918

.stop_bits = UART_STOP_BITS_1,

.flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE };

ESP_ERROR_CHECK(uart_param_config(UART_2_PC, &uart_cfg)); ESP_ERROR_CHECK(uart_set_pin(UART_2_PC, UART_PIN_NO_CHANGE,

UART_PIN_NO_CHANGE,

UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE)); ESP_ERROR_CHECK(uart_driver_install(UART_NUM_0, 4096, 0, 0, NULL,

0));

2) Инициализация Wi-Fi, осуществление прослушивания каналов 1-13 и захвата Wi-Fi фреймов.

wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT(); wifi_country_t wifi_country = {

.cc="CN",

.schan=1,

.nchan=13,

.policy=WIFI_COUNTRY_POLICY_AUTO };

nvs_flash_init(); tcpip_adapter_init();

ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_init(event_handler, NULL)); ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg)); ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_country(&wifi_country)); ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_storage(WIFI_STORAGE_RAM)); ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_NULL)); ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start()); ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_channel(WIFI_CHANNEL, WIFI_SECOND_CHAN_NONE)); ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_promiscuous_rx_cb(&sniffer_wifi)); 3) Настройка фильтра входящих пакетов:

wifi_promiscuous_filter_t filter = {

.filter_mask = WIFI_PROMIS_FILTER_MASK_DATA };

ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_promiscuous_filter(&filter));

Полный список фреймов, которые можно фильтровать находится в файле esp_wifi_types.h.

4) Дешифрация данных при работе с WPA или WPA2: decrypt_message(* ptr_message, *WPA_WPA2_key)

Результат перехвата фрейма с ICMP пакетом представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Фрейм 802.11

241

Разбор фрейма по байтам представлен в таблице 1.

В итоге на основе ESP32 возможно реализовать Wi-Fi Sniffer с оптимальным соотношением возможностей и цены. Модули ESP32 интересны тогда, когда возможностей Arduino уже не хватает, а использовать Raspberry Pi с Linux еще избыточно.

На основе ESP32 можно реализовать множество других проектов: от стенда, предназначенного для изучения архитектуры и принципов работы устройства беспроводных сетей Wi-Fi, до вполне коммерческих проектов. Например, реализация устройства для проактивного мониторинга работы публичной Wi-Fi сети с авторизацией (Wi-Fi Hot Spot) – некий тестовый аппаратно-программный пользователь Wi-Fi Hot Spot (Wi-Fi станция с http-клиентом), который устанавливается у клиента, периодически проходит процесс авторизации и отправляет данные в систему мониторинга оператора связи о проблемах с авторизацией по независимому каналу передачи данных (например, LoraWAN). Такое недорогое устройство можно предоставлять клиенту как дополнительную услугу к Wi-Fi Hot Spot или устанавливать бесплатно в комплексе с основной услугой, представляя как конкурентное преимущество.

Литература

1.5 экспериментов с WiFi на ESP32 ESP32 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://habr.com/ru/post/504514/ (дата обращения: 22.10.2022)

2.Программирование устройств на основе модуля ESP32 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://habr.com/ru/company/epam_systems/blog/522730/ (дата обращения: 22.10.2022)

3.Создание сниффера на ESP32 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://tech- geek.ru/creating-sniffer-esp32/ (дата обращения: 23.10.2022)

4.Технологии современных беспроводных сетей Wi-Fi: учеб. пособие / (Е. В. Смирнова, А. В. Пролетарский и др.) // под. общ. ред. А. В. Пролетарского. – М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017.

–446 с.

5.ESP-IDF Programming Guide [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/stable/esp32/index.html (дата обращения: 21.10.2022)

6.ESP32-PICO-KIT V4 / V4.1 Getting Started Guide [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/stable/esp32/hw-reference/esp32/get-started-pico- kit.html (дата обращения: 21.10.2022)

242

УДК 004.4

И. А. Гавриленко – студент; И. Н. Бояршинова – доцент, канд. техн. наук,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

СИСТЕМА УДАЛЕННОГО ВЫПОЛНЕНИЯ КОДА ДЛЯ ПРОВЕРКИ РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ПО ПРОГРАММИРОВАНИЮ

Аннотация. Ключевым моментом в обучении программированию является решение алгоритмических задач. Процесс проверки таких решений часто занимает много времени. Для исправления данной ситуации необходимо разработать информационную систему, которая бы автоматизировала данный процесс. Ключевым узлом такой системы и будет система удаленного выполнения кода на основе контейнеризации.

