Аннотация: Одним из актуальных направлений цифровой экономики является развитие служб, основанных на применении систем локального позиционирования объектов. В статье представлены результаты аналитического моделирования системы определения местоположения, построенной на оборудовании стандарта IEEE 802.15.4. Целью данного исследования является оценка эффективности передачи данных в ZigBee сети. В качестве инструмента моделирования выбран математический аппарат сетей массового обслуживания (СеМО), доказавший свою эффективность для расчёта характеристик различных инфокоммуникационных систем. Метод анализа средних значений был выбран авторами для оценки показателей качества обслуживания благодаря его вычислительной простоте и адекватности полученных результатов. Авторами была разработана структурная схема исследуемой системы определения местоположения. На основе сетевой архитектуры разработаны концептуальная, алгоритмическая и программная модели в виде замкнутой однородной сети массового обслуживания и выполнен расчёт её характеристик. Полученные в результате моделирования параметры позволяют оценить и проанализировать показатели качества обслуживания в телекоммуникационном сегменте исследуемой системы локального позиционирования, такие как задержка, производительность, коэффициент загрузки сети и вероятность потерь, которые могут быть использованы для эффективного управления трафиком в телекоммуникационном сегменте системы геопозиционирования, построенной на основе стандарта IEEE 802.15.4.

Ключевые слова: качество обслуживания, вероятностно-временные характеристики, геопозиционирование, ZigBee, сети массового обслуживания, метод анализа средних, пропускная способность, коэффициент загрузки, задержка, система массового обслуживания

Abstract: One of the topical areas of the digital economy is the development of services based on the use of systems for local positioning of objects. The article presents the results of analytical modeling of a positioning system built on the equipment of the IEEE 802.15.4 standard. The purpose of this study is to evaluate the efficiency of data transmission in a ZigBee network. As a modeling tool, the mathematical apparatus of queuing networks (CeMO) was selected, which has proven its effectiveness for calculating the characteristics of various infocommunication systems. The method of analysis of average values was chosen by the authors to assess the quality of service indicators due to its computational simplicity and the adequacy of the results obtained. The authors have developed a structural diagram of the investigated positioning system. On the basis of the network architecture, a conceptual, algorithmic and software model in the form of a closed homogeneous queuing network has been developed and its characteristics have been calculated. The parameters obtained as a result of modeling make it possible to evaluate and analyze the quality of service indicators in the telecommunications segment of the local positioning system under study, such as latency, performance, network load factor and the probability of losses, which can be used for efficient traffic management in the telecommunications segment of the geolocation system based on IEEE 802.15.4 standard.

Keywords: throughput, mean value analysis, queueing networks, ZigBee, geopositioning, time-probability characteristics, QoS, utilization, delay, queueing system

Аннотация: Предметом исследования является алгоритма поиска беспетельных маршрутов от отправителя к получателю сетевого трафика, в условиях известной сетевой топологии. При проектировании сети передачи данных одной из главной проблемой является формирование маршрутизации сетевого трафика, так как при интенсивном трафике не редко возникают узкие места в виде перегруженного узла связи, что способствует снижению скорости передачи данных. В данной статье приведен алгоритм поиска беспетельных маршрутов от отправителя к получателю сетевого трафика, где результат представлен в виде набора беспетельных маршрутов, в соответствии с заданной сетевой топологией. Также представлен программный код алгоритма, написанный на языке C# и результаты тестовых решений заданных топологий. Разработка алгоритма осуществлялась экспериментально-теоретическим методом, на основе известных алгоритмов поиска маршрутов, таких как алгоритм Флойда и алгоритм Дейкстры, а также механизмов статической и динамической маршрутизации, на примере RIP, OSPF и EIGRP. Новизна исследования заключается в разработанном алгоритме поиска беспетельных маршрутов от отправителя к получателю, в условиях известной сетевой топологии, а также в сопоставлении полученных результатов с другими методами формирования фазовых переменных. В результате работы алгоритма, получаем сформированный список всех беспетельных маршрутов в исследуемой сетевой топологии между парой взаимодействующих узлов.

