CC BY
40
4
АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ГЕТЕРОГЕННЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМАХ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
Басыров Александр Геннадьевич,
д.т.н., профессор, начальник кафедры информационно-вычислительных систем и сетей Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, alexanderbas@mail.ru
Максимов Владимир Андреевич,
адъюнкт кафедры информационно-вычислительных систем и сетей Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, falcon225@yandex.ru
АННОТАЦИЯ
Рассмотрена проблема повышения достоверности информации, обрабатываемой и хранимой в бортовой системе хранения данных космических аппаратов дистанционного зондирования земли, работающих в условиях повышенных нагрузок и рисков, а также обрабатывающих данные, имеющие критическую важность.
Предметом исследования являются системы хранения данных космических аппаратов дистанционного зондирования земли. В ходе исследования космический аппарат дистанционного зондирования земли рассматривается как информационная система. Рассмотрены вопросы повышения достоверности информации обрабатываемой в таких аппаратах. В основу механизма, обеспечивающего повышение достоверности, положен принцип обеспечения максимальной безошибочности как одного из основных свойств, обеспечивающих достоверность. Целью работы является разработка алгоритма управления процессами хранения информации в гетерогенных системах хранения данных информационных систем. Алгоритм управления хранения должен учитывать важность и актуальность хранимой информации для конечного потребителя, а также состояние системы в текущий момент времени. Результаты: Предложен подход к управлению процессами, происходящими в ходе хранения данных, в соответствии с жизненным циклом информации, учетом ее важности для потребителя, а также состоянием самой системы. Описан общий механизм хранения информации и алгоритм управления процессами хранения, обеспечивающий заданный уровень безошибочности. Наличие в системе хранения данных гетерогенных как по своей природе, так и характеристикам узлов допускает гибкое управление хранимыми данными, что позволяет уменьшить уровень информационной избыточности в системе, а также гибко регулировать эксплуатационные параметры системы. Управление системой подразумевает как физическое управление структурой системы, так и динамическое управление параметрами сетевого кодирования и репликацией хранимых данных.
Практическая значимость: представленный алгоритм при определенных доработках может быть применен к любой проектируемой системе хранения данных с учетом особенностей ее построения и функционирования. Преимущественным объектом для практического применения видятся системы хранения данных, работающие в неблагоприятных условиях, а также системы обрабатывающие и хранящие критически важную информацию. Алгоритм позволяет обеспечить либо заданный уровень безошибочности в системе, либо сохранность данных в зависимости от целей функционирования информационной системы в условиях деградации ее параметров.
Ключевые слова: информационные системы; система хранения данных; достоверность; безошибочность.
Для цитирования: Басыров А. Г., Максимов В. А. Алгоритм управления процессами хранения в гетерогенных распределенных системах хранения данных космических аппаратов дистанционного зондирования земли // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2017. Т. 9. № 2. С. 6-15.
6
www.h-es.ru
Введение
Современный этап развития космической техники характеризуется устойчивыми тенденциями к увеличению объемов данных, накапливаемых в процессе функционирования космических аппаратов, и к переносу процессов обработки этих данных с наземных комплексов обработки на борт. Данная информация может носить различный характер (телеметрическая, специальная, навигационная и т.д.), а также различную важность для потребителя (наземного комплекса управления, бортовых систем и пр.). Наибольшие объемы данных генерируются в результате работы целевой бортовой аппаратуры космических аппаратов дистанционного зондирования земли. При этом ее характеристики совершенствуются с каждым поколением и, как следствие, значительно растет объем данных, накапливаемый на борту. Однако, проблема безошибочного хранения на борту космического информации не ограничивается космическими аппаратами дистанционного зондирования. Так, ошибки, возникающие в процессе хранения командно-программной или навигационной информации могут привести к выходу из строя не только отдельных систем, но и космического аппарата в целом.
Переход на полупроводниковые технологии и достаточно продолжительная эксплуатация космических систем, позволила выявить ряд противоречий, в части касающейся системы хранения данных, требующих решения для успешного решения целевых задач.
