«Сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов научно-педагогической школы кафедры проектирования и безопасности компьютерных систем ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ ...»

Рис. 1. Изменение морфологии поверхности пластин при сканировании с различной средней Таким образом, сканирование системы Si–SiO2 импульсами излучения волоконного лазера наносекундной длительности приводит к существенному изменению морфологии поверхности системы. В зависимости от дозы облучения морфология поверхности меняется в такой последовательности: появление деформации поверхности (полосы сканирования) и линии скольжения, расширение деформированной области и полосы сканирования, образование на отдельных участках сеток дислокаций по линии сканирования, перерастающих в трещины.

1. Вейко В.П., Метев С.М. Лазерные технологии в микроэлектронике. София: Изд-во Болгарской академии наук,1991. 363 с.

2. Володин В.А., Качко А.С. Кристаллизация пленок аморфного гидрогенизированного кремнияс применением фемтосекундных лазерных импульсов // ФТП. – 2011. – Т. 45. – Вып. 2. – С. 268–273.

3. D. Riedel, J. Hernandez-Pozos, E. Palmer, and K. Kolasinski. Fabrication of ordered arrays of silicon cones by optical diffraction in ultrafast laser etching with SF6 // Appl. Phys. A. – 2004. – V. 78. – P. 381–385.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС 4. K. Nishioka and S. Horita. Periodic arrays of submicron Si and Ni dots on SiO2 fabricated using linearly polarized Nd:YAG pulsed laser // Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. – 2008. – V. 91. – P. 235–240.

УДК И.Б. АХАПКИНА, Е.А. ДЕМИНА, Н.В. БЕЗРУК, В.В СУХОСТАТ, Н.В. ЯМЩИКОВА

ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ИНФОРМАЦИОННО-ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЛИЧНОСТИ

Наряду с положительным влиянием конкуренции на повышение инициативы и активности личности в образовательной, научно-профессиональной, профессиональной деятельности это приводит также к массовому использованию способов и приемов информационнопсихологического воздействия на личность. В качестве основы обеспечения информационнопсихологической безопасности личности (ИПБЛ) в современных условиях может выступать, с одной стороны, система его психологической защиты [3], с другой – его компетентность результативно действовать в нестандартных ситуациях.

Инфокоммуникационные особенности обеспечения информационно-психологической Мы исходим из следующих основных положений [1, 2].

Безопасность человека – это состояние человека, его целостная системная реакция (на уровне организма и личности) на внешние и внутренние воздействия, направленная на сохранение целостности организма и обеспечение его жизнедеятельности в конкретных условиях.

Информационно-психологическая безопасность личности – это психофизиологические состояния (ПФС) человека как реакция его внутренних психофизиологических и личностных ресурсов с включением в реагирование как физиологических, так и психических уровней регулирования.

Обеспечение информационно-психологической безопасности личности требует системного подхода при изучении и диагностике ПФС.

Сущностью использования разнообразных средств и способов изменения процессов информационно-психологического взаимодействия человека с различными субъектами и информационной средой становится его способность противостоять дестабилизирующему воздействию внешних и внутренних информационных угроз.

Способами обеспечения ИПБЛ являются развитые интегративно-трансформирующие качества профессионала.

Рассмотрим педагогическое усилие в развитии рефлексивно-аналитических способностей у учащихся (старшеклассников, студентов, магистров, аспирантов, специалистов), в частности, способности к самоанализу, Регулятивами создания педагогических возможностей развития способности к самоанализу у студентов являются педагогические принципы: личностно-профессиональной знаСборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС чимости образовательной, научной, профессиональной деятельности; полилогичности, вариативности образовательной среды; проблематизации учебного материала.

Актуализация у будущих IT-специалистов в научно-образовательном процессе идеи личностного саморазвития открывает для обучающихся возможность отнестись к собственной и другой субъективной реальности. Образовательный процесс при проведении учебных занятий предполагает организацию такого мыслекоммуникативного взаимодействия обучающего и обучающегося, в ходе которого происходит преобразование как способа работы учащегося, так и способа работы преподавателя, тем самым выращиваются способности, в частности, рефлексивно-аналитические.

Учащемуся это дает возможность упражняться в навыке самоанализа, а научнопедагогическому работнику (НПР) – создать условия для обучающегося в ориентации на проявление себя в процессе. В этом моменте задача педагога состоит в проблематизации и фасилитации на занятии, а сам педагог является организатором и фасилитатором одновременно.

Тогда результатом педагогической поддержки будет выход студента в рефлексивную позицию по отношению к собственным мышлению и деятельности, выход на знание о том, чего он не знает, выход на работу внутреннего соединения или расхождения с чем-то, кем-то (сообщающим, оценивающим, размышляющим и т. д.).

Следующей инфокоммуникационной особенностью является построение процесса обучения на основе полилогического взаимодействия (встречи смыслов взрослых и учащихся, ученых и студентов) как источник потребности самоанализа у студентов через коммуникативные события (диалоги, монологи, полилоги) на занятии, побуждающие включение в самоанализ. Вербализация коммуникативных событий при дифференциации дополнительных условий, ориентированных на IT-специалистов с учетом возможностей развития способности к самоанализу у каждого из них, обеспечивает выход в специфическое межсубъектное пространство, в котором пересекаются индивидуальные смыслы и ценности.

Коммуникация организуется педагогом на фоне разворачивающихся на занятии позиций смыслопонимания. В этой связи можно говорить об особом типе коммуникации – полипозиционном общении (мы используем понятие общения, ибо в нем звучит важный мотив производства участниками коммуникации чего-то общего). В отличие от классической дискуссии, где субъект сосредоточен, главным образом, на высказывании своего мнения и убеждении других в его истинности, в полипозиционном общении субъект ищет место своей позиции среди других. Он определяет:

позиции, с которыми можно кооперироваться;

позиции, с которыми необходимо конфликтовать;

позиции, с которыми нельзя вступать во взаимодействие ни при каких обстоятельствах.

Здесь оценивается как своя позиция (способ реализации базовых ценностей личности), так и позиция другого, чтобы понять, какого типа взаимодействия возможны с точки зрения реализации собственных ценностей. В итоге учащийся принимает близкие позиции, тем самым проверяя и дополняя свое понимание смысла; понимает тех, у кого позиция противоположна (чтобы отстаивать свою позицию, надо понимать своего оппонента как он есть и как ты есть для него); признает существование тех, с кем не находит точек пересечения.

Таким образом, в полипозиционном общении субъект обнаруживает свою позицию понимания смысла среди других, тем самым обретает ее во всей полноте. Такой полилог являет собой многоступенчатый анализ:

внешний анализ ситуации, отношения к ней;

глубинный анализ ситуации в соответствии с «Я» (с самим собой);

интегрированный анализ – «Я», сопряженный с принятием решения.

Реализация в личностно-ориентированном обучении задачного подхода, развивающего способность у учащихся к самоанализу, обусловливает предоставление каждой личности в образовательном процессе возможностей для проявления своей индивидуальности.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС В современной отечественной педагогике задачный подход сложился как альтернатива проблемному подходу в обучении. В проблемном обучении (Глазунова О.И.) происходит смешение структур задачи и проблемы в мышлении.

В структуре проблемы основное – это фиксация того средства, которое объективно отсутствует в культуре и не позволяет разрешить сложившуюся проблемную или конфликтную ситуацию. В структуре задачи – это нахождение того средства, которое позволяет разрешить сложившуюся ситуацию, ответить на заданный вопрос. В первом случае мы пытаемся определить, на какой вопрос мы не можем ответить. Во втором случае – найти способ ответа на поставленный вопрос. Поэтому при задачном подходе путь познавательной деятельности (самопознания) наиболее длителен, интересен, продуктивен с точки зрения развития не просто мышления, но и рефлексивно-аналитических способностей. Педагог на занятии выводит учащихся в исследовательский процесс через постановку и решение проблемных ситуаций.

