10 августа доктору технических наук, профессору, заслуженному работнику Высшей Школы РФ, пожизненному члену международного научного общества IEEE IT on IT, Почетному профессору СПбГУТ, ветерану Вооруженных Сил СССР, Ветерану труда РФ, члену Редакционного совета научного журнала «Труды учебных заведений связи», профессору кафедры ЗСС Валерию Ивановичу Коржику исполнилось 90 лет!

Актуальность. Информационная эпоха порождает огромные объемы данных, создающие серьезные проблемы для традиционных методов хранения и носителей информации. Темпы роста плотности хранения на них замедляются, а срок службы не увеличивается. Затраты, связанные с традиционным хранением данных, и расходы на их обновление растут. Это делает актуальным поиск альтернативных технологий хранения данных. В последние годы горячей точкой исследований стало использование в качестве носителя информации молекулы ДНК – распространенного в природе биополимера с высокой плотностью и надежностью. В отличие от традиционных носителей, ДНК практически не требует энергии на поддержание и сохраняется в контролируемых условиях на протяжении тысяч лет. Эти характеристики указывают на потенциал ДНК как надежного, стабильного и недорогого решения для хранения данных.

Целью исследования является обобщение и анализ знаний о возможностях и вызовах, связанных с внедрением биомолекулярных технологий в информационную инфраструктуру будущего. Особое внимание уделено методам кодирования, синтеза, хранения, считывания и преобразования данных в ДНК, а также математическим моделям ДНК-архивирования. Задача исследования состоит в выявлении преимуществ и ограничений рассматриваемых технологий в условиях высоких темпов роста объемов цифровых данных.

Научной новизной работы является авторская систематизация и анализ методов, а также математических моделей ДНК-архивирования, соответствующих каждому из этапов процесса организации хранения данных в ДНК, на основании обзора современных научных исследований по рассматриваемой тематике.

Теоретическая значимость состоит в обобщении научного и практического опыта по применению методов и моделей биомолекулярного хранения цифровых данных. Полученные результаты расширяют возможности для понимания особенностей ДНК-архивирования, а также способствуют разработке новейших подходов, интегрирующих возможности молекулярной биологии, биоинформатики, нанотехнологий и информационных систем для эффективного решения задач в области управления данными.

Актуальность. Современные стохастические генеративные модели (GAN, диффузионные модели) обеспечивают высокое качество синтеза изображений, однако их вероятностная природа не позволяет осуществлять точный пространственный контроль над композицией и иерархией деталей, что ограничивает применение в задачах, требующих воспроизводимости и предсказуемости результата. В связи с этим возникает необходимость разработки детерминированных алгоритмов синтеза, сочетающих управляемость структурной организацией генерируемых данных с возможностью практического применения в компьютерной графике и генеративном дизайне.

Цель: демонстрация потенциала алгоритма детерминированного синтеза изображений на основе обратного пакетного дискретного вейвлет-преобразования для решения практических задач компьютерной графики и генеративного дизайна, требующих воспроизводимости, интерпретируемости и управляемости процесса генерации.

Методы: аналитический обзор, математическое моделирование, модифицированная процедура обратного пакетного дискретного вейвлет-преобразования, иерархический синтез из бинарной маски размером 8×8 пикселей, экспериментальная реализация в игровых средах.

Результаты: разработаны и проанализированы пять вариантов практического применения алгоритма – инструмент структурного контроля для генеративного ИИ («вейвлет-кисть»), процедурная генерация ландшафтов с корректирующими масками, создание бесшовных текстур, детализация поверхностей низкополигональных 3D-моделей, генерация волновых таблиц для синтеза звука.

Новизна: впервые исследована применимость алгоритма детерминированного синтеза изображений как инструмента структурного контроля для задач компьютерной графики и генеративного дизайна на примере пяти практических сценариев.

Практическая значимость: полученные результаты позволяют формировать управляемые структуры изображений с гарантированной воспроизводимостью, создавать бесшовные текстуры без дополнительной постобработки границ за счет внутренней периодичности и автоматизировать создание волновых таблиц с контролируемой спектральной эволюцией тембра.

Актуальность. Развитие V2X-систем и перенос вычислений на периферийные и туманные узлы требуют применения средств контейнеризации и оркестрации, однако их собственные накладные расходы могут снижать эффект от распределения сервисов и особенно значимы для ресурсно-ограниченной инфраструктуры.

