книги / Управление большими системами. УБС-2017

Информационные технологии в управлении техническими системами и технологическими процессами

The issues of designing a system for drawing up a tax declaration for excises on oil products, as well as drawing up a register of confirming export documents, which are mandatory provided by the enterprise every reporting period, are considered.

The design problem is formulated, the analysis of existing technical solutions is made, the structure and algorithms of functioning of the original information system are proposed, a project is developed that includes the functional models of the proposed process using objectoriented methodology.

Keywords: SAP ERP, 1C, data bases, excises, automation of information systems.

553

591

Управление большими системами. Выпуск XX

УДК 621.391 ББК 32.972.5

УПРАВЛЕНИЕ СВЯЗНОСТЬЮ БЕСПРОВОДНОЙ МЭШ-СЕТИ

Заборских К.Д.1, Гаврилов А.В.2

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь)

В данной статье рассматривается алгоритм оптимизации связности беспроводной мэш-сети по критерию уровень сигнала. Целью оптимизации является снижение задержек в сети при передаче данных.

Ключевые слова: беспроводная мэш-сеть, связность, задержка, оптимизация.

1. Введение

Одними из наиболее перспективных и популярных направлений в инфокоммуникационных технологиях на сегодняшний день являются «Интернет вещей» и беспроводные сенсорные сети. Особенностью при реализации проектов этих направлений является использование дешевых аппаратных сетевых узлов с применением топологии мэш-сети. Сеть на базе топологии мэш обладает массой достоинств, таких как высокая масштабируемость, надежность, отказоустойчивость, что позволяет строить самоорганизующиеся сети с большим радиусом покрытия [1].

Аппаратное обеспечение узлов мэш-сети обычно представляет собой микроконтроллер с встроенным приемопередатчиком и с поддержкой одной из технологий радиопередачи. Одним из таких микроконтроллеров является модуль ESP8266 фирмы Espressif [3]. Модуль использует для передачи технологию WiFi диапазон 2,4 ГГц. Его популярность обусловлена низ-

1Кирилл Дмитриевич Заборских, студент, (zbkd@bk.ru).

2АлексейВикторовичГаврилов, старшийпреподаватель(gaval@at.pstu.ru).

554

592

Информационные технологии в управлении техническими системами и технологическими процессами

кой стоимостью, а также широкими функциональными возможностями (поддержка интерфейсов SPI, UART и GPIO), что позволяет подключать к нему дополнительные устройства. Однако исходно модуль разрабатывался как обычный узел в сети WiFi с реализацией режима точки доступа или клиента. Позже кампания Espressif разработала программное обеспечение (прошивку) для создания мэш-сети [4]. Прошивка задумывалась как расширение емкостных возможностей маршрутизатора, так как напрямую к нему можно подключить лишь ограниченное число устройств. Прошивка подразумевает создание мэш-сети из устройств, требующих подключения. В ней выделяется одно корневое устройство, через которое мэш-сеть подключается к маршрутизатору. Структура такой сети изображена на рис. 1.

Рис. 1. Структура сети согласно прошивке от Espressif

Однако у этой прошивки есть один большой минус: все библиотеки с алгоритмами функционирования являются закрытыми и предлагается использовать прошивку «как есть», то есть исследовать и модернизировать прошивку возможности нет.

В связи с высокой популярностью модулей ESP8266 энтузиасты начали разработку альтернативной прошивки с откры-

тым кодом PainlessMesh [2]. Прошивка PainlessMesh для переда-

555

593

Управление большими системами. Выпуск XX

чи сообщений между модулями использует протокол JSON. Несомненным преимуществом прошивки PainlessMesh относительно прошивки мэш-сети от кампании Espressif является то, что она имеет открытый код, а также то, что в ней уже реализованы механизмы синхронизации часов реального времени всех модулей в составе сети, что позволяет синхронизировать все события. Авторами было принято решение об использовании этой прошивки для практического исследования характеристик мэш-сетей.