При этом исследовательская позиция студента уже является неотъемлемой его частью и может выражаться:

в самостоятельной постановке проблем или осознании их как личностно-значимых;

в самостоятельной постановке целей своей деятельности;

в ответственном выборе способов достижения этих целей.

Логика и содержание действий студентов при этом таковы: анализ проблемной ситуации – постановка проблемы – поиск недостающей информации и выдвижение гипотез – проверка гипотезы и получение нового знания – перевод проблемы в задачу (задачи) – поиск способов решения – проверка решения – доказательство правильности решения. Следовательно, предъявление студентам учебного материала в форме проблемной ситуации, которая требует от них готовности ее разрешить, определив средства ее решения, и вызывает состояние психологического затруднения, является способом развития личностных механизмов.

При этом учебная задача решается на личностном уровне, когда переживается как жизненная проблема, что, в свою очередь, мобилизует и развивает мощные структуры интеллекта, тем самым обеспечивая ИПБЛ.

Задача – это ситуация, в которой требуется осуществить действие, при условии, что человек не обладает способом этого действия. При решении учебной задачи студент ищет общий способ подхода ко многим частным задачам определенного класса задач, которые в дальнейшем не представляют для него трудностей.

Для обеспечения ИПБЛ значимо, что существенным моментом в решении учебной задачи являются те изменения, которые происходят в самой личности. Это коренным образом отличает ее (задачу) от задания на отработку, тренировку некоторого навыка. Принципиальное отличие задачной формы организации процесса обучения состоит в создании такой ситуации, когда студент осознает недостаток своих знаний для решения предложенной ему задачи, ставит перед собой учебную задачу – приобрести такие знания, а затем решает исходную задачу на основе нового знания. Систематическое использование задачной формы на занятиях способствует развитию у студентов способности к самоанализу, к критическому мышлению – гарантам обеспечения ИПБЛ.

Чтобы помочь личности в образовательном процессе осознать, сформулировать и уточнить цели и задачи предстоящей работы как собственную проблему на занятии, педагог создает ситуацию недостаточности, которая не только спровоцирует возникновение внутреннего мотива познания, но и катализирует следующий шаг познавательной деятельности – опредмечивание мотива в цели деятельности на занятии, т.е. даст начало субъектному целеполаганию. В ходе развертывания таких ситуаций педагог работает не с передачей материала, не с умениями и навыками, а со способностями личности через преобразование уже привычных для них способов работы.

Таким образом, реализация в личностно-ориентированном обучении задачного подхода обеспечивает возможность обретения личностью позитивного опыта продуктивного самоСборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС анализа, а также овладения способами обеспечения ИПБЛ. Видами продуктов являются компоненты профессиональной готовности к конкуренции в условиях информационного воздействия: решение проблемы, способ решения типа проблем, ответ задачи, проект – способ изменения действительности, программа, личностная способность.

Изложенное выше содержит основания для разработки модели обеспечения ИПБЛ, компонентами которой могут быть:

личностная способность отнестись к собственной и другой субъективной реальности на основе идеи личностного саморазвития;

способность личности в полипозиционном общении обнаруживать свою позицию понимания смысла среди других, тем самым обретать ее во всей полноте средствами многоступенчатого анализа: внешнего анализа ситуации, отношения к ней; глубинного анализа ситуации в соответствии с «Я» (с самим собой); интегрированного анализа – «Я», сопряженного с принятием решения;

способность к субъектному целеполаганию, приобретению продуктивного самоанализа, овладению способами обеспечения ИПБЛ.

1. Величко Е.Н. Оценка соревновательной готовности спортсмена на базе газоразрядной визуализации // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики. – 2010. – № 4 (67). – С. 123.

2. Гатчин Ю.А., Корнеенко Д.А., Сухостат В.В. Автодидактика информационнопсихологической безопасности личности в процессе взаимодействия с высокотехнологичной информационной средой // Дистанционное и виртуальное обучение – 2011. – №3. – С. 45–55.

3. Гатчин Ю.А., Величко Е.Н., Сухостат В.В. Методология информационнопсихологической безопасности личности // Труды Конгресса по интеллектуальным системам и информационным технологиям “IS&IT 11”/ Научное издание в 4-х томах. – Москва: Физматлит, 2011. – Т. 2. – 415 с. – С. 338–334.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС

РАБОТЫ МАГИСТРОВ

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

В СИСТЕМАХ T-FLEX И CADSTAR

Ключевые слова: печатная плата, трехмерная модель, САПР.

Современные САПР используют трехмерное моделирование, которое, в отличие от двумерного, позволяет описывать изделие более полно [1]. Из трехмерной модели автоматически можно создать изображения разрезов и сечений. При этом между отдельными изображениями существует строгая связь, так как все они являются производными от общей трехмерной модели. Использование трехмерной модели дает следующие преимущества: наглядность; удобство разработки и быстрота модернизации; автоматизированные инженерные расчеты; ассоциативность, т.е. автоматическое внесение изменений во все составляющие электронного описания изделия при изменении какого-либо из компонентов изделия [2].

В ходе анализа методов формирования 3D-модели печатного узла (под печатных узлом понимается печатная плата с установленными на ней электронными компонентами) были рассмотрены следующие САПР: T-FLEX CAD и CADSTAR 3D. В результате исследования были выделены три метода формирования 3D-модели:

метод экструзии;

метод импорта готовых 3D-моделей (например, в формате STEP);

метод формирования 3D-моделей инструментальными средствами используемой САПР.

Для формирования 3D-модели печатной платы в системе CADSTAR используется модуль BoardModeler Lite. Для создания 3D-моделей электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в модуле BoardModeler Lite используются три метода: создание трехмерной модели посредством экструзии (перемещением плоских фигур в пространстве); импорт 3D-моделей в формате STEP (замена двухмерных объектов на трехмерные объекты) и формирование 3D-моделей во встроенном трехмерном редакторе модуля BoardModeler Lite [3].

Для формирования 3D-модели печатной платы в системе T-FLEX CAD используется приложение системы «T-FLEX. Печатные платы» [4]. Для создания 3D-моделей ЭРЭ в «TFLEX Печатные платы» используются три метода: метод экструзии, импорт 3D-моделей в формате STEP (замена двухмерных объектов на трехмерные объекты) и формирование 3Dмоделей инструментальными средствами T-FLEX CAD.

Для получения точных и реалистичных 3D-моделей элементов используется метод импорта готовых 3D-моделей в форматах STEP, IDF и др. Для быстрого получения 3D-моделей используется метод экструзии. Метод формирования 3D-моделей инструментальными средствами системы применяется, если модель корпуса нужного элемента в формате step отсутствует, но требуются более точные модели корпусов, чем полученные методом экструзии.

В результате исследования были выделены основные достоинства работы в системах TFLEX и CADSTAR.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС Вся информация об изделии в системе T-FLEX находится в одной базе данных, т.е. не разбросана по разным файлам. Наличие средств оформления конструкторской документации согласно системе стандартов ЕСКД является немаловажным достоинством T-FLEX CAD. Передовой интерфейс T-FLEX CAD обеспечивает высокую эффективность моделирования [5].

