CC BY
5
3. Синельников Э.Г., Давидчук В.А., Девяткина Т.Ю. Методика проведения экспериментальных исследований кинетического воздействия малоразмерных твердых частиц на полимерные материалы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 2. С. 649-655.
4. Толкачев В.Ф., Жейков В.В. Разрушение конструкционных материалов и композитов при высокоскоростном соударении // Вестник ТГУ. 2013. № 4. Т. 18. С. 1741-1742.
5. Давидчук В.А. Методика проведения испытаний на растяжение изделий, изготовленных при помощи аддитивной технологии // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 6. С. 233-238.
Давидчук Виктор Александрович, начальник лаборатории, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Михайлов Владимир Алексеевич, младший научный сотрудник лаборатории, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского
ALGORITHM FOR CALCULATION OF THE IMPACT OF SOLID PARTICLES ON THE STRUCTURAL
ELEMENTS OF A SPACE VEHICLE
V.A. Davidchuk, V.A. Mikhailov
The paper presents an algorithm for calculating the impact of solid particles on the structural elements of an aircraft, taking into account the mechanical characteristics of the material and the geometric parameters of the solid particles of the test material. The conditions under which the destruction of the material occurs are described. Comparison of analytical and experimental results is carried out.
Key words: algorithm, polymer materials, mathematical model, impact, mechanical properties, pressure distribution.
Davidchuk Viktor Alexandrovich, head of laboratory, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Mikhailov Vladimir Alekseevich, junior researcher, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky
УДК 654.07
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-373-381
МЕТОДИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЛОЖНОГО ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО ОБЪЕКТА
О.А. Остроумов, Е.В. Вершенник, О.М. Лепешкин, С.П. Тесля
В статье представлена методика обеспечения устойчивого функционирования сложного программно-аппаратного объекта. В процессе работы сложные объекты и их элементы выполняют определенный и фиксированный набор функций, при этом из-за воздействия различных факторов может происходить нарушение функционирования или появление новых не декларируемых функций. Предложенная методика направлена на оценку качества выполнения функций сложного программно-аппаратного объекта, выявление нарушенных и/или новых не декларируемых функций, и обеспечение выполнения нарушенных функций и устранения не декларируемых функций, что позволит в режиме реального времени обеспечить функционирование сложного программно-аппаратного объекта.
Ключевые слова: устойчивость, программно-аппаратный объект, функции, нарушение функционирования, восстановление, блокирование.
Ускоренные темпы научно-технического прогресса, повышение объемов производства, значительное увеличение доли организаций, имеющих территориально распределенную структуру, усложнение межпроизводственных связей, автоматизация процессов управления в системах различного назначения привели к существенному возрастанию роли информационно-телекоммуникационных сетей в различных сферах деятельности человека, что обусловливается, в первую очередь, возложенной на них и их элементы функциональной нагрузкой, определяемой требуемым количеством выполняемых ими функций и задач. Оказание телекоммуникационных услуг зависит от устойчивого функционирования как самих сетей, так и сложных программно-аппаратных объектов (СПАО), входящих в них. Такие объекты подвержены постоянному воздействию различных дестабилизирующих факторов, внутреннего
373
и внешнего характера, приводящих к нарушению фракционирования СПАО. Кроме того, длительная эксплуатация, ошибки в системе, преднамеренные воздействия злоумышленников могут приводить к появлению новых функций СПАО, не характерных для них, которые также могут привести к снижению устойчивости функционирования информационно-телекоммуникационной сети. Таким образом, возникает противоречие между потребностями потребителей в качественных инфокоммуникационных услугах и возможностями их предоставления в любых условиях изменяющейся обстановки.
Данное противоречие обуславливает существование актуальной научной задачи, заключающейся в обеспечении устойчивого функционирования сетей связи и их элементов, т.е. своевременного и качественного выполнения требуемого перечня всех функций, на решение которой направлена представленная в статье методика.
Суть методики заключается в выявлении нарушенных, а также новых не декларированных функций СПАО, определении перечня элементов, участвующих в выполнении данных функций, ранжировании элементов и последовательном восстановлении их программного обеспечения (ПО) в целях восстановления.
Показателем эффективности является вероятность своевременного выполнения требуемого перечня функций СПАО PF (Fem > Fnve6|tF < tF треб ), на требуемом временном интервале îfтреб. Вводимые ограничения:
рассматриваемая информационно-телекоммуникационная сеть состоит из множества СПАО; каждый СПАО представляет собой совокупность программных, программно-аппаратных элементов;
процесс функционирования любого СПАО определяется выполнением им определенного (требуемого) перечня функций;
все эталонное ПО СПАО имеется в наличии.
Принято допущение: объема памяти базы данных достаточно для хранения эталонов ПО СПАО и его элементов [1].
