Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики

У статті проаналізовано вплив ідей В.М. Глушкова на нинішній стан та розвиток інформатики і розроблення сучасних комп’ютерних технологій різного призначення. Наведено приклади конструктивних розробок комп’ютерних технологій інститутів ібернетичного центру НАН України, які створені останнім часом і...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автор:	Сергієнко, І.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2008
Теми:	До 90-рiччя НАН України
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3454
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики / I.В. Сергiєнко // Вісн. НАН України. — 2008. — № 12. — С. 9-29. — Бібліогр.: 73 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3454
record_format	dspace
spelling	Сергієнко, І.В. 2009-07-07T12:51:27Z 2009-07-07T12:51:27Z 2008 Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики / I.В. Сергiєнко // Вісн. НАН України. — 2008. — № 12. — С. 9-29. — Бібліогр.: 73 назв. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3454 У статті проаналізовано вплив ідей В.М. Глушкова на нинішній стан та розвиток інформатики і розроблення сучасних комп’ютерних технологій різного призначення. Наведено приклади конструктивних розробок комп’ютерних технологій інститутів ібернетичного центру НАН України, які створені останнім часом і ефективно застосовуються на практиці. In the article influence of ideas of V.М. Glushkov on the present state and development of informatics and modern computing technologies of different pplication is analyzed. Examples of the real developments of computing technologies of institutes of the Cybernetic center NASU created lately and effectively used in practice are presented. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України До 90-рiччя НАН України Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики Scientific ideas of V.М. Glushkov and development of modern informatics Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики
spellingShingle	Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики Сергієнко, І.В. До 90-рiччя НАН України
title_short	Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики
title_full	Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики
title_fullStr	Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики
title_full_unstemmed	Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики
title_sort	науковi iдеї академiка в. м. глушкова та розвиток сучасної iнформатики
author	Сергієнко, І.В.
author_facet	Сергієнко, І.В.
topic	До 90-рiччя НАН України
topic_facet	До 90-рiччя НАН України
publishDate	2008
language	Ukrainian
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format	Article
title_alt	Scientific ideas of V.М. Glushkov and development of modern informatics
description	У статті проаналізовано вплив ідей В.М. Глушкова на нинішній стан та розвиток інформатики і розроблення сучасних комп’ютерних технологій різного призначення. Наведено приклади конструктивних розробок комп’ютерних технологій інститутів ібернетичного центру НАН України, які створені останнім часом і ефективно застосовуються на практиці. In the article influence of ideas of V.М. Glushkov on the present state and development of informatics and modern computing technologies of different pplication is analyzed. Examples of the real developments of computing technologies of institutes of the Cybernetic center NASU created lately and effectively used in practice are presented.
issn	0372-6436
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3454
citation_txt	Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики / I.В. Сергiєнко // Вісн. НАН України. — 2008. — № 12. — С. 9-29. — Бібліогр.: 73 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT sergíênkoív naukoviideíakademikavmgluškovatarozvitoksučasnoíinformatiki AT sergíênkoív scientificideasofvmglushkovanddevelopmentofmoderninformatics
first_indexed	2025-11-24T11:50:31Z
last_indexed	2025-11-24T11:50:31Z
_version_	1850846425327337472
fulltext	ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 9 До 90 рIччя НАН України * Закінчення. Початок у «Віснику НАН України», № 11 І. СЕРГІЄНКО НАУКОВІ ІДЕЇ АКАДЕМІКА В.М. ГЛУШКОВА ТА РОЗВИТОК СУЧАСНОЇ ІНФОРМАТИКИ * © СЕРГІЄНКО Іван Васильович. Академік НАН України. Академік-секретар Відділення інформатики НАН України. Генеральний директор Кібернетичного центру НАН України (Київ). 2008. КОМП’ЮТЕРНІ СИСТЕМИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНІ ПРИЛАДИ У межах технічного напряму Computer sci ence в Кібернетичному центрі й Ін- ституті кібернетики останнім часом най- більш інтенсивно розвиваються: — високопродуктивні суперкомп’ютерні комплекси; — реконфігуровні знання-орієнтовні ком - п’ютерні системи; — проблемно-орієнтовані системи циф- рового оброблення сигналів; — комп’ютерне приладобудування. Яскравим прикладом першої з названих розробок є родина суперкомп’ютерів для інформаційних технологій (СКІТ) — висо- коефективних обчислювальних кластерних систем на сучасній елементній базі. Можливість ефективного інтелектуаль- ного оброблення великих за обсягом баз знань і даних забезпечує їм істотні перева- ги. Уже сьогодні на кластерних супер-ЕОМ реалізовано низку інформаційних техноло- гій для розв’язання важливих класів задач практичного застосування. Суперкомп’ютери родини СКІТ об’єднані в суперкомп’ютерний комплекс із продук- тивністю близько 6 трильйонів операцій на секунду. Через мережу Інтернет він об- слуговує обчислювальні потреби науко- вої спільноти НАН України та університе- тів і є одним із суперкомп’ютерних вузлів у міжнародній Grid-системі. Це дає можли- вість розв’язувати принципово нові задачі трансобчислювальної складності в галузі науки, економіки, екології, сільського гос- подарства, техніки, безпеки, у космічній та інших галузях. Сьогодні поточна конфігурація кластера має 416 процесорів та 832 гігабайти опера- тивної пам’яті. Теоретична продуктивність кластера СКІТ-3 (Рис. 2) досягла 7,5 тера- флопса, при цьому реальна зареєстрова- на продуктивність у тесті Linpack досягла 5,3 терафлопса. Комп’ютерні системи з програмованою архітектурою чи реконфігуровні системи зорієнтовані на використання програмова- них інтегральних схем (ПЛІС) та модулів [41]. Найбільш поширеними є конфігура- ції, що являють собою функціональні роз- ширення типових моделей персональних комп’ютерів та робочих станцій, їх вико- 10 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 ристовують для виконання операцій з опе- рандами великої розмірності, формалізова- ного оброблення текстів тощо. Як відомо, В.М. Глушков, прекрасно ро- зуміючи важливість правильно прийнятих стратегічних рішень управління державни- ми структурами, міністерствами, велики- ми підприємствами, ще в кінці 60-х років минулого століття висунув ідею створен- ня автоматизованих кібернетичних систем підтримки прийняття таких рішень. Розвиваючи цю ідею, з початку 70-х ро- ків під керівництвом А.О. Морозова про- водять наукові дослідження зі створення ситуаційних центрів — автоматизованих систем ситуаційного управління, що інте- грують нові інформаційні технології, мож- ливості людини, останні досягнення в тео- рії прийняття рішень і забезпечують колек- тивне прийняття рішень, аналіз та прогно- зування їхніх результатів [42]. На цій основі було створено систему «Ритм-2» для оперативного відображення польоту космічних об’єктів у Центрі управ- ління польотами на засобах відображення інформації колективного користування. Ця система забезпечила проведення на висо- кому рівні міжнародного космічного експе- рименту «Союз-Аполлон», розвитком якої стало створення в 1985 р. першого в Радян- ському Союзі Ситуаційного центру для Мі- ністерства суднобудівної промисловості. Визначну роль у діяльності Державної комісії з ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС відіграла Ситуаційна кімната (дійова мо- дель Ситуаційного центру) в ІПММС НАН України, де відпрацьовували рішення комі- сії та здійснювали їх моделювання. Упродовж 1990–2002 років колектив Ін- ституту проблем математичних машин і систем створив родину Ситуаційних цен- трів для інформаційного забезпечення за- конотворчої діяльності — Рада, Рада-2, Рада-3, упроваджених у Верховній Раді України, Верховній Раді Криму, парламен- тах Узбекистану, Таджикистану та ряді об- ласних і міських рад. З 2002 року в Міністерстві оборони України функціонує створений інститутом Ситуаційний центр Верховного Головноко- мандувача Збройних сил України. Варто також відзначити, що в останні роки в Інституті проблем математичних машин і систем розроблено модельно-орі- єнтовану технологію для управління склад- ними технологічними об’єктами в реаль- ному часі. Ця технологія лягла в основу створення спільно з Інститутом елект ро- зва рю вання ім. Є.