Цель исследования – оценить ресурсную стоимость применения KubeEdge поверх K3s при одинаковой микросервисной нагрузке, имитирующей обработку V2X-сообщений, и сформировать базовый уровень для последующей оценки прикладных алгоритмов размещения сервисов.

Методы. Выполнены обзор и систематизация современных микросервисных подходов к V2X, edge- и fog-вычислениям. Экспериментально сопоставлены конфигурации K3s и K3s + KubeEdge на одной облачной VPS при неизменных аппаратных ресурсах, программном окружении и пяти профилях нагрузки от idle до stress. Каждый профиль выполнялся три раза, после чего результаты усреднялись. Измерялись загрузка CPU, потребление оперативной памяти, сетевой трафик, число запросов и 95-й и 99-й перцентили задержки.

Результаты. Добавление KubeEdge увеличило потребление оперативной памяти примерно на 95–105 МБ, или 6–8 % относительно K3s. Различия по CPU, сетевому трафику и задержкам оказались незначительными; рост p95/p99 при высокой нагрузке наблюдался в обеих конфигурациях и связан прежде всего с насыщением узла.

Новизна работы состоит в раздельной оценке платформенных накладных расходов KubeEdge при неизменной V2X-ориентированной прикладной нагрузке.

Практическая значимость результатов заключается в возможности использовать полученную оценку как базовый уровень при дальнейшем сравнении фиксированного и адаптивного размещения микросервисов в распределенной cloud–edge-среде и отделять эффект алгоритмов балансировки от затрат инфраструктурного слоя.

Развитие систем телеприсутствия и метавселенных требует создания костюмов с множеством тактильных сенсоров, включая термодатчики. Большое число датчиков порождает высокий трафик, при этом ключевым условием иммерсивности является своевременная доставка данных, что накладывает жесткие ограничения на допустимую задержку. При этом канал связи является узким местом: рост нагрузки увеличивает задержку и потери пакетов, снижая качество тактильной обратной связи. Задача выбора методов кодирования температурных данных с учетом физиологии восприятия и статистических свойств сигналов остается открытой, что определяет актуальность работы.

Цель: снизить интенсивность трафика термодатчиков костюмов телеприсутствия при сохранении качества воспроизведения тепловых ощущений за счет разработки моделей и методов обработки и передачи данных, учитывающих спектральные свойства сигналов и физиологию восприятия.

В работе были использованы методы математической статистики и теории вероятностей для оценки маргинального распределения отклонений показаний датчиков, а также – теории массового обслуживания для анализа задержки в канале связи.

Решение. Проведен анализ сигналов термодатчиков, по результатам которого выделены две группы: «быстрые» сигналы (пальцевые датчики, верхняя граница спектра ~2 Гц) и «медленные» сигналы (датчики остальных частей тела ~1 Гц), для которых обоснованы частоты дискретизации 4 и 2 Гц, соответственно. Разработан метод сжатия динамического диапазона сигналов температуры на основе S-кривой, обеспечивающий сокращение разрядности с 10 до 8 бит. Предложен адаптивный формат передачи данных группы датчиков, использующий среднее значение и отклонения показаний, с выбором разрядности кодирования отклонений методом целочисленной оптимизации.

Новизна. Впервые предложен метод сжатия динамического диапазона сигналов термодатчиков на основе S-кривой, учитывающий нелинейность восприятия температуры по закону Вебера – Фехнера. В отличие от аналогов, разработанный адаптивный формат использует вероятностные свойства распределения отклонений для динамического выбора разрядности, подстраивая объем данных под текущий характер сигналов.

Значимость (теоретическая): установлены зависимости между вероятностными свойствами сигналов термодатчиков, разрядностью их кодирования и объемом передаваемых данных, позволяющие обоснованно выбирать параметры формата передачи в зависимости от числа датчиков и дисперсии измеряемых температур.

Значимость(практическая): результаты могут быть использованы при проектировании подсистем обмена тактильными данными в устройствах телеприсутствия и интерфейсах взаимодействия с метавселенными.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности обработки сигнала обратного рассеяния в корреляционных оптических рефлектометрах.

