Магістерські роботи

Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/62310

Browse

Now showing 1 - 20 of 20

Виявлення безпекових аномалій мережі з використанням систем штучного інтелекту
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Рупа, Олександр Святославович; Rupa, Oleksandr Sviatoslavovych; Кирик, Мар'ян Іванович; Національний університет "Львівська політехніка"
Сучасні інформаційно-комунікаційні системи є основою діяльності більшості організацій, забезпечуючи ефективне функціонування внутрішніх процесів та надання послуг. З розвитком інформаційних технологій зростають як масштаби мереж, так і кількість потенційних загроз, пов’язаних із безпекою. Складність сучасних інформаційно-комунікаційних мереж у поєднанні з великою кількістю користувачів і зовнішніх підключень ускладнює традиційні методи моніторингу та аналізу аномальної активності. Тому виникає необхідність у застосуванні новітніх інструментів для виявлення безпекових аномалій, одним із найефективніших серед яких є штучний інтелект. Об’єктом дослідження є процес виявлення безпекових аномалій у мережі за допомогою технологій штучного інтелекту. Предмет дослідження включає методи та підходи до аналізу мережевого трафіку, які дозволяють автоматично виявляти аномальні дії в мережі. Мета роботи та завдання дослідження. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є аналіз методів виявлення безпекових аномалій в інформаційно-комунікаційних мережах, що сприятиме підвищенню рівня захищеності інформаційної інфраструктури організацій. Для досягнення поставленої мети було визначено наступні завдання дослідження: 1. Здійснити аналіз основних загроз безпеці в інформаційно-комунікаційних мережах; 2. Дослідити традиційні методи виявлення аномалій, зокрема сигнатурні та евристичні підходи; 3. Проаналізувати нейронні мережі як інструмент для виявлення безпекових аномалій та перевірити ефективність залучення машинного навчання для виявлення кіберзагроз. 4. Експериментально перевірити ефективність методу залучення штучного інтелекту і машиного навчання для виявлення безпекових аномалій. Методи дослідження включають проведення аналізу наукової літератури з питань безпеки мереж та виявлення аномалій, а також експериментальні дослідження, що здійснюються на тестовому стенді з метою визначення оптимальних параметрів для виявлення безпекових аномалій у мережі. Наукова новизна дослідження полягає у розробці підходу до виявлення аномалій, що поєднує традиційні методи та інструменти штучного інтелекту, що дозволяє забезпечити підвищену ефективність у виявленні потенційних загроз. Практичне значення дослідження полягає у можливості застосування результатів для покращення моніторингу безпеки та створення системи, що автоматично аналізує поведінку мережі та своєчасно сигналізує про потенційні загрози. Випускна кваліфікаційна робота складається зі вступу, 5-ти розділів, висновку, списку використаних джерел та додатків. У першому розділі роботи розглянуто ключові підходи до виявлення аномалій у інформаційно-комунікаційних мережах. Важливою складовою сучасної кібербезпеки залишаються традиційні методи, такі як сигнатурні та евристичні системи. Сигнатурні методи працюють на основі вже відомих шаблонів атак, забезпечуючи високу точність і швидкість. Проте вони не здатні протидіяти новим загрозам, які ще не внесені до бази даних. Евристичні методи, в свою чергу, дозволяють виявляти відхилення в поведінці систем, що не обмежуються заздалегідь визначеними шаблонами, однак часто мають вищий рівень помилкових спрацьовувань, що може знижувати їхню ефективність [1]. Другий розділ присвячений ролі нейронних мереж у виявленні безпекових аномалій, зосереджуючись на їхньому потенціалі як інструменту для забезпечення кібербезпеки. Нейронні мережі стали невід’ємною частиною сучасних підходів до аналізу даних завдяки своїй здатності виявляти складні патерни та закономірності, що часто залишаються непоміченими традиційними методами. Вони можуть обробляти великі обсяги даних, що є критично важливим у контексті сучасних загроз, оскільки атаки стають дедалі більш складними і різноманітними. Нейронні мережі забезпечують можливість виявлення аномалій у реальному часі, що є важливим аспектом для систем кібербезпеки [2]. У ситуаціях, коли загроза може бути виявлена та нейтралізована на ранній стадії, нейронні моделі можуть значно знизити ризики і забезпечити захист інформаційних систем. Це особливо важливо в умовах постійних кібер-атак, коли кожна секунда може мати вирішальне значення. Завдяки своїй здатності аналізувати дані в режимі реального часу, нейронні мережі стають ключовим компонентом у системах моніторингу безпеки. У третьому розділі, розглянуто комплексні підходи до впровадження системи збору та аналізу журналів подій з метою підвищення рівня безпеки корпоративної інформаційно-комунікаційної мережі. Одним із ключових рішень було створення власного скрипту на Python для збору та парсингу журналів, що дозволяє уникнути залежності від сторонніх систем, таких як Elasticsearch або Loki, і забезпечити гнучкість у налаштуванні та адаптації системи до вимог організації [3]. Важливим аспектом впровадження є уніфікація процесу збору даних з різних джерел: систем Windows (Windows Event Log), Linux (systemd-journal), мережевих пристроїв (SNMP traps, Cisco log service), а також інших критичних компонентів мережевої інфраструктури. Це дозволяє забезпечити цілісність і достовірність зібраної інформації для подальшого аналізу [4]. На основі цих даних система штучного інтелекту буде здатна відповідати на важливі запити, зокрема щодо дій користувачів протягом робочого дня, їхньої взаємодії з корпоративними сервісами, а також автоматично виявляти нетипову поведінку, що може свідчити про потенційні загрози безпеці. У четвертому розділі комплексний підхід до інтеграції та неперервного навчання моделей машинного навчання, акцентуючи увагу на важливості збору та підготовки даних для навчання. Зібравши великий обсягів інформації з різних джерел, дозволило отримати детальну картину дій користувачів. Дані пройшли етапи попередньої обробки, де були видалені шуми, нормалізовані значення, а також створена відповідна структура для подальшого навчання моделей. Провевши навчання кількох моделей класифікації, включаючи Random Forest, SVM та Logistic Regression. Результати показали, що моделі можуть досягати високої точності у визначенні статусу дій користувачів. Аналіз різних алгоритмів дав змогу не лише оцінити їх ефективність, але й вибрати найбільш підходящі для специфічних завдань, пов'язаних із моніторингом та безпекою.Інтеграція цих моделей в платформу LAMA забезпечила зручний доступ до аналізу дій користувачів через веб-інтерфейс [5]. Використання RESTful API дозволило здійснювати запити до моделей класифікації та отримувати важливу інформацію про свою активність, завантаженість комутаторів та серверів у реальному часі. Система, що постійно навчається, здатна виявляти аномалії та незвичні патерни в поведінці користувачів, що сприяє покращенню інформаційної безпеки організації. Поєднуючи результати навчання моделей із платформою для аналізу даних, було створено ефективний інструмент для моніторингу та управління інформаційними потоками.
Дослідження алгоритмів демодуляції у системах зв’язку із використанням технології Massive MIMO
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Захарчук, Петро Віталійович; Zakharchuk, Petro Vitaliiovych; Пиріг, Юлія Володимирівна; Національний університет "Львівська політехніка"
Для розв'язання важливих завдань економіки та соціальної сфери потрібне розроблення сучасної високошвидкісної інфраструктури зберігання, оброблення та передавання інформації. Темпи розвитку телекомунікацій, що зростають, і відчутні зміни потреб та очікувань абонентів мереж бездротового зв'язку ставлять складні завдання комплексного передавання, оброблення даних в умовах жорсткого обмеження часових, енергетичних і частотних ресурсів [1-3]. Для збільшення пропускної спроможності в системах бездротового зв'язку 5-го і 6-го поколінь (5G і 6G) використовується технологія з великим числом передавальних і приймальних антен (MIMO). Однак зі збільшенням числа антен відбувається істотне підвищення складності алгоритмів демодуляції. Таким чином, розробка ефективних демодуляторів, що мають порівняно низьку складність реалізації, є актуальною проблемою . Технологія Massive MIMO дає змогу підвищити як спектральну, так і енергетичну ефективність бездротових систем зв'язку, однак для практичної реалізації потрібні високоефективні алгоритми цифрової обробки сигналів, які не потребують застосування додаткових ресурсів. Слід зазначити, що стандартами регламентується тільки передавальний бік систем радіозв'язку, розробка приймачів залишається на розсуд розробників і виробників обладнання. В умовах жорсткої конкуренції на ринку послуг зв'язку, а також в умовах імпортозаміщення обладнання інтерес до дешевих ефективних і простих демодуляторів різко зростає. Незважаючи на те, що наразі вже існує багато алгоритмів, і сучасні цифрові сигнальні процесори дають змогу реалізувати складні алгоритми цифрового оброблення сигналів для систем із великим числом антен, усе ще залишається актуальним завдання синтезу алгоритму, який володіє прийнятною обчислювальною складністю і хорошими характеристиками завадостійкості [4,5]. Актуальним завданням є дослідження алгоритмів демодуляції, що мають завадостійкість вищу, ніж у кращого лінійного алгоритму - оптимального за критерієм мінімуму середньоквадратичної помилки та мають такий самий порядок складності. Для підвищення завадостійкості лінійних демодуляторів під час синтезу алгоритмів демодуляції необхідно враховувати доступну апріорну інформацію про передані сигнали . На шляху до масового впровадження технології Massive MIMO є чимало труднощів, зокрема, проблема синтезу високоефективних і таких, що мають прийнятну обчислювальну складність, алгоритмів цифрового оброблення сигналів. Дослідження алгоритмів демодуляції з прийнятною обчислювальною складністю, які враховують апріорну інформацію про множину інформаційних символів і мають завадостійкість, близьку до завадостійкості демодулятора ML, на сьогоднішній день є одним із пріоритетних завдань сучасного бездротового зв'язку. Предметом дослідження є алгоритми демодуляції для систем MIMO з великим числом антен. Об'єктом дослідження є демодуляція сигналів у системах Massive MIMO із застосуванням різних порядків квадратурної амплітудної модуляції. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є дослідження алгоритмів демодуляції у системах безпровідного зв'язку, що використовують технологію MIMO з великим числом антен.