Ключевые слова: Беспетельные маршруты, фазовые переменные, маршрутизация, алгоритмы на графах, маршрутизатор, граф, вершина, матрица, массив, список

Abstract: The subject of this research is the search algorithm for loopless routes from transmitter to the recipient of network traffic in the conditions of a known network topology. In designing data transmission network, one of the primary problems is the formation of network traffic routing, due to the fact that heavy traffic often cause the occurrence of bottlenecks in form of the overloaded communication node, which results in speed reduction of data transmission. This article provides the search algorithm for loopless routes from transmitter to the recipient of network traffic; the result is presented as a set of loopless  routes in accordance with the specified network topology. The article also provides the software code of the algorithm written in the C# language, as well as the results of test solutions of the specified topologies. The algorithm was developed via experimental and theoretical methods, on the bases of the available route search algorithms, such as Floyd's algorithm and Dijkstra's algorithm, as well as mechanisms of static and dynamic routing, such as RIP, OSPF, and EIGRP. The novelty of this work consists in elaboration of search algorithm for loopless routes from transmitter to the recipient in the conditions of the available network topology; and in comparison of the acquired results with other methods of formation phase variables. This algorithm allows generating a list of all loopless routes within the indicated network topology between the pair of interacting nodes.

Keywords: router, graph algorithms, routing, phase variables, Loopless routes, graph, vertex, matrix, array, list

Аннотация: Работа посвящена изучению важной тенденции последних десятилетий – автономизации финансов местных сообществ. Объектом исследования являются замкнутые на территории цепочки производства и потребления, обеспечивающие этой территории определенную экономическую автономность. Наличие замкнутых сбалансированных финансовых потоков в этих цепочках создает условия для автономизации финансов местного сообщества. Целью работы является моделирование сценариев развития местного сообщества с замкнутыми контурами производства и потребления. Исследование основано на анализе данных банковских транзакций крупнейшего банка страны произведенных в течение одного месяца между юридическими лицами на территории городского округа с населением 75 тысяч человек.       По результатам анализа выявлен кластер из 59 компаний (агентов), транзакции между которыми образуют сеть с замкнутыми контурами. Внутри кластера выделено ядро из 12 компаний, наиболее тесно взаимодействующих друг с другом. Исследуются различные сценарии развития ядра из 12 компаний до размеров кластера из 59 компаний. Целевым экономическим параметром является объем сбалансированных платежей внутри сети и его доля в общем обороте внутри сети. Структурные параметры образующихся сетей рассчитываются согласно SNA-методологии (Social Network Analysis). Обсуждается потенциал той или иной стратегии развития местного сообщества в контексте автономизации их финансов.

Ключевые слова: местное сообщество, автономизация, В2В, финансы, эксперимент, моделирование, сценарии развития, транспортная задача, замкнутые финансовые потоки, экспериментальные экономические модели

Abstract: This work is dedicated to examination of an important trend of recent decades – the financial autonomy of local communities. The object of this research is the enclosed on the territory production and consumption chains, which ensure certain economic autonomy to this area. The presence of enclosed balanced financial flows in these chains creates the conditions for autonomization of finances of the local community. The goal of this article consists in modelling of scenarios for the development of local community with enclosed production and consumption circuits. The research employs data analysis of bank transactions of the country’s largest bank conducted within one month between the legal entities of in city district with 75,000 population. The results of analysis reveal the cluster consisting of 59 companies (agents), the transactions between which comprise a circuit network. Within the cluster was outlined the core consisting of 12 companies that closely interact with each other. The author explores various development scenarios for the aforementioned 12 core companies to the size of cluster that consists of 59 companies. The target economic parameter is the volume of balanced payments within the network and its share within the total network turnover. The structural parameters of forming networks are calculated by SNA methodology (Social Network Analysis). The article discusses the potential of one or another development strategy for the local community in the context of autonomization of their finances.

Keywords: Transportation theory, development scenarios, modeling, experiment, finance, B2B, autonomization, local community, closed financial flows, Experimental economic models