О. Патона унікальних установок електронно-променевого зварю- вання у вакуумі [43]. За своїми технічни- ми і технологічними параметрами ці уста- новки значно перевищують відоме в світі електрозварювальне обладнання. Завдяки цьому вони отримали міжнародне визнан- ня: їх закуп лено і впроваджено у виробни- цтво авіаційної, нафтодобувної та косміч- ної техніки на підприємствах таких відомих компаній, як «Boeing», «Airbus», «Hon da», «Smith Tool» та інших. Рис. 2. СКІТ-3 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 11 Не випадково автори цієї комп’ютерної технології вдостоєні Державної премії Ук- раїни в галузі науки і техніки за 2006 рік. В останнє десятиліття продуктивно роз- виваються комп’ютерні технології та ком- п’ютерні прилади реального часу медико- біологічного профілю. Про це свідчить низ- ка цікавих систем і приладів, які схаракте- ризуємо детальніше. МАГНІТОКАРДІОГРАФІЯ Одним із можливих підходів до реалізації в Україні національної програми запо- бігання серцево-судинним захворюванням є впровадження новітніх досягнень технології реєстрації ранніх порушень елек тро фізіо ло- гічних властивостей міокарда. Методи дослі- дження роботи серця, які застосовують сьо- годні, не дають можливості діагностувати за- хворювання на дуже ранній стадії. Це може забезпечити лише сучасна інформаційна тех- нологія магнітокардіографії, що вимірює над грудною кліткою магнітні сигнали, які ви- промінює серце, й обробляє їх за допомогою оригінальних алгоритмів. Завдяки багато- річній співпраці науковців, інженерів і ліка- рів Національної ака демії наук та Академії медичних наук України така інформаційна технологія і техніка безконтактної магніто- кардіографічної діагностики була створена і в 2007 році відзначена Державною премією України. Оригінальний магнітокардіографічний комплекс (Рис. 3), розроблений науковця- ми Інституту кібернетики, уже кілька ро- ків експлуатують в Інституті кардіології ім. М.Д. Стражеска. Завдяки проведеним останнім часом дослідженням магнітокардіо- графія стала надійним клінічним інст ру- мен том для забезпечення високоінформа- тивного відображення електрофізіологічних характеристик серця й оцінення ступеня його електрофізіологічної нестабільності. Створений магнітокардіографічний комп- лекс пройшов клінічні випробування та атестацію як медичний прилад. Новітня Рис. 3. Магнітокардіографічний комплекс 12 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 розробка та пріоритет українських учених здобули визнання в країнах Західної Єв- ропи і США. Ці технології дають можли- вість на високому рівні розв’язувати про- блеми ранньої діагностики серцево-су- динних захворювань та профілактики рап- тової смерті від серцевого нападу, що ста новлять частину глобальної медико-со- ціальної проблеми. Дослідження в галузі біокібернетики та медичних інформаційних технологій про- водили також у Міжнародному центрі ін- формаційних технологій та систем, в Ін- ституті програмних систем НАН України. Цікаву розробку, наприклад, виконали фа- хівці ІПС НАН України. Розроблення адек- ватних підходів до діагностики та підви- щення функціональної надійності людини- оператора, що керує роботою сучасних АСУ реального часу, має важливе значен- ня. Для досягнення цієї мети зазвичай про- водять психофізіологічні дослідження опе- раторів комп’ютера в умовах підвищених інформаційних навантажень та розробля- ють математичні моделі механізмів фізіо- логічного забезпечення діяльності. У робо- ті Р.Д. Григоряна [44] запропоновано нову теорію самоорганізації децентралізованих процесів адаптивного реагування організ- мів на екзогенні зміни. Нове бачення біо- логічних механізмів трансформоване в тех- нологію для створення класу моделей, що відображають первинність і динамічність біохімічних процесів у клітинах. Окремі розроблення спеціалізованих ма- тематичних моделей і комп’ютерних тех- нологій для теоретичного оцінення й ке- рування функцією кровообігу пілотів ви- нищувачів проводили за фінансової під- тримки США через надані гранти. Було створено спеціалізований програмно-мо- де лювальний комплекс, що дає можливість імітувати реальні режими маневрів літаль- ного апарата під час авіакосмічного польо- ту й оцінювати ефективність способів і тех- нічних засобів захисту людини від нега- тивного впливу екстремальних пілотажних прискорень. У прикладному аспекті розроблено де- кілька інформаційних технологій і ком п’ю- терних систем для вивчення механізмів ін- дивідуальної психофізіологічної адаптації людини [45]. СИСТЕМИ З РОЗПІЗНАВАННЯ ДИНАМІЧНОЇ ІНФОРМАЦІЇ У своїй праці «Про кібернетику як нау- ку» (1964 р.) В.М. Глушков запропо- нував таке чітке визначення поняття ін- формації: «Інформація в найзагальнішому її розумінні являє собою міру неоднорід- ності розподілу матерії і енергії в просторі і часі, міру змін, якими супроводжуються всі процеси, що відбуваються у світі». При цьому виділяють два різновиди неоднорід- ності — статична (характеризує поточний стан певної матеріальної чи енергетичної системи) та динамічна (її змінність у часі). Визначення поняття динамічної інформа- ції виявилося винятково плідним при ви- вченні інформаційних властивостей фізич- них систем і ще знайде своє застосування в новій перспективній галузі інформатики, яка в останні роки дістала назву «фізична інформатика». Це дало можливість виділяти й викорис- товувати корисну (динамічну) інформацію з випадкових стаціонарних і нестаціонар- них сигналів, зображень, просторових по- лів, ітераційних процесів, рекурентних про- цедур тощо, значно зменшивши її надлиш- ковість. На базі динамічної теорії інфор- мації розроблено ефективні інформаційно узгоджені методи аналого-інкрементного перетворення й оброблення сигналів, син- тезу алгоритмів і структур спецобчислю- вачів, покладених в основу створення еле- ментної бази підвищеної «інтелектуальнос- ті», яка, крім відліку сигналів, виділяє і ви- користовує їхні інформаційні ознаки. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 13 Нова теорія дала можливість розробити динамічні моделі процесів пошуку об’єктів за заданими ознаками, відстежувати їх, здійснювати круговий огляд тощо [46]. Ці моделі покладено в основу створення пер- шої в Україні інтелектуальної відеокаме- ри (Рис. 4) з програмованими параметра- ми зчитування й попереднім обробленням інформації та відеопроцесорними пристро- ями на її основі (контроль динамічних па- раметрів фізичних, хімічних та біологічних об’єктів, контроль якості, форми, розмірів та ідентифікація продукції, розпізнавання штрих- та ДМХ-кодів, капіляроскопія, доп- плерографія тощо). Для створеного цифрового оптичного ка- піляроскопа (Рис. 5), який дає змогу не- інвазійно досліджувати стан мікроцирку- ляторної ланки пацієнта, розроблено про- грамне забезпечення для вимірювання статичних параметрів капілярів (довжи- на артеріальної і венозної ділянки, калібр та звивистість капіляра тощо), а також для оцінення таких динамічних параметрів, як швидкість кровотоку в ділянках капіляра. В основу створюваної гемодинамічної ла- бораторії «МакроМікроПотік» покладено метод цифрової оптичної капіляроскопії, який виступає арбітром нормального функ- ціонування всієї серцево-судинної системи живого організму, оскільки дає змогу візуа- лізувати найвіддаленіший сектор судинної системи і чітко відображає артеріолярну, венулярну патологію в аспекті глобальних першопричин порушень у судинній системі зі скринінгом можливих причин як із боку серцевої життєдіяльності, так і внаслідок патології магістральних та периферійних судин артеріальної і венозної ланок. Принциповою відмінністю гемодинаміч- ної лабораторії «МакроМікроПотік» є об’єд- нання двох технологій — допплерівської де- текції магістрального потоку крові з циф- ровою оптичною візуалізацією та комплек- сною оцінкою стану макроциркуляції з Рис. 4. Перша в Україні інтелектуальна відеокамера Рис. 5. Цифровий оптичний капіляроскоп єдиним програмно-аналітичним забезпе- ченням для виявлення дисбалансу між па- тологією в магістральних артеріях та венах і розладами в мікросудинах пацієнта. Тому саме такий комплекс, який отримує інфор- мацію на макро- і мікрорівнях, здатний за- безпечити ефективну комплексну діагнос- тику серцево-судинної системи та форму- вання реальних індивідуально орієнтованих алгоритмів лікування з інструментальним контролем його ефективності. КОМП’ЮТЕРНЕ ПРИЛАДОБУДУВАННЯ В Інституті кібернетики розробляють 5 видів інтелектуальних сенсорів, які здатні до глибинного складного оброблен- ня отримуваних сигналів, урахування не- лінійностей і видобування з них цінної ін- 14 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 формації найвищого рівня. Це надзвичайно перспективний напрям інформатики [47]. Деякі інтелектуальні сенсори доведено до рівня