Назначение: Программа позволяет исследовать влияние значения параметров механизмов передачи данных, описанных в стандарте IEEE802.11aa, на качество принимаемого видеопотока при заданной вероятности успешной передачи пакета между двумя беспроводными станциями. Может использоваться при настройке параметров протокола передачи видео по сети Wi-Fi для выполнения требуемого качества.

Область применения: Современные сети связи. Сети IEEE 802.11 (Wi-Fi). Настройка параметров протокола передачи видео по сети Wi-Fi.  

Используемый алгоритм: Рассматривается беспроводная сеть стандарта Wi-Fi. Станция A передает станции B поток мультимедийных данных, которые представляют собой видеопоток MPEG-4 Part 2. Станция B осуществляет прием видеопотока. При вероятности успешной передачи пакета меньшей единицы некоторые из передаваемых пакетов будут теряться, в результате чего качество принимаемого видеопотока ухудшается. Необходимо исследовать эффективность механизмов доступа к каналу, повышающих надежность передачи мультимедийных данных, то есть определить качество видео-изображения при различных параметрах механизмов, описанных в стандарте IEEE802.11aa.

1. Пользователь создает файл конфигурации, в котором указываются параметры запуска эксперимента (параметры беспроводной сети, в том числе вероятность успешной передачи пакета между двумя беспроводными станциями, путь и название видеофайла, который должен быть передан по сети и др.)

2. В момент запуска программы параметры эксперимента считываются из файла конфигурации. Согласно значениям данных параметров создается сеть, и начинается передача видеопотока между парой станций. Формирование и прием видеопотока на станциях осуществляется с помощью проигрывателя VLC. При указании соответствующий опции в файле конфигурации, принимаемое видео может быть сохранено в файл.

3. Если в файле конфигурации выбрана опция передачи видео с отказом от передачи B-кадров (наименее приоритетные видеокадры) в моменты насыщения сети, то при поступлении нового пакета для передачи в очередь на источнике осуществляется следующая  последовательность действий:

   1. Проверяется возраст самого старого пакета в очереди на передачу. Если он не превышает величину, заданную в конфигурационном файле, то текущий пакет поступает в конец очереди для последующей передачи.

   2. Иначе анализируется содержимое пакета, поступившего для передачи в очередь. Если в пакете обнаруживается последовательность байт, по которой однозначно определяется, что данный пакет содержит в себе B-кадр, то пакет отбрасывается и не добавляется в очередь для передачи. Если такая последовательность в пакете не найдена, то пакет поступает в конец очереди для последующей передачи.

Функциональные возможности: Формат видеопотока  MPEG-4 Part 2. Вероятность успешной попытки передачи пакета - любая. Моделируемый стек протоколов: RTP/UDP/IP/MAC IEEE 802.11. Рекомендуемое ограничение на интенсивность потока - менее 6 Мбит/с

Инструментальные средства создания: Языки програмирования: С++, python. Среда разработки: Eclipse Библиотеки: ns-3, NETNS

Назначение: Программа предназначена для определения доли потерянных пакетов при передаче потока мультимедийных данных по многошаговому маршруту в беспроводной сети при наличии случайных помех.

Используемый алгоритм: Рассматривается многошаговая беспроводная сеть, работающая под управлением технологии IEEE 802.11s с использованием детерминированного метода доступа к среде MCCA (Mesh Coordinated Channel Access). Между двумя станциями этой сети передается поток мультимедийных данных переменной интенсивности – поток пакетов одинакового размера, приходящих регулярно с периодом T . Моделируется передача такого потока по многошаговому маршруту от станции-источника до станции-получателя. Для передачи пакетов потока каждая станция-ретранслятор  маршрута, используя механизм MCCA, устанавливает поток резервирований - периодическую последовательность резервирований, то есть временных интервалов одинаковой длительности, позволяющей совершить ровно одну попытку передачи пакета. Вероятность успешной передачи пакета в каждом резервировании одинакова. При неудачной попытке передачи обслуживание пакета продолжается.

Требование к качеству обслуживания (QoS) мультимедийного потока определяется ограничениями на максимальное время передачи пакета на каждой станции. При превышении этого времени обслуживание пакета прекращается, даже если он еще не был успешно передан. 