1. В силу высокой производительности всех видов аппаратуры космических систем дистанционного зондирования, регистрируемые ей данные имеют большие объемы, что затрудняет их обработку и хранение. В то же время, возможности отечественных предприятий по производству запоминающих устройств, пригодных к использованию в условиях космоса, весьма ограничено. Как результат, например, значительно меньшая емкость системы хранения данных отечественных космических аппаратов (КА) по сравнению с зарубежными и неизбежное применение в них импортных микросхем памяти [1].
2. Одной из устойчивых тенденций на протяжении последних лет в области повышения оперативности получения информации является перенос решения ряда задач с наземного пункта приема и обработки информации на борт КА. Решение вопросов частичной или полной обработки данных на борту требует существенного увеличения объемов системы хранения данных, а также повышения безошибочности хранения данных на борту, так как любая ошибка в процессе обработки данных может внести значительные искажения и ошибки в результаты обработки. Это также вступает в противоречие с ограниченным объемом существующих систем хранения данных [2].
3. Требования, предъявляемые к существующим и перспективным космическим аппаратам в вопросах продления сроков активного существования и надежности функционирования, непрерывно растут. Однако, способы построения бортовой аппаратуры и в том числе систем хранения данных, устойчивых к продолжительному воздействию
факторов космического пространства, недостаточно разработаны [3].
4. Одним из неотъемлемых требований к информации является ее достоверность, которая неизбежно страдает от искажения и потери данных как передаваемых по высокоскоростным радиолиниям вследствие помех, так и в процессе хранения в системе хранения данных вследствие воздействия различных факторов космического пространства. Повышение безошибочности хранимых на борту данных, как составной части достоверности информации в целом, требует введения различных видов избыточности (информационной, аппаратной, временной), что не всегда приемлемо с точки зрения массо-габаритных ограничений.
Как один из перспективных вариантов построения системы хранения данных космических аппаратов предложен вариант построения на базе запоминающих устройств, основанных на различных физических принципах. Данные микросхемы (например, MRAM, FRAM, SONOM и др.) обладают существенными отличиями, как в физическом принципе хранения данных, так и с точки зрения архитектуры. Различные исследования, в том числе ряд натурных экспериментов, проведенных NASA показывают, что такие микросхемы обладают рядом преимуществ с точки зрения устойчивости функционирования и надежности хранения данных в условиях космоса, что делает их привлекательными для применения на борту космических аппаратах. Стоит отметить, что выбор одного определенного типа запоминающего устройства затруднен ввиду существенного различия их характеристик (например, обладая большей радиационной стойкостью, они обладают меньшими объемами хранимых данных и пр.).
При этом, данные хранимые в системе хранения данных космического аппарата обладают также различными атрибутами. Так, некоторые данные теряют актуальность по прошествии некоторого промежутка времени, а другим задается более высокий приоритет.
Однако на данный момент методы синтеза и управления гетерогенных систем хранения недостаточно разработаны. [4].
С целью разрешения возникающего противоречия между необходимостью надежного хранения больших объемов данных на борту и отсутствием на текущий момент разработанных методов и средств такого хранения предлагается использовать Алгоритм синтеза гетерогенной структуры системы хранения данных КА на этапе проектирования системы хранения данных А и Алгоритм управления хранением данных в гетерогенной структуре системы хранения данных перспективных КА в процессе ее функционирования с целью обеспечения устойчивого функционирования КА в целом и выполнения целевого предназначения космической системы.
В то же время, КА дистанционного зондирования земли являются прежде всего информационными системами. Руководящие документы, определяют термин информационная система как автоматизироованную систему, результатом функционирования которой является представление выходной информации для последующего использования.
На схеме (рис. 1) представлены свойства, определяющие состояние достоверности информации. Голубым цветом выделены свойства и понятия, затрагиваемые в данной работе.
Очевидно, что за истинность исходных данных и корректность обработки целевой информации в космическом аппарате дистанционного зондирования земли отвечает целевая аппаратура. Одним из способов повышения уровня достоверности является обеспечение безошибочности хранения информации в процессе ее хранения и передачи. Таким образом, очевидно, что одним из основных аспектов на пути повышения достоверности информации в целом, является разработка алгоритмов синтеза и управления системы хранения данных, обеспечивающей заданный уровень безошибочности хранения специальной информации [5].