Целью настоящего исследования является оптимизация регистрации и обработки в корреляционном оптическом рефлектометре за счет разработки нового алгоритма.

В работе использованы методы математического моделирования, корреляционного анализа и теоретических расчетов. Для исследования разработана программа в среде Visual Basic-6. Обработка происходит за счет применения псевдослучайных М-последовательностей и новых алгоритмов.

Результаты. Предложены структурная схема и новый алгоритм обработки. Выполнено моделирование формирования частных и результирующей рефлектограмм. Разработан алгоритм восстановления начального участка. Проведено сравнение характеристик традиционного и предлагаемого методов обработки сигналов обратного рассеяния.

Новизна работы. Использование кольцевого регистра для накопления результатов измерений и однократного вычисления взаимно-корреляционной функции суммарного сигнала исключает необходимость корреляционной обработки каждой частной рефлектограммы. Впервые предложен алгоритм восстановления начального участка результирующей рефлектограммы в режиме блокировки фотоприемного устройства на время действия зондирующего сигнала.

Теоретическая значимость работы определяется получением временны́х характеристик процессов регистрации и обработки сигналов в корреляционных оптических рефлектометрах, а также сравнительной оценкой эффективности различных алгоритмов обработки.

Практическая значимость заключается в возможности использования нового алгоритма и программной модели при проектировании корреляционных оптических рефлектометров для диагностики волоконно-оптических линий связи. Предложенные решения позволяют сократить время получения рефлектограммы и повысить эффективность.

Актуальность. Развитие новых технологий, в частности переход от 5G/IMT2020 к сетям связи 6G/IMT–2030 подразумевает применение новых сценариев и услуг. В перспективных сетях связи шестого поколения в отличие от предыдущих поколений значительно увеличено качество и количество предоставляемых услуг пользователям. К новым технологиям можно отнести иммерсивные коммуникации, обеспечивающие эффект присутствия и расширенный интерактивный опыт. Одним из примеров пользовательского устройства для новых технологий является костюм телеприсутствия, обеспечивающий реализацию иммерсивного взаимодействия с удаленной средой. Таким образом, возникает необходимость разработки новых моделей и методов, обеспечивающих поддержку требуемого уровня качества связи в сложных динамических условиях в том числе.

Цель настоящего исследования состоит в разработке сценария поддержки качества связи при перемещении пользователей в условиях сверхплотных сетей и определение маршрута координатора-ретранслятора, выполняющего функцию мобильной базовой станции.

В работе используются методы нечеткой кластеризации для определения головного узла – координатора-ретранслятора, стохастические модели массового обслуживания, а также численное моделирование показателей качества обслуживания.

Результаты: получена зависимость целевой функции качества обслуживания от траектории движения координатора-ретранслятора. Определен путь перемещения мобильной базовой станции на основе муравьиного алгоритма.

Новизна заключается в разработке метода обеспечения связи в условиях сверхплотных сетей на основе использования роя роботов-ретрансляторов и определении их маршрута движения с учетом заданных требований. Предложенный подход позволяет учитывать динамику перемещения пользователей и изменяющуюся загрузку сети.

Практическая значимость данного исследования заключается в возможности применения предложенного сценария во взаимодействии с роем роботов-ретрансляторов. Данный метод позволяет обеспечить разгрузку сети в условиях высокой плотности пользователей.

Для достижения заданных вероятностно-временны́х характеристик адаптивных систем связи важной задачей является выбор оптимальной сигнально-кодовой конструкции. При этом для наиболее гибкого управления кодовой скоростью и, соответственно, исправляющей способностью кода часто применяют метод перфорации или выкалывания бит. В этом случае часть кодированных бит не передается по каналу связи, а на приемной стороне на их места обычно ставят нулевые значения бит. В среднем половина таких нулевых бит будут верны, но их надежность будет минимальна.

В работе представлен метод для реконструкции перфорированных бит сверточного кода, т. е. их «восстановления с некоторой вероятностью». Показано, что в случае, если один из связанных бит является выколотым, то он может быть реконструирован. Также может быть получена оценка надежности реконструированного бита.

Цель работы: продемонстрировать возможность реконструкции перфорированных бит сверточного кода и получения их мягкой оценки, а также обеспечиваемые этим методом вероятностные характеристики. Цель метода реконструкции перфорированных бит – улучшение вероятностных характеристик адаптивных систем связи пакетной передачи данных, в которых применяются перфорированные сверточные коды.

