CC BY
42
22. Эндрюс Г.Р. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования: Пер. с англ. Г.Р. Эндрюс. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. - 505 с.
23. Prasad S., Bruce L. M. A robust multi-classifier decision fusion framework for hyperspectral, multi-temporal classification // Proc. IEEE IGARSS. - 2008. - Vol. 2. - P. 273-276.
24. Ranawana R. Intelligent multi-classifier design methods for the classification of imbalanced data sets: Ph.D. dissertation. - Univ. of Oxford, Oxford, U.K., 2007. - P. 33-39.
25. Changhong F., Fernandez S., Antonio R., Miguel A., Pascual C. Real-Time Adaptive Multi-Classifier Multi-Resolution Visual Tracking Framework for Unmanned Aerial Vehicles // Research, Education and Development of Unmanned Aerial Systems. - 2010. - Vol. 2, Part 1. - P. 99-106.
26. The OpenMP® API specification for parallel programming [Электронный ресурс].-Режим доступа: https://openmp.org (дата обращения: 03.05.2015).
27. ThreadingBuildingBlocks [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www. threadingbuildingblocks.org (дата обращения: 03.05.2015).
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор А.М. Белевцев.
Шаповалов Олег Владимирович - ВолгГТУ; e-mail: [email protected]; 400123, г. Волгоград, ул. Триумфальная, 24, кв. 8; тел.: 89199805609; кафедра ЭВМиС; соискатель.
Андреев Андрей Евгеньевич - e-mail: [email protected]; 400131, г. Волгоград, ул. Краснознаменская, 8, кв. 43; тел.: 88442248494; кафедра ЭВМиС; и.о. зав. кафедрой; к.т.н.; доцент.
Фоменков Сергей Алексеевич - e-mail: [email protected]; 400048, г. Волгоград, ул. Елецкая, 4, кв. 77; тел.: 89173376626; кафедра САПРиПК; д.ф-м.н.; профессор.
Shapovalov Oleg Vladimirovich - VSTU; e-mail: [email protected]; 400123, Volgograd, Triumfalnaya street, 24-8; phone: +79199805609; the department of EVM and systems; postgraduate.
Andreev Andrey Evgenyevich - e-mail: [email protected]; 400131, Volgograd, Krasnoznamenskaya street, 8-43; phone: +78442248494; the department of EVM and systems; head of department; cand. of Eng. sc.; associate professor.
Fomenkov Sergey Alekseevich - e-mail: [email protected]; 400048, Volgograd, Eleckaya street, 4-77; phone: +79173376626; the department of CADVSTU; dr. of phys.-math. sc.; professor.
УДК 681.003
А.М. Белевцев, В.А. Балыбердин, Г.П. Бендерский, А.А. Белевцев
АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ НАНО- И ^-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СЕТЕВЫХ КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Анализируются на основе зарубежных исследований и разработок общие тенденции формирования коммуникационных систем сетевой информационной инфраструктуры, заключающиеся в стремлении к созданию единого информационно-коммуникационного пространства на принципах сетецентризма и сервис-ориентированной архитектуры, что обеспечивает гибкость применения различных сервисов в рамках данного пространства и доступ пользователей к необходимой информации в любое время и в любом месте. Отмечается общая тенденция формирования коммуникационных систем сетевой информационной инфраструктуры, заключающаяся в стремлении к созданию единого информационно-коммуникационного пространства на принципах сетецентризма и сервис-ориентированной архитектуры, что обеспечивает гибкость применения различных сервисов в рамках данного пространства и доступ пользователей к необходимой информации в любое время и в любом месте. Отмечается, что новые вызовы обусловили потребность в новых подходах и развитии новых направлений исследований, что
постоянно учитывается при планировании исследований, осуществляемых ведущими компаниями мира. В настоящее время на первый план выходят исследования в области информационных и коммуникационных технологий, нанотехнологий и наноматериалов, когнитивных технологий и систем интеллектуального анализа информации. Проводится содержательный анализ приоритетных направлений исследований в области сетевых технологий на примере ведущих зарубежных компаний. Отмечается комплексный характер проводимых исследований. Обсуждаются основные программы исследований, проводимых DARPA, а также ведущими научными центрами и ведущими компаниями США и Европы. Отдельное внимание уделяется анализу текущих разработок, осуществляемых DARPA. Отмечается, что, исследования в области сетевых технологий имеют наибольший объем финансирования. В свою очередь сетевые технологии, обеспечивая оперирование совокупностью объектов и систем, инициируют широкий круг исследований в различных областях науки - в математике, физике, кибернетике и др. Особенности построения сетевых коммуникаций, обеспечивающих формирование единого информационного пространства, в разных странах обусловлены как принятой идеологией построения информационного общества, так и финансовыми и техническими возможностями государства. В целом, анализ основных направлений разработки перспективных систем коммуникаций и сетецентрических принципов управления показывает, что наиболее интенсивно исследования по развитию и работы по внедрению сетецентрической модели построения архитектуры коммуникаций идут в США. Определяются основные технологические тренды и наиболее важные в сфере сетецентрического управления и коммуникаций направления исследований.