Трехмерные модели, полученные при помощи модуля «T-LEX. Печатные платы», могут в дальнейшем использоваться для решения различных задач, к которым относятся:

размещение печатных плат в корпусе электронного устройства для проверки собираемости, оценки внешнего вида и т.д.:

разработка чертежей общего вида электронного устройства в сборе:

дальнейшая доработка трехмерной модели средствами T-FLEX CAD для прокладки проводов, жгутов, устройств крепления и т.д. Данные средства обычно не поддерживаются электронными САПР:

тепловой анализ конструкции электронного устройства (анализ температур, теплообмена оценка прочности конструкции, собственных частот резонанса, и т.д.

Механизмы системы CADSTAR (многооконный интерфейс, функции внедрения и связывания (OLE), интуитивный графический интерфейс, настраиваемые функциональные клавиши и панели инструментов и т.д.) дают возможность персонализировать среду проектирования и ощутимо повысить производительность проектирования.

Целый ряд встроенных модулей системы CADSTAR дает следующие возможности: посттопологический анализ целостности сигналов, анализ эффектов отражения и перекрестных искажений проводников, управление верификацией проекта, анализ сценариев «что, если», определение и моделирование стека слоев; анализ и контроль тех частей проектов, в которых могут возникать помехи и иные проблемы электромагнитной совместимости, и т.д.

Программа CADSTAR разработана таким образом, что она может быть незаметно интегрирована в другое программное обеспечение и системы, что также повышает производительность. Такой подход обеспечивает передачу данных с минимальными затратами и максимальной эффективностью. Процесс формирования 3D-модели печатной платы в системе CADSTAR происходит непосредственно из проектных данных, полученных в редакторе печатных плат, т.е. отсутствуют потери данных, связанных с преобразованием форматов, изменением модели данных, и не требуется повторный ввод информации при переходе из одной среды проектирования в другую, что важно в сравнении с системой T-FLEX.

Методы формирования 3D-модели печатной платы в системе T-FLEX CAD применяются при 2D-моделировании плат в таких САПР, как P-CAD, OrCAD, Mentor Graphics, а также при формировании 3D-модели в MCAD, таких как САТУРН (приложение системы КОМПАС 3D), AutoCAD, Solid Edge. Методы формирования 3D-модели печатной платы, рассмотренные в системе CADSTAR, применяются также при моделировании плат в таких САПР как KiCad и Altium Designer.

Рассмотренные методы являются альтернативными методами формирования 3Dмоделей печатных плат.

1. Bao Z. Rechneruntersttzte Kollisionsprfung auf der Basis eines B-rep/Polytree // CSGHybridmodells in einem integrierten CAD/CAM-System. – Dsseldorf: VDI Verlag, 2000. – 2. Gatchin Y.A., Romanova E.B., Korobeynikova M.A. RP-technologies in designing the radioelectronic equipment // Proceedings of the International Scientific Conferences «Intelligent Systems (IEEE AIS’04)» and « Intelligent CAD’s (CAD-2004)». Scientific publication in vollumes. – Moscow: Physmathlit, 2004. Vol. 3. –  P.127– 128.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС 3. Классификация документов Eurointech/ CADSTAR 3D - трехмерная верификация проектов печатных плат. – М., 2011. [Электронный ресурс] – Режим доступа:

http://www.eurointech.ru/cadstar3d/.

4. Капитанов Н., Кресик Д., Егоров М. Интеграция T-FLEX CAD с P-CAD – задача 3Dмоделирования // САПР и Графика. – 2006. – № 4.

5. Капитанов Н., Митрохин П., Юдова О. Решение задачи интеграции T-FLEX CAD c PCAD // САПР и Графика. – 2006. – №2.

УДК 651.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ВСТРАИВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ

В НЕПОДВИЖНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Проблема защиты информации всегда была довольно актуальна, и если раньше для решения этой проблемы использовались лишь криптографические методы, то в последнее время все популярнее становится стеганография. Стеганография – это сокрытие сообщения, которое требуется передать в каком-нибудь безобидном контейнере. Простейшая схема стегосистемы представлена на рисунке.

Сейчас под стеганографией чаще всего понимают скрытие информации в графических либо текстовых файлах путем использования специального программного обеспечения.

В настоящее время цифровая стеганография развивается по 4 основным направлениям:

встраивание информации для скрытой передачи, цифровые водяные знаки, идентификационные номера и заголовки [1]. Цифровые водяные знаки используются для защиты авторских или имущественных прав на цифровые изображения, фотографии или другие оцифрованные произведения искусства. Основными требованиями, которые предъявляются к таким встроенным данным, являются надежность и устойчивость к искажениям.

Цифровые водяные знаки имеют небольшой объем, однако, с учетом указанных выше требований, для их встраивания используются более сложные методы, чем для встраивания просто сообщений или заголовков.

Третье приложение, заголовки, используется в основном для маркирования изображений в больших электронных хранилищах (библиотеках) цифровых изображений, аудио- и видеофайлов. В данном случае стеганографические методы используются не только для внедрения идентифицирующего заголовка, но и иных индивидуальных признаков файла.

Внедряемые заголовки имеют небольшой объем, а предъявляемые к ним требования минимальны: заголовки должны вносить незначительные искажения и быть устойчивыми к основным геометрическим преобразованиям [2].

Большинство работ в области стеганографии посвящено сокрытию информации в изображениях. Это обусловлено такими причинами, как наличие потребности защиты изображений и фотографий, относительно большим объемом файлов, что позволяет встраивать достаточно большое количество информации и повышать робастность внедрения, широким распространением фотографий и изображений в сети Интернет, низкая чувствительность человеческого зрения к небольшим изменениям цвета, заранее известный размер контейнера и многие другие [1]. Встраивание информации может осуществляться на любом из трех этапов:

перед сжатием в исходное изображение, одновременно с осуществлением сжатия изображения или в уже сжатое определенным алгоритмом (например, JPEG) изображение [3].

На данный момент существует множество методов встраивания информации в неподвижные изображения. Всех их можно разделить на 3 группы:

1. методы сокрытия информации в пространственной области;

2. методы сокрытия информации в области преобразования;

3. методы сокрытия информации в служебных полях файла.

Алгоритмы первой группы скрывают информацию в области исходного изображения.

Самыми простыми из них являются метод контрольной суммы и метод наименьших значащих битов (LSB)[1].

В алгоритмах второй группы сокрытие информации осуществляется с помощью линейных ортогональных преобразований, наиболее распространенными из которых являются вейвлет-преобразования и дискретное косинусное преобразование (ДКП) [1]. Это наиболее оптимальная и распространенная группа методов. Все виды преобразований, использующиеся в алгоритмах этой группы, можно упорядочить по выигрышу от кодирования, т.е. по степени перераспределения дисперсий коэффициентов преобразования. Наибольший выигрыш от кодирования дает преобразование Карунена–Лоэва, наименьший – разложение по базису единичного импульса (то есть отсутствие преобразования). При встраивании информации выбираются такие блоки, в которых шум изображения примерно равен шуму обработки. Такие виды преобразований, как вейвлет-преобразование и ДКП, встраивают информацию в среднечастотные полосы, и пропускная способность стегоканала невелика, но они достаточно хорошо учитывают восприятие изображений человеком. При использовании преобразований Адамара или Фурье имеется больше блоков, подходящих для встраивания, т.е. пропускная способность увеличивается [1].

Третья группа методов предполагает запись скрытого сообщения в область служебной информации файла. При этом служебная информация не воспроизводится типичными программами для просмотра файлов и визуально незаметна [4].

Плюсы и минусы трех описанных выше групп стеганографических методов представлены в таблице.