Подход к построению гетерогенной системы
хранения данных
В общем случае подход к вопросу построения гетерогенной системы хранения данных (СХД) сводится к последовательному итерационному выполнению следующих этапов: анализ условий функционирования КА, анализ требований к СХД КА ДЗЗ, расчет состава модулей накопителя (МН) в соответствии с Моделью хранения данных [6], имитационное моделирование рассчитанной СХД при работе в соответствии с алгоритмом управления хранением данных, коррекция требований к СХД (при необходимости). Более подробно шаги методики описаны ниже.
1. Анализ условий функционирования КА (высота орбиты, вероятность воздействия тяжелых заряженных ча-
стиц (ТЗЧ) (PSEI, PSEI) и средний поток радиации (Л)), вероятность механического воздействия (PSEI).
2. Анализ доступной номенклатуры модулей накопителя.
M. = <Kj, Pj>, j
где K — контроллер модулей памятного типа;
P — страницы памяти, обслуживаемые контроллером j-ro типа.
Выборка из них типов МН, пригодных для использования в условиях воздействия неблагоприятных факторов космического пространства.
3. Анализ возможности применения средств дополнительной защиты. Составление вектора корректив параметров
< kM, kB, kSEI, kSU, к. к . >, M B' SEL SEU rd mi '
где kM— коэффициент увеличения массы МН в случае применения средств дополнительной защиты;
kB — коэффициент увеличения габаритов МН в случае применения средств дополнительной ащиты;
kSEI — коэффициент уменьшения влияния SEI — эффектов на МН в случае применения средств дополнительной защиты;
kSEU — коэффициент уменьшения влияния SEU— эффектов на МН в случае применения средств дополнительной защиты;
kd — коэффициент уменьшения накапливаемой дозы МН в случае применения средств дополнительной защиты;
km¡ — коэффициент уменьшения влияния механического воздействия в случае применения средств дополнительной защиты.
Достоверность информации - свойство информации отражать реальное или оцениваемое состояние объектов и процессов прикладной области информационной системы со степенью приближения, обеспечивающей эффективное использование этой информации согласно
целевому назначению системы.
■ ■ определяется:
Истинностью исходных данных
Корректностью обработки
Она достигается
Безошибочностью при хранении и передачи информации
Сохранением ее актуальности на
момент использования
Введением информационной избыточности
Применение помехоустойчивого и других видов кодирования при передаче и хранении информации
Применение различных видов репликации при хранении данных
Обеспечением заданного уровня надежности аппаратуры
Применение аппаратной избыточности
Применение других способов повышения надежности
Применение специальной элементной базы с повышенными показателями надежности
Рис. 1. Достоверность информации и способы ее достижения
4. Расчет параметров надежности PJ для каждой разновидности МН и составление вектора эксплуатационных для каждой разновидности МН:
KM = <EJ, TJ, В, M, V, P J, PJ, PEUJ, C J, Rd J,
w SEL SEU max max
P J, k.j, KJ, к J, к J, к J>,
mi M SEL SEU rd mi
где: EJ — энергопотребление_/-м типом МН;
T — максимальное номинальное время доступа к J-му типу МН;
В — объем, занимаемый_/-м типом МН;
M — масса/'-го типа МН;
V — максимальный объем данных, который может хранить/'-й тип МН;
PJ—вероятность безотказной работы для/'-го типа МН;
PSEl — вероятность возникновения SEL — эффектов для^'-го типа МН;
PSEu — вероятность возникновения SEU — эффектов для^'-го типа МН;
C ' — максимальное количество циклов чтение /
max
запись для^'-го типа МН;
Rdm¡J — максимальная накопленная доза радиации для J-ro типа МН;
Pmj — вероятность возникновения сбоев/отказов при механическом воздействии ограниченной силы на МН.
5. Анализ технических требований к СХД КА ДЗЗ в соответствии с его функциональным предназначением и формирование ограничений на параметры системы:
Edem, Tdem, Bdem, ^^dem, Vdem,Pdem.
6. Задание предполагаемого срока активного существования для KA — TAF
7. Задание первоначальных параметров помехоустойчивого и сетевого кодирования — р., а
8. Выбор первоначального правила распределения (ю) блоков информации по блокам СХД в соответствии предполагаемой важностью информации (W).