тиражування і випробування зацікав- леними організаціями в реальних умовах. Інтелектуальний сенсор «Флоратест» при значений для неінвазійної експрес-діа- гностики фотосинтезу рослин. Дослідну партію (15 зразків приладу) у 2007 р. нада- но для випробування установам агропро- мислового комплексу. Нині завдяки дослід- ній експлуатації «Флоратесту» розроблено методики експрес-діагностики бактеріозу та вірусної строкатості рослин, хлорозу ви- ноградної лози, вибору посухостійких сор- тів винограду тощо [48]. У 2008 році разом із Науковим центром екомоніторингу та біорізноманіття мегапо- лісу НАН України проведено експеримен- тальне використання «Флоратесту» (Рис. 6) для визначення впливу важких металів і шкідливих речовин (наприклад, свинцю, натрію, хлору та ін.) у ґрунті на стан зеле- них насаджень міста Києва. При цьому ви- мірювання тривають лічені хвилини. Інтелектуальний сенсор «Гемоглобіно- метр», який неінвазійно вимірює вміст ге- моглобіну в тканині, передано на випробу- вання в Чернігівський обласний центр ра- діаційного захисту та оздоровлення насе- лення МОЗ України та в Інститут медицини праці АМН України. На основі обстеження за його допомогою сотень пацієнтів медики відзначають важливі перспективи застосу- вання приладу в практичній медицині для неінвазійного скринінгового обстеження сіль ських мешканців із метою ранньої діа- гностики анемічних станів, характерних для чорнобильської зони, і подальшої діа- гностики патології, у тому числі онкологіч- ної, що їх супроводжує. Вважають, що при- лад буде також корисним і для діагностики професійних захворювань. Інтелектуальний сенсор «Мікроциркуля- ція» неінвазійно визначає стан мікроцир- куляторної ланки системи кровообігу. Ця ланка є складником серцево-судинної сис- теми. Найменші порушення в мікроцирку- ляторній ланці викликають негативні ре- акції всього організму. Тому так важливо знати не тільки стан мікроциркуляторної ланки кровообігу, але і його здатність від- новлюватися після різноманітних стресів та непередбачуваних впливів. Дослідний зразок приладу передано в Ін- ститут медицини праці для випробування. ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИЙ СЕНСОР «АЦЕТОМЕТР» Унаслідок захворювання деяких внут- рішніх органів підвищується рівень ацетону в повітрі, яке людина видихає. Розроблений прилад дає змогу оператив- но визначати цей рівень, діагностувати за- хворювання, зокрема, на ранній стадії. Приладом зацікавився Інститут ендокри- нології АМН України, а також Вінницька клінічна лікарня. Завершується розроблення трьох різно- видів інтелектуальних сенсорів на осно- ві поверхневого плазмового резонансу. Це Рис. 6. Прилад «Флоратест» для екс прес- діагностики рослин ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 15 відносно новий напрям у сенсориці, який дуже інтенсивно розвивається в усьому світі завдяки унікальній чутливості і швид- кості аналізу. Прилади, які ми розробляє- мо, орієнтовані на біохімічні дослідження, контроль якості харчових продуктів, засто- сування в медицині і ветеринарії. Важливі результати в останні роки одер- жано в Міжнародному науково-на вчаль- ному центрі інформаційних технологій та систем (МННЦІТС). Варто відзначити пе- редусім результати розроблення теорії по- бу дови інтелектуальних інформаційних тех нологій (ІІТ), комп’ютерного образного мислення, комп’ютерно-теле кому ніка цій них середовищ. Розвинуто теорію структурного розпізнавання образів складних об’єктів, те- орії навчання та самонавчання, теорії ней- ромережевих технологій і оброблення ін- формації складної природи [49, 50]. Побу- довано моделі з високими якостями універ- сальності розпізнавання на базі моделей, які можуть самовдосконалюватися. Одер- жані результати дають змогу створювати комп’ютерні системи з принципово новими характеристиками, можливостями сприй- няття та оперування знаннями, здійснюва- ти не тільки логічні операції, але й образно мислити. На основі одержаних теоретичних ре- зультатів розроблено функціонально-тех- нологічні модулі базових інформаційних технологій (мовленнєвих, зорових, знання- орієнтованих) з високими функціональни- ми характеристиками і можливостями вбу- довуватись у сучасні комп’ютерні системи та комплекси. Створені класи ІІТ розпізна- вання, розуміння та генерації знань орієн- товані на розв’язання складних задач, які не формалізуються. На профільні підприємства Міністерства промислової політики України для серійно- го виробництва передано низку мікроелек- тронних наукоємних виробів, серед яких: голосовий телефонний секретар, цифро- вий диктофон із голосовим управлінням, усний словник-перекладач «Тлумач», сис- тема «Ві деосек’юріті приміщення», біоме- дичні прилади персоніфікованого призна- чення «Фазаграф» (Рис. 7) і «Тренар-1» (Рис. 8). Розроблено й підготовано до впровадження у виробництво ряд оригі- нальних наукоємних мікроелектронних ви- робів, серед яких: мікроелектронний циф- ровий фотоапарат для фіксації тривимір- них зображень «Стереовізор», мобільний телефон із голосовим управлінням і низка оригінальних мікроелектронних виробів «домашньої медицини». Налагодження се- рійного виробництва високотехнологічних наукоємних виробів такого класу зумов- лює створення в Україні сучасної мікро- електронної галузі. Рис. 7. «Фазаграф» Рис. 8. «Тренар-1» 16 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 Науковці МННЦІТС під керівництвом В.І. Гриценка зробили [51] значний вне- сок у становлення основних напрямів роз- витку науково-технічної політики України в галузі стандартизації інформаційних тех- нологій та їх використання під час реалі- зації галузевих, державних і національних програм інформатизації. Створено та впро- ваджено більше як 50 національних стан- дартів України, гармонізованих із сучасни- ми міжнародними стандартами. Разом з ін- шими інститутами НАН України, міністер- ствами та відомствами України розроблено український сегмент Міжурядової програ- ми ЮНЕСКО «Інформація для всіх». Одержано важливі результати, що ста- новлять основу наукової й методологічної платформи створення перспективних тех- нологій і систем навчання. Розвинено но- ві розділи в теорії навчального діалогу й комп’ютерної дидактики. Створено першу комп’ютерну дидактичну лабораторію для відпрацьовування й вибору педагогічних і науково-технічних рішень у проектах ком- п’ютеризації навчання. Розроблено й про- ведено перший в Україні й на всьому пост- радянському просторі курс «Основи вико- ристання комунікаційних технологій ме- режі Інтернет». Реалізовано оригінальну концепцію гнучких дистанційних техноло- гій навчання, що забезпечують у реальному масштабі часу прямий контакт викладачів і слухачів та доступ до світових освітніх ре- сурсів. При цьому досягнуто можливості контролю засвоєння знань і коригування навчальних програм. Розроблено нові підходи до побудови на- ціональних систем електронного навчан- ня, що істотно прискорюють процеси ін- форматизації освіти, досягнення масової комп’ютерної й інформаційної грамотнос- ті [52]. У біологічній і медичній кібернетиці створено нові технології та засоби діагнос- тики й лікування складних захворювань серцево-судинної системи, порушень моз- кового кровообігу й цукрового діабету. Це дуже важливий крок на шляху розвитку в країні галузі електронної інформаційної медицини [53]. ТЕОРІЯ КЕРУВАННЯ СКЛАДНИМИ ОБ’ЄКТАМИ І ПРОЦЕСАМИ Кібернетика — наука про керування, тому математична теорія керування покликана відігравати головну роль серед різних наукових напрямів указаного про- філю. Перші роки існування інституту відзна- чені бурхливим розвитком теорії керування та розширення її практичних застосувань, особливо в космічній галузі, автоматиці та оборонній сфері. На цей період припадає розроблення методу динамічного програ- мування Беллмана, винайдення принципу максимуму Понтрягіна, фільтра Калмана, застосування апарату функцій Ляпунова для отримання умов стійкості й дисипатив- ності динамічних систем, розв’язання зада- чі Льотова про побудову нелінійних регу- ляторів. Загальний ентузіазм і розвиток у світі прикладної математики привернули увагу таких видатних учених, як О.Г. Івахненко, О.І. Кухтенко, В.М. Кунцевич, Б.