Аннотация: В течение последних десятилетий потенциал аналитики и интеллектуального анализа данных — методологий, извлекающих полезную информацию из больших наборов данных — трансформировал одну область научных исследований за другой. Аналитика стала тенденцией в последние несколько лет. Применительно к образованию эти методологии называют аналитикой обучения (LA) и интеллектуальным анализом данных в образовании (EDM). Использование аналитики обучения (учебной аналитики) выросло в последние годы по четырем основным причинам: значительное увеличение количества данных, улучшение форматов данных, достижения в области вычислительной техники и повышение сложности инструментов, доступных для аналитики. Статья посвящена описанию построения модели системы поддержки принятия решений (СППР) вуза на основе образовательных данных, полученных из электронной информационно-образовательной среды (ЭИОС) ВСГУТУ. Предметом исследования является построение СППР с использованием методов учебной аналитики. В статье представлена концептуальная модель системы принятия решений в учебном процессе и концептуальная модель компонента СППР — подсистемы прогнозирования. Особенность модели подсистемы прогнозирования заключается в применении методов аналитики обучения к наборам данных высшего учебного заведения, содержащие результаты работы ЭИОС, и включающие в себя характеристики активности студента. Основным результатом работы являются исследованные и выбранные методы кластеризации и классификации (KNN), апробация которых показала вполне приемлемые результаты. Надо отметить, что было исследованы различные методы кластеризации и метод k-prototypes показал лучшие результаты. Полученные результаты позволяют делать выводы о хорошем потенциале в применении методов учебной аналитики в вузах РФ.

Ключевые слова: поддержка принятия решений, кластеризация, классификация, учебная аналитика, электронная информационно-образовательная среда, прогнозирование успеваемости, методы прогнозирования, группа риска, успеваемость учащихся, искусственный интеллект

Abstract: In recent decades, the potential of analytics and data mining – the methodologies that extract valuable information from big data, transformed multiple fields of scientific research. Analytics has become a trend. With regards to education, these methodologies are called the learning analytics (LA) and educational data mining (EDM). Latterly, the use of learning analytics has proliferated due to four main factors: a significant increase in data quantity, improved data formats, achievements in the area of computer science, and higher complexity of available analytical tools. This article is dedicated to the description of building the model of decision support system (DSS) of a university based on educational data acquired from digital information and educational environment. The subject of this research is the development of DSS with application of learning analytics methods. The article provides a conceptual model of decision-making system in the educational process, as well as a conceptual model of the components of DSS component – forecasting subsystem. The peculiarity of forecasting subsystem model implies usage of learning analytics methods with regards to data sets of a higher educational institution, which contain the results of work of the digital information and educational environment, and include the characteristics of student activity. The main results of the conducted research is the examined and selected methods of clusterization and classification (KNN), the testing of which demonstrated palatable results. The author examined various methods of clusterization, among which k-prototypes method showed best results. The conclusion is made on favorable potential of application of the methods of learning analytics in Russian universities.

Keywords: risk group, forecasting methods, progress forecasting, electronic information and educational environment, educational analytics, classification, clustering, decision support, student progress, artificial intelligence

Аннотация: Объектом исследования в данной работе являются существующие средства компьютерного моделирования бактериальных сообществ – биоплёнок. Такие сообщества включают в себя большую часть (95-99%) бактерий и распространены повсеместно. Биоплёнки намного устойчивее одиночных бактерий к антибиотикам и другим антибактериальным средствам из-за слабой проницаемости межклеточной среды и замедления метаболизма части особей сообщества. Исследование методов воздействия на биоплёнки является важной проблемой биологии, при решении которой часто используют разнообразные средства компьютерного моделирования, позволившие добиться значительных научных результатов. Предметом исследования работы являются математические модели, используемые в современных средствах моделирования биоплёнок, и реализующее их программное обеспечение.   Основной вывод из проведённого исследования состоит в том, что существующие программы моделирования биоплёнок способны успешно воспроизводить многие аспекты поведения этих сообществ, в том числе рост, разрушение, саморегуляцию, но решение с их помощью многих актуальных проблем пока затруднено. Связано это с тем, что современные программы двумерного и трёхмерного агентного моделирования биоплёнок – BSim, iDynoMiCS, CellModeller – требуют участия в разработке квалифицированных программистов для описания взаимодействий моделируемых объектов, что затрудняет создание моделей. Наиболее перспективным направлением дальнейшего развития этого ПО представляется более активное использование средств описания поведения и взаимодействия агентов, применяемых в сфере искусственного интеллекта, например конечных автоматов или систем продукционных правил, но с обязательным сохранением биологической содержательности моделей.