Используемый метод исследования: в работе проведено имитационное моделирование системы связи, применяющей перфорированные сверточные коды с различными масками перфорации.

Результаты. Приведены выражения для связи кодированных бит сверточного кода с кодовой скоростью 1/2 при использовании любых полиномов. Выведены выражения для получения реконструированного бита и оценки его надежности. Приведены теоретические выражения оценки вероятности появления заданного числа ошибочных бит в канале с аддитивным белым гауссовским шумом.

Новизна состоит в теоретической проработке метода для реконструкции и оценки надежности перфорированных бит сверточных кодов.

Практическая значимость заключается в улучшении вероятностных характеристик адаптивных систем связи, в которых применяются перфорированные сверточные коды, а именно в уменьшении вероятности ошибки бит и потери сообщений.

Актуальность темы обусловлена необходимостью создания высоконаправленных низкопрофильных антенн с веерной диаграммой направленности, предназначенных для решения поисковых, мониторинговых и задач удаленной связи в СВЧ-диапазоне.

Целью исследования является разработка антенны вытекающей волны СВЧ-диапазона с простой конструкцией излучающего раскрыва, обладающей веерной диаграммой направленности с узкой шириной главного лепестка в одной из плоскостей и сниженным уровнем бокового излучения.

Методы. Аналитический обзор научных публикаций для обоснования выбора ключевых параметров геометрии излучающего раскрыва антенны вытекающей волны СВЧ-диапазона. Численно-аналитическое моделирование антенны на основе оригинальной проекционной 2D-модели, учитывающей краевые эффекты, полноволновое трехмерное моделирование методом конечных интегралов Вейланда, параметрический синтез излучающего раскрыва.

В ходе решения задачи разработана низкопрофильная линейная антенна СВЧ-диапазона (9,3–9,4 ГГц) с веерной диаграммой направленности, излучающий раскрыв которой реализован на основе диэлектрической линии передачи, включающей плоский диэлектрический волновод, экранированный проводящей квазипериодической решеткой, и возбуждаемый рупорно-линзовым устройством. Антенна с площадью излучающего раскрыва менее 0,2 м² обладает коэффициентом полезного действия, составляющим около 89 %, способна гарантировать коэффициент усиления не хуже 31,5 дБ при ширине диаграммы направленности в Е-плоскости, равной 1,2 °, и уровне бокового излучения около –19 дБ.

Научная новизна работы определяется авторским подходом к комбинированию методов анализа и синтеза линейной антенны вытекающей волны на основе 2D- и 3D-моделей, позволяющим существенно сократить сроки проектирования и улучшить ее характеристики. Впервые в отечественной практике продемонстрирована возможность реализации высоконаправленной СВЧ-антенны вытекающей волны с низкопрофильным излучающим раскрывом простой конструкции и сниженным уровнем бокового излучения в рабочей плоскости.

Практическая значимость. Разработанная методика позволяет проектировать низкопрофильные антенны вытекающей волны с типовой и специальной диаграммами направленности на основе математических методов с последующей верификацией посредством полноволнового моделирования. Полученные в работе результаты могут быть использованы для решения поисковых, мониторинговых и задач удаленной связи, где важным требованием является узкая диаграмма направленности антенны в сочетании со сниженным уровнем бокового излучения.

Актуальность. В телекоммуникационных системах распределенные подсистемы хранения непосредственно влияют на доступность и качество обслуживания сервисов, что особенно важно в условиях развития высокодоступных сетей и систем связи 5G и последующих поколений, где выполнение операций зависит не только от состояния сетевой подсистемы, но и от узлов хранения и их параметров. Среди таких операций запись требует отдельного анализа, поскольку в распределенных средах, в частности на туманном уровне, запись связана с передачей данных на несколько узлов хранения и получением подтверждений о фиксации результата, что повышает требования к доступности элементов инфраструктуры.

Цель исследования: разработка метода оценки готовности распределенной подсистемы хранения туманного уровня к обслуживанию операций записи в телекоммуникационной сети с учетом параметров репликации, режима подтверждения записи и состояния инфраструктурных элементов.