9. Расчет состава модулей накопителя (МН). Данный этап выполняется в соответствии с методологическими основами внешнего проектирования целеустремленных систем [7]. В качестве такой системы выступает СХД. Основной целевой функцией является вероятность безошибочного хранения данных (Pel)b течении некоторого среднего директивного промежутка времени т. На данном шаге определяются количество и типы МН, предполагаемые для использования в системе. Расчет происходит путем решения задачи математического программирования. Ищутся такие варианты MHJ их число п., доставляющие максимум функции безошибочности PL и при этом удовлетворяющие критерию пригодности:
Es<Eem,V T^^B^dm^Ms<Mdmn^ K>^PEL.S^EL¿
10. Проводится имитационное моделирование функционирования системы с рассчитанными параметрами в соответствии с Моделью хранения данных. Производится
анализ выполнения требования РЕ1Б >РЕ1В для различных условий, в том числе для предельных ситуаций: функционирование за пределами срока активного существования, хранение информации сверх директивного времени хранения т, и длительного отсутствия сеансов сброса информации (переполнение СХД).
По результатам этапа 10 проводится принятие решение о пригодности СХД для применения с учетом особенностей разрабатываемого КА ДЗЗ. В случае принятия положительного решения, рассчитанные параметры СХД служат основой для технического проектирования СХД. В случае отрицательного решения проводится коррекция исходных данных (корректируются требования к СХД, либо требуемая вероятность безошибочности хранения РЕ1В).
Общая схема хранения данных в гетерогенной структуре системы хранения данных
В общем случае процесс сохранения информации в СХД можно описать следующим образом (рис. 2):
В результате функционирования информационной системы КА ДЗЗ происходит генерация определенной информации !п.
Информация 1п обладает свойствами: Уп — объем информации, — функция важности данной информации для потребителя (задается в ходе выдачи задания на информационной системе на сбор и обработку данных). Очевидно, что различные задания будут иметь различную степень важности для потребителя.
Кроме того, в зависимости от первоначальной важности для наземного пункта приема и управления (НППОИ), актуальность данной информации для потребителя также будет меняться (убывать) с различной скоростью для различных объектов. В общем виде функция важности представляет собой монотонно убывающую функцию в пределах [0, 1]. Вид данной функции, а также ее начальное значение задаются потребителем (либо некоторой системой управления по запросу от потребителя) в ходе выдачи задания на проведение сбора и обработки информации.
На основании начального значения функции №"({0) управляющее устройство (УУ) СХД рассчитывает требования по безошибочности хранения информации О" в течении директивного срока т" Требования по безошибочности хранения представляют собой вероятность того, что в течении директивного срока хранения т" в хранимых данных будут отсутствовать ошибки.
Директивной срок хранения т" зависит от начального значения функции а также от режима функциони-
рования СХД У. Режим функционирования СХД зависит от условий обстановки. В случае, если система работает в неблагоприятных условиях (чрезвычайные ситуации, непредусмотренные отказы и сбои в системе, недоступность отдельных узлов) директивный срок хранения т" может быть увеличен, и, соответственно, изменится и О".
Таким образом, и-й набор данных, поступивший в систему можно описать вектором параметров:
Рис. 2. Процесс сохранения информации в СХД КА ДЗЗ
/ = <к", V", Щ", 0">, где к"— число блоков, на которые разбит и-й набор;
Ук"— объем блока данных п-го набора;
Щ" — функция важности результатов и-го сеанса;
О" — заданные требования по безошибочности хранения результатов работы СА.
УУ СХД КА ДЗЗ с установленной периодичностью, а также при поступлении в систему новой информации осуществляет функциональный контроль.
В результате проведения функционального контроля и данных о предыдущем состоянии системы для каждого модуля накопителя формируется вектор состояния МН:
да = < КК' К К' КР', V', к™'Шт'П>,
Е Т ™ га АР ' -1 '
где: К и— нормированный показатель энергопотребления '-го узла'-го типа;
КТ' — нормированный показатель времени доступа к/'-му узлу'-го типа;
К''— нормированный показатель циклов чтения/запи-си/'-го узла'-го типа;
Ка' — нормированный показатель поглощённой дозы т'-го узла'-го типа;
Кр — нормированный показатель активной работы т'-го узла'-го типа;
У' — объем '-го узла'-го типа (с учетом модулей накопителя (МН));
к^'Щ™'- количество блоков данных предыдущих наборов данных, с соответствующим им показателями важности.