Ключевые слова: выполнение кода, архитектура, клиент-сервер, контейнеризация, web-приложение.

ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

Вучебном заведении, будь то университет, училище, школа или на онлайнкурсах, обучающих программированию, присутствуют задания на решение алгоритмических задач. Ключевым фактором любого обучения является проверка. Зачастую проверки решений таких задач требует большого количества времени от преподавателя – копирование кода на рабочий компьютер и его последовательное выполнение, или от ученика – формирование отчетов о проделанной работе с результатами выполнения программы.

Для исправления данной ситуации возможно разработать информационную систему, которая бы упрощала данный процесс, повышала производительность, избегала возможности ошибок. Ключевым узлом такой системы и будет система удаленного выполнения кода.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ

Вкачестве системой удалённого выполнения кода будет выступать связка клиент-сервер. Пользователь (клиент) будет отправлять код программы на сервер, сервер будет выполнять этот код и отправлять результаты выполнения пользователю.

К такой системе имеется несколько требований, таких как:Низкая задержка.

Высокая доступность.

Асинхронность.

Устойчивость к вредоносным программам.

Низкая задержка может быть достигнута с помощью размещения сервера ближе к клиенту. Так же возможно кэшировать результаты выполненных задач, чтобы совпадении входных данных не тратить время на ещё одно выполнение данной задачи, а сразу выдавать результаты клиенту.

Высокая доступность достигается дублирования критичных узлов системы, чтобы в случае отказа одного узла, его работу взял на себя узел-дублер.

Асинхронность позволяет нескольким клиентам одновременно пользоваться системой. Этого можно достигнуть путем парализации выполнения задач.

243

ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Выдавать пользователям возможность запускать код на своих серверах, может быть очень опасно, так как пользователи могут запускать вредоносный код, который может вывести из строя всю систему.

Примеры потенциально вредоносного кода:

Бесконечный цикл.

Рекурсия без точки остановки.

Запуск задания с интенсивным использованием ЦП и оперативной памяти.

Создание файлов, удаление файлов, уничтожение запущенных процессов и т. д.

«:(){ :|: & };:» или fork-бомба [5].

При неправильной обработке бесконечные программы, такие как бесконечный цикл, рекурсия без базового условия или оператор goto, могут оставить другие процессы голодными. Чтобы решить эту проблему, нам нужно убедиться, что программа работает в течение фиксированного количества времени, и если она превышает этот предел, процесс выполнения должен быть завершен. Это может быть достигнуто с помощью консольной команды Linux, известной как timeout.

Если пользователь запускает процессор или работу с интенсивным использованием памяти, это может привести к повышенной загрузке других процессов, и это может быть несправедливо по отношению к другим пользователям, поскольку их задачи будут выполняться медленно. Поэтому очень важно убедиться, что каждый процесс получает достаточное количество процессорного времени и оперативной памяти.

Чтобы остановить пользователей от изменения файловой системы, мы можем использовать политики безопасности системы или «chroot jail» [3]. Chroot (сокращение от change root) — это операция Unix, которая изменяет видимый корневой каталог на тот, который задан пользователем. Любой процесс, который вы запускаете после операции chroot, имеет доступ только к новому определенному корневому каталогу и его подкаталогам. Эта операция широко известна как «chroot jail», поскольку эти процессы не могут читать или писать вне нового корневого каталога.

Fork-бомба – это вредоносная или ошибочно написанная программа, бесконечно создающая свои копии (системным вызовом fork()), которые обычно также начинают создавать свои копии и т. д. Выполнение такой программы может вызывать большую нагрузку вычислительной системы или даже отказ в обслуживании вследствие нехватки системных ресурсов. Решить эту проблему мы можем ограничить количество процессов, которые может запустить пользователь.

КОНТЕЙНЕРИЗАЦИЯ

Решение описанных выше проблем, а таже дополнительным уровнем безопасности может стать контейнеризация [4]. Это технология, которая помогает запускать приложения изолированно от основной операционной системы. Программа упаковывается в специальную оболочку-контейнер, внутри которой — среда, необходимая для работы.

Если какой-либо вредоносный код попытается уничтожить систему, его последствия останутся внутри контейнера, в котором он работает, а внешняя система сервера останется нетронутой.

244

Так же эта технология значительно повышает асинхронность выполнений, так как можно запустить несколько контейнеров параллельно не боясь конфликта ресурсов между ними. А благодаря возможности быстрого перезапуска или запуска нового контейнера повышается доступность всей системы и снижается время ожидания пользователей системы.