В ходе исследования были использованы методы теории надежности и готовности, вероятностный анализ и сравнительное исследование конфигураций распределенной подсистемы хранения.

Решение: получены расчетные соотношения для определения коэффициента готовности подсистемы к обслуживанию операций записи с учетом уровня избыточности, порога подтверждения записи и состояния элементов цепочки обслуживания операции. Предложена классификация трафика и данных, ориентированная на выбор параметров репликации и подтверждения записи.

Новизна работы определяется переходом от оценки готовности узлов и кластера в целом к оценке готовности выполнения операций записи в распределенной подсистеме хранения туманного уровня.

Теоретическая значимость заключается в развитии методического аппарата оценки готовности распределенных подсистем хранения в телекоммуникационных системах.

Практическая значимость состоит в возможности использования предложенного метода при выборе параметров репликации и режима подтверждения записи для подсистем хранения туманного уровня.

Актуальность работы определяется тем, что при значительно возросших объемах данных, передаваемых в коммуникационных системах, сформировалась потребность разработчиков технических средств в матрицах Адамара высоких порядков. Для примера рассмотрен принцип ослабления амплитуды помехи, действующей в канале передачи данных, при их преобразовании ортогональными матрицами. Качество выбора матрицы большого порядка для соответствующей задачи зависит от разнообразия их возможных конструкций, влияющих на параметры преобразования.

Цель исследования заключается в поиске возможных простых способов получения матриц Адамара со структурами, отличными от широко известной структуры Сильвестра.

Методы вычисления ортогональных матриц Адамара, предлагаемые в работе, основаны на особенностях структурных инвариантов, таких как циклические блоки, а также бициклическое ядро с окаймлением.

Новизна заключается в выявленных взаимосвязях конструкций квазиортогональных матриц, позволяющих получать матрицы Адамара сильвестровых и не сильвестровых последовательностей с конструкциями, определяемыми как ядро с каймой и ядро с двойной каймой.

Практическая значимость заключается в расширении представительства ортогональных матриц Адамара по типам конструкций и обеспечении выбора необходимой матрицы для конкретной задачи системы телекоммуникаций.

Научная значимость заключается в развитии теории ортогональных матриц в части установления фундаментальных связей порядков матриц и их структур. Представление матриц семейства Адамара высоких порядков в виде инвариантов вложенных в их структуру матриц меньшего порядка, в том числе с окаймлением и двойным окаймлением, ведет к появлению универсальной основы для их совместного нахождения (конструирования), которой становится ортогональный гиперобъект.

Нахождение импульсной характеристики канала связи необходимо для организации оптимальной обработки принимаемых сигналов, что говорит об актуальности исследования систем OFDM и их модификаций для каналов с межсимвольной интерференцией. С учетом этих обстоятельств цель исследования сформулирована как оценивание импульсной характеристики канала связи с минимизацией ошибки оценивания.

В работе использованы методы наименьших квадратов и регуляризация для вычисления импульсной характеристики, при этом оценивание происходит с подбором оптимальных тестовых сигналов OFDM. На начальном этапе оценивание импульсной характеристики выполняется методом наименьших квадратов при известных тестовых сигналах OFDM. Важным аспектом вычислительного процесса является правильный выбор величины параметра регуляризации для минимизации систематического смещения регуляризованных оценок.

В ходе решения научной задачи получены экспериментальные исследования, подтвердившие эффективность предложенной методики оценивания импульсной характеристики в комплексе с наилучшими тестовыми сигналами, показывая небольшое отклонение оцененных значений.

Научная новизна работы определяется предложенным алгоритмом для динамически меняющихся каналов связи текущего оценивания, обеспечивающим постоянное уточнение импульсной характеристики канала и улучшающий качество приема сигналов.

Практическая значимость разработанного алгоритма состоит в том, что он может быть использован для оценивания импульсной характеристики систем OFDM и модификаций: N-OFDM, предусматривающая использование техники неортогонального распределения каналов; технология COFDM (аббр. от англ. Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), реализующая дополнительное кодирование с прямой коррекцией ошибок; технология OFDMA (аббр. от англ. Orthogonal Frequency Division Multiple Access), обеспечивающая совместное использование одной частоты одновременно несколькими пользователями сети при наличии межсимвольной интерференции в канале связи.