Дослідження алгоритмів обробки інформації для кінцевих пристроїв IoT системи
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Медвідь, Роман Ярославович; Medvid, Roman Yaroslavovych; Пиріг, Юлія Володимирівна; Національний університет "Львівська політехніка"
Інтернет речей (IoT) – це величезна мережа зв'язаних між собою фізичних пристроїв, які обмінюються даними та виконують різноманітні завдання без прямого втручання людини. З кожним днем IoT набуває все більшого поширення у нашому житті, проникаючи в різноманітні сфери, від промисловості та охорони здоров'я до побутових сценаріїв. Однією з ключових складових успіху IoT є здатність обробки величезних обсягів даних безпосередньо на кінцевих пристроях – від датчиків та сенсорів до розумних пристроїв у домашньому оточенні [1-3]. Це не лише сприяє підвищенню ефективності системи, але й відкриває нові можливості для розвитку та впровадження інноваційних технологій. Важливість обробки інформації на кінцевих пристроях IoT не може бути переоцінена у зв'язку з кількісним та якісним зростанням даних, які збираються. Здатність швидко та ефективно обробляти ці дані прямо на пристрої дозволяє зменшити завантаження на централізовані сервери та мережеві канали, а також забезпечує оперативність в умовах обмежених ресурсів кінцевих пристроїв [4]. Більш того, обробка інформації на кінцевих пристроях IoT є ключовим аспектом для вирішення проблеми пропускної здатності мереж та зменшення затримок у передачі даних [5,6]. Це особливо важливо в умовах розгортання великомасштабних IoT-систем, де значна кількість пристроїв одночасно взаємодіє в реальному часі. Напрями, пов'язані з дослідженнями обробки сигналів безпосередньо на проміжних пристроях і, особливо, на кінцевих пристроях представлені у невеликій кількості. Цей факт зумовлений фундаментальними обмеженнями кінцевих пристроїв і систем Інтернету речей, а також суперечливістю вимог. Насамперед пристрої мають бути максимально дешевими, автономними, компактними і при цьому мати мале енергоспоживання. Ці вимоги обмежують продуктивність кінцевих пристроїв. Мережа, своєю чергою, повинна забезпечувати необхідну якість сервісу (QoS), швидкість і надійність передачі даних. Парадигма збору всіх даних у хмару та подальшого опрацювання домінує, що спричиняє зростання обсягу даних, які необхідно передавати, опрацьовувати та зберігати. Таким чином, ключові питання, пов'язані з обробкою даних на первинній мережевій ланці - кінцевих IoT-пристроях, досі є актуальними. У першому розділі розглянуто архітектури систем Інтернету речей та їхні ключові компоненти. Систематизовано проблеми, характерні для цих систем. Показано, що домінуючим підходом до організації IoT мережі є хмарний, а ключовою проблемою є зростання обсягів інформації, що генеруються кінцевими пристроями. При цьому пропускна здатність IoT систем обмежена, тому потрібні методи обробки інформації, що дозволяють знижувати обсяг трафіку. Детально проаналізовано і систематизовано описані в літературі методи скорочення обсягів переданих даних у системах Інтернету речей з урахуванням сформованих архітектур . У другому розділі представлено модель системи Інтернету речей з урахуванням пристроїв обробки даних. Запропоновано метод опрацювання та зниження обсягу переданих даних на базі кінцевого пристрою, на основі узгодженої фільтрації для систем Інтернету речей. Представлено архітектуру кінцевого пристрою, який відповідає за реалізацію кореляційної обробки з метою скорочення обсягу переданих у хмару даних. У третьому розділі здійснено дослідження характеристик кореляційного методу залежно від параметрів імпульсної характеристики. На основі отриманих результатів показано переваги розробленого методу. У четвертому розділі здійснено реалізаацію обробки даних на кінцевому пристрої. Для дослідження працездатності реалізованої на базі налагоджувальної плати системи виконано її порівняння із відповідною моделлю у MATLAB. На основі отриманих результатів показано працездатність пропонованого методу. У п’ятому розділі здійснено економічну оцінку доцільності створення підприємства малого бізнесу для надання послуг із захисту переданої інформації. На основі здійснених обчислень доведено економічну доцільність такого проєкту.
Дослідження методів автоматизації процесів управління критичною інфраструктурою з використанням технологій 4G/5G та IoT
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Іванишин, Святослав Ігорович; Ivanyshyn, Sviatoslav Ihorovych; Бешлей, Галина Володимирівна; Національний університет "Львівська політехніка"
Дипломна робота присвячена розробці та дослідженню систем автоматизації для управління критичною інфраструктурою із застосуванням сучасних технологій Інтернету речей (IoT), 4G/5G і NB-IoT. У рамках роботи проаналізовано тенденції розвитку IoT, розглянуто архітектури автоматизації, впроваджено інтеграційні рішення з використанням платформи Home Assistant, а також створено та протестовано прототип системи моніторингу температури на основі технологій LTE/NB-IoT. Перший розділ зосереджений на вивченні сучасних тенденцій розвитку технологій IoT, 4G та 5G і їхнього застосування для управління критичною інфраструктурою. Окреслено можливості цих технологій щодо підвищення стабільності, надійності та ефективності роботи систем. Проведено огляд архітектур і ключових компонентів IoT-систем, що застосовуються для моніторингу та автоматизації об’єктів критичної інфраструктури. Особливу увагу приділено методам розгортання IoT-рішень та їхній адаптації до умов конкретних об’єктів. Висновки підсумовують перспективи подальшого розвитку IoT як основи для цифровізації критичних об’єктів. У другому розділі детально описано методи автоматизації, які базуються на платформі Home Assistant. Наведено приклад інтеграції об’єктів критичної інфраструктури з Home Assistant, що дозволяє централізовано контролювати IoTпристрої, автоматизувати процеси моніторингу та зменшити залежність від хмарних рішень. Також представлено метод моніторингу та управління акумуляторними батареями LiFePO4 на основі спеціалізованого аддона Batmon. Розглянуто сценарії автоматизації, спрямовані на підвищення енергоефективності та надійності систем. Крім того, проаналізовано переваги використання технології NB-IoT для задач моніторингу й автоматизації, включаючи стабільність зв’язку, низьке енергоспоживання та здатність працювати у складних умовах. У третьому розділі описано процес розгортання прототипу системи моніторингу температури для критичної інфраструктури з використанням технологій LTE/NB-IoT. Проведено аналіз функціональних можливостей прототипу, що базується на платформах Raspberry Pi 3 і LTE IoT 3 Click. Детально описано процес підготовки та налаштування компонентів системи, зокрема конфігурацію зв’язку між пристроями та використання MQTT-протоколу. Визначено технічні переваги LTE/NB-IoT у задачах моніторингу, серед яких стабільність передачі даних, широке покриття та здатність функціонувати в умовах слабкого сигналу. Четвертий розділ присвячений практичній реалізації та тестуванню прототипу системи моніторингу. Описано процес автоматизації параметрів мережі та функціональності клієнта MQTT за допомогою Python-скриптів. Здійснено збір ключових показників ефективності системи, включаючи затримки передачі даних, пропускну здатність і якість зв’язку. Проведені експерименти показали, що реалізований прототип забезпечує стабільну роботу, низькі затримки та високу надійність передачі даних навіть за низької якості сигналу. Наведено рекомендації щодо оптимізації роботи системи для підвищення її ефективності в реальних умовах. У п'ятому розділі проведено техніко-економічне обґрунтування розробленого прототипу. Об’єктом дослідження є процеси автоматизації управління критичною інфраструктурою з використанням сучасних інформаційно-комунікаційних технологій, таких як NB-IoT, 4G/5G та IoT. Предметом дослідження є методи інтеграції та автоматизації управління критичною інфраструктурою шляхом застосування протоколів NB-IoT, інструментів моніторингу в реальному часі та архітектур IoT-систем.. Метою роботи є дослідження методів автоматизації процесів управління критичною інфраструктурою з використанням NB-IoT технології та розробка прототипу системи моніторингу температури об'єктів критичної інфраструктури.
Дослідження методів балансування навантаження в розподілених сервісно-орієнтованих системах
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Боднар, Сергій Юрійович; Bodnar, Serhii Yuriiovych; Селюченко, Мар'ян Олександрович; Національний університет "Львівська політехніка"
Випускна кваліфікаційна робота присвячена дослідженню методів балансування навантаження в розподілених сервісно-орієнтованих системах з акцентом на розробку та впровадження динамічного алгоритму Load Based, який адаптивно враховує поточне навантаження на серверах для рівномірного розподілу запитів. Зростання обсягу даних та кількості одночасних користувачів у розподілених системах вимагає гнучких підходів до балансування навантаження, що забезпечують продуктивність та стабільність у реальному часі. Дослідження методів балансування навантаження зумовлене необхідністю мінімізації затримок і забезпечення високої доступності сервісів для задоволення вимог користувачів і підвищення якості обслуговування. У роботі проведено аналіз теоретичних основ балансування навантаження, включаючи розгляд основних статичних та динамічних методів, таких як Round Robin, Weighted Round Robin, Least Connections, Least Response Time тощо. Особлива увага приділена параметрам QoS, що впливають на стабільність роботи систем, таким як затримка, пропускна здатність, надійність, доступність і масштабованість. Було визначено основні переваги та обмеження статичних методів балансування навантаження та обґрунтовано необхідність впровадження адаптивних алгоритмів, що можуть динамічно враховувати поточний стан серверів. Експериментальна частина роботи включала проектування та реалізацію алгоритму Load Based, що дозволяє вибирати сервери з найменшим навантаженням, що забезпечує оптимальний розподіл запитів та мінімізацію затримок. Описано архітектуру експериментальної системи, яка використовує технології оркестрації контейнерів для тестування алгоритму. Проведено порівняльний аналіз LB з іншими популярними методами, включаючи RR та WRR, для оцінки продуктивності, стабільності та відмовостійкості. Результати тестування підтвердили переваги LB у випадках пікових навантажень, де він демонстрував зниження середнього часу відгуку порівнянні з WRR. Окрему увагу в роботі приділено рекомендаціям щодо практичного застосування алгоритму Load Based у сервісно-орієнтованих архітектурах. Розроблено рекомендації з налаштування LB для забезпечення ефективного моніторингу навантаження та забезпечення адаптивного масштабування. Крім того, визначено перспективи подальшого розвитку методів балансування навантаження, які включають інтеграцію з методами машинного навчання та алгоритмами прогнозування навантаження для підвищення точності розподілу запитів і зниження ймовірності перевантаження. Результати цього дослідження створюють основу для розвитку методів балансування навантаження в розподілених сервіс-орієнтованих системах. Застосовуючи адаптивні алгоритми на основі навантаження, майбутні розробки можуть покращити використання ресурсів, зменшити затримки та підвищити продуктивність системи. Це дослідження також підтримує покращення якості обслуговування.