Ключевые слова: конечный автомат, моделирование индивидов, клеточная модель, чувство кворума, компьютерное моделирование, модель поведения, агентная модель, биоплёнка, система правил, очистные сооружения

Abstract: The object of this research is the available means of computer modeling of bacterial communities-biofilms. Such communities include the majority (95-99%) of bacteria and are ubiquitous. Biofilms are much more resistant than single bacteria to antibiotics and other antibacterial means due to weak permeability of intercellular environment and moderation of metabolism of some specimen of the community. Examination of influence techniques on biofilms is an important problem of biology; its solution requires various computer modeling tools that allow achieving significant scientific results. The subject of this research is the mathematical models used in modern techniques of biofilm modeling, and as well as the software for their implementation. The conclusion is made that the available methods of biofilm modeling are capable of successful reproduction of multiple behavioral aspects of these bacteria communities, including growth, destruction, and self-regulation; however, certain relevant problems are yet to be resolved. This is associated with the fact that the development of modern software for two-dimensional and three-dimensional agent modeling of biofilms – BSim, iDynoMiCS, CellModeller, require competent programmers for describing the interactions between simulated objects. Most promising direction in further development of this software implies a more active usage of tools for describing behavior and interaction of agents applied in the sphere of artificial intelligence, for example, fin-state automaton or production rules systems, with mandatory preservation of biological content of the models.

Keywords: rule-based system, finite state machine, individual-based modelling, cell model, quorum sense, computer modeling, behavior model, agent model, biofilm, water treatment plant

Аннотация: Одним из перспективных направлений разработки программного обеспечения является моделирование формоизменения различных тел с графическим отображением самого процесса. Актуальность создания таких систем объясняется, прежде всего, предоставлением потенциальному пользователю возможности визуализации процесса формоизменения объекта под действием внешних сил. Такие программные модули востребованы в различных областях, например, моделирование деформации стального слитка при производстве металлопроката, прогнозирование формирования дефектов при внешнем воздействии на тело различной формы, а так же визуализация работы технической аппаратуры, связанной с внешним силовым воздействием на объект, который в результате приложенных сил меняет свою форму. Разработка подобных систем дает возможность создавать тренажеры-эмуляторы, которые востребованы, в том числе, и в образовательных учреждениях, так как позволяют без закупки дорогостоящего оборудования обучать студентов практическим навыкам работы. Например, в медицинских вузах можно применять подобные программно-аппаратные системы для получения практических навыков работы с медицинским оборудованием, например, установкой ультразвукового исследования (УЗИ). Стандартный процесс обучения проведения ультразвукового исследования в медицинском вузе состоит из двух этапов: теоретический и практический. В ходе обучения студент не имеет возможности самостоятельно поработать на аппарате УЗИ такое количество раз, чтобы получить реальные навыки работы с медицинским оборудованием. Поэтому актуальным является разработка ассистирующей робототехнической систем (АРС), которая будет являться тренажером-эмулятором реальной установки УЗИ и может использоваться для обучения. Первым этапом реализации проекта по созданию АРС аппарата УЗИ является разработка специализированного программного продукта, который позволит выполнить визуализацию изображения человеческих органов в формате 3D с возможностью их масштабирования, поворота и деформации, которая возникает при давлении на мягкие ткани поверхности джойстиком аппарата при проведении УЗИ-обследования.

Ключевые слова: визуализация, цифровой куб, моделирование, 3D объект, программное обеспечение, IT-технологии, имитационные модели, полигональная сетка, трехмерное моделирование, алгоритм

Abstract: One of the promising areas of software development is the modeling of shapes of various objects with graphical representation of the process itself. The relevance of creation of such systems is first and foremost substantiated by providing a potential user with opportunity to visualize the process of shaping the object under the influence of external factors. Such software modules are highly demanded in such fields as modeling of deformation of a steel ingot in manufacturing rolled steel, prediction of occurrence of defects caused by external influence upon objects of various shape, as well as visualization of work of technical equipment related to external impact upon the object, which changes its shape as a result of applied forces. Elaboration of such systems allows inventing emulators that are demanded in educational institutions, as they replace expensive equipment for training practical skills of the students. For example, in medical universities, such software and hardware systems can be used for acquiring practical skills of working with medical equipment, like installation of ultrasonography. The standard training process for carrying out ultrasound examination in a medical university consists of two stages: theoretical and practical. In the course of training, students are not allowed to use ultrasonography machine as many times to be able to acquire sufficient skills in working with medical equipment. Therefore, it is relevant to develop an assistant robotic system for training, which would serve as an emulator of an actual ultrasonography equipment. The first stage of implementation of such project is the development of a specialized software product that would allow visualizing the image of human organs in 3D format with an option of scaling, rotation and deformation, which occurs due to application of pressure on soft tissues using special joystick during ultrasonography examination.

Keywords: simulation model, IT technologies, software, 3D-object, modeling, digital cube, visualization, polygon grid, 3D-modeling, algorithm