Коммуникационные системы; сетецентрическое управление; сервис-ориентированная архитектура; сетевые технологии.
A.M. Belevtsev, V.A. Baliberdin, G.P. Bendersky, A.А Belevtsev
NANO- AND IT-TECHNOLOGIES DEVELOPMENT ANALYSIS FOR NEW GENERATION SPECIAL NETWORK COMMUNICATIONS SYSTEMS
CONSTRUCTION
A common tendency of communications systems network information infrastructure forming is pointed out. The tendency lies in seeking ways to build the unified information-communication field based on the principals of network-centric approach and service-oriented architecture. Such an approach may an assure the adaptable services in the field and the information readily available for users. A common tendency of communications systems network information infrastructure forming is pointed out. The tendency lies in seeking ways to build the unified information-communication field based on the principals of network-centric approach and service-oriented architecture. Such an approach may an assure the adaptable services in the field and the information readily available for users. It is noted that new tends form demands for new approaches and new research developments. These trends are taken into account in research planning by leading world companies. At the present time an expending area of scientific explorations lays in the field of information and communication technologies, nanotechnologies and nanomaterials, cognitive technologies, and intellectual analyses sestems. The analyses ofpriority investigations in the field of network technologies are carried out by the example of leading foreign companies. A complex character of investigations conducted is stressed. The main research programs conducted by DaARPA and other research centers and companies in USA and Europe are discussed. Special attention is paid to updating DaARPA developments. It is noted that research developments in the field of network technologies have the most financial provision. In turn network technologies when operation a lot of subjects and systems initiate a wide range of investigations in various science fields - mathematics, physics, cybernetics and etc. The main features of network communications forming the global information field in various countries are determined by the information society structure and finance and technical potentialities of the country. As a whole the analyses of the main line ofpolitical communications systems and network-centric control principals show that the most intensive explorations in the field of network-centric model of communications architecture are proceeding in the USA. The basic technological trends and the most important lines of investigations in the field of network-centric communications are pointed out.
Communications systems; network-centric approach; service-oriented architecture; network technologies.
Анализ зарубежных материалов показывает, что общей тенденцией формирования коммуникационных систем сетевой информационной инфраструктуры является стремление к созданию единого информационно-коммуникационного пространства на принципах сетецентризма и сервис-ориентированной архитектуры, что обеспечивает гибкость применения различных сервисов в рамках данного пространства и доступ пользователей к необходимой информации в любое время и в любом месте [1-4]. Целью настоящей работы является анализ основных направлений исследований, осуществляемых ДАРПА (США) и другими ведущими зарубежными научными центрами и компаниями в области информационно-коммуникационных разработок, и определение базовых тенденций развития технологий в рассматриваемой области.
Приоритетные направления ДАРПА. Новые вызовы обусловили потребность в новых подходах и развитии новых направлений исследований, что постоянно учитывается при планировании исследований, осуществляемых ДАРПА.
В настоящее время на первый план выходят исследования в области информационных и коммуникационных технологий, нанотехнологий и наноматериалов, когнитивных технологий и систем интеллектуального анализа информации [6].