Кроме используемого метода, на качество встраивания информации влияет также формат изображения. Наиболее популярным форматом для хранения и передачи данных является JPEG. Его популярность обусловливается относительно простотой алгоритмов сжатия, возможностью сжимать изображения с различной степенью компрессии, небольшим размеСборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС ром изображений, а также их неплохим качеством. Этот формат удобен для хранения фотографий, поэтому наибольшее распространение он получил с развитием сети Интернет, ростом популярности различных блогов, социальных сетей и прочих ресурсов, хранящих большое количество фотографий пользователей. Поэтому из всех рассмотренных формат JPEG наиболее подходит для сокрытия информации в изображении. Еще более удобным форматом с точки зрения стеганографии является его модификация JPEG-2000, позволяющая без потери качества уменьшить размер изображения. Следует отметить, что свойства человеческого зрения подразделяются на два уровня: низкий физиологический и высокий психофизиологический. До последнего времени при построении стеганографических алгоритмов учитывались лишь низкоуровневые особенности зрения (восприимчивость к изменению яркости, частоты и пр.). Однако в последнее время наблюдается тенденция к построению алгоритмов, учитывающих и высокоуровневые особенности (чувствительность к размеру, контрасту, форме, положению объектов, цвету) [1]. Формат JPEG-2000 позволяет кодировать различные области с различным качеством, что может позволить строить алгоритмы, учитывающие высокоуровневые особенности человеческого зрения.

Таблица. Достоинства и недостатки различных методов стеганографии.

Сокрытие информации 1. Размер контейнера не изменяется 1 Легкость обнаружения в в пространственной в результате внедрения сообщения. случае нарушения связи области 2. Возможность варьировать число между младшими и осизменяемых бит, тем самым увели- тальными битами цвета, а 3. Нет необходимости выполнять различным видам преобвычислительно громоздкие линей- разования.

Сокрытие информации 1. Достаточно большая устойчи- 1. Выполнение громоздв области преобразова- вость к преобразованиям изображе- ких линейных ортогония ния при учете особенностей алго- нальных преобразований.

2. Лучше, чем алгоритмы предыдущей группы, учитывают особенности человеческого зрения.

Сокрытие информации 1. Прост в реализации. 1. Легкость обнаружения, в служебных полях 2. Устойчив к обработке контейне- удаления и искажения 1. Грибунин В.Г., Оков И.Н., Туринцев И.В. Цифровая стеганография. М.: Солон-Пресс, 2002.

2. Компьютеры, наука и техника. Статьи [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://cadmium.ru/content/view/825/35/.

3. Скрытие данных в неподвижных изображениях. // Защита информации, информационная безопасность. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://crypts.ru/novosti/skrytiedannyx-v-nepodvizhnyx-izobrazheniyax.html.

4. Методы стеганографии. // CryptoBlog. Прикладные методы защиты информации. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://crypto-blog.ru/?cat=70.

УДК 004. RDF-описание малого структурного подразделения вуза RDF – это технология, обладающая сетевым эффектом: чем больше людей используют RDF тем больше пользы можно извлечь из данных. В данный момент можно наблюдать развитие способов представления данных в RDF [1], распространение RDFa1 [2], микроформатов и микроданных, активную поддержку структурированного представления данных производителями поисковых систем. В связи с этим появляется потребность в простой методике добавления RDF-метаданных к существующим информационным сайтам. Добавление структурированных данных может дать следующие преимущества:

вывод дополнительной информации во время поиска (например, Google Rich Snippets, базирующийся на микроформатах и микроданных), помощь поисковым машинам в классификации ресурсов;

индексирование поисковыми системами семантического веба;

возможность простого повторного использования данных, представленных на сайте, в других местах.

Каждый отдельный вид информационных ресурсов нуждается в отдельном RDF-описании, базирующемся на схеме данных или онтологии в формате RDFS [5] или OWL [6]. Вместе с тем можно выделить некоторые группы схожих ресурсов, описываемых более или менее единообразно. Мы сосредоточились на разработке схемы данных, с помощью которой будет легко описать малое университетское подразделение – лабораторию, научную группу, команду исследователей. Для проверки и демонстрации этого описания мы применяем эту схему для создания метаинформации на сайте Лаборатории интеллектуальных систем НИУ ИТМО.

Важно заметить, что схема данных, о которой мы говорим, не должна быть изолированной от окружающего мира. Напротив, используемые в ней термины – RDF-свойства и классы – должны быть выбраны исходя из соображений повсеместного использования в соответствии с принципами публикации связанных данных [7, 8]. Иными словами, сначала нужно произвести обзор существующих онтологий, откуда возможно заимствовать терминологию, проанализировать то, в каком виде описываются малые подразделения сегодня. Затем необходимо свести воедино эту терминологию и заполнить промежутки собственными RDF-описаниями. Основной задачей при выполнении работы является именно разработка модели описания данных малого структурного подразделения вуза, пригодной к повторному использованию.

В проекте портала Лаборатории интеллектуальных систем имеются следующие данные, требующие RDFa разметки:

персоналии сотрудников, проекты лаборатории, рекомендуемая литература, события и мероприятия лаборатории.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС Для описания персоналий сотрудников используются словари FOAF (Friend of a Friend) и vCard [9]. Последний используется сервисом Google Rich Snippets для вывода дополнительной информации на поисковый запрос.

Проекты лаборатории размечаются с помощью словаря DOAP (Description of a Project), его структура позволяет достаточно грамотно описать проекты по разработке программного обеспечения.

На момент написания данной статьи была завершена модель данных для описания разделов «сотрудники» и «проекты». Фрагмент схемы представлен в таблице.

foaf:img, vcard:photo http://194.85.163.158/files Фотография сотрудника foaf:Organization SPbSU ITMO Описывает организацию, к которой foaf:mbox [email protected] Адрес электронного почтового ящика Разработка производится на базе CMS Drupal 1. Данная CMS была выбрана по причине наличия функциональных модулей для использования RDFa разметки, импорта RDF из RDFa и развертывания SPARQL точки доступа. Кроме того, тот факт, что в основе проекта лежит полнофункциональная CMS, позволяет осуществить развертывание базовой части проекта, и наполнение его контентом занимает кратчайшие сроки.

По окончанию будет получен полноценный вариант модели представления данных малого университетского подразделения в формате RDF. Данная модель не только расширит функциональность лаборатории интеллектуальных систем, но и позволит использовать полученные организационных подразделениях.

1. RDF/XML Syntax Specification [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://www.w3.org/TR/REC-rdf-syntax/.

2. RDFa in XHTML: Syntax and Processing [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://www.w3.org/TR/rdfa-syntax/.

3. FOAF Vocabulary Specification 0.98 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://xmlns.com/foaf/spec/.

http://www.w3.org/TR/microdata/ 5. Dan Brickley, R.V. Guha RDF Vocabulary Description Language 1.0: RDF Schema. - [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.w3.org/TR/rdf-schema/ 6. W3C OWL Working Group. OWL 2 Web Ontology Language Document Overview/ - [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.w3.org/TR/owl2-overview/ 7. Tim Berners-Lee. Linked Data. - 2009 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://www.w3.org/DesignIssues /LinkedData.html 8. C. Bizer, R. Cyganiak, T. Heath. How to publish linked data on the web. - 2007 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://linkeddatabook.com/editions/1.0/ 9. vCard The Electronic Business Card Version 2.1. A versit Consortium Specification - [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.imc.org/pdi/vcard-21.txt УДК 621.38.075.

МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ НА НАДЕЖНОСТЬ

Накопления изменений в материалах приводит к изменению их свойств, параметров ИМС и к появлению постепенных и внезапных отказов. Первые могут стать причиной накопления изменений и возникновения второго типа отказов при достижении и преодолении некоторого критического уровня прочности.

Преодоление энергетического барьера, препятствующего активации течения процесса, характеризуется энергией Wa [2]. Скорость физико-химических процессов VФХП пропорциональна концентрации активных частиц na, энергия которых W превышает энергию Wa:

где n – общая концентрация частиц; k – постоянная Больцмана; Т – температура; Vo – коэффициент, определяемый механизмом конкретного процесса.

Из (1) видно, что с ростом температуры Т и уменьшением энергии активации Wa скорость протекания процесса увеличивается. Тогда элемент, имея запас прочности X при данной нагрузке по параметру X, будет характеризоваться скоростью уменьшения запаса прочности VФХП по (1). ИМС откажет, когда X уменьшится до нуля. Усредненная наработка до отказа множества однотипных элементов, работающих при одинаковых нагрузках, определяется соотношением где Хср – средний запас прочности ИМС. Отсюда в соответствии с (1) и (2) получим и интенсивность отказов Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС Таким образом, из выражения (3) следует, что с увеличением температуры интенсивность отказов возрастает, причем экспоненциально.

С другой стороны, циклические воздействия различных факторов, особенно температуры, приводят к многократным изменениям механических напряжений в материалах и узлах элементов, вызванных различными температурными коэффициентами линейного расширения (ТКЛР) материалов ИМС. Это, в свою очередь, ведет к появлению остаточных дефектов структуры материалов и деформаций в узлах элементов. Остаточные механические деформации, накапливаясь, могут в какой-то момент стать причиной внезапного отказа. Даже при малых значениях интенсивности отказов для одного цикла, при большом числе циклов надежность ИМС существенно снижается, и влияние процессов из-за периодических изменений параметров работы ИМС становится преобладающим. Поэтому доля внезапных отказов при циклическом режиме работы ИМС возрастает по сравнению с непрерывным режимом работы тем больше, чем жестче режим цикличности.

В связи с ростом степени интеграции современные ИМС, особенно для ответственной электронной аппаратуры, обладают высокими показателями надежности. Для коммерческих ИМС средняя наработка до отказа составляет миллионы часов, поэтому при экспоненциальном законе распределения где – интенсивность отказов, используя упрощение получим:

Подставляя в (5) указанную наработку, а также доверительную вероятность 90%, при которой необходимо получить 32 отказа испытуемых ИМС, получим:

что соответствует 3,7 годам непрерывных испытаний плат с суммарным числом ИМС 10000 шт. В связи с этим возникает необходимость в ускоренных испытаниях электрорадиоэлементов [3].

Цель ускоренных испытаний (HAST – Higlhy Accelerated Stress Test) – получение отказа ИМС или накопленного повреждения по аналогичному механизму, но за меньшее время относительно реальных условий эксплуатации. Ускорение механизмов отказа возможно при проведении испытаний на [4–6]:

температурную усталость;

тепловой удар;

вибрацию и др.

Стационарное воздействие характерно для аппаратуры, работающей непрерывно в условиях с постоянной температурой. Длительность установления стационарного режима составляет 0,5–3 часа. В этом режиме скорость физико-химических процессов и интенсивность отказов зависит от уровня температуры.

Резкое изменение температуры в значительном диапазоне представляет собой тепловой удар. Этот режим наиболее тяжел для электронной аппаратуры и ИМС, так как приводит к резким тепловым и механическим перегрузкам ИМС, что повышает вероятность их отказа.

При механических воздействиях наиболее опасными являются вибрации с наибольшими амплитудами в диапазоне частот: 10 Гц – 2 кГц, при этом ускорения достигают 10–16 g. Совпадение частот колебаний с собственными резонансными частотами приводит к возрастанию амплитуд колебаний и перегрузкам, что приводит к процессам разрушения, разгерметизации, коротким замыканиям, и т.д. При длительном воздействии вибраций возникает усталость металлов конструкционных элементов и могут разрушаться ИМС.

Исходя из этого, ускоренные испытания ИМС на надежность проводятся при действии следующих факторов:

синусоидальной вибрации;

механических ударов;

быстрого изменения температуры окружающей среды: термического удара;

медленного изменения температуры окружающей среды: термоциклирования.

Затем проводится обработка результатов и рассчитываются параметры надежности для исследованного типа ИМС.

Таким образом, ускоренные испытания электрорадиоэлементов на надежность позволяют существенно сократить время испытаний элементной базы и, таким образом, ускорить выход на рынок новых ИМС с подтвержденными параметрами надежности.

1. Никулин С.М. Надежность элементов радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Энергия, 1979.

2. Стрельников В.П., Федухин А.В. Оценка и прогнозирование надежности электронных схем и систем. – Киев: Логос, 2002.

3. Горлов М.И. Прогнозирование долговечности интегральных схем // Санкт-Петербургский журнал электротехники. – 1996. – № 4.

4. Строгонов А. Оценка долговечности БИС по результатам ускоренных испытаний // Технологии в электронной промышленности. – 2007. – №3. – С. 90–96.

5. Стрельников П.В.. Экспериментальная оценка надежности изделий в условия малого числа отказов // Математичні машини і системи. – 2011. – №1. – С. 141–146.

6. Лидский Э. и др. Современный подход к оценке надежности изделий электронной техники // Компоненты и технологии. – 2000. – №10.

РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНОГО МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЯ

Ключевые слова: импульсный металлоискатель, микроконтроллер.

В 20-е годы в США были разработаны приборы, обнаруживающие инструменты и готовые изделия, выносимые рабочими с заводов. Приборы были названы металлодетекторами.

Металлодетектором или, по-русски, металлоискателем называется электронное устройство, обнаруживающее присутствие металла, но при этом не контактирующее с ним. Принцип действия устройства основан на излучении радиоволн (распространении электромагнитного поСборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС ля) и улавливании вторичных сигналов. При обнаружении металлического предмета прибор оповещает оператора посредством отклонения стрелки, звукового сигнала и т.п. [1].

В настоящее время существует большое количество типов металлоискателей. В данной работе разработан металлоискатель импульсного типа. Принцип действия импульсного, или вихретокового, металлоискателя основан на возбуждении в металлическом объекте импульсных вихревых токов и измерении вторичного электромагнитного поля, которое наводят эти токи.

К импульсному металлоискателю предъявлялись следующие требования:

система должна обеспечивать формирование импульсной последовательности, прием и анализ входного сигнала для поиска металлов;

система должна работать от автономной аккумуляторной батареи;

металлоискатель должен быть простым и удобным в эксплуатации, поэтому он должен иметь элементы световой индикации (светодиоды), либо цифровой ЖК индикатор, а также звуковой излучатель для индикации воздействия мишени на датчик и уровня заряда аккумуляторной батареи;

для управления режимом работы устройства предусматривается блок клавиш.

Структурная схема устройства представлена на рисунке.

Основой устройства является микроконтроллер. С его помощью осуществляется формирование временных интервалов для управления всеми узлами устройства, а также индикация и общее управление прибором. С помощью мощного ключа производится импульсное накопление энергии в катушке датчика, а затем прерывание тока, после которого возникает импульс самоиндукции, возбуждающий электромагнитное поле в мишени. Для выделения полезного сигнала используем дифференциальный усилитель. Дальнейшее усиление сигнала будет производиться в приемном усилителе, имеющем большой коэффициент усиления. Затем в интеграторе произведем измерение полезного сигнала. Во время прямого интегрирования происходит накопление полезного сигнала в виде напряжения, которое во время обратного интегрирования преобразуется в длительность импульса. С помощью второго интегратора производится автоматическая балансировка входного усилительного тракта по постоянному току [1]. Микроконтроллер обрабатывает полученные цифровые данные и индицирует с поСборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС мощью светодиодов и излучателя звука степень воздействия мишени на датчик. Светодиодная индикация представляет собой аналог стрелочного индикатора.