Дослідження методів кластеризації та маршрутизації для мереж Інтернету речей високої щільності
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Гнідець, Петро Юрійович; Hnidets, Petro Yuriiovych; Пиріг, Ярослав Романович; Національний університет "Львівська політехніка"
Проникнення Інтернету речей (ІР) у різні сфери призводить до появи мереж високої щільності, у випадках, коли концентрація пристроїв у просторі стає великою. Це мережі в житлових або офісних багатоповерхових будівлях, а також мережі промислових підприємств, що обслуговують різні технологічні об'єкти та процеси. Ефективність функціонування мереж високої щільності більшою мірою, ніж мереж малої щільності, залежить від застосовуваних методів побудови мережі, вибору її логічної структури. Для управління мережами з великою кількістю пристроїв потрібне застосування ієрархічних структур, що дають змогу локалізувати групи (кластери) з відносно невеликою кількістю пристроїв [1-3]. Однак для вирішення цього завдання також доводиться оперувати великими кількостями. Також слід враховувати, що для розв'язання цих завдань використовуються обчислювальні засоби контролерів з відносно невисокою продуктивністю. Для побудови та забезпечення функціонування мереж інтернету речей високої щільності потрібне вдосконалення моделей і методів, що застосовуються в цих завданнях. Роль методичного забезпечення в мережах 5G істотно вища, ніж у мережах попередніх поколінь, оскільки в них більша увага приділяється завданням розподілу ресурсів, а також завданням управління.Тому можна зробити висновок, що кількісні зміни в мережах Інтернету речей призводять до дослідження моделей і методів, які дають змогу враховувати особливості мереж високої густини, а також мереж, розміщених у тривимірному просторі, під час розв'язування задач вибору логічної структури цих мереж, тобто в задачах кластеризації, виділення головних вузлів мережі, а також у задачах маршрутизації трафіку [4,5]. Об'єкт дослідження - безпровідні мережі зв'язку Інтернету речей високої щільності. Предмет дослідження - методи кластеризації та маршрутизації . Мета роботи - підвищення ефективності функціонування мереж Інтернету речей високої щільності шляхом використання методів кластеризації та маршрутизації трафіку. У першому розділі розглянуто етапи виникнення та розвитку Інтернету речей. Показано, що формування фізичної та логічної структур мережі ІР, а також управління розподілом трафіку в мережі потребують моделей і методів, здатних вирішувати ці завдання в умовах великої кількості вузлів у заданий час. Для їх ефективного використання потрібно враховувати особливості мереж високої щільності, а також особливості розподілу їхніх елементів у зоні обслуговування, що являє собою тривимірний простір. У другому розділі розглянуто методи теорії фракталів для побудови тривимірних мереж Інтернету речей високої щільності, що дає змогу визначити особливості їх структури. Під час побудови мереж із великою кількістю вузлів необхідно мати можливість виділення груп вузлів, для організації ієрархічної структури мережі та обслуговування в ній трафіку. Для кластеризації вузлів мережі пропонується метод і алгоритм, побудовані на основі методу аналізу фрактальної розмірності мережі. Запропонований метод дає змогу здійснити кластеризацію вузлів мережі, коли вони мають досить виражений розподіл за групами, що, наприклад, має місце в багатоповерхових будинках і будівлях. У третьому розділі для забезпечення функціонування мереж ІР високої щільності в тривимірному просторі розглянуто організацію ієрархічної структури, для чого необхідний вибір головних вузлів, які реалізують роль транзитних під час передавання трафіку від вузлів мережі ІР до зовнішніх мереж. Завдання вибору головних вузлів описано завданням пошуку k-кратного центру графа, для розв'язання якого можуть бути використані алгоритми отримання наближених рішень. Якість розв'язку в такому разі характеризується його розміром, що чисельно дорівнює відстані між вершинами центру і найвіддаленішим вузлом. Під час вибору алгоритму розв'язання задачі необхідно забезпечити компроміс між критеріями точності, якості розв'язку та часу його отримання. У четвертому розділі наведено метод маршрутизації трафіку в тривимірній мережі Інтернету речей високої щільності, з використанням сірого реляційного аналізу, що підвищує ефективність вибору маршруту за рахунок використання декількох критеріїв, а також дає змогу ухвалювати рішення за відносно малої кількості вихідних даних. Запропонований метод дає можливість врахувати суттєві для конкретного випадку параметри якості, набір яких може бути розширено при потребі. Слід зазначити, що розширення набору параметрів якості також потребуватиме розширення набору правил їх обчислення для маршруту. За результатами імітаційних експериментів ефективність методу становила 53% щодо однокритеріального методу. У п’ятому розділі здійснено техніко-економічне обгрунтування створення проєкту для аналізу надійності систем зв’язку. Представлено розрахунки щодо капітальних витрат на будівництво інфраструктури та експлуатаційні витрати для оренди хмарної інфраструктури. На основі здійснених обчислень підтверджено доцільність реалізації розглянутого проєкту.
Дослідження методів оцінки пропускної здатності радіорелейних ліній зв'язку із адаптивною модуляцією
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Волков, Віталій Миколайович; Volkov, Vitalii Mykolaiovych; Русин, Богдан Павлович; Національний університет "Львівська політехніка"
Радіорелейні лінії (РРЛ) широко застосовуються на транспортних мережах зв'язку та мережах доступу різного призначення завдяки можливості швидкого розгортання з істотно меншими витратами, порівняно з волоконно-оптичними лініями зв'язку (ВОЛЗ). У мережах рухомого зв'язку радіорелейні лінії становлять основу бездротового розподільного транспортного сегмента, оскільки забезпечують інформаційне включення вузлів радіодоступу з ядром мережі безпосередньо або через найближчий майданчик, обладнаний точкою доступу до ВОЛЗ [1-3]. Розвиток технологій рухомого зв'язку 5G, і в перспективі 6G, висуває високі вимоги до пропускної спроможності бездротового транспортного сегмента загалом і радіорелейних ліній. Одним із напрямів підвищення пропускної здатності РРЛ для задоволення вимог мереж 5G є освоєння нових діапазонів радіочастотного спектра. Застосування діапазону міліметрових радіохвиль дає змогу загалом розв'язати завдання підвищення пропускної здатності радіорелейних систем передавання. Однак, суттєва залежність поширення радіохвиль зазначеного діапазону від метеоумов і недостатня вивченість цієї залежності є стримувальним фактором прогнозування якості зв'язку в радіорелейних лініях на етапі їхнього планування і проектування [4,5]. Склалася ситуація, коли методи і моделі розрахунку показників якості радіорелейного зв'язку, описані в нормативних документах галузі та рекомендаціях, відстають від технологічних досягнень і не охоплюють широко застосовувану на практиці ділянку міліметрового діапазону хвиль E-band. Особливістю радіорелейного зв'язку в міліметровому діапазоні частот є його сильна схильність до впливу опадів, що спричиняють глибокі завмирання сигналів, для боротьби з якими на інтервалах РРЛ (радіорелейних інтервалах - РРІ) або підтримують підвищений запас потужності, або використовують адаптивну модуляцію (АМ), або адаптивне управління потужністю передавача в поєднанні з АМ. Під адаптивною модуляцією розуміють автоматичне перемикання рівнів (режимів) модуляції залежно від величини глибини завмирань на радіорелейному інтервалі з метою підтримання максимальної пропускної здатності радіорелейного інтервалу залежно від поточних (контрольованих) умов поширення радіохвиль. Контрольованими параметрами є потужність сигналу на прийомі або відношення сигнал-шум, а керованими параметрами є рівні модуляції. Завдяки використанню вищих рівнів модуляції, що забезпечують вищу швидкість, але з меншою стійкістю, доступний запас на завмирання може бути перетворено на збільшення пропускної здатності. Хоча радіорелейне обладнання в міліметровому діапазоні з використанням адаптивної модуляції AQAM широко застосовують на практиці вже близько 10 років, відсутність в наявних методах і методиках розрахунку показників якості математичного апарату для врахування опадів у цьому діапазоні й урахуванні використання АМ ускладнює оцінювання ефективності функціонування РРЗІ на етапі планування, а також ускладнює обґрунтованість відповідних проєктних і технічних рішень. За час експлуатації радіорелейного обладнання міліметрового діапазону хвиль зібрано достатній обсяг статистичних даних, що дає змогу оцінити й узагальнити вплив метеоумов на завмирання сигналів. На основі наявних статистичних даних актуальним є дослідження зазначеного впливу в діапазоні E-Band. Таким чином, чинні методики оцінки РРІ вже не повною мірою відповідають сучасним технологіям. У зв'язку з цим, дослідження, спрямовані на врахування адаптивної модуляції та її впливу на пропускну спроможність цифрової радіорелейної лінії (ЦРРЛ) під час впливу опадів на завмирання в міліметровому діапазоні, є актуальними. Об'єктом дослідження є радіорелейна лінія (РРЛ) з адаптивною модуляцією (АМ). Предметом дослідження є методи розрахунку пропускної здатності радіорелейних ліній з адаптивною модуляцією. Мета дослідження полягає в підвищенні пропускної здатності радіорелейних ліній за рахунок використання адаптивної модуляції та кількісного обґрунтування режимів роботи радіорелейних станцій (РРС) під час планування й оптимізації РРЛ з АМ. У першому розділі розглянуто тенденції розвитку мереж мобільного зв'язку (ММЗ), що спрямовані на досягнення максимально можливої пропускної спроможності, мінімального часу затримки, поліпшеної спектральної ефективності, високої точності синхронізації тощо. У другому розділі представлено модель радіорелейної лінії з адаптивною модуляцією, що дає змогу оцінювати вплив режимів роботи радіорелейних станцій з адаптивною модуляцією на стійкість функціонування РРЛ в умовах впливу завмирань. Розроблена модель містить залежності пропускної спроможності від функції розподілу ймовірності завмирань для різних типів трафіку в РРЛ: для пріоритетного безперервного типу трафіку без використання АМ, для непріоритетного переривчастого типу трафіку з використанням АМ та для агрегованого типу трафіку, що поєднує у собі передавання безперервного та переривчастого типів трафіку в РРЛ з АМ. У третьому розділі представлено метод розрахунку пропускної здатності радіорелейної лінії з адаптивною модуляцією в умовах завмирань, характерних для міліметрового діапазону хвиль, що є найбільш точним порівняно з наявними. Показано взаємозв'язок пропускної здатності з коефіцієнтами неготовності інтервалів РРЛ з різними градаціями швидкості передавання за відомої функції розподілу завмирань. У четвертому розділі здійснено дослідження ефективності використання розробленого методу розрахунку пропускної здатності радіорелейної лінії з адаптивною модуляцією з урахуванням особливостей поширення радіохвиль у міліметровому діапазоні. У п’ятому розділі здійснена економічна оцінка впровадження автоматизованого тестування програмного забезпечення для контролю якості обслуговування користувачів. На основі здійснених обчислень підтверджено доцільність реалізації розглянутого проєкту.