М. Пше- ничний. Поряд із ґрунтовними розробками в га- лузі дослідження лінійних систем із зосе- редженими параметрами здійснено глибо- кий аналіз систем керування об’єктами з розподіленими параметрами та широких класів нелінійних систем, у тому числі гі- бридних, функціонування яких має імпульс- ний характер. Важливі результати отримано з пробле- ми прийняття рішень в ергатичних сис- темах та їх застосування для досліджен- ня логіко-динамічних систем. Розроблено структуру мінімаксних регуляторів і засо- би оптимального проектування прискорю- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 17 вальних та фокусувальних систем зарядже- них частинок, систему керування рухоми- ми об’єктами з інформаційним блоком у вигляді високоточного та перспективного навігаційного пристрою — безплатформе- ної інерціальної навігаційної системи. По- будовано алгоритми знаходження параме- трів руху об’єкта за даними елементів наві- гаційної системи й розглянуто можливості корекції безплатформеної навігаційної сис- теми з використанням супутникових радіо- навігаційних засобів. Однією з найскладніших у теорії керу- вання є проблема керування системами з розподіленими параметрами. Виконано ве- ликий цикл робіт, пов’язаних із забезпечен- ням рівноваги тероїдальної плазми в тер- моядерних установках за допомогою ав- томатично керованого поперечного магніт- ного поля. Дослідження, що стосуються ке рування високотемпературною плазмою, стимулювали розвиток методів керування швидкоплинними процесами в суцільних середовищах, побудову систем автома тич- ного керування об’єктами, які описують за допомогою моделей хімічної кінетики та математичної фізики. Зокрема, створено системи автоматичної стабілізації темпера- тури дуги плазмотрона, температури тер- моядерного горіння в реакторі, проведено дослідження різних типів нестійкості в низько- та високотемпературній плазмі, рід- кісних металах, течіях рідини. Розроб лені активні керувальні середовища використа- но для ліквідації швидкоплинних нестій- костей у щільних потоках заряджених час- тинок, для перебудови частоти лазера та резонатора, побудови екранів-покриттів, а також в інших ситуаціях керування елек- трофізичними об’єктами. Подальшого розвитку набули ідеї Ж.-Л. Лі- онса, зокрема його метод допустимих пар для дослідження неоднорідних розподіле- них систем, стани яких описують за допомо- гою крайових та початково-крайових задач з умовами спряження неідеального контак- ту. При певних додаткових припущеннях побудовано обчислювальні схеми підвище- ного порядку точності для визначення опти- мальних керувань [54]. При дослідженні керованих процесів майже завжди існує певна невизначеність, що може мати різну природу. Тому актуаль- не питання робастної стійкості для відпо- відного класу динамічних систем, а також розроблення методів оцінювання фазового стану і параметрів об’єкта. Розроблено ори- гінальні методи мінімаксного оцінювання, що базуються на побудові апроксимуваль- них еліпсоїдів. Усесвітньо відомий сьогодні індуктивний метод моделювання та прогнозу випадко- вих процесів [55], що отримав назву методу групового врахування аргументів (МГУА). Він вирізняється з-поміж інших активним застосуванням принципів автоматичної ге- нерації варіантів, послідовної селекції мо- делей та зовнішніх критеріїв для побудови моделей оптимальної складності, має бага- торядну процедуру автоматичної генера- ції структур моделей, що імітує процес біо- логічної селекції з попарним урахуванням послідовних ознак. Таку процедуру в нау- ковій термінології називають поліноміаль- ною нейтронною мережею. При керуванні динамічними процесами наявна тут невизначеність може формалі- зуватися різними способами. Залежно від цього розробляють і відповідну математи- ку. Широкий спектр спеціальних проблем із цього напряму висвітлює монографія В.М. Кунцевича [56], присвячена сучасним методам аналізу й синтезу систем керуван- ня, що функціонують в умовах невизначе- ності, породженої відсутністю відомостей щодо точних значень параметрів об’єктів керування та характеристик неконтрольо- ваних збурень та перешкод, які діють на них. На відміну від іще доволі поширено- го підходу, що ґрунтується на гіпотезі про 18 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 стохастичну природу всіх невизначених величин і процесів, щодо них висловлю- ють лише одне припущення: вони обмежені апріорі заданими множинними оцінками. При цьому для отримання гарантовано- го результату задачу аналізу стійкості сис- тем керування зводять до аналізу робастної стійкості, а задачу синтезу — до відповідної мінімаксної задачі, на основі чого розробле- но методи отримання гарантованих оцінок векторів параметрів об’єктів керування. Іншим засобом побороти невизначеність при керуванні рухомими об’єктами є ігро- вий підхід [57, 58]. Більше того, можна вва- жати, що невизначеність має таку природу, яка протидіє виконанню вихідного завдан- ня. Інститут кібернетики вже давно є од- ним із відомих науковій спільноті світових центрів з теорії динамічних ігор. Його за- снував Б.М. Пшеничний. У науковій кон- куренції з провідними школами Л.С. Пон- трягіна та М.М. Красовського тут розро- блено низку фундаментальних методів до- слідження конфліктно-керованих процесів. Ці методи застосовують передусім в оборонному комплексі. Проектувальни- кам ракетної та космічної техніки добре відомі методи кривої погоні, паралельного переслідування, пропорційної навігації, по- стійного кута упередження і т. д. Ці над- звичайно важливі способи перехоплення керованих цілей (згадаймо 11 вересня 2001 р.) обґрунтовані за допомогою математичних методів динамічних ігор. Так, метод розв’язувальних функцій [57], розробле- ний в Інституті кібернетики, дає повне об- ґрунтування правила паралельного збли- ження. Для цього потрібно було ввести нове математичне поняття, так звані обер- нені функціонали Мінковського, та, вико- ристовуючи техніку багатозначних відо- бражень, побудувати спеціальні числові функції, які інтегрально характеризують хід гри. Метод здобув широке визнання. Зауважимо, що з нього випливає перший прямий метод Понтрягіна при вироджен- ні, тобто перетворенні в +�, розв’язувальної функції. При цьому слід зазначити, що в єдиній схемі охоплено ігрові задачі з гру- пами переслідувачів та втікачів, із фазови- ми обмеженнями, можлива різна динаміка об’єктів: інтегральні, інтегро-ди фе рен ці аль- ні, диференціально-різницеві рівняння та рівняння з дробовими похідними. Метод розв’язувальних функцій має важливе практичне застосування. За йо- го допомогою створено систему керування м’якою посадкою (літака на авіаносець), систему керування космічними апаратами, що рухаються по еліптичних орбітах, сис- тему «динамічний комівояжер», яка ефек- тивно функціонує лише завдяки розробле- ному в Інституті кібернетики комплексу з широкими можливостями паралельних об- числень. Щодо погонної кривої або кривої Ейлера, то в Інституті кібернетики розроблено за- гальний метод позиційного зближення, що узагальнює правило екстремального приці- лювання М.М. Красовського, а в разі наяв- ності групи переслідувачів є новим ефек- тивним засобом дослідження конфліктно- керованих процесів. При цьому для просто- го руху обґрунтовано правило руху прямо на супротивника, тобто погонну криву. Теорія уникнення сутичок дає можли- вість охопити широке коло прикладних за- дач. Як відомо, при посадці літаків у аеро- портах важливу роль відіграють повітряні коридори. Щоб уникнути сутичок у пові- трі та на землі, диспетчерові необхідно пра- вильно скласти розклад руху, а також бути готовим утрутитися в ситуацію, що загро- жує стати аварійною. У цьому разі корис- ні розрахунки з моделювання руху керова- них об’єктів. Подібні проблеми виникають і в морських та океанських портах, у місцях великого скупчення плавзасобів. Одним із найважливіших розділів теорії конфліктно-керованих процесів є задачі ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 19 пошуку рухомих об’єктів, що безпосеред- ньо застосовують під час розроблення сис- тем і моделювальних комплексів для ВМФ. Розроблено кліткову модель пошуку, по- в’язану з дискретизацією процесу пошуку як за часом, так і за станом. Замість рів- нянь руху гравців на скінченній множині станів задають закон перетворення функ- ції розподілу станів, причому перехідна стохастична матриця залежить від керу- вання гравцями. Такий процес називають білінійним та Марковським. Для його до- слідження використовують техніку скін- ченних або зліченних ланцюгів Маркова, а для оптимізації ймовірності визначення середнього часу — дискретний принцип максимуму або метод динамічного програ- мування. Розглянуто пошук із допомогою групи різнорідних об’єктів з обміном і без обміну інформацією в групі, прихований пошук, ураховано залежність радіуса ви- явлення від швидкостей руху, досліджено проблему пошуку під час взаємодії угру- повань. Розроблено програмно-алго рит- мічний комплекс і тренажер для моделю- вання та оптимізації процесів пошуку та стеження за керованими об’єктами у вод- ному середовищі в умовах активної про- тидії. ДЕЯКІ ПІДХОДИ ДО РОЗРОБЛЕННЯ ЗАСОБІВ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ В КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ До 70-х років ХХ ст. фахівці з управлін- ня, економіки, фінансів, банківської справи мало розумілися в царині крипто- графії. У другій половині 70-х років си- туація змінилася. По-перше, з розвитком