бортовых и наземных высокопроизводительных командноинформационных системах при формировании и передаче интегрированных цифровых информационноуправляющих потоков. Научнотехнической программы Союзного государства Разработка и использование программноаппаратных средств ГРИДтехнологий и перспективных высокопроизводительных суперкомпьютерных вычислительных систем семейства СКИФ, шифр СКИФГРИД. Внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были использованы при разработке программного комплекса ППС ИНС для НИЦЭВТ по проекту Триала свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ , см. А и модуля мониторинга аномальной сетевой активности на основе искусственных нейронных сетей ЭгидаНС свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ , см. Б. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение внедрено в Научноисследовательском институте космических систем им. Максимова НИИ КС см. В. Алгоритмы сжатия и фильтрации внедрены в учебный процесс Института программных систем УГП имени А. К. Айламазяна НОУ ВПО ИГ1С УГП имени А. К. Айламазяна при проведении практических и теоретических занятий по дисциплинам Математические основы обработки сигналов и Моделирование вычислительных систем см. XII ежегодная научнопрактическая конференция УГП им. А.К. I 7 сентября , Таганрог. Кроме того, результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах Исследовательского центра искусственного интеллекта и Исследовательского центра мультипроцессорных систем ИПС имени А. К. Айламазяна РАН в г. ПсрсславльЗалесский . Основные результаты диссертационной работы изложены в печатных работах, в числе которых 4 статьи опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 2 наименования, и четырех приложений. Основная часть изложена на 6 страницах машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами. Гпава 1. Современное состояние КИС в Российской Федерации характеризуется наличием проблем по надежности, функциональности и автономности, требующих своего незамедлительного разрешения. Перспективы совершенствования КИС связаны с внедрением унифицированных экономичных средств управления, созданием новейших цифровых систем связи и передачи данных с использованием спутниковых и волоконнооптических линий, внедрением новых технологий управления КА на базе космических навигационных систем, многофункциональной космической системы ретрансляции, интеграции траекторного и телеметрического контуров. Примером построения космической системы, нового поколения, удовлетворяющей многим перечисленным требованиям, служит наземная станция Беркли США. Система управления станции обеспечивает высокую степень автоматизации и интеграции, содержит инструменты для удаленного контроля ошибочной передачи сообщений, обеспечивает полную поддержку динамики полета КА. Планирование основано на динамическом моделировании. Тем не менее, данная станция также далека от совершенства, причем большие надежды ИЛБЛ связываются с использования технологий ИИ для управления, контроля, диагностирования состояний оборудования и прогнозирования ситуаций. Земли.