Дослідження методів управління мережами 5G з використанням засобів штучного інтелекту
(Національний університет "Львівська політехніка", 2020) Осташевський, Андрій Іванович; Ostashevskyi, Andrii Ivanovych; Максимюк, Тарас Андрійович; Національний університет "Львівська політехніка"
В результаті збільшення обсягів інформації, її циркуляції та нових амбіцій, пов'язаних з автоматизацією та покращенням різних життєвих сфер, таких як водіння, політ тощо, народилася проблема: як забезпечити якісний обмін інформацією, щоб позбутися затримок та перешкод? Отже, незважаючи на існуючу відносно молоду 4G-мережу мобільного зв'язку, народилося нове покоління мобільних мереж - 5G. Враховуючи той факт, що мережею користуватимуться не лише користувачі мобільних телефонів, а й багато інших сервісів, таких як розумні машини, смарт-камери тощо, навантаження на окремі базові станції 5G мережі у певний момент часу буде величезним, а якість та швидкість обміну інформацією прогнозовано низькою. В результаті ми отримуємо проблему розподілу ширини смуги частот, управління якою із використанням людських ресурсів є надто дорогим. Щоб позбутися або принаймні зменшити вплив цієї проблеми на якість послуг, ми пропонуємо аналіз та прогнозування навантаження на мережу за допомогою штучного інтелекту (ШІ) та машинного навчання (МН), а також обчислення ефективної ширини смуги частот на основі прогнозування ШІ. Логічним є питання: навіщо нам ШІ, якщо ми можемо аналізувати навантаження на комірки і вручну змінювати параметри? Відповідь проста: ШІ дозволяє проаналізувати навантаження для забезпечення автоматизованої зміни ширини смуги частот, вже передбачивши навантаження на комірки. Маючи прогнози навантаження, система повинна передавати прогнозовані параметри алгоритму розрахунку ширини смуги частот і змінювати параметри комірки. Останній по рахунку, але не по значенню аргумент: параметрами для кількох комірок можна керувати вручну, але як щодо сотень чи тисяч комірок? В роботі запропоновано модель машинного навчання для прогнозування навантаження на 5G комірки, алгоритм ефективного розрахунку смуги частот та демонстрацію зміни смуги частот стільникової мережі за допомогою користувальницького інтерфейсу, оскільки автоматизований процес працює в фоновому режимі та невидимий. У главі 2 наведено опис різних типів періодичних нейронних мереж, а також їх спільні та відмінні характеристики. Крім того, у розділі описуються принцип роботи LSTM та GRU моделей, їх переваги та недоліки. Це особливо важливий момент, оскільки на основі цієї інформації вбирається модель нейронної мережі (NN). Крім того, у цій главі пропонується математична модель алгоритму розрахунку ефективної смуги частот, яка використовує прогнозовані результати навантаження як параметри для розрахунку вищезазначеної ефективної ширини смуги частот. Алгоритм може бути реалізований на будь-якій мові програмування, але проблема полягає у великих наборах даних (сотнях та тисячах), що зменшує продуктивність алгоритму, оскільки складність алгоритму не є постійною, а O(?log?_n). Отже, найкращим рішенням буде Python, PHP, Perl тощо. У розділі 3 ми демонструємо навчання нейронної моделі та розрахунок прогнозу навантаження для п'яти клітин 5G протягом 24 годин. Дотримуючись найкращих практик ML, ми розділили набір даних на 80% та 20% відповідно. Результати прогнозу повторюють характеристики реальних даних, хоча і не повністю відповідають їм. Крім того, у цій главі представлено кожен крок обчислення ефективної ширини смуги частоти та представлено кожен із цих кроків відповідним графіком для всіх п’яти комірок. Результат розподілу смуги частот є дійсним і показує значення ширини смуги частот на часових інтервалах, коли навантаження комірки пікове, і мінімальне там, де навантаження низьке. Для спрощення розрахунку, графік швидкості, навантаження та частот, будуються для одного користувача, включаючи значення навантаження в кожну комірку, щоб показати, оптимальну ширину смуги частот для забезпечення якісного обслуговування. Висновком цієї глави є останні п'ять графічних зображень, на яких показано порівняння швидкості користувача без динамічного розподілу ширини смуги частот протягом дня, з параметрами швидкості які включають в себе динамічний розподіл ширини смуги частот. Це ще раз доводить, що динамічний розподіл ширини смуги частот покращує якість послуг, що надаються кінцевому користувачеві. У розділі 4 продемонстровано та порівняно загальні варіанти управління станцією 5G. Тут оглянуто концепції REST API та Event System, їх спільні та відмінні характеристики, а також переваги та недоліки. Для кожного варіанту управління, описано, як можна застосувати ту чи іншу концепцію до мережі 5G із супроводжуючими блок-схемами. В результаті було обрано підхід REST через специфічний зв’язок між ядром та модулями, та простоту впровадження. Для демонстрації управління мережею було обрано платформу ThingsBoard та Python REST аплікацію, яка здатна надсилати дані до інтерфейсу ThingsBoard. Це було зроблено, щоб показати, як буде виглядати автоматизація, якщо штучний інтелект з відповідною моделлю нейронної мережі та алгоритм розрахунку смуги частот буде застосовано до мережі 5G, оскільки автоматизований процес працює в фоновому режимі і є невидимим. Автоматизація повністю виключає втручання людини, окрім апаратного та програмного обслуговування.
Дослідження методів управління процесами збору та аналізу даних в розподілених інформаційних системах
(Національний університет "Львівська політехніка", 2020) Журавель, Станіслав Сергійович; Zhuravel, Stanislav Serhiiovych; Селюченко, Мар'ян Олександрович; Національний університет "Львівська політехніка"
Сьогодні багато програм вимагають можливість працювати з великими обсягами даних, на відміну від необхідності у обчислювальних можливостях, сира потужність процесора не часто є обмежувальним фактором для цих систем - більшими проблемами, як правило, є обсяг даних, складність даних та швидкість, з якою вони змінюються [1]. За останні роки з’явилося багато нових інструментів для зберігання та обробки даних. Вони оптимізовані для різноманітних випадків використання, і більше не входять у традиційні категорії [2]. Наприклад, існують сховища даних, які також використовуються як черги повідомлень (Redis), а є черги повідомлень із гарантіями зберігання, подібними до бази даних (Apache Kafka), дані про такі рішення стають не систематизованими. Одночасно розвиваються напрями які продукують значні об’єми даних які вимагають від систем можливості обробляти, зберігати та аналізувати значні об’єми даних в короткий проміжок часу [3]. У магістерській кваліфікаційній роботі представлено моделі представлення даних сучасних сховищ, структури організації пошукових індексів в залежності від способу використання. Окреслено інформаційні системи в залежності від способу використання такі як OLTP (Online transaction processing) та OLAP (Online analytics processing) [4]. Проведено аналіз, узагальнення, пояснення, та класифікацію методів аналізу та обробки даних в розподілених інформаційних системах [5]. Побудовано розподілену інформаційну систему для обробки та зберігання великих об’ємів даних від пристроїв IoT, яка здатна в реальному часі реагувати на зміни показників виміряної температури (шляхом використання потокової обробки за допомогою розподіленого брокеру повідомлень) та продукувати нові події в системі які можуть попереджати про наростання температури, виникнення пожежі та її зупинку, використовуючи пакетну обробку з застосуванням машинного навчання система здатна обробити історично накоплені дані та виявити групи непрацездатних датчиків. Проведено аналіз результатів роботи розробленої системи в ході якого було підтверджено зверхність виокремлених раніше методів [6]. Об’єкт дослідження - розподілені інформаційні системи. Предмет дослідження - методи аналізу, обробки та управління процесами збору та зберігання великих об’ємів даних. Мета дослідження: розглянути методи для зберігання та обробки даних в великих кількостях, виокремити найбільш доречні до використання, окреслити їх межі та сфери використання та емпірично довести працездатність цих методів. Результати дослідження: встановлено що потокова та пакетна обробка не є взаємозамінними, хоч це можливо, методи слід використовувати в певних рамках, потоку обробку - в системах реального часу, а пакетну обробку - в системах де час виконання проведення аналітики не є важливим [7]. Аналіз потокової системи показав, що потокова обробка за допомогою розподіленого брокеру повідомлень дозволяє не тільки обробляти дані в майже реальному часі, але й проводити складну агрегацію (Сomplex Event Processing) та аналітику в системі, та дозволяє реалізовувати підходи які дозволяють відновлювати систему внаслідок збою її роботи, (наприклад підходи Change Data Capture та Event Sourcing) [8]. Внаслідок розгляду пакетної обробки за допомогою систем подібних до Map-Reduce та розподілених файлових систем було встановлено що їхні можливості набагато ширші у сфері аналітики ніж можливості баз даних MPP (Massive Parallel Processing), скільки дозволяють проводити не тільки складні агрегації на великих об'ємах даних але й застосовувати алгоритми машинного навчання задля досягнення цілей системи [9].
Дослідження процесу передачі зображень у безпровідних системах на основі MIMO
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Колодка, Юрій Володимирович; Kolodka, Yurii Volodymyrovych; Пиріг, Юлія Володимирівна; Національний університет "Львівська політехніка"
Системи безпровідного передавання даних уже стали невід'ємною частиною сучасного суспільства. Основними критеріями ефективності таких систем є швидкість переданої інформації. Однак недостатньо тільки забезпечити високу пропускну здатність, необхідно також подбати про якість переданої інформації [1,2]. Наприклад, спотворення сигналу під час передавання аудіо/відео, а також зображень може істотно позначитися на сприйнятті інформації. Нині існує безліч технологій безпровідного зв'язку, які знайшли масове застосування. Наприклад, мобільний зв'язок, безпровідні технології для локальних мереж на основі стандарту 802.11, серед яких одним із перспективних, з погляду пропускної здатності, є стандарт на основі технології MIMO 802.11n [3,4]. У той час як технологія Wi-Fi використовується для побудови мереж з невеликою дальністю дії, існує технологія WiMAX, яка використовується для побудови бездротових мереж на великих відстанях. Основною проблемою для безпровідних мереж є складний характер поширення сигналів у середовищі, яких сильно залежить від конкретної місцевості. Різноманітні індустріальні перешкоди в сукупності з багатошляховим поширенням сигналу, рухом мобільної станції відносно базової ускладнюють функціонування бездротової апаратури і сильно впливають на пропускну здатність каналу [5]. Передача зображень безпровідним каналом зв'язку є актуальним питанням, що відображено в низці публікацій. Основним недоліком існуючих робіт є те, що їх автори здебільшого використовують як середовище передавання канал з адитивним гаусівським шумом, що сильно відрізняється від реального каналу зв'язку, особливо в умовах щільної міської забудови. Крім того, автори не застосовують алгоритми просторової фільтрації сигналів для боротьби з перевідбиттями, що потрапляють до приймальної антенної системи з різною затримкою, амплітудними та фазовими спотвореннями, а також кутовими координатами в умовах апріорної невизначеності. Адаптивний підхід просторової фільтрації істотно може знизити спотворення сигналів у разі багатошляхового поширення завдяки формуванню характеристики спрямованості згідно із заданим алгоритмом. Такий підхід дає змогу виокремити тільки один шлях, яким приходить корисний сигнал, тим самим істотно знижує інтерференцію і спотворення сигналів у приймачі. Об’єкт дослідження – передача зображень. Предмет дослідження – системи безпровідного зв’язку. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є підвищення пропускної здатності, зниження ймовірності бітової помилки під час передання зображень у каналі радіозв'язку. У першому розділі розглянуто особливості функціонування технології WiMAX , яка призначена для розгортання систем зв'язку середнього радіусу дії та спрямована на підвищення спектральної ефективності. Здійснено аналіз систем із просторово- часовою обробкою сигналів. Описано ефективність системи MIMO з точки зору збільшення пропускної здатності бездротового каналу. Представлено основні ідеї адаптивного оброблення сигналів у системах бездротового зв'язку. У другому розділі описано чинники, що впливають на поширення сигналів у безпровідних каналах, такі як втрати на шляху розподілу, затінення, відбиття, дифракція, розсіювання, загасання. Представлено модель 3D-каналу, що враховує кути поширення сигналу під час відбиття. Безпровідний канал для системи WiMAX розроблено на основі загальної схеми моделі 3GPP/WiMAX. Тривимірна модель поширення сигналів показує відбиття від будівель, об'єктів і землі, а також показує прямий шлях. Проаналізовано різні методи просторової обробки, що використовуються в методах кодування з кількома антенами. У третьому розділі досліджено основні особливості алгоритму передавання зображень. Розроблено алгоритм моделювання та блоку адаптації для систем зв'язку на основі антенних решіток. У четвертому розділі здійснено моделювання систем SISO і MIMO без застосування адаптивного блоку, що дало змогу порівняти завадостійкість цих систем за різних видів цифрової маніпуляції піднесучих OFDM. Проаналізовано, як змінюватиметься залежність пропускної спроможності для систем із просторово- часовою обробкою за різної кількості антен. Здійснено моделювання систем безпровідного зв'язку із застосуванням блоку адаптивної обробки, який дозволяє виконувати просторову фільтрацію перевідбитих сигналів для зниження перешкод. У результаті за різних параметрів блоку адаптивного оброблення було отримано залежності ймовірності бітової помилки в системі SISO і MIMO. Також представлено залежність пропускної спроможності для систем із просторовою та адаптивною обробкою. У п’ятому розділі здійснено економічну оцінку енергоефективної архітектури для сучасних безпровідних систем зв’язку. На основі здійснених обчислень показано доцільність реалізації такого проєкту.