АРИТЕКТУРА СИСТЕМЫ

Рисунок 1. Архитектура клиент-сервер

На рисунке 1 изображена возможная архитектура системы удалённого выполнения кода.

Клиентом выступает web-приложение, в котором пользователь вводит код программы и получает результаты после её выполнения

Кэш-сервис это хранилище результатов выполненных задач. Оно может быть реализовано в виде классической базы данных.

Worker, или рабочий узел – это контейнер, внутри которого выполняется код программы. Может располагаться как на основном сервере, принимающем запросы от клиентов, так и на других серверах.

Последовательность работы системы:

1.Клиент посылает POST-запрос, который содержит исходный код, наименование языка программирования, входные данные (при необходимости) и ограничение по времени.

2.Обработка задачи:

2.1.Сервер создает задачу и в ответе клиенту отправляет уникальный идентификатор этой задачи.

2.2.Затем сервер отправляет эту задачу в очередь задач, которая будет обрабатываться одним из многих рабочих узлов.

2.3.Рабочий узел – worker – запустит программу в безопасной среде, так что программа не причинит никакого вреда системе. После завершения выполнения рабочий узел обновляет состояние в кэш-сервисе (с определенным сроком действия) и отправляет подтверждение в очередь задач.

2.4.В случае положительного подтверждения очередь задач удаляет эту задачу, иначе в случае отрицательного подтверждения задача не удаляется.

3. Во время обработки задачи клиент может выполнить GET-запрос с соответствующим идентификатором задания, чтобы узнать статус выполнения зада-

245

чи (в очереди, в обработке), если она ещё находиться в обработке, или получить результаты выполнения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Применение данной системы не ограничивается только образовательным процессом. С помощью неё можно организовывать соревнования по программированию, чтобы обеспечить равные условия всем участникам. Также система будет полезна для практики или быстрых экспериментов в условиях, когда затруднительно запустить код локально или нет желания конфигурировать среду разработки. Для доступа к системе нужен лишь доступ в устройство с доступом в интернет.

Литература

1.Брайан Уорд. Внутреннее устройство Linux / Уорд Б. — 3-е изд. — СПб.: Питер,

2022. — 480 с.

2.Северанс Ч. Р. Как работают компьютерные сети и интернет / Северанс Ч. Р. –

М.: ДМК Пресс, 2022. – 116 с

3.Что такое chroot jail и как этим пользоваться? | ИТ База Знаний [Электронный ре-

сурс] // Мерион Нетворкс [сайт]. URL: https://wiki.merionet.ru/servernye-resheniya/95/chto-takoe- chroot-jail-i-kak-etim-polzovatsya/

4.Проектирование архитектуры приложений на основе контейнеров и микрослужб |

Microsoft Learn [Электронный ресурс] // Microsoft Learn [сайт]. URL: https://learn.microsoft.com/ru- ru/dotnet/architecture/microservices/architect-microservice-container-applications/ (Дата обращения: 27.11.22)

5.Fork() Bomb | GeeksforGeeks [Электронный ресурс] // GeeksforGeeks [сайт]. URL:

https://www.geeksforgeeks.org/fork-bomb/ (Дата обращения: 27.11.22)

УДК 631.3 М.Ю. Гилин – обучающийся,

И.М. Глотина – научный руководитель, канд. экон. наук, доцент, ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА КАРТИРОВАНИЯ УРОЖАЙНОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Аннотация. В статье рассматривается вопрос о перспективах разработки универсальной системе картирования урожайности для различных видов комбайнов. Отражена значимость точного земледелия. Приведены имеющиеся на рынке системы, их преимущества и недостатки. Показана структурная схема и модель расположения разрабатываемого устройства.

Ключевые слова: система картирования урожайности (СКУ), точное земледелие, умное сельское хозяйство.

Мониторинг и картирование урожайности культур — технологии, которые стали основными в решении задач точного земледелия. Знание о разности урожайности полей и участков сформировало основу современных дифференцированных технологий в том числе внесения удобрений и посева со сменной нормой.

Использование датчиков и сенсоров при составлении электронных карт позволяет сделать вывод о обеспеченности растений питательными веществами, своевременно устранить проблемы с учетом пестроты и неоднородности их распределения по площади поля [1].

246

Разработка устройства картирования урожайности и получении актуальной информации о состоянии её в реальном времени, для прогнозирования урожайности в будущем и принятия оперативных решений на возделываемых сельхозугодиях.

Существующие на рынке решения от разработчиков предполагают использование на определенные виды комбайнов зарубежного производства.

Наиболее крупной компанией в сфере точного земледелия является Topcon.