Разрабатываемые и планируемые с горизонтом 3-5 лет новые исследовательские программы ДАРПА условно группируются в 3 основных направления:
♦ технологии роботов;
♦ технологии человека;
♦ сетевые технологии.
Ниже в табл. 1 и на рис. 1 представлено распределение затрат по новым программам ДАРПА на 2015 г. [5].
Таблица 1
Объем исследований по основным направлениям
№ п/п Направление Кол-во Финансирование
программ (тыс. долл.)
1 Технологии роботов 8 60 210
2 Технологии человека 9 82 000
3 Сетевые технологии 21 196 220
Рис. 1. Структура приоритетных направлений DARPA
Как видно, исследования в области сетевых технологий имеют наибольший объем финансирования. В свою очередь сетевые технологии, обеспечивая оперирование совокупностью объектов и систем, инициируют широкий круг исследований в различных областях науки - в математике, физике, кибернетике и др.
Особенности построения сетевых коммуникаций, обеспечивающих формирование единого информационного пространства, в разных странах обусловлены как принятой идеологией построения информационного общества, так и финансовыми и техническими возможностями государства.
Формирование единого информационного пространства и внедрение принципов сетецентризма требуют существенного увеличения объёма и скорости передачи информации.
На стратегическом и оперативном уровнях данная задача решается за счёт комплексного применения оптических (лазерных) и радиочастотных технологий, а также сети интернет.
На тактическом уровне проблема повышения пропускной способности систем коммуникаций решается путём внедрения адаптивных технологий использования радиочастотного спектра и построения самоорганизующихся сетей.
Формирование в США и в странах НАТО единого информационного пространства на основе коммуникационной сети ведётся по двум взаимно дополняющим друг друга направлениям:
1) модернизация существующих систем связи и передачи данных и
2) разработка и внедрение перспективных технологий, получаемых в ходе научных исследований.
Основу коммуникационной сети составляют:
♦ оптические каналы (волоконные и беспроводные) высокой пропускной способности;
♦ спутниковые системы связи на основе оптических и радиочастотных технологий построения каналов;
♦ мобильные тактические сети с высокой степенью адаптации и самоорганизации.
Реализация концепции сетецентрического управления (СЦУ) носит комплексный характер и в ее создании участвуют DARPA, ведущие научные центры США и Европы
В целом, анализ основных направлений разработки перспективных систем коммуникаций и сетецентрических принципов управления показывает, что наиболее интенсивно исследования по развитию и работы по внедрению сетецентриче-ской модели построения архитектуры коммуникаций идут в США. Движущей силой в данной области выступает DARPA вместе с ведущими научными центрами и ведущими компаниями США, обеспечивая как системную интеграцию усилий, так и разработку отдельных систем в сфере сетевых коммуникаций.
При этом работы по созданию информационной решетки сетецентрического управления ведутся по двум стратегическим взаимосвязанным направлениям (рис. 2):
♦ создание основных элементов СЦУ и системы в целом;
Нанотехнопопм.наносистемы. ^^Ügj -
Рис. 2. Три уровня системы СЦУ
♦ создание базовой совокупности нано- и 1Т-технологий обеспечивающих достижение заданных технических, функциональных и экономических характеристик элементов системы и системы в целом. Сети СЦУ, стратегический, оперативный и тактический уровни. На рис. 3 представлены основные программы исследований, проводимых БАРРА вместе с ведущими научными центрами и ведущими компаниями США и Европы [7-9].
Основные направления развития специализированных коммуникационных систем СЦУ представлены на рис. 4
Рис. 3. Основные элементы системы СЦУ
Рис. 4. Основные направления развития специализированных коммуникационных
систем СЦУ
Анализ программ и направлений исследований ДАРПА [5-21], ведущих научных центров и компаний США и Европы [22-39] позволил построить диаграммы активностей и участия организаций по основным направлениям исследований (рис. 5, 6)
Рис. 5. Диаграмма активностей по основным направлениям исследований
Рис. 6. Диаграмма участия в исследованиях
Анализ интенсивности исследований (количество программ по каждому из ключевых направлений) показывает, что наиболее значительные усилия направлены на повышение пропускной способности систем коммуникаций, повышение уровня защиты информации и разработку алгоритмов и программного обеспечения.