В качестве микроконтроллера была выбрана схема ATtiny2313. ATtiny2313 – это 8разрядный CMOS микроконтроллер с низким энергопотреблением, основанный на AVR RISC архитектуре. Данная схема удовлетворяет всем требованиям, и при ее подключении остается минимальное количество неиспользованных портов [2].

Ядро AVR содержит набор из инструкций и 32 рабочих регистра общего назначения.

Все 32 регистра напрямую подключены к АЛУ, что дает программисту доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной инструкции за один такт. Такая архитектура имеет более высокую эффективность кода по сравнению со стандартными микроконтроллерами CISC.

В работе была разработана схема импульсного металлоискателя. Были выполнены выбор и обоснование элементной базы. К данному устройству можно добавить еще дополнительные функции: индикатор ЖКИ и другие полезные функции (питание от сети). Но это требует доработки как программного, так и аппаратного звена и ведет к удорожанию системы.

1. Щедрин А.И. Новые металлоискатели для поиска кладов и реликвий. – Москва.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 176 с.: ил.

2. 8-bit AVR Microcontroller with 2K Bytes In-System Programmable Flash, ATMEL Corporation, 2003.

УДК: 004.

АНАЛИЗ РАБОТЫ GPS ТРЕКЕРОВ И НАВИГАТОРОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Ключевые слова: система навигации, GPS-трекер, GPS-навигатор.

GPS трекеры и навигаторы сравнительно недавно появились на российском рынке и сразу нашли своего покупателя. GPS-навигаторы, как и GPS приемники, являются непременным атрибутом для гражданских, военных, любительских кораблей и самолетов. Основной функцией трекеров является мониторинг. Используя GPS для определения местоположения объекта и различные каналы связи для доставки информации пользователю, системы мониторинга транспорта позволяют детально проследить весь маршрут следования автомобиля, спецтехники и т.п. Применение GPS трекеров и навигаторов дает такие преимущества, как:

удобство использования и множество функций, которые могут выполнять устройства, к недостаткам относятся цена устройств, автономный элемент питания, привязанность к спутникам. Еще одним недостатком GPS мониторинга является проблема передачи сигнала от спутника к устройству GPS трекера, поэтому практически невозможно определить свое точное местонахождение в метро или подвале, внутри железобетонного здания. Уровень приема сигнала от спутников может ухудшиться под плотной листвой деревьев, из-за большой облачности или в горной местности. Магнитные бури и наземные радиоисточники также способны помешать нормальному приему сигналов GPS [1].

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС В ходе анализа работы устройства была рассмотрена одна из функций GPS-трекера слежение за людьми. Трекер может использоваться для контроля за передвижениями человека или его автомобиля, для изучения его привычек, для поиска и защиты детей или пожилых людей. При этом наблюдатель на своем компьютере-сервере может установить зону, в которой может находиться наблюдаемый объект. Если владелец устройства с функцией GPS трекинга покинет эту зону, то на компьютер или на сотовый телефон наблюдателя будет выведен сигнал тревоги.

В результате исследования была выделена основная идея определения координат GPSприемника. Этой идеей является вычисление расстояния от него до нескольких спутников, расположение которых считается известным. Определение местоположения GPS-приемника в пространстве осуществляется на базе алгоритма измерения расстояния от точки наблюдения до спутника. Измерения расстояния осуществляется по временной задержке распространения радиосигнала от спутника к приемнику. Если знать время распространения радиосигнала, то пройденный им путь легко вычислить. Каждый спутник системы GPS непрерывно генерирует радиоволны. Таким образом, по времени задержки между одинаковыми участками кода, принятого со спутника и сгенерированного самостоятельно, можно вычислить время распространения сигнала, а следовательно, и расстояние до спутника [2].

Основная проблема при вычислении расстояния до спутника системы GPS связана с синхронизацией часов на спутнике и в приемнике. Малейшая ошибка может привести к огромной ошибке в определении расстояния.

Рассмотрим принцип работы навигатора – именно принцип, поскольку все процессы, происходящие в навигаторе, знают лишь создатели устройства. Итак, включившись, навигатор начинает делать попытки установить связь с каким-либо из спутников. Навигационный спутник, с которым навигатор установил связь, передает альманах, содержащий информацию о параметрах орбит всех спутников, находящихся в конкретной навигационной системе. Однако для определения координат одного спутника мало. Для навигатора, к примеру, их потребуется как минимум четыре. Эти четыре спутника передают навигатору детализированные данные о своей орбите, так называемые эфемериды. Альманах – своего рода база данных, содержащая общие сведения о навигационных спутниках, об их орбитальных параметрах.

Данные эфемерид же эти параметры уточняют для определенного спутника в определенный период времени [3].

Существует ряд систем спутниковой навигации по всему миру: NAVASTAR (GPS), принадлежащая министерству обороны США, более известная под названием GPS; ГЛОНАСС, принадлежащая министерству обороны России; Beidou – развертываемая в настоящее время Китаем подсистема GNSS, предназначенная для использования только в этой стране;

Galileo – европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки;

IRNSS – индийская навигационная спутниковая система (в состоянии разработки). В настоящее время существует ряд предприятий, занимающихся разработкой GPS трекеров в России, в том числе Astron, Лоцман, GlobalSat, Омика и другие.

Создание глобальной спутниковой системы принесло ощутимые удобства людям во всем мире. Именно с появлением GPS навигаторов человечеству теперь не нужно запасаться в путешествие или длительную дорогу различными картами дорог, населенных пунктов (сколько неудобств и места они порой доставляют). В наше время все это соединено в спутниковом GPS навигаторе. Этими замечательными устройствами теперь можно пользоваться даже в мобильном телефоне. Множество автолюбителей по всему миру уже не представляют себе нормальное ориентирование в незнакомой местности без GPS навигаторов, которые устанавливаются прямо в автотранспортное средство [4].

Рассмотренные в данной обзорной статье технологии GPS трекеров и навигаторов совмещают в себе достижения всех современных технологий в области разработки систем навигаций. С технической точки зрения созданные системы определения местонахождения ГЛОНАСС и GPS являются уникальными научно-техническими комплексами, обеспечивающими в настоящее время наибольшую точность глобальной временной и координатной привязки абонентов.

1. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и ее приложения. – Изд-во Эко-Трендз, 2003.

2. Марков С. Принципы работы системы GPS и ее использование/. –2001.

3. Классификация документов: Nav-Nav/ Навигационное оборудование [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://nav-nav.ru/articles_about_navigations/item/3/243/. – Загл. c экрана.

4. Классификация документов]: GSM/GPS/GPRS/ GPS оборудование [Электронный ресурс/ – Режим доступа: http://www.gps-equip.ru/interesnye-stati/. - Загл. c экрана.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС

РАБОТЫ ВЫПУСКНИКОВ

МОДУЛЬ РАСШИРЕНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ БЕСПРОВОДНОЙ ПРИЕМ И ПЕРЕДАЧУ

ДАННЫХ ДЛЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА «NIXDUINO»

Ключевые слова: АСКУЭ, GPS, GSM, KiCad, Open hardware, USB.