Также для дальнейшего удобства описания алгоритма введем показатель С'= кп''\Щт'¥кк"— общий занятый объем МН СХД.
В общем случае управление жизненным циклом информации (всех т наборов данных), хранимой в СХД осуществляется на основании соответствующих значения функции Щт(1), заданных требований по безошибочности О", а также состояния СХД Ж''. Под жизненным циклом здесь понимается: поступление информации в систему, первоначальное размещение ее в структуре СХД, перераспределение информации по СХД в ходе ее хранения (в случае возникновения такой необходимости), а также стирание ее из СХД
10
www.h-es.ru
(после выдачи потребителю или после утери актуальности (снижения функции важности ниже О"т[п)-
После поступлении в буферное устройство системы хранения данных, расчета управляющим устройством требований по безошибочности и оценки состояния системы, выполняются следующие операции.
Информация ¡п(Щ") подвергается преобразованию (блоковое помехоустойчивое кодирование) с пара-
метрами (п , к, а^ а, у) в результате чего вводится информационная избыточность (I = 1+1, позволяющая восстанавливать исходную информацию 1п в случае утери одного или нескольких блоков информации.
Информация 1 = 1+1 подвергается преобразованию (линейное помехоустойчивое кодирование) с пара-
метрами (п , к, а2) в результате чего вводится избыточность 1 = 1+ 11,1' = ¡0(п) + 11(ж)+ 12(п), позволяющая исправлять ошибки, вызванные ошибками в каналах связи и одиночными сбоями в ячейках памяти (ЯП). При этом параметры кодирования ^(я), выбираются исходя из приоритета ж поступающей информации и текущего состояния СХД (в частности доступного объема свободной памяти и параметров надежности элементов).
Информация / (Щ) подвергается распределению ю1 по структуре (и блоков по / модулям'-го типа) в соответствии с правилом g1.
Далее и блоков, поступивших на модуль накопителя (МН) т.. подвергаются распределению ю2 по страницам МН Р МН т.. в соответствии с правилом g2.
Параметры распределения СИ по МН и ЯП выбираются исходя из приоритета ж поступающей информации и текущего состояния СХД (в частности доступного объема свободной памяти и параметров надежности элементов).
При проведении сеанса связи с наземным комплексом управления (ЛАКУ) хранимая информация выдается в канал «борт-земля». При этом на выходе СХД существует возможность искажения битов целевой информации, вызванная неустранимыми искажениями исходной информации при хранении в СХД.
Таким образом, предложенный подход позволяет провести дальнейшую детальную проработку моделей СХД и модели процесса хранения данных в СХД.
В условиях штатного функционирования (своевременной выдачи информации потребителю, корректная работа аппаратуры передачи данных, отсутствие сбоев и отказов в аппаратуре СХД) данные кодируются и размещаются таким образом, чтобы их безошибочность была не ниже требуемой (РЕ1 > О"), определяемой УУ СХД. Однако в случае возникновения особых условий (например, длительной недоступности НС для потребителей и переполнения СХД, либо отказа части узлов СХД в результате чрезвычайной ситуации) возникает необходимость с одной стороны обеспечить надежное хранение результатов работы ПС, а с другой стороны уместить данные в имеющийся объем СХД. В таких ситуациях алгоритмом предусмотрено снижение требований к безошибочности информации и, как следствие, снижение занимаемого объ-
ема СХД (за счет уменьшения информационной избыточности: уменьшение длинны кодов и снижения степени репликации). При этом обеспечение безошибочного хранения наиболее важных результатов работы ПС возможно за счет их размещения в узлах СХД с потенциально максимальным ресурсом надежности. При этом в условиях критической нехватки объема СХД происходит стирание СП, ценность которой наименьшая для НППОИ и за счет высвободившегося объема происходит обеспечение безошибочности хранения более важной СИ.