Дослідження структурної надійності телекомунікаційних мереж на основі інверсії їх станів
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Шпіка, Володимир Володимирович; Shpika, Volodymyr Volodymyrovych; Масюк, Андрій Романович; Національний університет "Львівська політехніка"
Сучасні телекомунікаційні мережі мають великі розміри і складну інфраструктуру, що робить їх більш уразливими до різного роду відмов, які можуть призвести до серйозних наслідків. У результаті, оператор повинен вирішити одну з основних проблем мережі - це забезпечення її високою надійністю, оскільки від надійності телекомунікаційної мережі залежить якість сервісу, що надається. Проблеми аналізу надійності не обмежуються тільки телекомунікаціями, вони також актуальні і для інших систем, компоненти яких можуть вийти з ладу, наприклад, енергетичні, транспортні та механічні системи, програмне забезпечення, інтегральні ланцюги та інші [1-3]. Загальною ознакою цих систем є здатність представлення їх у вигляді графа, що описує взаємозв'язки між компонентами. При цьому мережі повинні будуватися так, щоб між будь-якою парою вузлів існувало кілька шляхів передачі інформації, що забезпечує високу ймовірність наявності хоча б одного робочого шляху. В ідеалі шляхи мають бути незалежними, або допускати між будь-якими взаємодіючими парами вузлів наявність щонайменше однієї множини шляхів, які не перетинаються, і містять спільні ребра. У сучасних телекомунікаційних мережах доступність користувачів, що взаємодіють, завжди має бути постійною. Доступність мережі багато в чому залежить від її надійності, яку потрібно підтримувати на високому рівні незалежно від технологій, що використовуються на мережах: SDH/SONET, OTN, MPLS, IP та інші. Висока надійність на мережах зв'язку досягається, зокрема, і механізмами відмовостійкості, особливості яких необхідно враховувати. Оператор повинен мати можливість оперативно, за прийнятні часові рамки, розрахувати надійність своєї мережі у разі зміни її топології, складу тощо. Головною складністю є оцінка надійності телекомунікаційної мережі та визначення кількісних показників характеристик мережі, відносно яких оператор може забезпечити гарантовану якість послуг, що надаються [4,5]. У роботі аналіз надійності телекомунікаційної мережі проведено на основі показника коефіцієнта готовності, який входить до базової структури угоди про рівень обслуговування (SLA). Визначення показників надійності в складнорозгалужених мережах є важко обчислюваним завданням, і наявними методами отримати за прийнятний час точні значення цих параметрів виявляється не завжди можливим. Крім того, відомі методи застосовні не для всіх мір зв'язності мережі і не враховують механізми забезпечення відмовостійкості. Таким чином, дослідження методів розрахунку надійності телекомунікаційної мережі в межах заданого типу зв'язності, що дають змогу знизити трудомісткість розрахунків, а також ураховувати застосовувані механізми забезпечення відмовостійкості, є актуальним завданням. Об'єкт дослідження - структурна надійність телекомунікаційної мережі, що підтримує механізми забезпечення відмовостійкості. Предмет дослідження - методи оцінки ймовірностей зв'язності телекомунікаційної мережі . У першому розділі проаналізовано особливості функціонування механізмів відмовостійкості різних типів телекомунікаційних мереж. Розглянуто процес ефективного надання різноманітних послуг телекомунікаційними мережами із заданою якістю обслуговування (QoS), коли оператор має забезпечити високу надійність цих мереж, а також гарантувати її згідно з угодою про рівень обслуговування (SLA). У другому розділі на основі математичної моделі телекомунікаційної мережі, побудованої за узагальненою моделлю Ердеша-Реньї, проаналізовано процедури формування множини різних станів мереж, зокрема для двополюсних і всеполюсних графів. У третьому розділі для розрахунку імовірності зв'язності телекомунікцаійної мережі розглянуто підхід, заснований на багатозмінній інверсії (MVI), який призводить до компактної форми запису підсумкового виразу зв'язності та до зниження обчислювальної складності. Застосовано рекурсивну процедуру приведення кількох подій незв'язності до об'єднання незалежних подій, що використовує на кожному етапі лише дві операції: розщеплення і поглинання, що дає змогу не розглядати у всіх сумах інверсії всіх раніше врахованих підграфів. Розроблено модифікований підхід до оцінювання ймовірності зв'язності із застосуванням перерізів, що знижує обчислювальну складність розрахунків внаслідок меншої кількості кількості кількості перерізів порівняно з багатополюсними деревами, розглянутих на практиці графів. У четвертому розділі розглянуто вплив показників телекомунікаційної мережі на її результуючу надійність щодо коефіцієнта готовності. Запропоновано метод розрахунку ймовірностей зв'язності телекомунікаційної мережі, що підтримує механізми забезпечення відмовостійкості, який використовує розбиття елементів основного і резервного маршрутів на три групи ділянок: перша - фіксовані, друга - зарезервовані, третя - резервні. Представлено аналіз надійності телекомунікаційної мережі, основою якої є магістральна кабельна мережа, що підтримує механізми забезпечення відмовостійкості. Показано, що механізми відмовостійкості є значущим способом підвищення структурної надійності мережі. У п’ятому розділі здійснена економічна оцінка створення підприємства малого бізнесу , основною діяльністю якого буде надання послуг щодо захисту переданих даних. На основі здійснених обчислень підтверджено доцільність реалізації розглянутого проєкту.
Дослідження та вдосконалення механізмів Handover в Li-Fi мережах з метою підвищення якості обслуговування
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Козлов, Ігор Васильович; Kozlov, Ihor Vasylovych; Кирик, Мар'ян Іванович; Національний університет "Львівська політехніка"
Li-Fi мережі, які функціонують на основі оптичної бездротової передачі даних, надають перспективи значного підвищення швидкості передачі інформації та зменшення затримок у порівнянні з традиційними радіочастотними мережами [1]. Однак, через обмежену зону покриття та чутливість до фізичних перешкод, процес Handover стає критично важливим для забезпечення якості обслуговування (QoS) [2]. Проблеми, такі як затримки при зміні точок доступу, втрати даних та зниження пропускної здатності, суттєво впливають на користувацький досвід. У цій роботі досліджуються основні виклики, пов'язані з процесами Handover у Li-Fi мережах, та пропонуються методи їх вдосконалення. Зокрема, розглядаються адаптивні підходи до управління мережею, такі як RSS- та SNR-базовані механізми, методи з використанням адаптивних порогових значень та балансування навантаження [3]. Основна увага приділяється оцінці ефективності запропонованих підходів через моделювання та симуляцію, а також їхньому впливу на покращення ключових показників QoS, таких як затримка, пропускна здатність та частота відмов при Handover. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації процесів Handover у Li-Fi мережах, що сприятиме підвищенню ефективності мереж та задоволеності користувачів.Метою бакалаврської кваліфікаційної роботи є підвищення якості обслуговування в Li-Fi мережах шляхом розробки і вдосконалення механізмів Handover [4]. Досягнення поставленої мети здійснюється розв’язанням таких завдань: 1. Проаналізувати особливості технології Li-Fi та проблеми Handover. 2. Дослідити існуючі методи покращення QoS у Li-Fi мережах. 3. Розробити математичну модель для симуляції процесу Handover. 4. Провести симуляції та оцінити ефективність різних методів Handover. 5. Запропонувати вдосконалені підходи до Handover з урахуванням QoS. Об'єкт дослідження – Li-Fi мережі та їхні механізми Handover. Предмет дослідження – механізми забезпечення якості обслуговування . Методи дослідження. Вплив різних методів Handover на якість обслуговування в Li-Fi мережах. У першому розділі представлено огляд технології Li-Fi, її особливостей, компонентів мережі та конструкції точок доступу. Детально описано процес Handover, основні проблеми, пов’язані з втратою з'єднання та погіршенням QoS у Li-Fi мережах. У другому розділі проаналізовано існуючі підходи до вирішення проблем Handover, ключові показники QoS та запропоновано методи їх покращення для забезпечення стабільності з'єднання. У третьому розділі моделюються процеси Handover у Li-Fi мережах: описано модель мережі, проведено симуляції методів Handover (SNR, RSS, Adaptive Threshold, Load Balancing) та запропоновано підходи до їх вдосконалення. Четвертий розділ присвячено аналізу результатів симуляцій, оцінці ефективності запропонованих методів і наданню рекомендацій для практичного застосування в Li-Fi мережах.
Дослідження функціонування безпровідної сенсорної мережі при використанні методів інтелектуального аналізу даних
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Клиновський, Олег Ігорович; Klynovskyi, Oleh Ihorovych; Пиріг, Юлія Володимирівна; Національний університет "Львівська політехніка"
Нині розробка і впровадження нових систем і пристроїв, що містять елементи штучного інтелекту, в усі галузі народного господарства є пріоритетним науковим напрямом. XXI століття - це століття Інтернету речей (ІР), як промислового, так і соціально-побутового, з повсюдним застосуванням лінійки методів і технологій інтелектуального аналізу даних. В архітектурі ІР виділяють чотири рівні: рівень сенсорів і сенсорних мереж, рівень шлюзів і мереж, сервісний рівень і рівень додатків [1-3]. Базовим рівнем є низькошвидкісні бездротові сенсорні мережі (БСМ), засновані на кількох стандартах. На сьогодні бездротові сенсорні мережі (БСМ) дають змогу збирати й передавати дані в Інтернеті речей (IoT - Internet Of Things) і широко використовуються в різних галузях, як-от військова, промислова, сільськогосподарська, екологічна, транспортна, соціальна та медична. БСМ належать до типу повсюдних мереж, що забезпечують безперервний зв'язок і доступ до інформації в будь-який час і в будь-якому місці. Технологічний прогрес, пов'язаний, зокрема, і з застосуванням методів інтелектуального аналізу даних, призвів до появи нових типів БСМ, таких як літаючі мережі, ройова робототехніка, тактильний інтернет, інтелектуальні телекомунікаційні послуги. У зв'язку з цим перспективним є застосування гетерогенних мереж, що інтегрують сегменти наземної мережі зі стаціонарними сенсорними вузлами з бездротовими датчиками з повітряною мережею безпілотних літальних апаратів малої вартості для передавання даних на великі відстані для обробки на базову станцію. У зв'язку з обмеженістю ресурсів БСМ, важливим питання постає вибір способу організації передавання інформації. Актуальним постають дослідження, пов'язані із застосуванням методів інтелектуального аналізу даних з метою поліпшення характеристик передавання даних і показників якості в гетерогенній бездротовій сенсорній мережі, яка містить наземний сегмент зі стаціонарними сенсорними вузлами та літаючу мережу, що є вкрай актуальним завданням під час моніторингу й контролю зон покриття з використанням Інтернету речей у важкодоступній місцевості [4,5]. Об'єктом досліджень є гетерогенні безпровідні сенсорні мережі та показники якості їхнього функціонування. Предметом досліджень є методи та алгоритми кластеризації та маршрутизації даних у гетерогенній бездротовій мережі з використанням інтелектуального аналізу даних. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є підвищення ефективності БСМ завдяки застосуванню методів і алгоритмів інтелектуального аналізу під час збирання та маршрутизації даних у гетерогенній БСМ, яка об'єднує наземну мережу зі стаціонарними сенсорними вузлами та літаючу сенсорну мережу. У першому розділі проаналізовано показники якості обслуговування (QoS) для безпровідних мереж, на основі чого визначено, що найбільш важливими із них є час життя мережі та енергоспоживання. Розглянуто різні підходи до класифікації протоколів маршрутизації в безпровідних сенсорних мережах, що ґрунтуються на різних параметрах і критеріях. У другому розділі розглянуто алгоритми маршрутизації в БСМ на основі машинного навчання. Здійснено аналіз найбільш поширених методів ІАД, що придатні для використання в БСМ. Наведено параметри, що впливають на вибір оптимальної кількості кластерів на різних рівнях у БСМ. У третьому розділі розглянуто гетерогенну модель безпровідної сенсорної мережі, що містить дві частини: наземну і літаючу. Розроблено метод ефективної кластеризації наземної бездротової сенсорної мережі з використанням модифікованого алгоритму K-середніх, що використовує аналітичний метод для знаходження оптимальної кількості кластерів, для заданої кількості вузлів, розподілених в області зондування. У четвертому розділі представлено програмний комплекс із віддаленим доступом для моделювання передачі даних у гетерогенній БСМ та дослідження ефективності застосування алгоритмів інтелектуального аналізу даних. Здійснено імітаційне моделювання передачі даних у гетерогенній БСМ для різних сегментів мережі, топологій та з різною кількістю вузлів, продемонстровано працездатність пропонованих рішень на основі інтелектуальних методів. Показано можливість використання для рою БПЛА алгоритму K-середніх для кластеризації і знаходження найкоротшого шляху із застосуванням алгоритму Дейкстри. У п’ятому розділі здійснено техніко-економічне обгрунтування створення проєкту для використання розподілених інтрнет -ресурсів у сучасних мережах зв’язку. На основі здійснених обчислень підтверджено доцільність реалізації розглянутого проєкту.