мереж зв’язку і широким використанням ЕОМ необхідність у криптографічному за- хисті інформації стало усвідомлювати деда- лі ширше коло фахівців. По-друге, винай- дення американцями У. Діффі і М. Хелл- маном двоключової криптографії створило сприятливі умови для задоволення комер- ційних потреб у секретності, усунувши та- кий суттєвий недолік класичної криптогра- фії, як складність поширення ключів. В Україні попит на методи і засоби захис- ту інформації почав зростати в другій по- ловині 80-х років ХХ ст. На сьогодні крип- тографію успішно використовують майже в усіх інформаційних системах — від елек- тронної пошти до стільникового зв’язку, від баз даних до Інтернету. Без неї забезпечити потрібний ступінь конфіденційності в су- часному комп’ютерному світі вже немож- ливо. Крім цього, за допомогою криптогра- фії запобігають спробам шахрайства в сис- темах електронної комерції, забезпечують законність фінансових угод, мають можли- вість захищати державні інтереси, інфор- мацію для військового та дипломатичного зв’язку. Актуальні питання використання мето- дів захисту інформації криптографічними та стеганографічними засобами, які ґрунту- ються на наукоємних фундаментальних до- слідженнях. Це стосується передусім ство- рення захищених баз даних, шифрування, розшифрування інформації, електронного цифрового підпису, криптографічних про- токолів, захисту мереж тощо. В Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова впродовж уже більше як 35 років працює створений та очолюваний академі- ком НАН України І.М. Коваленком колек- тив, який проводить дослідження [59] в га- лузі теоретичної та прикладної криптогра- фії. Фундаментальні й прикладні розробки, виконані цим колективом, поціновують не тільки в Україні, але й у Росії, Білорусі та в інших країнах. Зокрема, використовуючи апарат теорії імовірностей та алгебраїчної теорії моду- лів, створено ефективні методи досліджен- ня систем випадкових рівнянь над довіль- ними скінченними полями та скінченними кільцями. Отриманий за допомогою апа- рату теорії груп і методів комбінаторно- 20 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 го аналізу опис деяких класів рівноймовір- них булевих функцій дозволив розв’язати актуальну задачу, яка виникає під час до- слідження симетричних систем захисту ін- формації [60]. Розроблено та введено в дію Державний стандарт України 4145–2002 «Інформацій- ні технології. Криптографічний захист ін- формації. Цифровий підпис, що ґрунтує- ться на еліптичних кривих. Формування та перевіряння». Він установлює механізм цифрового підписування, що ґрунтується на властивостях груп точок еліптичних кривих над скінченними полями характе- ристики-2, та правила застосування цього механізму до повідомлень, що їх переси- лають каналами зв’язку та/або обробля- ють у комп’ютеризованих системах загаль- ного призначення. Розроблено структуру цифрового кон- верта й протоколи його формування і деко- дування на основі вітчизняних криптоалго- ритмів. З 1990 року в Інституті кібернетики іме- ні В.М. Глушкова під керівництвом члена- кореспондента НАН України В.К. Задіраки проводять дослідження [61] з підвищення продуктивності систем двоключової крип- тографії та побудови стеганографічних ал- горитмів приховування інформації [62]. Зокрема, побудовано ефективні алгорит- ми виконання операцій з надвеликими (з діапазону [1024, 5000] бітів для запису од- ного числа) числами. Значну увагу приді- лено оптимізації алгоритмів типу Ка ра цу- би-Офмана, Шонхаге-Штрассена, Монтго- мері. На основі запропонованих алгоритмів разом із Міністерством оборони України розроблено програмно-апаратний комп- лекс «Арифметика». Використання про- грам но-апаратного комплексу дає можли- вість поліпшити продуктивність систем двоключової криптографії. З 1996 року почала динамічно розвива- тися нова наука — комп’ютерна стегано- графія, мета якої — приховати сам факт іс- нування конфіденційної інформації. Бурх- ливий розвиток комп’ютерної стеганогра- фії пов’язаний із розвитком інформаційних технологій через наявність обмежень на ви- користання криптозасобів та актуальність проблеми захисту інтелектуальної власнос- ті. Для розв’язання задач комп’ютерної сте- ганографії розроблено нові підходи до по- будови стеганоконтейнерів, стійких до па- сивних та активних атак. Ці підходи базу- ються на використанні результатів теорії імовірностей і математичної статистики, тео рії похибок заокруглень, теорії швидких ортогональних перетворень та цифрового оброблення сигналів. Отримані результати доведено до відповідних комп’ютерних тех- нологій і програмного комплексу. У процесі розвитку суспільства різних країн поступово переходять від традицій- них форм збереження цінних інформацій- них даних (паперових документів суворої звітності) і цінних паперів (грошей, вексе- лів) до їх електронних аналогів, коли вони повинні існувати як у паперовому, так і в електронному вигляді, або до гібридних до- кументів, наприклад, паперового чи пласти- кового паспорта, який містить біометричні дані й інші цифрові дані про людину на мі- крочипі, що вміщений у паспорт. Україні, щоб не відстати від сучасних технологій, необхідно рухатися шляхом розроблення і впровадження інтелектуаль- них (чипових) пластикових карток (смарт- карток), токенів, кишенькових комп’ютерів, смарт-фонів. Ефективність таких носіїв ін- формації для цифрових паспортів, посвід- чень водіїв, електронних грошей визнано у світі. Важливо врахувати й досвід інших країн, не повторювати їхніх помилок і не впроваджувати застарілі технології (напри- клад, пластикові картки з магнітною стріч- кою). З метою забезпечення подальшого роз- витку нашого суспільства, зокрема в еко- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 21 номічній сфері, необхідно реформувати систему грошового обігу, побудовану на паперових носіях, на основі сучасних ін- формаційних (електронних) технологій, впровадженні механізмів масових елек- тронних платежів на основі смарт-карток і криптографічних систем захисту інфор- мації. Система електронного грошового обігу може ефективно працювати на основі елек- тронних грошей (електронних платіжних засобів), різного типу електронних кре- дитних карток, зокрема на основі смарт- карток, електронних векселів (як засобів розрахунків за будь-які товари і послуги, так і засобів кредитування). Усе це визна- чає появу нового поняття — «спеціальний цифровий носій інформації» [63]. Розроблено методи й комп’ютерні тех- нології захисту інформації на спеціальних цифрових носіях (інтелектуальних карт- ках, цифрових паспортах, електронних гро- шах і цінних паперах) на основі викорис- тання сучасних математичних методів дво- ключової криптографії. Крім Академії наук, у галузі теоретич- ної та прикладної криптографії плідно пра- цюють і вчені Національного університету імені Тараса Шевченка, Національного тех- нічного університету України «КПІ», Хар- ківського державного технічного універси- тету радіоелектроніки, «Львівської полі- техніки» та інших. Для розв’язання складних задач крипто- аналізу з’явилися нові можливості, які на- дають сучасні суперкомп’ютери. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТА ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В ЕКОЛОГІЇ В останні роки особливо зросла роль математичного моделювання з вико- ристанням сучасних комп’ютерних техно- логій. Для дослідження складних динаміч- них процесів різноманітної природи не- можливо використати традиційні натур- ні експерименти, особливо при наявності критичних режимів функціонування, не- безпечних для навколишнього середови- ща; при обґрунтуванні конструкторсько- го проекту; при дослідженні об’єктів мі- кро- та макросвіту; при значних розмі- рах об’єкта, великому проміжку часу його функціонування. Математичне моделювання екологіч них процесів зводять здебільшого до роз в’я- зання крайових (початково-крайових) за- дач математичної фізики для рівнянь (сис- тем рівняння) із частинними похідними. Побудову автоматизованих засобів роз в’я- зання цих задач започатковано створенням спеціалізованих програм і бібліотек про- грам із жорсткою структурою і коротким життєвим циклом функціонування. Бажан- ня створити універсальні автоматизовані системи (без суттєвої втрати ефективності) спонукало до розроблення пакетів при- кладних програм (ППП) і систем підтрим- ки прийняття рішень (СППР). Одною з перших систем для розв’язання задач аналізу стану земляних масивів, під- земних вод є система, яку створено в Ін- ституті кібернетики й описано в роботі І.І. Ляшка, І.В. Сергієнка, Є.Є. Мистецько- го, В.