Исходными данными в методике являются:
состав информационно-телекоммуникационной сети (ИТКС), включающий G узлов и L линий, и структура в виде графа R = (G, L);
множество СПАО находящихся на узлах ИТКС O = {Oi, O2, ..., Oo}; множество элементов каждого СПАО находящегося на узлах ИТКС So = {So1, So2, ..., Soc}; множество функций каждого СПАО находящегося на узлах ИТКС Fo = {Foi, F02, ..., Fq\, требования к процессу функционирования СПАО, характеризующие качество и сроки выполнения его функций.
Критерием вероятности своевременного выполнения требуемого перечня функций СПАО на требуемом временном интервале являются нормативные значения требований руководящих документов, регламентирующих вопросы устойчивости функционирования сетей связи [2-7].
Используемые методы: методы теории графов; методы теории вероятности, методы теории множеств.
Описание методики. Рассмотрим работу методики, основные элементы которой представлены блок-схемой (рис. 1, 2, 3).
В блоке 1 формируют исходные данные, включающие:
количество функций, реализуемых сложным программно-аппаратным объектом, периодичность выполнения и время реализации каждой функции, реализуемой сложным программно-аппаратным объектом;
эталонный набор значений параметров качества каждой функции, реализуемой в сложном программно-аппаратном объекте;
набор значений допустимого отклонения параметров качества каждой функции, реализуемой в
СПАО.
В блоках 2 и 3 формируют базу данных на ЭВМ и записывают в нее исходные данные. В блоке 4 настраивают СПАО.
В блоках 5 и 6 формируют эталонные образы всего программного обеспечения каждого элемента сложного программно-аппаратного объекта и записывают их в базу данных, находящуюся на переносном носителе информации и на ЭВМ [8].
В блоке 7 определяют последовательность задействования элементов для реализации каждой функции СПАО.
В блоке 8 определяют значимость каждой функции, реализуемой СПАО для него. В блоке 9 ранжируют функции САПО по значимости для САПО [9].
В блоке 10 определяют значимость каждого элемента САПО, участвующих в реализации j-ой функции, для функций [10, 11] и в блоке 11 ранжируют элементы СПАО по значимости для каждой реализуемой функции.
В блоке 12 на основе сформированной последовательности задействования элементов для реализации каждой функции СПАО задают последовательность снятия образов с элементов СПАО (эталонных значений ПО).
В блоке 13 определяют периодичность контроля качества выполнения функций САПО [12, 13].
В процессе функционирования информационно-телекоммуникационной сети и ее элементов, представляющих собой СПАО, в блоке 15 определяют оптимальную периодичность записи эталонного образа с элементов СПАО на переносной носитель информации и на ЭВМ [1].
Перед записью эталонного образа с элементов СПАО в блоке 16 проверяют отсутствие заражения вредоносным ПО эталонных образов элементов САПО, а после проверки и отсутствии вредоносного ПО в блоке 17 с определенной периодичностью и на основе заданной последовательности снимают эталонные образы всего ПО каждого элемента сложного программно-аппаратного объекта и сохраняют их в базу данных на переносной носитель информации и на ЭВМ.
Рис. 1. Блок схема методики обеспечения устойчивого функционирования сложного программно-аппаратного объекта (начало)
Также в процессе функционирования системы (сети) связи в блоке 18 осуществляют контроль качества выполнения функций, путем измерения заданных параметров.
В блоке 19 выявляют нарушение функционирования СПАО, обусловленные воздействием вредоносного ПО на его программное обеспечение, выражающееся в прекращении выполнения функции СПАО (блок 22), нарушении выполнения функции СПАО (блок 23) и появлении новой функции СПАО (блок 39).
программно-аппаратного объекта (продолжение)
376
В блоке 20 выявляют функции сложного программно-аппаратного объекта, которые не выполняются, путем сравнения измеренных и заданных значений параметров, характеризующих выполнение каждой j-ой функции.
В блоке 21 для каждой не выполняющейся ьй функции, / = 1, 2, ... I, где I — количество не выполняющихся функции сложного программно-аппаратного объекта, определяют элементы сложного программно-аппаратного объекта, участвующие в ее реализации.
В блоке 22 выявляют нарушенные функции сложного программно-аппаратного объекта путем сравнения измеренных и заданных значений параметров, характеризующих выполнение каждой /-ой функции.
В блоке 23 оценивают качество выполнения нарушенной функции, для чего в блоке 24 сравнивают значения отклонения параметров качества каждой нарушенной функции, реализуемой в СПАО, с заданным допустимым значением. Если значения отклонения параметров качества каждой функции, реализуемой в нем, меньше заданных допустимых, то продолжают контроль его функционирования, иначе для каждой нарушенной к-й функции определяют элементы СПАО, участвующие в ее реализации (блок 25).
После этого в блоке 26 определяют элементы СПАО, участвующие в реализации более чем одной нарушенной или не выполняющейся функции и в блоке 27 ранжируют их по значимости для СПАО, исходя из количества функций, для реализации которых они используются [9, 10, 11].
В блоке 28 в зависимости от ранга последовательно блокируют, а в блоке 29 восстанавливают ПО таких элементов.