Целью проекта стала разработка модуля расширения, обеспечивающего беспроводной прием и передачу данных в стандартах GPS и GSM, для программно-аппаратного комплекса «Nixduino».

Главная особенность «Nixduino» состоит в том, что он является полностью открытым проектом, начиная со среды разработки и заканачивая производственной документацией.

Модуль расширения выполнен в одноплатном исполнении, имеет возможность корпусирования. Питание платы осуществляется как от адаптеров (5 В, 12 В), так и через разъемы от основной платы (3,3 В, 5 В). С помощью этих же разъемов платы крепятся друг к другу.

Центральным информационным узлом на модуле является USB концентратор TUSB2046.

Циркуляция информации между ним и GPS и GSM микросхемами осуществляется не напрямую. Функцию преобразования сигналов из USB в UART выполняют две микросхемы FT232R. С помощью TUSB2046 также происходит передача данных между основным модулем и модулем расширения. Снимок с 3-D модели платы представлен на рисунке.

Основной функционал модуля обеспечивают микросхемы EB-500 (GPS прием) и Wismo228 (GSM связь). Набор микросхем и их особенности указаны в таблице.

Инструментом проектирования был выбран KiCad, распространяемый по лицензии GNU General Public License программный комплекс класса EDA с открытыми исходными текстами, предназначенный для разработки электрических схем и печатных плат.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС Кроссплатформенность компонентов KiCad обеспечивается использованием библиотеки wxWidgets. Поддерживаются операционные системы Linux, Windows NT 5.x, FreeBSD и Solaris [1]. Возможности модуля:

GPS прием;

GSM связь;

Прием и передача данных в стандарте GPRS;

Возможность подключения различных устройств через USB 2.0 разъемы.

В связи с тем, что плата проектировалась под уже выпущенный корпус, она обладает относительно большой площадью по сравнению с основным модулем – 153 мм 82 мм. Это можно считать как недостатком, так и достоинством модуля. Благодаря этому удалось расположить все компоненты с одной стороны платы, а также разместить посадочные места для микросхем других серий, подключенных параллельно основным и выполняющих аналогичные функции.

Такое резервирование позволило повысить надежность модуля и разнообразие элементной базы.

Из недостатков проекта можно выделить то, что как самостоятельное устройство данная плата предлагает достаточно малую функциональность.

Модуль создавался как часть автоматизированной информационно-измерительной системы. Также модуль может использоваться для других различных целей, например:

навигация;

обеспечение беспроводного соединения с интернетом через GPRS;

USB разветвитель.

На момент написания статьи полностью готова конструкторская (электрическая принципиальная схема, топология платы) и производственная (Gerber файл, файл сверловки) документация. После производства, монтажа и отладки тестовой партии плат можно будет определить необходимые доработки для получения исправно работающего комплекса.

1. KiCad – Википедия, свободная энциклопедия.. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://ru.wikipedia.org/wiki/Kicad. Дата обращения: Online; accessed 25-ноябрь-2011].

ОБЗОР МИКРОСХЕМ ДРАЙВЕРА ДЛЯ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ

ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Ключевые слова: stepper motor, driver, micro stepping, integrated circuit, computer numerical control В настоящее время станки с ЧПУ широко распространены на различных производствах. Готовые решения стоят довольно дорого, и для небольшого производства проблематично закупить подобное оборудование. В этом случае станок вместе с системой управления можно сделать самостоятельно. Точность станка определяется точностью электродвигателя, приводящего в движение манипулятор станка. Самыми точными из них являются шаговый двигатель и сервопривод. Сервопривод довольно дорог, поэтому для самодельного станка с ЧПУ лучше выбрать шаговый двигатель.

Устройство управления шаговым двигателем состоит из микроконтроллера или микропроцессора и микросхемы драйвера, которая управляет питанием на обмотках двигателя. В самом простом случае микросхема состоит из нескольких ключей, включенных по мостовой или полумостовой схеме. В принципе эти ключи можно расположить дискретно на плате, но использование микросхемы значительно упрощает разработку, а также уменьшает размер платы управления.

К микросхеме, которая будет работать в устройстве управления шаговым двигателем, предъявлялись следующие требования:

выходной ток не меньше 1 А;

возможность микрошагового режима управления;

цена меньше 20 $ за штуку;

поддержка других типов двигателей (универсальность);

возможность работы без дополнительного охлаждения (опционально);

простота покупки в Санкт-Петербурге.

Микрошаговый режим управления – режим, при котором ток на обмотках меняется очень маленькими шагами. Когда одновременно включены две соседние обмотки, но их токи не равны, то положению равновесия ротора соответствует не середина шага, а в другой позиции, определяемой соотношением токов фаз. Меняя это соотношение, можно обеспечить некоторое количество микрошагов внутри одного шага. Микрошаговый режим может поддерживаться аппаратно самой микросхемой, а может реализовываться программно с помощью ШИМ, если микросхема поддерживает ШИМ достаточно высокой частоты.

Были рассмотрены микросхемы четырех производителей: Texas Instruments, Allegro Microsystems, ST Microelectronics и ON Semiconductor. Их сравнение приведено в таблице.

После сравнения характеристик микросхем была выбрана микросхема DRV8432 от Texas Instruments, так как она универсальная, может выдавать большой ток, а отсутствие аппаратной поддержки микрошагового режима компенсируется высокой частотой ШИМ. Вместе с тем эту микросхему нетрудно достать в Санкт-Петербурге. Фотография DRV8432 представлена на рисунке. Микросхема находится в корпусе PSOP DKD с 36-ю выводами. Помимо описанных выше, особенностями микросхемы являются:

защита от перегрева, короткого замыкания, перегрузки;

наличие теплоотвода, на который можно прикрепить радиатор для дополнительного охлаждения;

КПД до 97%.

Данную микросхему можно также использовать в качестве драйвера светодиодов и систем термоэлектрического охлаждения.

Таблица. Сравнительные характеристики микросехм Аппаратный вый режим Поддержишаговые, пы двиганые Доступность Петербурге

КЛЮЧЕВЫЕ АСПЕКТЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

НА ЭЛЕКТРОСЕТЕВЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ НА ПРИМЕРЕ ПО

«БЕЖЕЦКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ».

В работе на основе анализа информационных потоков в конкретном предприятии отрасли, ПО «Бежецкие электрические сети», сформулированы основные требования и принципы построения информационной безопасности.

Главной задачей обеспечения комплексной безопасности является унифицированный подход к понятию информационной безопасности объекта. Следует отметить основные принципы построения системы безопасности предприятия:

принцип законности, где вся охранная деятельность предприятия организована в соответствии с действующим законом и внутренними нормативными документами;

принцип совмещения комплексности, эффективности и экономической целесообразности.

Реализуется за счет построения системы безопасности, обеспечивающей надежную защиту комплекса имеющихся на предприятии ресурсов от комплекса вероятных угроз с минимально возможными, но не превышающими 20% стоимости защищаемых ресурсов затратами;

принцип совместимости технологических, программных, информационных, конструктивных, энергетических и эксплуатационных элементов в применяемых технических средствах.

В состав системы безопасности в целом на предприятии входят следующие технические средства и системы:

сбора, обработки и отображения информации;

охранной и тревожной сигнализации;

управления и контроля доступом;

телевизионного наблюдения и видеорегистрации;

охранно-пожарной сигнализации;

оповещения о пожаре и дымоудаления;

пожаротушения;

защиты от несанкционированного съема информации;

бесперебойного электропитания;

оперативной связи, оповещения и радиотрансляции;

средств технической укрепленности;

Перспективой повышения надежности информационных систем на предприятии является участие работе в рамках Единой национальной электрической сети и в распределительном сетевом комплексе по созданию и модернизации систем сбора и передачи информации.