2. Исследование сети с использованием сторонней прошивки

В прошивке PainlessMesh заявлена поддержка самоорганизации сети. Анализ исходного кода и экспериментальные проверки позволили определить процедуру создания структуры сети: после запуска модулей каждый из них становится станцией и точкой доступа. Каждая станция, которая еще не подключена к точке доступа в рамках этой сети, периодически сканирует пространство на наличие точки доступа. Она будет пытаться подключиться к точке доступа с самым сильным уровнем сигнала, если до нее еще не существует прямого или посреднического соединения. То есть подключение возможно только к «свободной» точке с максимальным уровнем сигнала. При этом будут пропущены точки с еще большим уровнем сигнала, если они заняты. После подключения к точке доступа станция перестает сканировать окружение до тех пор, пока не будет потеряно соединение с текущей точкой доступа. Структура сети, образованной при помощи этой прошивки, изображена на рис. 2. Таким образом, формируемая структура сети не всегда будет оптимальной с точки зрения связности между узлами. Установленные связи между узлами не будут минимизированы по расстоянию и, соответственно, по уровню сигнала.

Так как сеть в конечном итоге имеет не всегда оптимальную структуру соединений и за счет чего увеличивается задержка прохождения пакета от источника до адресата, то необходимо изменить алгоритм формирования структуры сети. Необходимо,

556

594

Информационные технологии в управлении техническими системами и технологическими процессами

чтобы станция периодически сканировала пространство на наличие точки доступа с более высоким уровнем сигнала, нежели соединение с текущей точкой доступа; в случае обнаружения точки доступа с более высоким уровнем сигнала, станция должна разорвать соединение с текущей точкой доступа и установить новое оптимальное соединение с найденной точкой доступа; предполагается за счет такой оптимизации сети уменьшить задержки при прохождении пакета по сети.

Рис. 2. Структура сети согласно прошивке от PaintlessMesh

3. Модернизация алгоритма формирования структуры сети

Был разработан дополнительный алгоритм сканирования окружения, который запускается после того, как станция присоединится к точке доступа.

Алгоритм имеет следующую структуру:

1.Запуск дополнительного сканирования и проверка, подключена ли станция к точке доступа; если станция еще не подключена, то повторяем проверку через 5 секунд; если подключена, то переходим к пункту 2.

2.Запуск сканирования в рамках сети с заданным SSID; сканирование подразумевает запись всех обнаруженных точек доступа и уровень сигнала к ним.

557

595

Управление большими системами. Выпуск XX

3. После того как составлен список из точек доступа и уровней сигнала к ним, начинаем перебор каждого варианта из списка; проверяем: если мы напрямую уже подключены к данной точке доступа либо данный модуль напрямую подключен к нам (то есть он выступает в качестве станции, а мы

вкачестве точки доступа), то удаляем его из списка.

4.После перебора в списке остаются только те точки доступа, к которым текущий не имеет прямого подключения; перебираем каждый вариант из вновь получившегося списка и ищем тот, уровень сигнала которого хотя бы на 10 dBm лучше уровня сигнала до текущей точки доступа; если список пуст, то возвращаемся к пункту 1.

5.При нахождении такого варианта необходимо разорвать подключение к текущей точке доступа и предпринять попытку подключения к найденному варианту; в случае ненахождения такового варианта возвращаемся к пункту 1.

Были проведены эксперименты на сети, состоящей из пяти модулей, с использованием исходной и модифицированной прошивок. Структуры сетей изображены на рис. 3.

Рис. 3. Структура сети согласно прошивке от PaintlessMesh

На рис. 3, а изображена сеть, полученная при использовании исходной прошивки. Модули 1, 2, 3 были включены одновременно первыми; модуль 4 включен вторым и модуль 5 последним; пакет передается от модуля 4 к модулю 5, задержка прохождения составляет 12 мс.

558

596

Информационные технологии в управлении техническими системами и технологическими процессами

На рис. 3, б изображена ситуация, когда модуль 5 был перемещен, задержка уменьшилась, но нетрудно заметить, что структура подключений на данный момент не оптимальна, в этом и состоит решаемая проблема. Итоговая задержка при прохождении от модуля 4 к модулю 5 теперь составляет 10 мс.

На рис. 3, в изображена сеть, полученная с использованием модифицированной прошивки из ситуации, изображенной на рис. 3, б. Видно, что произошло переключение соединений, то есть модуль 4 подключился на 5, и теперь задержка при передаче от модуля 4 к модулю 5 составляет всего 2 мс.

Модернизация прошивки позволила оптимизировать связность узлов сети по критерию уровень сигнала, что позволило уменьшить задержку прохождения пакета по сети. В дальнейшем авторы планируют реализовать многокритериальную оптимизацию связности сети: по степени загруженности узла и по уровню заряда батареи, питающей модуль.