В. Скопецького [64]. Вона дала змогу в автоматичному режимі організовувати обчислювальний процес, аналітично й гео- метрично формулювати задачі, відобража- ти результати експерименту, конструювати алгоритми, оптимальні за критеріями точ- ності, швидкості, ефекту загальної пам’яті. Найбільшими перевагами цього пакета бу- ли його універсальність і узагальнені алго- ритми розв’язання задач. До недоліків сис- теми [64] слід віднести недосконалість тех- нічної бази її реалізації та відсутність сіт- кових математичних методів скінченних різниць і скінченних елементів у її проб- лемному забезпеченні. З появою БЕСМ-6 — найефективнішої машини минулого століття для проведення 22 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 обчислювальних експериментів — на цій базі створено нову систему ФСП-ОС [64]. Реалізація різноманітних схем скінченних різниць суттєво розширила функціональ- ні можливості предметної сфери, зокрема, щодо дослідження нестаціонарних проце- сів, розв’язання задач з невідомої частинної межі тощо. Високоефективними сучасними систе- мами моделювання складних екологічних процесів у всіх трьох сферах є створені під керівництвом В.С. Дейнеки та В.В. Ско- пецького автоматизовані комплекси серії САРПОК [65], НАДРА, НАДРА-3D [66, 67], що функціонують на ПЕОМ і кластер- них комп’ютерах. Система САРПОК, значна кількість під- систем якої реалізована на обчислювальних комплексах СКІТ, — це багатофункціональ- на універсальна інформаційна технологія. Крім схем Рітца та Гальоркіна, для мето- ду скінченних елементів у САРПОК реа- лізовано також метод скінченних різниць та символічний метод Лур’є [68]. Слід від- значити високу ефективність методу Лур’є під час розрахунку екологічного стану в необмежених областях при неузгодженос- ті кількості заданих початкових і крайових умов із порядком диференціального опера- тора. За допомогою цього методу вдається ідентифікувати параметри, яких не виста- чає під час формулювання задач. В.В. Ско- пецький, В.А. Стоян і Ю.Г. Кривонос роз- винули метод, що базується на заміні ди- ференціальної моделі інтегральною [68]. Зазначений метод та запропоновані іден- тифікаційні підходи до побудови цієї моде- лі просторово-часового процесу дали змогу значно вдосконалити методику математич- ного моделювання різноманітних фізико- механічних процесів. Реалізовані в САРПОК математичні мо- делі розсіювання забруднень в атмосфері і повітряному просторі виробничих примі- щень дають можливість досліджувати стан екології на локальному (декілька кіломе- трів), глобальному з усередненням по ви- соті (сотні кілометрів) рівнях, а також усе- редині приміщень із вибором оптимальних схем видалення забруднень місцевими вен- тиляційними засобами, у тому числі на ета- пі проектування витяжної мережі. Матема- тичні моделі, що описують нестаціонарні швидкоплинні процеси, дають змогу дослі- дити розсіювання забруднень в атмосфері під час аварій, вибухів та в інших надзви- чайних ситуаціях. Для дослідження поширення забруднень в акваторії річок, проточних водоймищах використано дві математичні моделі. Для дослідження забруднення поверхневих вод на невеликій ділянці, наприклад рівній ширині русла річки, враховують геометрію річища, наявність у ньому приток і остро- вів, а сам процес моделюють рівнянням Нав’є-Стокса з урахуванням теорії «мілкої води». Найбільш характерне для цієї моде- лі поширення забруднень поблизу джерел викидів, забруднення з островів, барж. При дослідженні процесів забруднен- ня земляних масивів, стійкості, надійнос- ті схилів, гребель, фільтраційних режимів у гідротехнічних спорудах у системі САР- ПОК використовують як класичні матема- тичні моделі фільтрації, масотеплоперене- сення, пружно-деформованого стану, так і отримані нові моделі, що описують фізико- механічні, хімічні процеси в цих екологіч- них середовищах. За допомогою інформаційної техноло- гії САРПОК проведено дослідження таких явищ: 1. Фільтраційні процеси і міграція радіоак- тивних елементів із ставка-охолоджувача ЧАЕС у р. Прип’ять. 2. Деформування фільтрувального схилу проектованої потужної Канівської ГАЕС. 3. Транспортування забруднень річищем Дніпра з урахуванням зарегульованості стоку греблями ГЕС. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 23 4. Поширення антропогенних викидів міс- тами та промисловими центрами в регіо- ні Придніпров’я — Донбас. 5. Стійкість, надійність складної геологіч- ної структури земляних масивів, що пе- ребувають під дією фільтраційних пото- ків та інших фізико-механічних проце- сів. 6. Перенесення забруднень із смітників, від- стійників на території України в її водні артерії (Дніпро, Прип’ять, Десна). Численні спостереження за різними про- цесами, які відбуваються в ґрунтових се- редовищах, засвідчують про залежність їх- нього розвитку від складної будови самих середовищ, зокрема, від наявних слабко- тривких, слабкопроникливих прошарків, продовгуватих тріщин. Незважаючи на те що товщини зазначе- них прошарків набагато менші від харак- терних розмірів інших складників багато- компонентних тіл, такі прошарки здійсню- ють значний вплив на розвиток основних процесів середовищ і часто відіграють роль основних чинників певних негатив- них явищ: на слабкотривких прошарках формуються поверхні зрушень ґрунтових мас, відбувається нерівномірне забруднен- ня ґрунтів тощо. Властивість слабкопрони- кливості часто використовують як пози- тивний фактор, створюючи тонкі проти- фільтраційні елементи з метою запобігання суфозії, обводнення слабкотривких склад- ників тощо. З огляду на те, що зазначена неоднорід- ність визначальна в розвитку основних про- цесів, характерних для багатокомпонент- них ґрунтових об’єктів природного чи штучного походження, не варто нехтувати цією особливістю. Оскільки традиційні ма- тематичні моделі опису процесів руху ріди- ни, механічного деформування, що базу- ються на різноманітних засадах заміни ба- гатокомпонентних тіл із включенням від- повідних однорідних тіл, неприйнятні, у роботах В.С. Дейнеки та І.В. Сергієнка [66, 67] запропоновано нові математичні моделі як принципово нові класи математичних задач із розривними розв’язками. Автори розробили методику побудови шляхом ви- користання класів розривних функцій і сформулювали відповідні класичні уза- гальнені задачі, визначені на вказаних кла- сах розривних функцій. У згаданих дослідженнях В.С. Дейнеки та І.В. Сергієнка шляхом використання кла - сів розривних функцій методу скінченних елементів розроблено методику побудови обчислювальних схем підвищеного поряд- ку точності визначення наближених роз- ривних розв’язків широкого кола зазначе- них класів задач. Сформульовані й теоретично дослідже- ні нові класи математичних задач із роз- ривними розв’язками, розроблені й теоре- тично обґрунтовані обчислювальні алго- ритми підвищеного порядку точності їх чисельного аналізу [66, 67] становлять по- тужну теоретичну платформу для сучас- них інформаційних технологій аналізу за допомогою cуперкомп’ютерів серії СКІТ процесів у складних багатокомпонентних середовищах, що частково реалізовані в ав то- матизованих системах НАДРА, НАДРА-3D, а отже, розрахунку двовимірних — про- фільних / площинно паралельних проце- сів руху рідини, механічного деформуван- ня багатокомпонентних тіл із прошарка- ми; тривимірних (просторових) процесів у довільних просторових багатокомпо- нентних тілах із довільно розташованими в просторі тонкими включеннями / трі- щинами. Комплекс НАДРА-3D (Рис. 9), розробле- ний під керівництвом В.С. Дейнеки [67], реалізовує сучасну інформаційну техноло- гію з дослідження просторових процесів у багатокомпонентних неоднорідних середо- вищах із використанням можливостей ба- гатопроцесорних кластерів СКІТ-2, СКІТ-3. 24 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 За допомогою цієї системи, за даними ака- деміка НАН України В.