Методи побудови розподілених інформаційно-комунікаційних систем підвищеної надійності
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Рупа, Андрій Святославович; Rupa, Andrii Sviatoslavovych; Кирик, Мар'ян Іванович; Національний університет "Львівська політехніка"
Сучасні методи побудови інформаційно-комунікаційних систем активно еволюціонують у відповідь на зростання потреб у швидкості, надійності та гнучкості комунікаційних мереж. Розподілені інформаційно-комунікаційні системи характеризуються своєю здатністю забезпечувати обробку та зберігання даних через мережу різноманітних автономних компонентів. Ці системи дозволяють організаціям об'єднувати ресурси, зменшувати затримки та підвищувати доступність інформації [1]. Архітектури розподілених систем можуть бути розділені на традиційні та сучасні підходи. Традиційна ієрархічна архітектура, як правило, передбачає чітку структурованість, де інформаційні потоки організовані за рівнями. Це створює зрозумілу і логічну схему управління, однак може призводити до вузьких місць у системі, особливо коли обсяг даних і запитів значно зростає. Натомість сучасні підходи, такі як архітектура Spine-Leaf, пропонують більш гнучке та масштабоване рішення [2]. Об’єкт дослідження – розподілені інформаційно-комунікаційні системи, що характеризуються підвищеною надійністю, а також методи та технології, які використовуються для їх побудови та оптимізації в умовах сучасного цифрового середовища. Предмет дослідження – підходи та методи підвищення надійності розподілених інформаційно-комунікаційних систем, а також алгоритми і технології, що забезпечують ефективність їх функціонування в умовах динамічних змін. Мета роботи та завдання дослідження. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є аналіз методів побудови розподілених інформаційно-комунікаційних систем підвищеної надійності. Для того щоб досягнути мети роботи, потрібно виконати наступні завдання: 1. Здійснити дослідження основних проблем у побудові надійних розподілених систем та їх вирішення 2. Проаналізувати сучасні методи побудови інформаційно-комунікаційних систем. 3. Сформувати гібридної інфраструктури мережі як підхід для побудови сучасних інформаційно-комунікаційних систем 4. Експериментально перевірити ефективність гібридного методу побудови розподілених інформаційно-комунікаційних систем підвищеної надійності. Методи дослідження. У ході виконання роботи проведено аналіз наукової літератури, проведедено експериментальні дослідження на робочому стенді, з метою визначення ефективністі гібридного методу побудови розподілених інформаційно-комунікаційних систем підвищеної надійності. Наукова новизна дослідження полягає в тому, що розроблено інтегрований підхід до створення гібридних інформаційно-комунікаційних систем, що поєднує в собі традиційні методи з новітніми технологіями. Це дозволяє досягти більш високої надійності, адаптивності та ефективності функціонування систем в умовах змінних навантажень та потенційних загроз. Результати дослідження можуть слугувати основою для подальших наукових розробок у сфері інформаційних технологій і забезпечення безпеки. Випускна кваліфікаційна робота складається зі вступу, 5-ти розділів, висновку, списку використаних джерел та додатків. У першому розділі роботи, виконано аналіз основних загроз, що впливають на надійність розподілених інформаційно-комунікаційних систем, включаючи технічні збої, людські помилки, кіберзагрози та природні катастрофи. Та проведено детальний огляд методів, які забезпечують підвищення надійності розподілених інформаційно-комунікаційних систем [3]. Другий розділ присвячений традиційні та сучасним підходам до побудови мереж. Традиційні архітектури, зокрема ієрархічні моделі, забезпечують стабільність завдяки чітко структурованим рівням управління і контролю, де кожен рівень має свої чітко визначені функції. Така архітектура здебільшого побудована на централізованих компонентах, що виконують основні функції з обробки та зберігання даних. Сучасні архітектури, такі як Leaf-Spine, пропонують новий підхід, заснований на принципах децентралізації та паралелізації [4]. У цих системах навантаження розподіляється між багатьма елементами, що дозволяє досягати високої продуктивності та забезпечує велику гнучкість [5]. У третьому розділі, виконане дослідження принципу побудови мережі на основі гібридної інфраструктури демонструє. Основні переваги такої архітектури полягають у використанні spine-leaf топології, що забезпечує рівномірний розподіл трафіку і відсутність єдиної точки відмови. Завдяки такому підходу всі компоненти мережі є взаємозамінними і мають однакові конфігурації, що не тільки спрощує їхнє обслуговування, а й дозволяє швидко проводити заміну обладнання, знижуючи ризики втрати продуктивності у випадку збоїв. У четвертому розділі, проведоно тестування гібридної мережі та її розгортання продемонструвало високу ефективність реалізації інфраструктури, що ґрунтується на топології spine-leaf. Зокрема, можливість налаштування всього Core Chunk за менше ніж годину є значною перевагою для оперативності впровадження мережевих рішень.
Методи прийняття рішень в телекомунікаційних системах на основі Big Data з використанням штучного інтелекту
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Березюк, Богдан Володимирович; Berezyuk, Bohdan Volodymyrovych; Чайковський, Ігор Борисович; Національний університет "Львівська політехніка"
Застосування великих даних і штучного інтелекту (ШІ) у системах зв’язку відкриває нові можливості для автоматизації процесів прийняття рішень. Це допомагає підвищити ефективність управління мережею та забезпечує стабільну роботу системи за мінливих умов. У той же час впровадження цих технологій також пов’язане з кількома проблемами, особливо при обробці великих обсягів даних і забезпеченні точності алгоритмів. Сучасні комунікаційні системи обробляють великі обсяги інформації в режимі реального часу, що вимагає розробки оптимальних методів обробки даних для підвищення якості рішень і швидкості їх прийняття. Неправильні рішення можуть призвести до збоїв у мережі, що негативно вплине на користувачів і бізнес. У цьому випадку застосування штучного інтелекту та машинного навчання має вирішальне значення для забезпечення стабільності комунікаційної системи. Алгоритми прийняття рішень на основі ШІ обробляють дані з різних джерел для формування оптимальних рішень. Чим більше джерел інформації задіяно, тим кращими будуть прогнози та рекомендації алгоритму. Однак через надмірність даних обробка може сповільнитися, що призведе до застарілих або неточних рішень. Щоб уникнути цього, використовуйте методи попередньої обробки даних, які дозволяють виділяти важливі параметри та відкидати зайву інформацію. Це забезпечує ефективність системи навіть при високому навантаженні на обчислювальні ресурси. Застосування технологій штучного інтелекту, таких як глибокі нейронні мережі та LSTM (довга короткочасна пам’ять), дозволяє визначати складні залежності у ваших даних і прогнозувати навантаження на мережу з високою точністю. Алгоритми прийняття рішень здатні обробляти величезні масиви даних, отриманих з різних джерел, таких як датчики, користувацький трафік, аналітичні сервіси тощо [1,2]. Чим більше різнорідних джерел інформації, тим більш точними стають прогнози, оскільки алгоритми мають доступ до багатошарових і взаємопов’язаних параметрів. Це дозволяє створювати комплексні моделі для прийняття рішень, які враховують безліч факторів і можуть адаптуватися до мінливих умов роботи телекомунікаційної системи. Однак, при збільшенні обсягу даних виникає проблема їх надмірності та можливого перевантаження системи. Зайві або малозначущі дані можуть знижувати швидкість обробки інформації, що, у свою чергу, впливає на своєчасність прийняття рішень. Уникнути цього можна за допомогою методів попередньої обробки даних, таких як відбір важливих параметрів, очищення даних та зменшення розмірності. Ці методи дозволяють відфільтрувати непотрібні дані, зосередивши ресурси системи на найбільш релевантній інформації. Такі алгоритми, як нейронні мережі, класифікація даних і кластеризація, дають змогу зрозуміти стан мережі та створювати адаптивні рішення, які можуть динамічно перерозподіляти мережеві ресурси. Наприклад, системи зв’язку можуть автоматично пересилати дані на основі реальної пропускної здатності, затримки та інших важливих параметрів. Це значно покращує якість обслуговування, що надається кінцевим користувачам, зменшуючи час простою та ризик збою з’єднання [3,4]. Крім того, технологію ШІ можна використовувати для покращення кібербезпеки систем зв’язку. Алгоритми глибокого навчання дозволяють автоматично виявляти зловмисні операції або ненормальні моделі поведінки в мережевому трафіку, тим самим підвищуючи захист від мережевих атак. Автоматизовані системи аналізу великих даних можуть виявляти загрози та негайно блокувати їх, запобігаючи витоку конфіденційної інформації або втраті даних. Методи підтримки прийняття рішень з використанням штучного інтелекту широко використовуються в системах зв'язку. Це дозволяє автоматизувати процеси управління трафіком, оптимізувати шляхи передачі даних і передбачити можливі збої системи. Завдяки використанню аналізу часових рядів і алгоритмів машинного навчання ці системи можуть адаптуватися до мінливих умов роботи мережі та забезпечувати безперебійну роботу. Це особливо вірно у великих мережах, де своєчасність і точність прийняття рішень мають вирішальне значення для підтримки стабільної роботи [5-9]. Розробка нових методів прийняття рішень для комунікаційних систем на основі великих даних і штучного інтелекту є практичною сферою досліджень. Це дозволяє підвищити ефективність систем управління мережами та забезпечити надійність зв'язку в складних умовах експлуатації. Об’єкт дослідження – Системи управління телекомунікаційними мережами на основі великих даних. Сфера дослідження – Методи прийняття рішень у телекомунікаційних системах. Мета дослідження: Дослідження методів прийняття рішень для обробки великих даних з використанням штучного інтелекту для підвищення ефективності телекомунікаційних систем.