Литература

1.БЕЗУКЛАДНИКОВ И.И., ГАВРИЛОВ А.В. Управление и мониторинг в беспроводных распределенных сетевых ин-

фраструктурах // Нейрокомпьютеры: разработка, примене-

ние. – 2016. – № 8. – С. 18–23.

2.BlackEdder / painlessMesh: портал – URL: https://gitlab.com/ BlackEdder/painlessMesh свободный. – Загл. с экрана (aссessed at 25 July 2017).

3.ESP8266 WROOM-02 Overview: портал – URL: https:// espressif.com/en/products/hardware/esp-wroom-02/overview, свободный. – Загл. с экрана (aссessed at 25 July 2017).

4.ESP8266_MESH_DEMO: портал – URL: https://github.com/ espressif/ESP8266_MESH_DEMO, свободный. – Загл. с экрана (aссessed at 25 July 2017).

559

597

Управление большими системами. Выпуск XX

MANAGEMENT OF CONNECTIVITY IN WIRELESS MESH NETWORK

Kirill Zaborskih, Perm National Research Polytechnic University, Perm, student (zbkd@bk.ru).

Aleksei Gavrilov, Perm National Research Polytechnic University, Perm, senior lecturer (gaval@at.pstu.ru).

Abstract: This article explores the creation of links between the nodes of a wireless mesh network. The hardware of the network nodes is implemented on the modules of ESP8266 by Espressif Systems. The software of the nodes is based on the PaintlessMesh firmware. Investigations of the procedure for establishing links between nodes have been performed. The issues of network connectivity management are considered. An algorithm for establishing connections between nodes is proposed. Connectivity optimization is performed by the criterion signal level. The goal of optimization is to reduce network delays in transferring data between nodes. The results obtained show a decrease in network delays when using the proposed algorithm.

Keywords: wireless mesh, connectivity, delay transmission, optimization.

560

598

Информационные технологии в управлении техническими системами и технологическими процессами

УДК 004.8

РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПОИСКЕ КОНТУРОВ НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ ФОРМАТА DICOM

Клестов Р. А.1, Столбов В.Ю.2

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь)

Рассматривается гибридный метод распознавания контуров, включающий несколько этапов обработки исходного изображения. Выделяются и описываются характерные особенности существующих методов распознавания контуров. Предлагается определенная последовательность применения методов. Особое внимание уделено методам, обеспечивающим работу со сложными входными данными, имеющими близкую к однородной структуру. Описывается математическая особенность работы каждого из методов. Приводятся примеры выходных данных при использовании различных методов обработки изображения. На основе практического использования каждой из представленных технологий компьютерного зрения делаются соответствующие выводы и рекомендации. Проведено сравнение качества распознавания контуров на изображении в иллюстрациях.

Ключевые слова: распознавание контуров, компьютерное зрение, гибридный метод, цепной код Фримена, оператор Кэнни,

фильтр Kuwahara.

1РоманАндреевичКлестов, магистр(klestovroman@gmail.com).

2Валерий Юрьевич Столбов, доктор технических наук, профессор

(valeriy.stolbov@gmail.com).

561

599

Управление большими системами. Выпуск XX

1. Введение

Область компьютерного зрения является действительно инновационно привлекательной. Интерес к ней возник на заре создания искусственного интеллекта [3]. В настоящее время количество новых решений и актуальныхприложений длякомпьютерного зрения продолжает расти. Это в полной мере относится к проблеме разработки информационных систем поддержки принятия решений

вразличныхобластяхчеловеческойдеятельности.

Сувеличением количества предлагаемых способов и алгоритмов распознавания контуров внутри изображения становится неочевидным выбор какого-либо конкретного способа для определенных нужд. В данной статье рассматриваются основные алгоритмы на примере их применимости к конкретной прикладной задаче выделения контуров на Dicom-изображении печени здорового и больного человека. Сложность данной задачи заключается в размытости контура печени у больного человека, что требует применения более точных методов, позволяющих лечащему врачу принимать более обоснованные решения при определении диагноза.

2. Поэтапное распознавание изображений

Первым, и необязательным, этапом является необходимость размыть изображение. Выполняется эта операция из соображений более точного определения границ, так как шаг между градациями цветов будет выше, нежели на оригинальном изображении. Существует достаточно много фильтров, обеспечивающих сглаживание (рис. 1).

Рис. 1. Обработка входного изображения: а – исходное;

б – фильтр Гаусса; в – фильтр медианный; г – фильтр Kuwahara

562

600