Алгоритм управления процессами хранения
в гетерогенных распределенных системах хранения
данных информационных систем и сетей
Алгоритм управления процессами хранения в гетерогенных распределенных системах хранения данных (рис. 3) и (рис. 4) функционирует в соответствии с представленным ниже описанием.
Шаг 1. В информационную систему поступает новая информация (введенная пользователями, полученная от внешних датчиков или каким-либо другим образом).
Шаг 2. Управляющее устройство (УУ) системы хранения данных осуществляет внеочередной функциональный контроль.
Шаг 3. Производится составление вектора параметров состояния СХД ^ =<К' КК К!', КР', V', ЩЩ >.
^^ Е Т т га АР
Шаг 4. Осуществляется контроль показателей К' В случае выхода параметров энергопотребления узла за установленные пределы (КЕ'> 1), осуществляется переход к шагу 5. Иначе — переход к шагу 7.
Шаг 5. Проводится перераспределение содержимого узла с параметрами энергопотребления, превышающими установленные (для КЕТ'> 1) по другим узлам с учетом показателя важности хранимой информации Щ™'' и состоянием узлов
Шаг 6. Выдача команды на выключение узла СХД из работы.
Шаг 7. Осуществляется контроль показателей К' В случае превышения времени доступа к одному из узлов (сбой или отказ в работе узла или сбой/отказ в устройстве передачи данных узла) (КТ'>1), осуществляется переход к шагу 8. Иначе — переход к шагу 11.
Шаг 8. Проводится поиск МН Р''кдля которой К'^Х.
Шаг 9. Перераспределение содержимого МН Р''к по другим узлам с учетом показателя важности хранимой информации Р''к и их состоянием БЗ'. В случае невозможности чтения содержимого МН Р''к производится восстановление утерянных блоков к]к, принадлежащих странице Р''к с помощью блоковых кодов и перераспределение этих блоков по другим узлам СХД с учетом показателя важности хранимой информации Щ™'' и их состоянием
Шаг 10. Выдача команды контроллеру узла на выключение МН из работы.
Шаг 11. Производится расчет ценности полученной информации (расчет ценности осуществляется исходя из правила Щ"в момент поступления информации в СХД).
Рис. 3. Алгоритм управления процессами хранения (начало)
Шаг 12. При поступлении от БСК новой информации производится начальное задание требований к безошибочности СИ О" на основе важности информации Ш" текущих условий обстановки У.
Шаг 13.В соответствии с заданными требованиями по безошибочности информации О" УУ СХД рассчитывает параметры кодирования и параметры восстанавливающего кодирования с" для обеспечения вероятности безошибочности РЕ1" > О".
Шаг 14. Производится расчет планируемого распределения ю" по страницам модулей накопителей для обеспечения вероятности безошибочности РЕ" > О".
Шаг 15. Производится оценка доступного объема СХД. Если доступный объем СХД позволяет разместить информацию в СХД с планируемыми параметрами кодирования
с" и распределением ю", то осуществляется переход к шагу 25. Если нет — переходим к шагу 16.
Шаг 16. Осуществляется расчёт важности Штдля всех наборов данных т на текущий момент времени I.
Шаг 17. Поочередное сравнение важности вновь поступившей информации с важностью каждого из наборов данных, хранимых в системе. В случае если важность вновь поступивших данных больше важности набора данных, осуществляется переход к шагу 19. Иначе — к шагу 18.
Шаг 18. Снижение требований к безошибочности вновь поступившей информации и переход к шагу 13 с учетом этих требований.
Шаг 19. Расчет требований к безошибочности информации От т-го сеанса (Ш>Жт) с учетом рассчитанной на шаге 16 важности Шт. Расчет параметров кодирования ат и распределение ют для обеспечения вероятности безошибочности РЕ1т > Ош.
Шаг 20. Расчет вероятности безошибочности РЕ™ с учетом параметров, рассчитанных на шаге 19.
Шаг 21. Вероятность безошибочности РЕ™ больше требований по безошибочности О" и объем СХД позволяет произвести запись вновь поступившей информации с параметрами с", ю"и информации т-го сеанса с параметрами \хт, с", ют. Если да, то переходим к шагу 22. Если нет — к шагу 23.