М. Шестопалова, проаналізовано вплив тривалого інтенсив- ного використання підземних вод на дина- міку фільтраційного режиму в ґрунтовому масиві значних розмірів Київської промислово-міської агломерації (розміри поверхні — 180 км�240 км, глибина — 1 тис. м). Тривалість інтенсивного водовід- бору — 28 років. Задачу розв’язано за допо- могою суперкомп’ютера СКІТ-3 за 45 го- дин. Слід зазначити, що успішність дослі- дження стану й поведінки складних об’єктів значною мірою залежить від точності ви- хідних даних. Особливо складно це забез- печити для підроблених масивів ґрунту. Цілковито розв’язати цю проблему мож- на, ідентифікувавши зазначені параметри шляхом розв’язання відповідних оберне- них задач за умов використання даних пев- них моніторингів. Для розглянутих проблемних задач еко- логії вдалося отримати ряд оцінок якос- ті розв’язків (за точністю, часом, залеж- ністю від похибок вхідних даних) при їх реалізації на схемах із різною глиби- ною розпаралелювання алгоритмів, різ- ній кількості процесорів-обчислювачів і процесорів-менеджерів. Прикладом вдало- го розв’язання цих проблем на класах за- дач лінійної алгебри, спектральних задач і систем нелінійних рівнянь із наближеними вхідними даними є проект «ІНПАРКОМ» [70]. Однак до повного розв’язання цих про- блем на суперкомп’ютерах СКІТ із гаран- тованою достовірністю для всіх класів за- дач і методів обчислювальної математики потрібно ще виконати великий об’єм нау- кових досліджень. Про складність цієї про- блеми свідчить, зокрема, такий факт. Про- тягом 20 останніх років у 30 країнах пра- цюють експертні групи Агентства NAFEMS Рис. 9. Комплекс НАДРА-3D ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 25 (National Agency Finite Element Method and Standarts, UK) з дослідження достовірнос- ті інженерних розрахунків на основі засто- сування схем методу скінченних елементів. ПРОБЛЕМИ ПОБУДОВИ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ ТА КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ Акцентуючи увагу на ролі систем теле- комунікацій у розвитку інформацій- ного суспільства, доцільно згадати, що ще наприкінці 50-х років у Обчислювально- му центрі АН УРСР було реалізовано ідею дистанційного оброблення інформації на ЕОМ «Київ», яка опрацьовувала інформа- цію, передану радіоканалом із дослідниць- кого судна, що перебувало в Атлантиці. У 1960 р. уперше в світі за допомогою ЕОМ «Київ» проведено експерименти з дистан- ційного управління технологічними про- цесами в конверторному цеху Дніпродзер- жинського металургійного комбінату, від- стань від якого до місця розташування ма- шини перевищувала 500 км. Подальшим розвитком ідеї дистанцій- ного оброблення інформації та управлін- ня стало створення мереж передачі та обро- блення інформації. У 1962 році В.М. Глуш- ков запропонував проект Єдиної державної мережі обчислювальних центрів для обро- блення економічної інформації. Було розроблено перший ескізний про- ект Єдиної державної мережі обчислю- вальних центрів, що включав близько 100 центрів у великих промислових містах і центрах економічних районів, об’єднаних широкосмуговими каналами зв’язку. Ці центри, розподілені по території країни, відповідно до конфігурації системи мали об’єднуватися з рештою центрів, зайня- тих обробленням економічної інформації. Їх кількість тоді було визначено 20 тисяча- ми. Це великі підприємства, міністерства, а також кущові центри, що обслуговували дрібні підприємства. Було розроблено низ- ку питань, пов’язаних із захистом інформа- ції. У світі аналогічної мережі не існувало. Проект до 1977 р. був секретним. Також варто нагадати, що розробки Ін- ституту кібернетики в 70-х роках у ме жах проектів «Дискет» і «Дисперс» зумовили створення перших вітчизняних радіомереж із пакетною комутацією. Такі мережі дава- ли можливість об’єднати на рівноправній основі певну кількість великих ЕОМ і ме- режеві термінали доступу до них. Таким чином, ідея вітчизняного прообра- зу сучасних комунікаційно-об чис лю валь них мереж, так званих Grid-систем, сягає 60— 70 років, починаючи з розробок В.М. Глуш- кова та його учнів. Сьогодні ж ми маємо лише інший рівень техніки: ЕОМ — у ви- гляді суперкомп’ютерів, а канали зв’яз ку — у вигляді надшвидкісних волоконно-оп- тич них телекомунікаційних систем пере- дачі інформації. Основою технічних рішень волоконно- оптичної передачі великих обсягів інфор- мації наприкінці ХХ сторіччя в усьому сві- ті стали бурхливий розвиток і застосуван- ня в телекомунікаціях оптичних транспорт- них систем нової технології — синхронної цифрової ієрархії SDH (Synchronous Di gi tal Hi e rarchy). На базі цієї технології у розвине- них країнах світу створено високо швид- кісну універсальну транспортну мережу. В останні роки в усьому світі здійснює ться пе- рехід до повністю оптичних транспортних мереж, які ще називають фотонними тран- спортними мережами PTN (Photon Trans- port Networks). Для розв’язання проблеми збільшення пропускної здатності оптичних транспорт- них систем застосовують нову технологію використання оптичного волокна, яка отри- мала назву мультиплексування з розподі- лом по довжині хвилі WDM (Wavelength Division Multiplexing). Використання цієї технології та її різновидів у межах ідеології фотонних транспортних систем, як свідчать розробки останніх років, дало змогу збіль- 26 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 шити пропускну здатність одного оптич- ного волокна в сотні і навіть тисячі разів. Шляхом побудови підводних і частково підземних волоконно-оптичних ліній пе- редачі з використанням різних технологій хвильового мультиплексування побудова- но глобальну мережу FLAG (Fiber Optical Link Around the Globe), яка об’єднує сьо- годні всі континенти й десятки оператор- ських компаній. Вона обслуговує 90 % усес- вітнього трафіку. Волоконно-оптичні транспортні мережі в Україні загалом відповідають міжнарод- ним стандартам. Працює декілька оптич- них транспортних мереж, які охоплюють усю територію країни. Найбільшу тран- спортну магістральну мережу довжиною близько 15 тис. км побудував «Укртеле- ком», 12 тис. км — компанія «Білайн». Ком- панія «Київстар» модернізувала свої мере- жі за технологією DWDM (Dense Wave Di- vision Multiplexing) і забезпечує пропуск ну здатність 320 Гбіт/сек. Усі районні центри підключені до загальноукраїнської мережі щонайменше двома оптичними лініями. Пе- редбачено можливість нарощування кіль- кості оптичних каналів зв’язку із сьогод- нішніх 8 до 64 шляхом доукомплектації платами спектрального ущільнення. У Національній академії наук у ме- жах Програми інформатизації НАН Укра- їни (керівник академік А.П. Шпак) з ме- тою сприяння підвищенню ефективності та якості проведення наукових досліджень за рішенням Комітету Верховної ради Украї- ни з питань науки і освіти та за фінансової підтримки Уряду України в системі Укра- їнської академічної дослідницької мережі (УАРНЕТ) побудовано Академічну мере- жу обміну даними НАН України, яка ста- новить основу для оперативної взаємодії установ і науковців як усередині держа- ви, так і поза нею. Опорна багатокільцева оптоволоконна магістраль мережі об’єднує 145 наукових установ усіх наукових цен- трів НАН та МОН України в Києві, Хар- кові, Донецьку, Дніпропетровську, Сімфе- рополі, Одесі, Львові й має вихід на націо- нальну науково-освітню мережу Польщі. Її пропускна спроможність завдяки викорис- танню технології DWDM досягає 10 Гбіт/ сек., що важливо для забезпечення потреб науки. Подальший розвиток мережі перед- бачає її з’єднання з аналогічними мережа- ми інших країн-сусідів, передусім із росій- ською та європейською мережею GEANT. Топологію кільцевої магістралі АМОД показано на рис. 10. Академічна мережа обміну даними пере- буває в дослідній експлуатації. Її сьогодні використовують з метою надання науково- освітнім установам різноманітних послуг. Особливо слід відзначити створення на базі мережі першого в Україні Grid-сегмента, який забезпечує колективне використання високопродуктивних інформаційно обчис- лювальних ресурсів (кластерів), розміще- них у низці установ НАН та МОН, частина з яких уже є учасниками ряду Grid-проек- тів Європи. Зокрема, НАН України є офі- ційним учасником міжнародного проекту WLCG, спрямованого на обслуговування новітніх експериментів на прискорювачі в ЦЕРНі. На базі мережі зроблено значні кроки у вирішенні питань побудови ака- демічної системи комп’ютеризованих нау- кових інформаційних ресурсів. Серед інших розроблено й передано в дослідну експлу- атацію Національній бібліотеці України ім. В.І. Вернадського наукову електронну біб- ліотеку періодичних видань НАН України. На увагу заслуговує українська науково- освітня мережа УРАН, створена за рішен- ням Міністерства освіти і науки України та НАН України. Сьогодні мережа УРАН об’єднує понад 60 науково-дослідних та освітніх закладів (130 точок підключення) та експлуатує волоконно-оптичні мережі в десяти містах України загальною довжи- ною близько 150 км. Подальший розвиток ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 27 УРАН пов’язують не тільки з розбудовою канальної інфраструктури для підключен- ня користувачів мережі, але й зі створен- ням власних інформаційних ресурсів, зо- крема науково-освітнього порталу, електро- нних бібліотек, ресурсів системи дистан- ційного навчання та системи менеджменту сфери освіти (система «Освіта»), банків да- них і знань, інформаційно-пошукових сис- тем тощо. Актуальне питання інтегруван- ня інформаційних ресурсів мережі УРАН і закладів НАН України. Окремо слід за- безпечити доступ до ресурсів Центрів суперкомп’ютерних обчислень і даних та створення на основі системи УРАН Grid- інфраструктури для забезпечення науко- вих досліджень з інтеграцією в європей- ську Grid-систему. Реалізація необхідних швидкостей пере- дачі на рівні магістральних мереж техніч- но досяжна за умови використання оптич- них транспортних систем, проте ще зали- шається проблема широкосмугового досту- пу до вузлів таких мереж. Тому суттєвим складником інформаційних систем має ста- ти розв’язання так званої проблеми «остан- ньої милі» за допомогою радіомереж, що використовують нові технології безпрово- дового широкосмугового доступу. Цьому сприяють нагальні потреби у високошвид- кісних технологіях передачі мультимедій- ного трафіку, постійне прагнення користу- вачів до безпроводової незалежності й еко- номічна вигода від використання безпрово- дових технологій. У цій сфері активно і плідно працюють учені НАН України, зокрема, Науково- дослідного інституту телекомунікацій Ки- ївської політехніки, який, згідно з Постано- вою Президії НАН України, з 2001 року проводить дослідження під науково-мето- дичним керівництвом Відділення інформа- тики НАН України. У 2004 році доробок фахівців цього інституту під керівництвом члена-кореспондента НАН України М.