Целью этих программ является повышение надежности функционирования и уровня наблюдаемости электрических сетей за счет обеспечения более высокой достоверности и полноты оперативной телеинформации по сравнению с существующими системами телемеханики В работе указывается, что разработчикам оборудования и программного обеспечения, а также системным интеграторам целесообразно ориентироваться на требования новых стандартов, уточняющих общие принципы информационной безопасности применительно к специфике электроэнергетических объектов. К таким документам могут быть отнесена серия стандартов, содержащих требования по информационной безопасности: МЭК 62351, стандарт IEEE 1686-2007 [2].

1. Федеральный закон Российской Федерации от 21 июля 2011 г. № 256-ФЗ «О безопасности объектов топливно-энергетического комплекса».

2. Небера А. Управление информационной безопасностью объектов электроэнергетики // Rational Enterprise Management. – 2011. – №1. – С. 54–55.

ARDUINO-ПОДОБНЫЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС «NIXDUINO»

С ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ НА БАЗЕ ЯДРА LINUX

Ключевые слова: OSHW, i.mx233, Arduino, Linux, u-boot, stmp378x, mxs, freescale, ARM, ARM9, KiCad, OpenHardware.

В настоящее время получили широкое распространения встраиваемые системы на базе микропроцессоров архитектуры ARM. В качестве программного обеспечения часто используются операционные системы на базе ядра Linux. Такие приборы могут использоваться при создании, в первую очередь, мелкосерийных устройств – торговых автоматах, устройств домашней автоматизации и т. п., для прототипирования и в образовательном процессе.

Одной из популярных среди энтузиастов платформ для создания встраиваемых систем является Arduino, одной из ключевых особенностей которой является возможность расширения – основной модуль имеет разнообразные вводы/выводы (как цифровые, так и аналоговые) и позволяет подключать другие модули, увеличивающие спектр применения платформы.

Arduino использует достаточно слабый микроконтроллер, что, с одной стороны, снижает затраты, а с другой – ограничивает области применения и не позволяет использовать многие программные инструменты, в частности операционные системы на базе Linux.

Идея программно-аппаратного комплекса «Nixduino» аналогична идее платформы Arduino (за исключением программной части) – разработка основного модуля и модулей расширения (шилдов). Особенностью является возможность использования полноценной операционной системы (на базе Linux) и инструментов, доступных при ее использовании.

В ходе проведенной работы был разработан одноплатный компьютер, являющийся основным модулем программно-аппаратного комплекса «Nixduino», фотография которого показана на рисунке.

Возможности модуля:

1. ядро ARM926EJ–S, частота 454 МГц;

2. питание от адаптера (6–20 В), USB-разъема, питание (и зарядка) от литий-ионного аккумулятора (4,2 В);

3. аудио-кодек, АЦП, ЦАП;

4. 64 мегабайта DDR-памяти;

5. 128 мегабайт NAND;

6. SD;

7. возможно подключение LCD;

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС 8. композитный видеовыход;

9. USB2.0, два UART, IC, SSP;

10. датчик угла;

11. ШИМы;

12. часы реального времени;

13. GPIO (41 шт.).

В качестве основного инструмента был выбран KiCad – бесплатный и распространяемый на условиях лицензии GPLv2 пакет программ для разработки печатных плат.

Производственная документация является открытой (найти ее можно по адресу http://code.google.com/p/nixduino/), что позволило сформироваться сообществу вокруг проекта. Для использованного микроконтроллера предоставляется SDK, включающий в себя LTIB*, ядро Linux (версия 2.6.31), BusyBox (версия 1.15.0), загрузчик U-Boot (версия 2009.08), а также набор различных пользовательских программ. Кроме этого, существует git-репозиторий, содержащий обновляющиеся ядро Linux (на момент написания статьи – 2.6.38) и U-boot (2009.08, с исправленными ошибками и дополнениями, относящимися только к микроконтроллерам Freescale).

Поддержка данного микроконтроллера постепенно переносится и в основную ветку Linux. Также поставляется набор низкоуровневых программ imx-bootlets, куда входят программы, необходимые для инициализации встроенного блока управления питанием, в том числе импульсного инвертирующего стабилизатора постоянного напряжения, инициализации оперативной памяти, а также загрузчика ядра Linux.

Поскольку поддержка и распространение этого пакета полностью зависит от фирмы Freescale, а возможности поставляемого загрузчика ядра Linux сильно ограничены, возможности этого пакета планируется перенести в свободный и разрабатываемый сообществом, ориентированный на встраиваемые устройства, загрузчик U-Boot.

Разрабатываются следующие модули расширения:

1. с GSM, GPRS и GPS;

2. для управления шаговым двигателем;

3. с USB2.0-концентратором;

4. с USB2.0-концентратором и ethernet-контроллером (от предыдущего отличается микросхемой USB-концентратора).

Комплекс достаточно гибок и может применяться в различных областях, где использование специализированных комплексов дорого или нецелесообразно. Также комплекс может применяться для быстрой разработки и демонстрации возможностей встраиваемых систем, например, в следующих сферах:

5. образование;

6. вендинговые системы;

7. домашняя автоматизация (в том числе «умный дом»);

8. встраиваемые системы;

9. ЧПУ-станки;

10. роботы и роботизированные системы.

LTIB — Linux Target Image Builder — инструмент для создания прошивок для встраиваемых систем.

Сборник трудов научно-педагогической школы кафедры ПКС

УГРОЗЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПУБЛИКАЦИИ

ОТКРЫТЫХ ГОСУДАРСТВЕННЫХ ДАННЫХ

В мировой практике под открытыми государственными данными понимают публичную государственную информацию, предоставляемую в цифровом виде посредством сети Интернет в форме, допускающей последующий анализ и повторное использование. Таким образом, благодаря наличию открытых государственных данных становится возможным создание сервисов и проектов, решающих отдельные проблемы граждан, повышение эффективности работы государственных органов и увеличение прозрачности управления государством.

На данный момент в России раскрывается достаточно большой объем открытой государственной информации, которая достаточно часто публикуется не в машиночитаемых форматах. Отсутствие единого механизма, требований и стандартов публикации открытых государственных данных может являться причиной для возникновения угроз информационной безопасности как отдельных личностей, так и государства.

При решении вопросов о необходимости публикации каких-либо открытых государственных данных в Российской Федерации в основном используются две противоположные точки зрения: «все закрыть» или «все открыть», каждая из которых приводит к ряду проблем.

С одной стороны, решение закрывать все данные какой-либо области приводит к нарушению прав на доступ к информации, которые предусмотрены законодательством Российской Федерации (например, Конституцией РФ или Федеральным законом от 09.02.2009 г. № 8-ФЗ «Об обеспечении доступа к информации о деятельности государственных органов и органов местного самоуправления»), с другой стороны, раскрытие всех данных наносит еще более серьезный ущерб. Например, в РФ сегодня публикуется вся информация о государственных контрактах – наименование поставщиков, товаров, цены контрактов. Благодаря этим данным иностранные покупатели заранее знают минимальные цены, по которым российские производители готовы продавать свою продукцию, и используют эту информацию при переговорах о цене поставок. Это наносит ущерб российской экономике (уменьшается количество налогов, которые платят юридические лица, и количество организаций, желающих участвовать в государственных тендерах) и конкурентоспособности российских компаний.