Шаг 22. Производится перезапись информации 1т с параметрами ^т, от,юти информации 1п с параметрами у?, а", ю".
Шаг 23. Производится снижение требований к безошибочности хранения СИ О" и О". Переход к шагу 13.
Шаг 24. Производится запись информации 1п с параметрами с", ю"
Шаг 25. Проведение внеочередного функционального контроля. В случае выхода параметров за пределы нормы переход к шагу 4.
Шаг 26. Расчет вероятности безошибочности для всех наборов данных РЕ™. Проверка удовлетворения неравенства РЕт4 > О"'1. Если условие выполняется, переход к шагу 27. Если нет — кшагу 19.
Шаг 27. Переход СХД в режим ожидания новой информации из информационной системы с проведением периодического функционального контроля.
Рис. 4. Алгоритм управления процессами хранения (продолжение)
Заключение
Предложенный подход к обеспечению заданного уровня безошибочности информации, хранимой в СХД КА ДЗЗ как информационных системах позволяет гибко управлять процессами хранения и их параметрами (параметрами кодирования и размещения блоков данных по узлам системы), а также непосредственно состоянием системы хранения данных в условиях ее деградации (старение входящих в состав системы структурных элементов, их сбои и отказы). При этом учитывается начальная важность поступившей в систему информации, ее актуальность в текущий момент времени, а также непосредственно состояние СХД и условия в которых осуществляются процессы сбора и хранения информации. Результаты проведенного моделирования показывают, что применение алгоритма в совокупности с использованием показателя важности информации позволяет повысить безошибочность хранения информации, наиболее важной для потребителя в среднем на 5-9% по сравнению с «плоским» хранением (в случае когда вся информация имеет одинаковое значение важности и распределяется по системе с одинаковыми параметрами распределения и кодирования). Приведенные цифры приведены для гомогенной системы хранения данных на которой производились расчёты. В случае применения гетерогенной системы, эти цифры будут выше вследствие значительного преимущества характеристик некоторых микросхем памяти для космического применения по сравнению с испытуемыми FLASH накопителями. Однако, здесь становятся критически важными такие параметры, как массо-габаритные, энергетические и прочие показатели, которые необходимо учитывать на этапе синтеза системы хранения данных.
Литература
1. ПетровА.Г., УлановаА.В., ЧумакоеА.И., Васильев А. Л. Исследования потери информации в микросхемах флэш-памяти в активном и пассивном режимах при ионизирующем воздействии // Тезисы докладов 17 научно-технической конференции по радиационной стойкости электронных систем «Стойкость-2014» (Москва, 3-4 июня 2014). М.: Научно-исследовательский институт приборов, 2014. С. 175-176.
2. Савиных В. П. Оптико-электронные системы дистанционного зондирования. М.: Недра, 1996. 315 с.
3. Концепция развития российской космической системы дистанционного зондирования земли на период до 2025 года. М.: Федеральное космическое агентство, 2006. 72 с.
4. Захаров И.В., КремезГ.В., МаксимовВ.А.Построе-ние распределенных запоминающих устройств бортовых вычислительных систем космических аппаратов дистанционного зондирования земли II Труды военно-космической академии имени А. Ф. Можайского. 2016. № 652. С. 160-166.
5. Гончаренко В. А., ДудкинА.С., МаксимовВ.А. Обоснование производительности вычислительных систем при решении группы неоднородных задач II Естественные и технические науки. 2016. № 8 (98). С. 79-81.
6. Максимов В.А., ДудкинА.С. Подход к формированию модели системы хранения данных в перспективных космических аппаратах дистанционного зондирования земли II Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 10 (52). Ч. 2. С. 82-85.
7. Петухов Г. Б., ЯкунинВ.И. Методологические основы внешнего проектирования целенаправленных процессов и целеустремленных систем. М.: АСТ, 2006. 502 с.
I*
С
ALGORITHM OF INFORMATION STORAGE MANAGEMENT IN HETEROGENEOUS DATA STORAGE SYSTEMS FOR PROSPECTIVE SPACE PROBES
Alexander G. Basyrov,
Saint-Petersburg, Russia, alexanderbas@mail.ru
Vladimir A. Maksimov,
Saint-Petersburg, Russia, falcon225@yandex.ru
ABSTRACT
In article considered problem of onboard information accuracy increasing for storage system operating in various conditions.