Компания Topcon Precision Agriculture (TPA) является дочерней компанией Topcon це-

лью которой является повышение эффективности и урожайности, снижение производственных затрат и водопотребления, защиты окружающей среды и усовершенствования системы управления сельскохозяйственным производством. Разработанная система для картирования урожайности имеет несколько датчиков (подъем высоты жатки, заполненность бункера, влажность зерна). Высокая стоимость оборудования данного производителя делает переоснащение комбайнов, широкого круга сельхозтоваропроизводителей, не доступной [2].

Компания Farm TPX имеет решение по картированию урожайности с целью осовременить зерноуборочные комбайны, выпущенные до активного развития технологий точного земледелия. Имеющиеся датчики на данном оборудовании не позволяют использовать их для ковшовых элеваторов.

Система мониторинга урожайности Trimble позволяет в режиме реального времени просматривать и сохранять информацию о влажности и урожайности убираемой культуры. При работе на полях сложной формы система позволяет корректировать в автоматическом режиме ширину захвата жатки. Собранные данные можно использовать для последующего анализа в программном обеспечении Trimble.

Иностранное производство техники и ПО ставит под сомнение надежность поставок оборудование. Высокая стоимость аппаратно-программного комплекса снижает экономическую эффективность сельхозпроизводства.

В связи с санкционной политикой недружественных стран по отношению к Российской Федерации, системы картирования урожайности (СКУ) зарубежного производства становятся недоступны для аграриев. Главные приоритеты в выборе характеристик и параметр разрабатываемого устройства являются универсальность внедрения в зерноуборочные комбайны и электронные компоненты должны быть преимущественно Российского производства.

Для создания универсальной СКУ для различных видов комбайнов необходимо изготовить прототип устройства и провести ряд испытаний и тестов. На основании полученных результатов, путём выявления наиболее подходящих по различным параметрам, появиться возможность переходить к полевым испытаниям опытных образцов устройства.

Представленные аналогичные продукты на российском рынке в большинстве случаев от иностранных производителей, стоимость таких систем в несколько раз разрабатываемого продукта, также в последнее время надёжность поставок от зарубежных партнёров поставлена под сомнения. Выращивание сельхозпродукции всегда зависит от своевременности принятых решений и не допускает отлагательных действий, поэтому сельхозтоваропроизводители рассматривают надёжных поставщиков, которые выполняют принятые на себя обязательства точно в срок.

247

Устройство будет разработано на базе микроконтроллера с подключением различных модулей таких как: GSM-модуль, GPS-модуль и других. Также для сбора данных будет иметь различные датчики, задача которых будет заключаться в сборе данных об объёме собираемых зерновых культур внутри комбайнов (Рисунок 1). В дальнейшем эти карты будут использованы для определения проблемных участков и причин колебания урожайности.

Рисунок 1. Структурная схема

Разработанная универсальная система картирования урожайности зерновых будет решать проблемы сельхозтоваропроизводителей в области точного земледелия: а именно оперативное получение данных об урожайности. Картирование урожайности

– быстрый и простой способ определения существующих проблем, в особенности не явных. Позволяет производителям точно определять слабые участки поля. Отслеживать количество собранного урожая на каждом поле и хозяйстве.

Данная информация позволяет визуализировать в доступной форме и вести их последующую обработку и анализ с помощью которых специалисты смогут:

1.Установить сроки и нормы внесения пестицидов и агрохимикатов.

2.Предотвратить развитие вредных объектов (сорняки, вредители, болезни).

3.Спрогнозировать урожайность возделываемых культур.

4.Произвести своевременный полив сельхозкультур.

Научные и учебные заведения смогут использовать систему для проведения научных исследований, а также обучения специалистов агросферы.

Возможные потребители разработанного устройства:

1.Сельхозтоваропроизводители любых форм собственности;

2.Разработчики ГИС-систем;

3.Научные организации;

4.Учебные заведения (высшего, средне-профессионального звена)

5.Агрохимические службы.

Для успешной реализации данного проекта, необходимо на первом этапе необходимо провести анализ существующих систем, выявить плюсы и минусы продукции, конструктивные особенности, ценовые показатели. Сформировать рекомендации к техническому заданию.

На втором этапе согласно указанным техническим заданиям создать различные виды прототипов.

Разрабатываемое устройство, призвано определять неоднородность главного из показателей эффективности сельскохозяйственного производства - урожайность. С помощью специальных датчиков, установленных на комбайне, а также модуля обра-

248

ботки и передачи данных можно будет получить пространственно-ориентированные карты урожайности.