Підвищення ефективності роботи систем моніторингу інформаційно-комунікаційних мереж
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Баштик, Віталій Володимирович; Bashtyk, Vitalii Volodymyrovych; Кирик, Мар'ян Іванович; Національний університет "Львівська політехніка"
Зі зростанням обсягу даних, різноманіття послуг, які надаються в корпоративних мережах, та підвищенням вимог до якості обслуговування, зростає потреба в ефективних системах моніторингу, які здатні забезпечити надійність, безпеку та високу доступність сервісів. Системи моніторингу мультисервісних корпоративних мереж виконують ключову роль у забезпеченні стабільної роботи різноманітних сервісів, включаючи голосові, відео- та дані, що передаються через одну інфраструктуру. Вони дозволяють своєчасно виявляти аномалії, що можуть виникати внаслідок збоїв обладнання, зловмисних атак або перевантаження мережі. Мета роботи та завдання дослідження. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є підвищення ефективності роботи систем моніторингу інформаційно-комунікаційних мереж, що сприятиме підвищенню надійності мереж та швидкості реагування при її збоях. Для досягнення поставленої мети було визначено наступні завдання дослідження: 1. Здійснити аналіз сучасних методів побудови систем моніторингу корпоративних мереж; 2. Дослідити роль штучного інтелекту у моніторингу корпоративних мереж; 3. Проаналізувати практичні аспекти розгортання розроблених інтелектуальних засобів з використанням технологій віртуалізації та контейнирізації. 4. Експериментально дослідити ефективність розроблених засобів для аналізу системи сповіщень з залученням штучного інтелекту Об’єктом дослідження є процес надсилання сповіщень сучасних моніторингових систем. Предмет дослідження включає методи та підходи до побудови систем моніторингу корпоративних мереж, зокрема із залученням технологій штучного інтелекту для підвищення точності й ефективності виявлення мережевих аномалій. Особлива увага приділяється алгоритмам обробки великих обсягів даних у реальному часі та інтеграції з віртуалізованими і контейнеризованими середовищами. Методи дослідження включають проведення аналізу наукової літератури з питань аналізу сучасних методів та інструментів моніторингу, моделювання та симуляцію роботи систем на основі штучного інтелекту, а також експериментальне тестування розроблених рішень для оцінки їх ефективності у реальних умовах корпоративної мережі. Наукова новизна дослідження полягає у розробці та застосуванні гібридного підходу, що поєднує методи штучного інтелекту із класичними методами моніторингу, що дозволяє досягти високої чутливості до аномалій та зниження кількості хибнопозитивних спрацювань. У першому розділі роботи проведено детальний аналіз традиційних методів моніторингу [ 1]. Надано опис важливих аспектів для підтримки стабільності, ефективності й безпеки сучасних корпоративних інфраструктур. Традиційні методи моніторингу, такі як SNMP , NetFlow та аналіз логів, дозволяють адміністраторам своєчасно виявляти про блеми та запобігати порушенням у роботі мережі. Вони забезпечують глибокий рівень контролю над станом мережевих пристроїв та каналів, що сприяє підтриманню стабільної продуктивності мережі, а також захисту від загроз, таких як DDoS атаки або несанкціонован ий доступ. У другому розділі проведено аналіз інтеграція штучного інтелекту (AI) та машинного навчання (ML) у процес моніторингу корпоративних мереж. AI відіграє ключову роль у підвищенні їхньої ефективності і надійності [2]. Ці технології забезпечують не лише швидке виявлення загроз, але й автоматизоване реагування на них, що значно знижує ризики, пов'язані з кіберзлочинністю. AI-інструменти можуть аналізувати великі обсяги даних у реальному часі, виявляючи аномалії та потенційні загрози, які традиційні методи можуть пропустити. Алгоритми машинного навчання здатні навчатися на історичних даних, що дозволяє їм ідентифікувати нові патерни і адаптуватися до змін у мережевому середовищі. У третьому розділі обрану сучасну систему моніторингу, яка забезпечить надійний збір, зберігання та аналіз даних у реальному часі для подальшого підвищення ефективності її роботи. Однією з таких систем є Prometheus це інстру мент для моніторингу та оповіщення з відкритим кодом, який було створено для роботи в умовах високодинамічних середовищ, таких як хмарні сервіси та мікросервісні архітектури [ 3]. Prometheus вирізняється своєю здатністю ефективно обробляти великі обсяги дан их, надаючи можливість гнучкого налаштування процесу моніторингу. Ця система використовує модель збору метрик за допомогою pull підходу, що забезпечує її адаптивність до різноманітних середовищ, де об’єкти можуть швидко з’являтися та зникати [ 4]. Завдяки ц ій моделі система самостійно ініціює запити до заздалегідь визначених кінцевих точок, отримуючи необхідні дані без значного навантаження на моніторингову інфраструктуру. У четвертому розіділі докладно описано процес реалізації гібридної нейронної мережі C NN LSTM , спрямованої на вдосконалення системи сповіщень та моніторингу в інформаційно комунікаційних мережах [ 5]. Проведене дослідження підтвердило значну ефективність розробленого інструментарію, що об'єднує можливості аналізу просторових та часових закон омірностей, які проявляються у системі сповіщень. Застосування CNN дозволяє ідентифікувати важливі просторові ознаки, такі як закономірності у розташуванні подій та аномальних сигналів, що знижує загальне навантаження на систему і дозволяє концентрувати об числювальні ресурси на більш релевантних ознаках. Це значно покращує швидкість та продуктивність, роблячи обробку даних ефективнішою.
Розробка медичної інфокомунікаційної системи для моніторингу стану здоров'я людини з використанням штучного інтелекту
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Дуда, Андрій Миколайович; Duda, Andrii Mykolaiovych; Колодій, Роман Степанович; Національний університет "Львівська політехніка"
Застосування інфокомунікаційних технологій у медицині дозволяє ефективно обробляти великі масиви даних і забезпечувати більш точний моніторинг стану здоров'я пацієнтів. В умовах цифровізації, інтеграція штучного інтелекту (ШІ) у системи моніторингу пацієнтів відкриває нові можливості для автоматизації процесів діагностики та надання персоналізованих рекомендацій. Метою цієї роботи є розробка медичної інфокомунікаційної системи для моніторингу стану здоров'я людини з використанням ШІ. У межах дослідження здійснено такі завдання: 1. Аналіз сучасних методів і технологій медичного моніторингу; 2. Дослідження алгоритмів ШІ та їх застосування у медичних інфокомунікаційних системах; 3. Проєктування системи моніторингу із залученням IoT для збору даних від датчиків; 4. Розробка програмного забезпечення для обробки та аналізу даних з датчиків; 5. Інтеграція ШІ для автоматичного аналізу даних та генерації рекомендацій; 6. Тестування та оцінка ефективності розробленої системи в реальних умовах. Об'єкт дослідження: медичні інфокомунікаційні системи для моніторингу здоров'я пацієнтів з використанням штучного інтелекту. Предмет дослідження – технології збору, обробки та аналізу медичних даних, що включають ШІ та IoT. Методи дослідження: у роботі використані методи аналізу, проєктування, програмування, моделювання та тестування. У першому розділі роботи виконано аналіз сучасних методів та технологій моніторингу стану здоров'я людини, включаючи огляд IoT-пристроїв, телемедичних систем та інтеграцію цих технологій у медичних інфокомунікаційних системах. Другий розділ присвячений дослідженню теоретичних основ ШІ у медицині, опису ключових алгоритмів і технологій, що використовуються для аналізу медичних даних. У розділі порівнюються методи навчання ШІ, розглянуто підходи до інтеграції цих алгоритмів у системи моніторингу здоров'я, а також новітні тенденції розвитку ШІ у медичному контексті. Третій розділ роботи зосереджений на дослідженні існуючих систем моніторингу стану пацієнтів з використанням штучного інтелекту. У розділі розглянуто приклади комерційних і дослідницьких проєктів, що використовують ШІ для аналізу медичних даних, виявлення ризиків та генерації діагностичних рекомендацій. Проведено порівняння можливостей таких систем, визначено їхні обмеження, а також переваги впровадження штучного інтелекту для підвищення ефективності медичного моніторингу. Четвертий розділ присвячений розробці медичної інфокомунікаційної системи для моніторингу стану здоров'я людини на основі ШІ. У розділі описано етапи проєктування та реалізації системи, зокрема: вибір датчиків і мікроконтролера, проєктування архітектури для збору та обробки даних, розробка програмного забезпечення для аналізу показників пацієнтів, інтеграція моделі ШІ для надання рекомендацій і оповіщення медичного персоналу або пацієнта. Описано результати тестування системи у реальних умовах, що підтвердили її ефективність і надійність. За результатами дослідження розроблено інфокомунікаційну систему моніторингу стану здоров'я пацієнтів з використанням штучного інтелекту, яка забезпечує безперервний збір, обробку та аналіз медичних даних у реальному часі. Система використовує IoT-датчики для моніторингу ключових показників здоров'я, таких як частота серцебиття, температура тіла та рівень кисню в крові. Дані автоматично передаються на сервер, де вони аналізуються за допомогою алгоритмів ШІ. Розроблена модель штучного інтелекту дозволяє виявляти аномалії у показниках здоров'я пацієнта і надавати персоналізовані рекомендації. Система інтегрує ці дані з інфокомунікаційною платформою, яка забезпечує своєчасне інформування медичного персоналу або пацієнта про необхідність вжиття заходів. Тестування показало, що система є надійною та ефективною, підтверджуючи можливість її впровадження у клінічну практику для покращення якості та оперативності медичного моніторингу.
Розробка охоронної системи з використанням штучного інтелекту для моніторингу та захисту об`єктів інфраструктури
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Гірченко, Іван Сергійович; Hirchenko, Ivan Serhiiovych; Колодій, Роман Степанович; Національний університет "Львівська політехніка"
Охоронні системи, побудовані з використанням сучасних технологій, таких як Інтернет речей (IoT) та штучний інтелект (ШІ), дозволяють забезпечити безперервний моніторинг і захист інфраструктурних об'єктів. Використовуючи сенсори та інші інтелектуальні пристрої, такі системи можуть виявляти несанкціоновані дії, аналізувати дані в реальному часі та оперативно реагувати на загрози. Однак, зі зростанням кількості пристроїв, підключених до IoT, та підвищенням вимог до їх роботи, з'являється потреба в оптимізації таких систем, мінімізації затримок у доступі до даних і забезпеченні високої якості послуг. Ці аспекти залишаються актуальними для дослідження та вдосконалення охоронних систем. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є розробка інтелектуальної охоронної системи з використанням штучного інтелекту для виявлення людей та розпізнавання облич з використанням IoT технологій і хмарних сервісів для забезпечення ефективного моніторингу об’єктів інфраструктури. Для досягнення визначеної мети були поставлені наступні завдання: 1. Проаналізувати сучасні методи та технології у сфері охорони об'єктів інфраструктури. 2. Дослідити роль Інтернету речей (IoT) у підвищенні безпеки. 3. Розглянути нові можливості та виклики інтеграції штучного інтелекту в системи охорони. 4. Здійснити аналіз варіантів розширення функціональних можливостей охоронних систем за допомогою штучного інтелекту. 5. Дослідити основні методи навчання штучного інтелекту та порівняти їх. 6. Розробити систему охорони на основі штучного інтелекту для виявлення людей та розпізнавання облич. 7. Спроєктувати програмне забезпечення для обробки та аналізу даних з використанням IoT технологій та штучного інтелекту. Об'єкт дослідження — сучасні охоронні системи, що інтегрують технології штучного інтелекту для забезпечення ефективного моніторингу та захисту інфраструктурних об'єктів. Предмет дослідження — методи та підходи інтеграції штучного інтелекту та IoT технологій для побудови ефективних охоронних систем, які забезпечують виявлення людей і розпізнавання облич. Методи дослідження — аналітичні методи, порівняння, експериментальні дослідження, моделювання, проектування та тестування програмного забезпечення для охоронних систем. Перший розділ роботи присвячений аналізу сучасних технологій охорони інфраструктурних об'єктів, зокрема інтеграції IoT, та оцінці можливостей використання ШІ в таких системах. Він містить огляд новітніх розробок, аналіз існуючих рішень та перспектив розвитку охоронних технологій. Другий розділ детально розглядає основні методи навчання штучного інтелекту, такі як навчання з учителем, без учителя та з підкріпленням, порівнюючи їх ефективність у контексті охоронних систем. Третій розділ досліджує впровадження штучного інтелекту в охоронні системи, зокрема інтеграцію з технологіями IoT та хмарними сервісами, частково обговорює економічні вигоди та розглядає приклади успішних впроваджень. Четвертий розділ присвячений розробці та тестуванню інтелектуальної системи моніторингу на основі Telegram-бота та ESP32-CAM, яка використовує YOLOv8 для виявлення людей та FaceNet для розпізнавання облич. Результати дослідження включають створення та реалізацію інтелектуальної охоронної системи, яка здатна забезпечувати ефективний моніторинг периметру або внутрішніх приміщень інфраструктурних об'єктів, застосовуючи передові технології обробки даних у реальному часі. Система використовує алгоритми штучного інтелекту для точного виявлення людей і розпізнавання обличчя, що дозволяє оперативно отримувати інформацію про ситуацію на об’єкті. Дані передаються у режимі реального часу, що сприяє швидкому виявленню потенційних загроз та їх аналізу. Система інтегрується з мобільними пристроями, що надає можливість дистанційного контролю та моніторингу, дозволяючи користувачу своєчасно реагувати на можливі загрози та вживати відповідних заходів для забезпечення безпеки об'єктів. Завдяки цим можливостям система стає важливим інструментом для оптимізації процесів охорони та захисту інфраструктурних об’єктів.