Полученные экспериментальные результаты демонстрируют значительное улучшение качества когерентного приема сигналов при предложенных алгоритмах оценивания импульсной характеристики в совокупности с подобранными тестовыми комбинациями в системах OFDM с межсимвольной интерференцией.

Актуальность исследования. Системы телеприсутствия и взаимодействия с аватарами предъявляют жесткие требования к задержке передачи данных. Традиционные алгоритмы балансировки нагрузки, такие как Round-Robin, не обладают адаптивностью к изменяющимся условиям сети и вычислительной нагрузки, что приводит к росту латентности. С появлением сетей 6G и ростом объемов мультимодальных данных (видео-, аудио- и тактильная информация) возникает потребность в быстрой миграции
сервисов для обеспечения иммерсивного взаимодействия. Отсутствие механизмов интеллектуального распределения ресурсов препятствует использованию приложений телеприсутствия в таких сферах, как телемедицина, дистанционное управление роботами и виртуальное сотрудничество.

Цель исследования: повышение эффективности миграции сервисов и распределения ресурсов в периферийных вычислительных сетях для систем взаимодействия «человек‒аватар» за счет разработки алгоритма на основе многоагентного обучения с подкреплением (MARL). В данном исследовании рассматривается
вопрос снижения общей задержки при распределении гетерогенных услуг телеприсутствия между вычислительными ресурсами с ограниченной мощностью.

Методы исследования: аналитическое моделирование, имитационное моделирование в MATLAB, сравнительный анализ разработанного алгоритма ML-MARL с эталонным алгоритмом Round-Robin.

Результаты исследования. Разработанный алгоритм ML-MARL, использующий Q-обучение, позволяет снизить общую задержку распределения сервисов на 60 % (с 66 до 26 мс) в сравнении с Round-Robin. Показана сходимость алгоритма за 500 эпизодов обучения.

Научная новизна: впервые предложено применение многоагентного Q-обучения с модифицированной стратегией для задачи оперативной миграции сервисов в системах телеприсутствия.

Теоретическая значимость: полученные результаты расширяют теоретические основы применения MARL в сетях 6G для задач с жесткими ограничениями на задержку.

Практическая значимость: предложенный алгоритм может быть использован при разработке систем удаленной телемедицины, виртуального присутствия, тактильного интернета и промышленной робототехники, где критична задержка менее 30 мс. Результаты данного исследования могут быть применены в перспективных системах оркестрации периферийных вычислений, которые будут работать в сетях 6G.

Актуальность. Устойчивый тренд на увеличение количества деструктивных информационных воздействий, усложнение способов воздействия, использование злоумышленниками искусственного интеллекта обуславливает необходимость обеспечения безопасности объектов критической информационной инфраструктуры преимущественно проактивными методами. Необходимым условием внедрения таких методов является своевременность обнаружения и нейтрализации скрытых целевых атак на защищаемые объекты.

Цель: повышение информационной безопасности объектов критической информационной инфраструктуры на базе разработанного метода раннего обнаружения скрытого информационного воздействия.

Методы: компаративный анализ в рамках системного подхода, синергетика, теория сложных технических систем, теория вероятностей.

Решение. Разработан метод ранней диагностики скрытого информационного воздействия на объекты критической информационной инфраструктуры, базирующийся на динамике изменения их внутреннего состояния под воздействием целевых атак. Предложен алгоритм реализации метода с учетом стохастичности оценки показателей признака проведения атаки. Метод обладает прогностической способностью, возможностью адаптации к изменяющимся условиям с учетом вероятностей ложного и необнаруженного отказа (ложноположительного и ложноотрицательного вывода о наличии деструктивного воздействия).

Новизна: предложен оригинальный метод, инвариантный к свойствам и характеристикам деструктивного воздействия, а также к виду и структуре объектов критической информационной инфраструктуры, обладающий элементами адаптации на базе учета стохастического характера признака выявления воздействия.

Практическая значимость. Представленные результаты могут быть использованы для создания перспективных систем обнаружения вторжений, что позволит повысить безопасность значимых объектов критической информационной инфраструктуры, а также иных важных информационных систем. Технические решения, реализованные на базе предложенного метода, могут быть интегрированы в существующие или перспективные системы обнаружения вторжений и SIEM-системы.