Входные параметры программы:

Функциональные возможности: Время работы программы зависит от входных параметров. Для того, чтобы программа расчитывала результат в реальном режиме, необходимо выполнение условий:

Число шагов маршрута не больше 7

Максимальная допустимая задержка пакетов на каждом шаге маршрута больше периода поступления пакетов;

Вероятность успешной попытки пеередачи на каждом шаге больше 0.1

Назначение: Программа расчитывает долю потерянных пакетов при передаче потока мультимедийных данных в беспроводной сети при наличии случайных помех с использованием детерминированного метода доступа к среде, основанного на предварительном резервировании периодичных интервалов времени.

Область применения: Современные сети связи. Многошаговые сети IEEE 802.11s (Wi-Fi Mesh)

Входные параметры:

• Доля потерянных пакетов PLR.

Функциональные возможности: Время работы программы зависит от входных параметров. Для того, чтобы программа расчитывала результат в реальном режиме, необходимо выполнение условий:

Период резервирований от 100 мкс до 1 с

Длительность резервирований от 100 мкс до 1 с

Размер пакетов от 100 до 1500 байт.

Канальная скорость от 6 до 54 Мбит/с

Максимальное допустимое время доставки пакетов D больше периода резервирований T.

Размер группы пакетов - не более 50.

Вместо генерации случайного потока, описанного распределением, программа может использовать поток, записанный в файл "in.txt".

Назначение : Программа рассчитывает пропускную способность соединения, использующего случайный механизм доступа EDCA, при наличии в сети передачи по детерминированному методу доступа MCCA.

Область применения: Современные сети связи. Многошаговые сети IEEE 802.11s (Wi-Fi Mesh)

Используемый алгоритм: Алгоритм опубликован в работе: Красилов А.Н., Ляхов А.И., Ю.И. Мороз, “Аналитическая модель взаимодействия механизмов EDCA и MCCA в сетях 802.11s“ // Труды конференции "Информационные технологии и системы (ИТиС-2012)", Петрозаводск, Россия, 2012.  

Рассматривается  беспроводная многошаговая сеть стандарта IEEE 802.11s (Wi-Fi Mesh). В этой сети выделим 4 станции: A, B, C и D. Станция A передает станции B поток данных постоянной интенсивности, используя для передачи только механизм детерминированного доступа к среде (MCCA), а станция C, работая в режиме насыщения, передает станции D пакеты одинаковой длины  с помощью только механизма случайного доступа (EDCA). Предполагается, что для обеспечения взаимодействия механизмов EDCA и MCCA, станция С использует один из двух способов отсчета слотов отсрочки, предложенных в работе, приведенной выше. Необходимо найти пропускную способность соединения между станциями C и D (EDCA-соединения) при заданных параметрах MCCA-резервирования, установленного между станциями A и B.

После запуска программы пользователь указывает следующие входные параметры:

- Параметры резервирования, установленного между станциями A и B (период и длительность интервалов резервирования)

- Размер пакетов, передаваемых между станциями C и D, и используемая канальная скорость на физическом уровне

- Параметры протокола 802.11: длительность слота и межкадровых интервалов

- Способ отсчета слотов отсрочки (выбирается один из двух)

Программа осуществляет расчет способности EDCA-соединения согласно алгоритму, предложенному в работе, указанной выше. Результаты расчетов выводятся на экран пользователя.

Функциональные возможности:

Период резервирований от 100 мкс до 1 с

Длительность резервирований от 100 мкс до 1 с

Размер пакетов от 100 до 1500 байт.

Канальная скорость от 6 до 54 Мбит/с

Инструментальные средства создания: Язык С++, среда разработки Eclipse

Назначение: Программа предназначена для умножения  сверхбольших чисел, представленных в памяти ЭВМ линейными динамическими массивами. 
Область применения: Теория чисел - программа может использоваться при определении сверхбольших чисел Мерсенна, чисел Евклида, простых чисел, при определении закономерности распределения простых чисел. Также программа может использоваться в теоретической физике, при тестировании мощности вычислительных систем.