The subjects of research are onboard storage systems for Earth monitoring probes. In article earth monitoring probes presented as information system. Considered aspects of information accuracy and correctness increasing. Increasing of information correctness leads to information accuracy. Target of article is research of algorithm of information storage management in heterogeneous data storage systems for prospective space probes. Algorithm should take in to account significant and relevance of stored information and condition of data storage system.
As result proposed approach to management of information storage according to information lifetime cycle. Described mechanic of data storage that maintain demanded level of correctness. Existing in data storage system heterogeneous nodes allows flexible management of stored data that leads to decreasing of information redundancy in system. Management of storage means management of system structure and dynamic management of network coding settings. Importance of practical usage is that Algorithm with some modifications may be applied to any prospective data storage system, that works in adverse conditions. Main objects for algorithm application seems data storage systems with critical information. Algorithm allows to maintain data correctness in condition of system degradation.
Keywords: information systems; data storage system; data accuracy; data correctness.
References
1. Petrov A. G., Ulanova A. V., Chimakov A. I. Issledovanija poteri informacii v mikroshemah fljesh-pam-jati v aktivnom i passivnom rezhimah pri ionizirujushhem vozdejstvii [Research of information loss in FLASH during ionizing in active and passive modes] Tezisy dokladov 17 nauchno-tehnicheskoj konfer-encii po radiacionnoj stojkosti jelektronnyh sistem "Stojkost'-2014" [The collection of reports of scien-tifictechnical conference "Electronic systems radiation resistance", Moscow, June 3-4, 2014]. Moscow: Nauchno-issledovatel'skij institut priborov Publ., 2014. Pp. 175-176. (In Russian)
2. Savinyh V. P. Optiko-jelektronnye sistemy distancionnogo zondirovanija. [Optic and electronic Earth monitoring systems]. Moscow: Nedra, 1996. 315 p. (In Russian)
3. Koncepcija razvitija rossijskoj kosmicheskoj sistemy distancionnogo zondirovanija zemli na period do 2025 goda [Concept of Russian space Earth monitoring systems development till 2025]. Moscow: Federal'noe kosmicheskoe agentstvo, 2006. 72 p. (In Russian)
4. Zaharov I. V., Kremez G. V., Maksimov V. A. Postroenie raspredelennyh zapominajushhih ustrojstv bortovyh vychislitel'nyh sistem kosmicheskih apparatov distancionnogo zondirovanija zemli [Building of distributed onboard data storage systems for space earth monitoring probes] Trudy voen-no-kosmicheskoi akademii imeni A. F. Mozhaiskogo [Proc. of the Military Space academy named after A. F. Mozhaisky]. 2016. No. 652. Pp. 160-166.
5. Goncharenko V. A., Dudkin A.S, Maksimov V. A. Perfomance Substantial of Computing Systems at the decision of a group of heterogeneous tasks. Natural and technical Sciences. 2016. No. 8 (98). Pp. 79-81. (In Russian)
6. Dudkin A. S, Maksimov V. A. The approach to earth remote sensing spacecrafts storage system model creation. International research journal. 2016. No. 10 (52). Vol. 2. Pp. 82-85. (In Russian)
7. Petuhov G. B., Yakunin V. I. Metodologicheskie osnovy vneshnego proektirovanija celenapravlen-nyh processov i celeustremlennyh sistem [Methodological bases of target-aimed processes and target-aimed systems processes]. Moscow: AST, 2006. 502 p. (In Russian)
Information about authors:
Basyrov A. G., PhD, Full Professor, Chief of Department of Information Systems and Networks of Military Space Academy.
Maksimov V. A. postgraduate student at the Department of Department of Information Systems and Networks of Military Space Academy.
For citation: Basyrov A. G., Maksimov V. A., Algorithm of Information Storage Management in Heterogeneous Data Storage Systems for Prospective Space Probes. H&ES Research. 2017. Vol. 9. No. 2. Pp. 6-15. (In Russian)