Отдельный комплекс исследований образуют работы по развитию технологий сетецентрической вооруженной борьбы [6-21, 26]. В настоящее время на первый план выходят исследования в области информационных и коммуникационных технологий, нанотехнологий и наноматериалов, когнитивных технологий и систем интеллектуального анализа информации.
В рамках работ на 2015 г. в этом направлений ДАРПА заявлен ряд программ, связанных с созданием [6]:
♦ высокоэнергетических лазеров для нейтрализации большого спектра угроз для летательных аппаратов;
♦ единой интегрированной системы сбора информации с распределенных датчиков и планирования нанесения комплексного удара;
♦ методов оптимальной интеграции системных архитектур различных программных сред для использования в многокомпонентных коммуникационных системах;
♦ высокопроизводительных архитектур, сочетающих аспекты параллельных и облачных вычислений с адаптацией к изменению условий внешней среды и ряд других.
Значительное внимание [8-10] уделяется разработкам принципиально новых технологий, обеспечивающих повышение пропускной способности каналов коммуникаций (адаптивные режимы работы, методы сжатия, динамическое распределение спектра частот и т.п.), а также решение проблем создания новых материалов, быстродействующей мико- и наноэлектроники, фотоники, технологий связи в новых средах и в сложных условиях, включая:
♦ связь с подводными лодками в морской среде на глубине;
♦ сверхбыструю (100 Гиг) передачу информации в высотной воздушной среде;
♦ коммуникации в городских условиях, защиту сетей и др.
То есть в направлениях не имеющих, на данный момент эффективных вариантов реализации существующими способами.
Выше были выделены два ключевых направления исследований, в наибольшей степени влияющих на реализацию функциональных и технических возможностей коммуникационных систем и собственно концепции сетецентрического управления. Это технологии создания наносистем и наноматериалов и 1Т-технологии.
Основные направление развития нанотехнологий в проекции на основные тренды развития систем СЦУ представлены на рис. 7.
Иерархия технологий позволяет сформировать основные тренды развития технологических направлений:
♦ с учетом времени достижения результатов по каждой из технологий нижнего уровня;
♦ с учетом реализации технологий более высокого ранга на основе групп технологических результатов полученных на нижних.
На рис. 7 представлены основные направления развития нанотехнологий для реализации определенных трендов создания СЦУ.
Рис. 7. Основные направления развития нанотехнологий
На рис. 8 представлена взаимосвязь терабитной системы CORONET и технологических трендов и технологий, необходимых для её создания.
Рис. 8. Взаимосвязь системы CORONET и технологий
Рассматриваемое иерархическое представление технологических направлений и собственно технологий обеспечивает проведение их содержательного анализа и позволяет сформировать приоритеты и построить соответствующие дорожные карты (рис. 9, 10).
Таким образом, основными технологическими направлениями исследований в современных условиях являются:
♦ технологии интеграции на чипе;
♦ технологии высокопроизводительных вычислений;
♦ фотоника;
♦ технологии новых сред передачи данных;
♦ технологии автономных систем;
♦ системы теплоотвода;
Рис. 9. Дорожные карты развития нанотехнологий, наносистем, наноматериалов для создания сетевых коммуникаций СЦУ
Основные направление развития 1Т-Технологий в проекции на основные тренды развития систем СЦУ представлены на рис. 9.
В целом можно сделать вывод что ведущее положение в создании сетецен-трического управления и коммуникационных систем, безусловно, принадлежит DARPA, которая проводит исследования по 53 программам. Среди инициаторов исследований следует выделить Министерство обороны США, НАТО и крупнейшие компании США Northrop Grumman, Raytheon Technologies, Lockheed Martin.
