Лаборатория системного моделирования и оптимизации

СМИ о направлениях работы лаборатории:

1. "Математики возьмут под контроль городской трафик",  https://auto.rambler.ru/other/39853294-matematiki-vozmut-pod-kontrol-gorodskoy-trafik/

2. В вечернем выпуске новостей канала ОТС от 23 мая 2018 г. и утреннем от 24 мая 2018 г.
показан сюжет об одной из разработок лаборатории Системного моделирования и оптимизации ИВМиМГ СО РАН. Запись выпуска на https://www.youtube.com/watch?v=mCb6tSgBZFA, начало сюжета 12 мин. 40 с. от начала.

3. "Зеленый свет технологиям." Статья в газете "Наука в Сибири" о разработках лаборатории Системного моделирования и оптимизации. http://www.sbras.info/articles/science/zelenyi-svet-tekhnologiyam

4. "Точность тока." Статья в газете "Наука в Сибири" о разработках лаборатории Системного моделирования и оптимизации.  http://www.sbras.info/articles/science/tochnost-toka

О ЛАБОРАТОРИИ

Лаборатория системного моделирования и оптимизации была образована весной 2017 года в результате слияния трех лабораторий:  лаборатории моделирования динамических процессов в информационных сетях, лаборатории системного моделирования, лаборатории прикладных систем, в рамках реcтруктуризации в ИВМиМГ СО РАН.

Цели лаборатории:

- Осуществление научных и практических исследований по важнейшим научным проблемам фундаментального и прикладного характера в области математического и имитационного моделирования применительно к анализу и оптимизации информационных систем и сетей различного типа и назначения.

- Исследование эффективности вычислительных си­стем, разработка алгоритмов и программ моделирования систем информатики.

- Анализ и синтез объектов сетевой структуры.

Основными научными направлениями лаборатории являются:

1. Исследование структурных моделей на основе теории: графов, гиперграфов и гиперсетей; моделей динамики поведения информационных и коммуникационных сетей на основе методов теории случайных процессов и имитационного моделирования;  графо-теоретических моделей инфокоммуникационных систем, задач  синтеза, анализа и оптимизации регулярных и квазирегулярных структур систем информатики.

2.  Моделирование  исполнения параллельных алгоритмов в различных вычислительных средах, включая ЭВМ большой производительности и компьютерные сети.

3. Создание эвристических и аналитических мето­дов решения задач оптимизации специального вида включая: метаэвристические и биоинспирированные алгоритмы оптимизации, эволюционные вычисления, методы эволюционного синтеза математических моделей сложных систем и их реализация на суперкомпьютерах.  Разработка алгоритмов и программного обеспечения решения задач математического программирования; алгоритмов и средств сжатия, хранения и обработки данных. 

4. Анализ и моделирование сетевых информационных систем.

Так как лаборатория организована на базе трех лабораторий, то важные результаты за 5 лет можно рассматривать, как объединенные:

1. Разработаны и исследованы алгоритмы сжатия и восстановления данных с нулевой погрешностью для последовательностей серийной структуры. Получены комбинаторные решения задач нумерационного кодирования для множеств однопереходных серийных последовательностей.

Разработан неасимптотический метод приближенного вычисления обратной функции потерь Эрланга, исследованы условия эффективного применения метода. С помощью нового метода решена проблема обеспечения пропорционального дифференцируемого контроля доступа (Proportional Differentiated Admission Control), предложены соответствующие формулы в аналитическом виде.

Разработаны методы расчета и оценки вероятностно-временных характеристик беспроводных сенсорных сетей (БСС) с учетом специфики их функционирования, в частности, подверженность отказам сенсоров и каналов связи, ограничение на количество транзитных узлов при передаче информации между сенсором и стоком.

Разработаны и исследованы алгоритмы точного расчета и оценивания различных показателей надежности сетей, в том числе и для случая с ограничением на диаметр сети.

Реализована модификация кумулятивного подхода к принятию решения о надёжности (ненадёжности) сети по отношению к заданному порогу, основанная на последовательном уточнении границ надежности для определенных подсетей исходной сети. Созданы программные средства и разработана методика имитационного моделирования процесса исполнения параллельных программ на гетерогенных вычислительных комплексах большой производительности. С использованием предложенных средств реализован ряд имитационных моделей вычислительных программ с целью исследования их масштабируемости на суперЭВМ будующих поколений. ( Лаборатория моделирования динамических процессов в информационных сетях)

2. Разработан и реализован метод эволюционного синтеза мате­матических моделей с нелинейными функциями, объединяющий преимущества генетических алгоритмов и генетического програм­мирования, основанный на эволюционных вычислениях, шаблонах алгоритмов и заданного множества экспериментальных данных.

Разработаны аналитический и эволюционный методы решения проблемы поиска семейств оптимальных графов в классах регулярных графов с параметрическим описанием. Оптималь­ность графа выражается в максимизации порядка и/или минимизации его диаметра.

Разработан аналитический метод поиска новых семейств оптимальных циркулянтных сетей.

Разработан комплекс программ сетевого планирования проектов. Предложены модели цело­численного программирования для решения календарных задач управления проектами.

Создана библиотека программ для решения широкого класса задач ма­тематического программирования. Для решения задач с линейными ограничениями реализован численно устойчивый алгоритм перепостроения матриц, обратных базисным. Алгоритм осно­вывается на новых стратегиях гауссовских исключений.

Созданы пакеты программ решения в параллельном режиме задач целочисленного линейного и квадратичного программирования. Разработанное программное обеспечение используется в Институте экономики и организа­ции промышленного производства СО РАН для решения следующих задач: прогнозирование развития регионов на основе оптимизационной межотраслевой модели; оптимизации развития опорной транспортной сети; оценки эффективности промышленных инвестиционных проектов. (Лаборатория системного моделирования)

3. Разработаны математические модели потоков в системах сетевой структуры, основанные на применении теории нестационарных S-гиперсетей, которая позволяет вычислять характеристики непрерывных и дискретных потоков в иерархических многоуровневых сетях, получать оптимальные решения для транспортных, коммуникационных и инженерных сетей на этапе проектирования региональных сетей связи

Разработан метод выявления аномального трафика в ip-сетях, основанный на последовательном статистическом анализе; реализован алгоритм оперативного обнаружения сетевых сканеров на инспектируемых участках сети и получены оценки его эффективности;

Исследована модель рынка процессорного времени в грид-системе, процессоры которой различаются скоростью и эксплуатационными затратами; в предположении, что для каждого задания известен его объем и бюджет, который совпадает с оценкой полезности, показано, что цены равновесия и равновесное распределение времени работы процессоров между заданиями можно получить из решения некоторой задачи линейного программирования;

Классифицированы микро-модели функционирования городских автотранспортных потоков; разработана модель клеточного автомата – объекта дорожного движения;

Для моделирования беспроводных сетей, разработаны генераторы псевдослучайных графов с заданными свойствами, характерными для структуры сенсорных сетей; предложены и реализованы алгоритмы решения задачи расстановки устройств сетевого мониторинга при условии ограничений на их стоимость;

Ежегодно проводятся международные азиатские школы-семинары «Проблемы оптимизации сложных систем»: с 2009 по 2017 гг.

Опубликованы три монографии по моделированию сетей связи и библиометрии;

В 2012 году Бредихин С.В. стал лауреатом премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники за создание информационно – телекоммуникационной инфраструктуры междисциплинарных научных исследований. (Лаборатория прикладных систем)