Используемый алгоритм. В программе реализован алгоритм, разработанный автором. Пользователь вводит разрядность двух чисел, а затем последовательность их десятичных цифр, начиная с разряда единиц ( в демонстрационной версии ввод цифр с консоли заменен на использование генератора псевдослучайных чисел). В памяти ЭВМ числа хранятся в форме линейных динамических массивов. Арифметические операции при таком представлении чисел выполняются по правилам длинной арифметики, например, по схеме умножения столбиком -  множимое умножается на очередную цифру множителя и полученный результат записывается в столбик со смещением вправо на один разряд по отношению к предыдущей записи. Когда все записи сформированы, выполняется суммирование всех цифр столбика по вертикали в каждом из разрядов итога, а его переполнение переносится в старшие разряды. Вычислительный процесс по этой схеме выполняется существенно быстрее, если предварительно сформировать в виде линейных динамических массивов  результаты умножения множимого на цифры 2, 3, 4, 5. 6, 7, 8 и 9.  В схеме умножения столбиком они многократно используются  с соответствующим сдвигом в зависимости от номера разряда множимого.  После суммирования цифр по вертикали столбика переполнения разрядов не учитываются. Полученный результат умножения  затем преобразуется в линейный  динамический массив с учетом переноса в старшие разряды переполнения. Для разрядности чисел порядка 10 млн трудоемкость по алгоритму ускоренного умножения меньше в 2,5 раза по сравнению с традиционным алгоритмом и снижается с увеличением разрядности множителя.

Функциональные возможности. Функциональные возможности могут быть ограничены размером свободной динамической памяти ЭВМ. В демонстрационном примере для чисел множимого и множителя предполагается разрядность до 50 млн, а для результата их умножения - 100 млн.

Инструментальные средства создания - Microsoft  Visual Studio 2010, Visual C++.

Назначение - поиск приближенных решений для цеховых задач потокового типа с цифровым буфером.

Постановка задачи. Есть 2 машины и множество работ. Каждая работа сначала выполняется на первой машине, а после этого может выполнятся на второй машине. Во время выполнения работы на первой машине происходит загрузка работы в буфер. После выполнения работы на второй машине, она удаляется из буфера. Размер буфера ограничен, поэтому нельзя просто выполнить работы на первой, а затем на второй машине.  Необходимо найти порядок выполнения работ, чтобы выполнить все работы за минимальное время.

Область применения - теория расписаний, электронные библиотеки или музеи (если считать, что выполнение работы на первой машине - это загрузка файла, а на второй -  это его обработка, и необходимо обработать все файлы).
Используемый алгоритм - стохастический локальный поиск с чередующимися окрестностями. Побробно описан в прилагаемом файле.
Функциональные возможности - позволяет находить точные или приближенные решения с малой погрешностью для цеховых задач потокового типа. При размерности до 1000 алгоритм находит оптимальное решение или решение с погрешностью не более 3%.
Инструментальные средства создания - Delphi 7.0.

Алгоритм опубликован в следующей работе: Кононова П.А. Нижние и верхние оценки длины оптимального расписания презентаций медиа-объектов. Дискретный анализ и исследование операций 2012, Т 19, N 1 стр 59-73 

Назначение - Программа предназначена для приближенного и точного  построения графика зависимости действительного и мнимого показателей преломления вещества от частоты падающего на него излучения. Программа имеет специальный встроенный калькулятор для расчета неизвестных величин, опираясь на  формулы для действительной и мнимой частей показателя преломления света.

Область применения - Программа может  использоваться студентами вузов и специалистами.

Используемый алгоритм:

1. После запуска программы пользователь указывает следующие входные параметры: собственнную частоту колебаний частицы, концентрацию частиц, коэффициент затуханий, заряд и массу одной частицы.

2. Пользователь указывает  диапазон частот, на котором будет построен график, и шаг (расстояние между ближайшими точками), после этого нажимает на кнопку "построить график".

3. Программа осуществляет построение точек графика согласно формулам для нормальной и аномальной дисперсии;  затем сохраняет  их координаты в памяти компьютера. 

4. С целью меньшей нагрузки на компьютер,  для реальных частот программа оптимизирует работу системы посредством убирания ненужных точек, сверяя их с заданным шагом.

5.Программа производит построение графика в специальном окне программы.

Функциональные возможности - Можно строить графики зависимости для реальных частот ( порядка 10¹⁰-10²⁴ Гц), а также рассчитать по известным величинам либо частоту падающего излучения , либо заряд одной частицы, либо её массу и т. д.

Инструментальные средства создания - Среда программирования Delphi 7.0

Назначение - Иллюстрация аналитических преобразований при интегрировании методом по частям, развитие практических навыков решения задач.