Рис. 10. Дорожная карта ИТ-технологий
В итоге проведенного анализа в части 1Т-технологий можно заключить, что при всем многообразии научных областей, наиболее важными в сфере сетецен-трического управления и коммуникаций являются исследования, связанные с разработкой технологий:
♦ построения самоорганизующихся, самовосстановляющихся и быстродействующих систем;
♦ защиты информации в процессе обмена информацией;
♦ разработки надежного интеллектуального программного обеспечения, способного самостоятельно осуществлять контроль за сетями и принимать решения;
♦ предупреждения и отражения кибератак;
♦ синхронизации разнородных сетей путем создания шлюзов, универсальных протоколов обмена информацией и т.п.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Балыбердин В.А., Белевцев А.М., Бендерский Г.П. Прикладные методы оценки и выбора решений в стратегических задачах инновационного менеджмента. - М.: Дашков, 2014. - 240 с.
2. Балыбердин В.А., Белевцев А.А., Степанов О.А. Технологические аспекты повышения функциональной эффективности специализированных информационных систем // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2012. - № 5 (130). - С. 8-12.
3. Белевцев А.М., Балыбердин В.А. Вопросы стратегического анализа направлений инновационного развития высокотехнологичных предприятий // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2011. - № 5 (118). - С. 196-202.
4. http://mipt.ru/education/chairs/theor_cybernetics/government/research/summa_technologies 2014 г. Доклад И.Д. Клабуков, М.Д. Алехин, С.В. Мусиенко. Сумма технологий национальной безопасности и развития. - М., 2014.
5. Бюджет DARPA на 2015 год. Fiscal Year (FY) 2015 Budget Estimates.
6. Исследовательская программа DARPA на 2015 год. URL: http://mipt.ru/education/chairs/ theor_cybernetics/government/upload/3af/Program_darpa2015_rus.pdf (дата обращения: 12.06.2014).
7. http://www.darpa.mil/Our_Work/STO/Programs/Advanced_Wireless_Networks_for_the_Sold ier_(AWNS).aspx (дата обращения: 11.03.2014).
8. http://www.darpa.mil/Our_Work/STO/Programs/Advanced_RF_Mapping_(Radio_Map).aspx (дата обращения: 19.06.2014).
9. http://www. darpa.mil/Our_Work/STO/Programs/Adaptable_Navigation_Systems_(ANS).aspx (дата обращения: 02.06.2014).
10. http://www.darpa.mil/Our_Work/MTO/Programs/Adaptive_RF_Technologies_(ART).aspx (дата обращения: 14.06.2014).
11. http://www.technewsdaily.com/8210-military-tiny-atomic-clock.html (дата обращения: 12.09.2014).
12. http://www.darpa.mil/Our_Work/I2O/Programs/Integrated_Cyber_Analysis_System_(ICAS).a spx (дата обращения: 12.10.2014).
13. http://www.darpa.mil/Our_Work/I2O/Programs/ Plan_X.aspx (дата обращения: 12.06.2014).
14. http://www.darpa.mil/Our_Work/I2O/Programs/Mission-oriented_Resilient_Clouds_(MRC).aspx (дата обращения: 03.06.2014).
15. .http://www.darpa.mil/Our_Work/I2O/Programs/Automated_Program_Analysis_for_Cybersec urity_(APAC).aspx (дата обращения: 10.05.2014).
16. http://www.darpa.mil/Our_Work/STO/Programs/Computational_Leverage_Against_Surveilla nce_Systems_(CLASS).aspx (дата обращения: 11.06.2014).
17. http://www.darpa.mil/Our_Work/STO/Programs/Wireless_Network_Defense.aspx
18. .http://www.darpa.mil/Our_Work/I2O/Programs/Active_Authentication.aspx (дата обращения: 15.06.2014).
19. http://www.darpa.mil/Our_Work/I2O/Frograms/Vetting_Commodity_IT_Software_and_Firm ware_(VET).aspx (дата обращения: 11.06.2014).
20. http://www.darpa.mil/Our_Work/I2O/Frograms/FROgramming_Computation_on_EncryptEd_ Data_(PROCEED).aspx(дата обращения: 12.06.2014).
21. http://www.darpa.mil/Our_Work/STO/Programs/(дата обращения: 12.06.2014).