Ю. Іль- ченка відзначений Державною премією У к- раїни в галузі науки і техніки [71–73]. Се- ред розробок цього колективу доцільно від- значити такі: — за участі компанії «Укрсат» спроекто- вано, побудовано й уведено в експлуатацію систему супутникового зв’язку з від повідною інфраструктурою, яка забезпечила потреби органів державного управління України в Рис. 10. Мережа АМОД 28 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 наданні інформаційно-телекомунікаційних послуг та доступі до міжнародних інформа- ційних ресурсів; — розроблено та освоєно (на НВП «Са- турн») випуск цифрових радіорелейних систем, що дало змогу побудувати на їх- ній базі телекомунікаційні системи різного призначення на територіях України, Росії, Китаю, Ірану та інших країн; — розроблено й упроваджено (на ДП «Орі зон-навігація») понад 30 моделей при- ладів глобальної навігаційної супутникової системи, які використовують десятки під- приємств України, Росії, Білорусі та інших країн; — розроблено принципи побудови теле- комунікаційних систем на основі висотних аероплатформ, а також проект для Украї- ни «Небесний стільник», який є вітчизня- ним аналогом наявних проектів для Японії, Великобританії, США та інших країн і має ряд переваг перед супутниковими й назем- ними системами; — запропоновано та захищено 10 патен- тами родини мікрохвильових телерадіо- інформаційних систем типу «Мітріс», які впроваджені для використання в багатьох містах України (Київ, Луганськ, Одеса, За- поріжжя, Чернівці, Кременчук та ін.) і вия- вили високу якість багатоканального теле- радіомовлення та його надійність; — запропоновано і впроваджено систему передачі багатопрограмного цифрового по- току даних каналами аналогових радіоре- лейних ліній. Не всі актуальні питання розвитку ін- форматики тут викладені. Ця галузь науки динамічно розвивається. Попереду в її до- слідників великі завдання і багато роботи. 41. Палагин А.В., Опанасенко В.Н. Реконфигурируе- мые вычислительные системы. — К.: Просвіта, 2006. — 280 с. 42. Морозов А.О., Косолапов В.Л. Інформаційно-ана- літичні технології підтримки прийняття рі шень на основі регіонального соціально-економічного моніторингу. — К.: Наук. думка, 2002. — 232 с. 43. Патон Б.Е., Назаренко О.К., Нестеренков В.М., Морозов А.А., Литвинов В.В., Казимир В.В. Ком- пьютерное управление процессом электронно- лучевой сварки с многокоординатными переме- щениями пушки и изделия // Автоматическая сварка. — 2004. — №5. — С. 3–7. 44. Григорян Р.Д. Самоорганизация гомеостаза и адаптации. — К.: Академпериодика, 2004. — 501с. 45. Кузьмина К.И., Сёмик Т.М. Изучение индивидуаль- ного здоровья человека и коллектива в целом с по- зиции социопсихофизиологического подхода // Теория и практика управления социальными си- стемами: философия, психология, педагогика, со- циология. — Харьков, 2004. — № 3. — С. 92–102. 46. Боюн В.П. Динамическая теория информации. Основы и приложения. — К.: Ин-т кибернетики им. В.М.Глушкова НАН Украины, 2001. — 326 с. 47. Войтович І.Д., Корсунський В.М. Інтелектуальні сенсори. — К.: Ін-т кібернетики ім. В.М. Глушко- ва НАН України, 2007. — 513 с. 48. Romanov V., Sherer V., Galelyuka I., Sarakhan Y., Skryp nyk O. Smart portable fluorometer for express- diagnostics of photosynthesis: principles of operation and results of experimental researches // Interna- tional Journal «Information technologies and know- ledge». — 2008. — Vol. 2. — №2. — P. 142–146. 49. Винцюк Т.К. Анализ, распознавание и интерпре- тация речевых сигналов. — К.: Наук. думка, 1987. — 264 с. 50. Шлезингер М.И. Математические средства обра- ботки изображений. — К.: Наук. думка, 1989. — 199 с. 51. Гриценко В.И., Урсатьев А.А. Распределенные информационные системы. — К.: Наук. думка, 2006. — 317 с. 52. Гриценко В.И., Кудрявцева С.П., Колос В.В. Дис- танционное обучение. — К.: Наук. думка, 2004. — 375 с. 53. Гриценко В.І., Котова А.Б., Вовк М.І., Кіфоренко С.І., Бєлов В.М. Інформаційні технології в біології та медицині. — К.: Наук. думка, 2007. — 382 с. 54. Sergienko I.V., Deineka V.S. Optimal Control of Dis- tributed Systems with Conjugation Conditions. — New York: Kluwer Acad. Publ., 2005. — 400 p. 55. Ивахненко А.Г. Индуктивный метод самооргани- зации моделей сложных систем. — К.: Наук. дум- ка, 1982. — 296 с. 56. Кунцевич В.М. Управление в условиях неопреде- ленности: гарантированные результаты в задачах управления и идентификации. — К.: Наук. думка, 2006. — 262 с. 57. Chikrii А.А. Conflict Controlled Processes. — Boston- London-Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1997. — 424 p. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 12 29 58. Kuntsevich V.M., Lychak M.M. Guaranteed estimation, adaptation and robustness in control systems. — Berlin Springer, 1992. — 209 p. 59. Коваленко И.Н., Левитская А.А., Савчук М.Н. Избранные задачи вероятностной комбинатори- ки. — К.:Наук. думка, 1986. — 224 с. 60. Коваленко И.Н., Левитская А.А. Предельное по- ведение числа решений системы случайных ли нейных уравнений над конечным полем и конечным кольцом // Теория вероятн. и мат. ста- тистика. — 1977. — №3. — С. 70–83. 61. Задірака В.К., Олексюк О.С. Комп’ютерна крипто- логія. — Київ-Тернопіль: Збруч, 2002. — 504 с. 62. Задірака В.К., Олексюк О.С. Комп’ютерна ариф- метика багаторозрядних чисел. — К.: Економічна думка, 2003. — 264 с. 63. Задірака В.К., Кудін А.М., Людвиченко В.О., Олек- сюк О.С. Комп’ютерні технології криптографічно- го захисту інформації на спеціальних цифрових носіях: — Київ-Тернопіль: Підручники і посібни- ки, 2007. — 272 с. 64. Ляшко И.И., Сергиенко И.В., Мистецкий Е.Е., Скопе ц- кий В.В. Вопросы автоматизации решения задач филь- трации на ЭВМ. — К.: Наук. думка, 1977. — 295 с. 65. Сергиенко И.В., Скопецький В.В., Дейнека В.С. Математическое моделирование и исследование процессов в неоднородных средах. — К.: Наук. думка, 1991. — 432 с. 66. Дейнека В.С., Сергиенко И.В. Модели и методы ре- шения задач в неоднородных средах. — К.: Наук. думка, 2001. — 606 с. 67. Дейнека В.С., Сергиенко И.В. Анализ много ком- по нентных распределенных систем и системное управление. — К.: Наук. думка, 2007. — 703 с. 68. Скопецький В.В., Стоян В.А., Кривонос Ю.Г. Ма- тематичне моделювання прямих та обернених за- дач динаміки систем з розподіленими параметра- ми. — К.: Наук. думка, 2002. — 361 с. 69. Булавацький В.М., Бомба А.Я., Скопецький В.В. Не лінійні математичні моделі процесів геогідро- динаміки. — К.: Наук. думка, 2007. — 291 с. 70. Численное программное обеспечение интеллек- туального ММД-компьютера ИНПАРКОМ. — К.: Наук. думка, 2007. — 220 с. 71. Ильченко М.Е., Бунин С.Г., Войтер А.П. Сотовые радиосети с коммутацией пакетов. — К.: Наук. думка, 2003. — 266 с. 72. Микроволновые устройства телекоммуникаци- он ных систем: В двух томах / М.З. Згуров- ский, М.Е. Ильченко, С.А. Кравчук и др. — К.: Політехніка, 2003. — 1072 с. 73. Ильченко М.Е., Кравчук С.А. Телекоммуникаци- онные системы на основе высотных аэроплат- форм. — К.: Наук. думка, 2008. — 580 с. І.В. Сергієнко НАУКОВІ ІДЕЇ АКАДЕМІКА В.М. ГЛУШКОВА ТА РОЗВИТОК СУЧАСНОЇ ІНФОРМАТИКИ Р е з ю м е У статті проаналізовано вплив ідей В.М. Глушкова на нинішній стан та розвиток інформатики і розроблен- ня сучасних комп’ютерних технологій різного призна- чення. Наведено приклади конструктивних розробок комп’ютерних технологій інститутів Кібернетичного центру НАН України, які створені останнім часом і ефективно застосовуються на практиці. I.V. Sergienko SCIENTIFIC IDEAS OF V.М. GLUSHKOV AND DEVELOPMENT OF MODERN INFORMATICS S u m m a r y In the article influence of ideas of V.М. Glushkov on the present state and development of informatics and modern computing technologies of different application is analyzed. Examples of the real developments of computing technologies of institutes of the Cybernetic center NASU created lately and effectively used in practice are presented.

Науковi iдеї академiка В. М. Глушкова та розвиток сучасної iнформатики

Репозитарії

Схожі ресурси