Область применения - Программа рассчитана для использования в высших учебных заведениях, в старших классах школ.

Используемый алгоритм - Основной идеей является многократное повторение определенных действий, при необходимости с постепенным увеличением сложности. В основе программы - динамическая математическая модель задачи интегрирования по частям (раздел  «Интегрирование» курса математического анализа). В алгоритме реализовано полное аналитическое решение задачи методом интегрирования по частям со всеми промежуточными результатами. 

Рассматриваются интегралы сложной функции вида:  ∫ P(x)Q(x) dx, где P(x) = ax+b    (a, b - коэффициенты, автоматически генерируемые в условии задачи), P(x) - непрерывно дифференцируемые функции от x. Функция Q(x) принимает вид одной из трех функций: Q(x) = sin(kx), Q(x) = cos(kx), Q(x) = e^kx, где k - коэффициент, автоматически генерируемый в условии задачи. Функции P, Q имеют непрерывную производную на всём множестве определения. 

Алгоритм описан в статье: Яриков В.В. Тренажер по нахождению первообразной сложной функции для интеграла вида P(x)Q(x) // Международный журнал «Образовательные технологии и общество» – 2011. – т.14, № 4, – С. 368–376.

Функциональные возможности - В программе реализовано два режима работы: демонстрационный и тренировочный. Пользователь в демонстрационном режиме может посимвольно просмотреть полное аналитическое решение интеграла с комментариями по ходу решения задачи. В тренировочном режиме пользователь самостоятельно решает подобные задачи интегрирования. При вводе каждого символа с клавиатуры проверяется, есть ли он в текущем блоке. Если введены все символы текущего блока, то курсор автоматически переходит к началу нового блока. После ввода всех символов, на экран выводится статистическая информация о ходе решении задачи, где указывается количество ошибок и комментарии к ним.

Инструментальные средства создания – Java 6, среда Eclipse.

Назначение - Программа предназначена для синтеза оптимальных циркулянтных сетей (графов с минимальным диаметром), задаваемых с помощью компактного параметрического описания: числа вершин и множества образующих, одна из которых равна единице.

Область применения - Проектирование систем информатики, сетей связи, структур вычислительных систем

Используемый алгоритм - Программа основана на эвристическом алгоритме с использованием сокращенного перебора допустимых описаний  циркулянтных сетей. Входными параметрами программы являются: размерность графа (полустепень вершины) и диапазон порядков (числа вершин) синтезируемых графов. Программа определяет и выдает множество образующих оптимального (или субоптимального) графа и его диаметр для каждого графа из заданного диапазона порядков.

Алгоритм опубликован в монографии:  Монахов О. Г.,  Монахова Э. А. Параллельные системы с распределенной памятью: структуры и организация взаимодействий. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000.  242с.

Функциональные возможности - Программа позволяет синтезировать циркулянтные сети со степенью вершин до 20 и с числом вершин до 240 тысяч.



Инструментальные средства создания - Язык: C. ОС: Windows, Linux, Unix

В приложении приведен пример работы программы.

Назначение - Программная система ТОПАС (Тестирование и Оптимизация отображений Параллельных Алгоритмов и Структур) предназначена для поиска и оптимизации  отображения структуры параллельных программ на архитектуру параллельных вычислительных систем.  Структуры программ и структуры межпроцессорных связей вычислительных систем задаются с помощью взвешенных графов. 

Область применения -  проектирование и оптимизация систем информатики, параллельных и распределенных алгоритмов и структур вычислительных систем.

Используемый алгоритм - Программная система основана на новых алгоритмах оптимизации, включая алгоритм эволюционных вычислений, генетический алгоритм и нейронные алгоритмы. Алгоритмы и описание системы опубликованы в монографии:  Монахов О. Г.,  Монахова Э. А. Параллельные системы с распределенной памятью: управление ресурсами и заданиями. Новосибирск: Изд-во ИВМиМГ СО РАН, 2001.  168с.

Функциональные возможности - Программная система использует оригинальный мультимедийный подход для задания и редактирования структуры программы и структуры вычислительной системы, для анимации и визуализации процесса  оптимизации  отображения  и представления результатов.  Позволяет  автоматизировать поиск требуемого отображения и сократить время поиска.



Инструментальные средства создания - Java, Eclipse

В приложении приведен пример визуализации работы программы.