22. .http://www.iarpa.gov/index.php/research-programs/stonesoup (дата обращения: 19.08.2014).
23. http://www.darpa.mil/Our_Work/I2O/Programs/Adaptive_Radar_Countermeasures_(ARC).as px (дата обращения: 12.06.2014).
24. Журнал Raytheon Technology today Issue 01/2012. URL: http://www.raytheon. com/newsroom/technology_today/archive/2012_i1.pdf (дата обращения: 12.06.2014).
25. Журнал Raytheon Technology today Issue 02/2012. URL: http://www.raytheon.com/ news-room/technology_today/archive/2012_i2.pdf (дата обращения: 08.06.2014).
26. Журнал Raytheon Technology today Issue 01/2013 URL: http://www.raytheon.com/newsroom/ technology_today/archive/2013_i1.pdf (дата обращения: 12.06.2014).
27. Журнал Raytheon Technology today Issue 01/2014. URL: http://www.raytheon.com/ news/technology_today/2014_i1/pdf/2014_i1.pdf(дата обращения: 10.09.2014).
28. Перечень текущих исследований IARPA URL: http://www.iarpa.gov/index.php/research-programs (дата обращения: 01.10.2014).
29. Брошюра Science and Technology Capabilities, Defence Science Communications Australia, май, 2014. URL: http://www.dsto.defence.gov.au/publication/science-and-technology-capabilities (дата обращения: 11.05.2014).
30. http://www.lockheedmartin.com/us/innovations.html (дата обращения: 12.06.2014).
31. Направления исследований лаборатории Линкольньна. URL: https://www.ll.mit.edu/ mis-sion/index.html (дата обращения: 12.04.2014).
32. Направления исследований Northrop Grumman. URL: http://www.northropgrumman.com/ Capabilities/Pages/default.aspx (дата обращения: 12.07.2014).
33. http://www.qinetiq.com/Pages/capabilities.aspx (дата обращения: 11.08.2014).
34. http://research.illinois.edu/research-illinois/research-centers-and-programs (дата обращения: 17.06.2014).
35. http://research.universityofcalifornia.edu (дата обращения: 22.06.2014).
36. http://www.generaldynamics.uk.com/solutions-and-capabilities/research-and-development (дата обращения: 02.06.2014).
37. http://www.research-innovation.ed.ac.uk/WorkingWithUs/SponsoredResearch.aspx (дата обращения: 22.06.2014).
38. http://www.ox.ac.uk/research/research-impact/impact-case-studies (дата обращения: 12.09.2014).
39. http://www.cam.ac.uk/research/research-at-cambridge (дата обращения: 03.07.2014).
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор С.В. Тарарыкин.
Белевцев Андрей Михайлович - МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского; e-mail: [email protected]; г. Москва, Оршан-ская-3; тел.: +79218550885; д.т.н.; профессор.
Балыбердин Валерий Алексеевич - 3 Центральный НИИ Министерства обороны РФ; e-mail: [email protected]; г. Москва, Погонный, 10; д.т.н.; профессор; ведущий научный сотрудник.
Бендерский Геннадий Петрович - «НПО» ЛЭМЗ; Москва, Дмитровское шоссе, 110; генеральный директор; д.т.н.; профессор.
Белевцев Андрей Андреевич - ООО «Рукс Солюшенс»; г. Москва, Варшавское шоссе, 1; генеральный директор.
Belevtsev Andrey Michailovitch - MATI-university; e-mail: [email protected]; 3, Orshanskaiy, Mosrow, Russia; phone: +79218550885; dr. of eng. sc.; professor.
Baliberdin Valery Alekseevitch - 3 Central Defence Institute, e-mail: [email protected]; 10, Poronny, Mos^w, Russia; dr. of eng. sc.; professor; science worker.
Bendersky Gennady Petrovich - "NPO" LEMZ, 110, Dmitrovskoie, Mockow, Russia; director-general; dr. of eng. sc.; professor.
Belevtsev Andrey Andreevich - CEO RooX Solutions LLC; 1, Varshavskoe, Moscow, Russia; director-general.