Розробка системи моніторингу транспорту з використанням IoT
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Писко, Василь Олегович; Pysko, Vasyl Olehovych; Красько, Олена Володимирівна; Національний університет "Львівська політехніка"
Випускна кваліфікаційна робота присвячена розробці системи моніторингу транспорту з використанням Інтернету речей (IoT). Система має на меті забезпечення ефективного відслідковування місцезнаходження транспортних засобів, підвищення рівня безпеки та оптимізацію управління транспортними потоками. Одним із ключових аспектів є використання сучасних технологій зв’язку та GPS-навігації, що дозволяє отримувати точні дані про позицію транспорту в реальному часі. Завдяки використанню мікроконтролера ESP32, який є потужною платформою для обробки та передачі даних, вдається створити систему, яка забезпечує високий рівень інтеграції, доступності та зручності у використанні. У роботі було проведено огляд сучасних методів моніторингу транспорту та аналіз існуючих систем, що використовують IoT для відслідковування транспортних засобів. Розглянуто ключові технології, такі як IoT, доцільність застосування системи, а також використання мікроконтролера ESP32, GPS-модулів, GSM-модулів, сенсорів та інформаційних дисплеїв[1-3]. ESP32 використовується як основна платформа для збору та передачі даних про місцезнаходження транспорту. GPS-модулі забезпечують точне визначення місця розташування транспортних засобів, а GSM-модулі використовуються для передачі інформації на мобільні пристрої водіїв або дисплеї. Інформаційні дисплеї відображають дані про статус транспорту і доступність місць. Також було проведено аналіз часу, який витрачають водії на пошук вільних місць для паркування та інші аспекти управління транспортними засобами. Ця інформація є важливою для визначення ефективності та переваг впровадження системи моніторингу транспорту, заснованої на технології Інтернету речей. У першому розділі розглянуто основне поняття концепції «Internet of Things» (IoT), визначено ключові компоненти цієї технології, а також описано її переваги та недоліки. У другому розділі досліджено ряд існуючих технологій, які можна використовувати для розробки системи моніторингу транспорту. Вивчено актуальність використання таких технологій, як GSM, LTE, Wi-Fi для забезпечення зв'язку між компонентами системи. У третьому розділі відбулося проєктування системи моніторингу транспорту на мікроконтролері ESP32. Розроблено модель системи моніторингу транспорту та принципову електричну схему апаратної частини на базі ESP32. У четвертому розділі проводилася розробка та тестування функціонування системи моніторингу транспорту У п’ятому розділі проводилося техніко-економічне обґрунтування системи моніторингу транспорту. Основною метою роботи була розробка прототипу системи моніторингу транспорту, який дозволяє збирати дані про місцезнаходження транспортних засобів за допомогою GPS-сенсорів, передавати ці дані на інформаційні табло та надавати водіям необхідну інформацію про статус їх транспорту в реальному часі. Розробка системи включала вибір та інтеграцію апаратних і програмних компонентів, створення зручного інтерфейсу для користувачів, а також забезпечення надійної передачі даних. Для досягнення цієї мети використовувались сучасні компоненти IoT, які були інтегровані в систему. Окрім того, було розроблено зручний інтерфейс, що дозволяє водіям отримувати актуальну інформацію про місцезнаходження транспорту та його стан. Очікується, що система моніторингу транспорту з використанням IoT покращить управління транспортними засобами, забезпечить більш ефективне використання дорожньої інфраструктури, зменшить затори, втрати часу та негативний вплив на довкілля. Завдяки цій системі водії зможуть отримувати точну інформацію в реальному часі, що значно покращить зручність та ефективність управління транспортними потоками. У роботі також проведено тестування розробленої системи, що включає перевірку роботи всіх компонентів, від точності GPS-сигналу до стабільності передачі даних через GSM-мережу. Тестування підтвердило ефективність системи та її здатність працювати в реальних умовах, забезпечуючи точне відслідковування транспорту в будь-який час. Таким чином, розробка системи моніторингу транспорту на основі IoT є важливим кроком до підвищення ефективності транспортних процесів, зниження витрат і покращення безпеки. Застосування сучасних технологій, таких як мікроконтролер ESP32, GPS та GSM, дає можливість створити доступну, надійну та зручну систему для відслідковування транспорту, яка може бути впроваджена в різних сферах діяльності, від комерційного транспорту до муніципальних служб. Розробка даної системи відкриває нові можливості для розвитку «розумних міст» та інтеграції IoT у транспортну інфраструктуру, що є важливим кроком до сталого розвитку міських агломерацій і забезпечення зручності для мешканців[4-5].
Розроблення адаптивних систем машинного навчання для прийняття рішень у телекомунікаційних системах на основі Big Data
(Національний університет "Львівська політехніка", 2024) Міщенко, Данііл Віталійович; Mishchenko, Daniil Vitaliiovych; Червенець, Володимир Володимирович; Національний університет "Львівська політехніка"
Розробка адаптивних систем машинного навчання в комунікаційних системах на основі великих даних надає нові можливості для підвищення ефективності роботи та здатності реагувати на систематичні зміни умов. В роботі досліджено різні методи обробки даних і передові технології, такі як класичні статистичні технології, машинне навчання та глибоке навчання, щоб витріщити проблеми оброблення великих даних у сфері комунікацій. Класичні методи, такі як статистичний аналіз, кластеризація та регресія, все ще є важливими інструментами для визначення моделей і тенденцій, але передові технології, такі як глибоке навчання та обробка природної мови, дозволяють покращити аналіз. З точки зору управління мережею, інструменти на основі штучного інтелекту та Інтернету речей вважаються ключовими для автоматизованих процесів, оптимізації передачі даних і покращення взаємодії з користувачем. Поєднання алгоритмів машинного навчання та аналізу великих даних дозволяє постачальникам телекомунікаційних послуг отримувати реальну інформацію та швидко адаптуватися до коливань мережі, тим самим підвищуючи конкурентоспроможність на ринку. Зі збільшенням обсягу даних операторів закликають інвестувати в адаптивні рішення, щоб не відставати від технологічного прогресу та задовольняти мінливі потреби клієнтів. Алгоритми оптимізації, математичні моделі та технології машинного та глибокого навчання, такі як методи на основі штучного інтелекту, можуть допомогти підвищити точність прогнозування та розподілу ресурсів. Дослідження підкреслює роль адаптивних систем прийняття рішень, особливо тому, що вони можуть динамічно розподіляти мережеві ресурси, реагувати на зміни навантаження в реальному часі, тим самим скорочуючи час простою та знижуючи ризик переривання кінцевого обслуговування користувачів. Крім того, робота також наголошує на застосуванні додатків безпеки мережі штучного інтелекту та використовує глибоке навчання для виявлення ненормальних умов мережевого трафіку для запобігання вразливості безпеки. Автоматизовані системи аналізу великих даних можуть виявляти та зменшувати загрози в режимі реального часу, захищати конфіденційну інформацію та гарантувати цілісність даних. За допомогою проведеного моделювання доведено адаптивність та ефективність запропонованої системи машинного навчання у сфері комунікацій на основі оброблення великих даних. Це також підтверджує здатність системи розширюватися та підтримувати стабільність, коли обсяг даних зростає, вказуючи на те, що вона підходить для хмарних додатків, які важливі для цілісності даних і можливостей реагування. Аналіз економічної ефективності розподілених нерозподілених систем зв'язку показує, що розподілені системи мають економічні переваги та швидшу окупність інвестицій, що підтверджує доцільність великомасштабної обробки даних. Це дослідження пропонує методи прийняття рішень у режимі реального часу в телекомунікаційних системах, що забезпечують масштабованістюь та надійність, сприяє розвитку адаптивного машинного навчання. Зі збільшенням складності та кількості даних запропонований метод може досягти ефективної обробки даних, сприяти активному реагуванню на попит мережі та забезпечувати послуги високої якості. Результати підкреслили потенціал машинного навчання, що динамічно адаптується до складних сценаріїв даних і змінних умов мережі зв’язку. Ця адаптація до цілісності та надійності даних високого рівня особливо корисна для забезпечення цілісності даних і швидкого відгуку. Крім того, дослідження також дає рекомендації щодо покращення продуктивності системи шляхом вибору моделей машинного навчання, технології попередньої обробки даних і налаштування для конкретних випадків використання. Використовуючи передову технологію штучного інтелекту, таку як глибоке навчання для прогнозного аналізу, система може ефективно ідентифікувати режим даних, щоб оператори могли прогнозувати навантаження на мережу та приймати рішення. Ці розробки підтримують сильну структуру прийняття рішень не тільки для підвищення ефективності мережі, але й для підвищення рівня якості обслуговування клієнтів. Майбутній напрямок дослідження включає дослідження та вдосконалений алгоритм виявлення аномальних ситуацій, технологію фільтрації даних для покращення сценаріїв у реальному часі та довгострокові економічні вигоди від використання розподілених та адаптивних структур машинного навчання в різних середовищах зв’язку. Розробляючи та впроваджуючи такі структури, система зв’язку може краще обробляти зростаючі дані [1-7]. Об’єкт дослідження – Телекомунікаційні системи з обробленням Big Data. Сфера дослідження – Алгоритми прийняття рішень. Мета дослідження – Вдосконалення методів прийняття рішень при обробці Big Data з використанням машинного навчання для підвищення ефективності роботи телекомунікаційних систем.