Уборка урожая проводится комбайном, который оборудован GPS-приемником, и датчиком регистрации зерна (Рисунок 2). Комбайн, двигаясь по полю, определяет свои координаты и фиксирует количество зерна, поступающего с этого участка поля. На основе данных, полученных при уборке урожая, создаются карты урожайности, которые позволяют определять, где и как в пределах одного поля отличается урожайность.

Рисунок 2. Модель расположения компонентов

Разрабатываемый продукт будет относиться к группе IoT (Интернет вещей), так как будет иметь автономный способ подключения M2M (машина к машине).

Пермский НИИСХ, филиал ПФИЦ УрО РАН высказал заинтересованность в реализации данного проекта и готов оказывать содействие в разработке, предоставление сельскохозяйственной техники (зерноуборочный комбайн) для тестирования данного устройства и дальнейшего внедрения, а также предоставление агрополигонов для полевых испытаний. В наличие имеется персональный компьютер для программирования устройства, для изготовления корпуса устройства имеется 3D-принтер.

Данная разработка была представлена на конкурсе проектов УМНИК 2022 Пермский край по направлению Н1. Цифровые технологии.

Литература

1.Арачаков Д.И., Брыжина В.А. Применение технологий точного земледелия в зонах почвенного смыва полей // Инновационные направления научных исследований в земледелии. —

2021. — С. 15-19. — eLIBRARY ID: 49214336.— Текст: электронный// : Elibrary электронно-

библиотечная система. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49214336 (дата обращения:

20.11.2022)

2.Беленков А.И. Реализация элементов технологии точного земледелия в полевом опыте

//Фермер. Поволжье. — 2015. — С. 44-47. — eLIBRARY ID: 29821390.— Текст: электронный// :

Elibrary электронно-библиотечная система. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29821390

(дата обращения: 25.11.2022)

3.Зараменских Е. П., Артемьев И. Е. Интернет вещей. Исследования и область применения. – Москва : ИНФРА-М, 2016. 188 c.

4.Якушев В.П. Цифровые технологии точного земледелия в реализации приоритета «Умное сельское хозяйство» // Вестник РСН. — 2019. — С. 11-15. — eLIBRARY ID: 37198367.—

249

УДК 004.732

А.Р. Гинатулин – обучающийся; И.С. Шевчук – научный руководитель, старший преподаватель,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ДЛЯ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ ООО «ИНФОРМ», Г. ЧЕРНУШКА ПЕРМСКИЙ КРАЙ

Аннотация. Статья посвящена проектированию локальной вычислительной сети для структурного подразделения ООО «Информ» в г. Чернушка. Представлены проектные решения, а именно: топология сети «звезда», кабель – экранированная витая пара, клиент-серверная архитектура сети, организация Wi-Fi.

Ключевые слова: LAN, схема подключения, топология, витая пара, Wi-Fi.

Компания расширяется, планируется открытие офиса в г. Чернушка. Так как данный регион Пермского края содержит большое количество нефтяных месторождении, то необходима частая проверка оборудования и оперативное решение неисправностей. В связи с этим необходимо:

1.Обеспечить работу сотрудников в одной сети. Компьютеры будут использоваться офисными работниками для выполнения производственных задач. Сеть должна обеспечивать бесперебойное функционирование и взаимодействие различных распределенных приложений, находящихся в этой сети.

2.Обеспечить доступ к общим ресурсам. Доступ к сетевым ресурсам, както файлы и каталоги, принтеры и т.д.

В связи этим необходимо спроектировать локальную вычислительную сеть

сминимальными затратами, которая бы обеспечивала стабильность и надежность работы офиса. Ее использование позволит обеспечить ускорение рабочего процесса за счет:

-коллективной обработки и обмена данными между сотрудниками офиса;

-совместного использования программ и оборудования (принтеров, модемов и других устройств).

Проектируемая ЛВС состоит из аппаратных и программных компонентов. Основными аппаратными компонентами сети являются:

-абонентские системы: компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы), принтеры, сканеры и др.

-сетевое оборудование: сетевые адаптеры, концентраторы (хабы), мосты, маршрутизаторы и др.

-коммуникационные каналы: кабели, разъемы, устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.

К основным программным компонентам сети относятся:

-сетевые ОС, например: MicrosoftWindowsNT, NovellNetWare, Unix, Linux и т.д.

-сетевое ПО (сетевые службы): клиент сети, протокол, служба удаленного доступа, драйвер сетевого адаптера и др.

250