В блоке 30 проверяют восстановление функций, в реализации которых участвовали элементы у которых уже восстановлено ПО. Если функции не восстановлены, то переходят к восстановлению следующего элемента, их реализующего (блоки 31 и 32) и повторяют действия по восстановлению ПО.
Если функция восстановлена, переходят к восстановлению следующей нарушенной или не выполняющейся функции (блоки 33 и 34, 35 и 36).
Под восстановлением понимается перезагрузка ПО элемента СПАО, использование предыдущей сохраненной копии ПО элемента или полная переустановка и настройка ПО элемента в соответствии с его задачами в СПАО и функциями, для реализации выполнения которых он используется.
Если в процессе функционирования системы (сети) связи выявляют новые появившиеся функции СПАО (блок 37) [14], то в блоке 38 определяют элементы САПО, которые участвуют в реализации новой появившейся 5-й функции, 5 =1,2, ..., 5".
В блоке 39 оценивают количество новых появившихся функций. При наличии только одной новой появившейся функции переходят к блоку 49. Если количество новых появившихся функций больше одной, то переходят к блоку 40.
В блоке 49 определяют элементы СПАО, которые участвуют в реализации новой появившейся 5-й функции, 5 =1,2, ..., 5, и других функций САПО.
В блоке 40, когда количество новых появившихся функций больше одной, проверяют наличие элементов СПАО, участвующих в реализации более чем одной функции. Если таких элементов нет, то переходят к блоку 49. Если такие элементы есть, то к блоку 41.
В блоке 41 ранжируют элементы СПАО, участвующие в реализации более чем одной новой функции, в зависимости от количества новых появившихся функций, в реализации которых они участвуют.
В блоках 42 и 50 в зависимости от ранга последовательно блокируют, а в блоках 43 и 51 восстанавливают ПО элементов, участвующих в реализации новых функций.
В блоках 44 и 52 проверяют устранение новых функций, в реализации которых участвовали элементы, у которых уже восстановлено ПО. Если функции не устранены, то переходят к следующему элементу, их реализующему (блоки 45 и 46, 53 и 54) и повторяют действия по восстановлению ПО.
Если функция устранена, переходят к устранению следующей новой появившейся функции (блоки 47 и 48, 55 и 56).
После восстановления всех нарушенных, не выполняющихся функций и устранения новых появившихся функций продолжают контроль качества выполнения функций.
Контроль, восстановление и обеспечение функционирования всех СПАО в системе (сети) связи осуществляется в течении времени его функционирования (блок 57).
Оценка эффективности. Эффективность своевременности восстановления работоспособности СПАО при нарушении его функционирования определяется возможностью выделения элементов объекта, которые участвуют в выполнении одной или нескольких нарушенных функций, а также появившихся не декларированных функций с последующим восстановлением их ПО.
Известные способы обеспечения устойчивости функционирования сложных объектов [12-14, 15] направлены на восстановление ПО всех элементов, входящих в состав такого объекта, при этом среднее время восстановления работоспособности объекта определяется как сумма времени переустановки программного обеспечения всех элементов СПАО, времени настройки сложного программно-
аппаратного объекта, времени ввода исходных данных, времени моделирования функционирования СПАО, времени корректировки периодичности контроля, времени загрузки промежуточных результатов из базы данных и времени расчета:
М N
Твост раб1 ^^ ¿ПО] + пиастр + ¿мод+ ¿кор + ¿загр + ¿расч
]=1 i =1
Рис. 3. Блок схема методики обеспечения устойчивого функционирования сложного программно-аппаратного объекта (окончание)
Предложенный в методике подход позволяет сократить время восстановления работоспособности СПАО, в первую очередь, за счет ранжирования элементов, выявления элементов, участвующих в выполнении нескольких функций, которые нарушены или не выполняются. При этом, среднее время восстановления работоспособности СПАО определяется как сумма времени выявления элементов, участвующих в реализации более двух функций, ранжировании их по значимости, времени восстановления (перезапуска ПО, переустановки ПО) программного обеспечения и времени расчета:
М N
Твост раб2 ^^ ¿ПО] + ¿ранж + ¿расч.
]=1 i =1
На основании представленных выражений очевидно, что время вос-становления работоспособности для заявленного способа меньше, чем в известных решениях.
Вероятность своевременного восстановления работоспособности СПАО
Р (¥ > ¥ и < г ,
¥ V вып треб\ ¥ ¥ треб /
фициент
), определяется условием ¿¥ < ¿¥ треб и численно определяется как коэф-
КР =
^ •вып (\t¥ < ¿¥ треб )
где J - общее количество выполненных СПАО функций, JBbin - количество выполненных функций в установленные сроки.
Научная новизна методики заключается в том, что в отличие от известных методик разработанная позволяет:
повысить вероятность своевременного восстановления работоспособности СПАО и обеспечить устойчивость его функционирования, т.е. выполнение им требуемого перечня функций, а также устойчивое функционирование информационно-телекоммуникационной сети;
устранять новые появляющиеся не декларируемые функции;
сократить время необходимое на восстановление функционирования СПАО, обусловленного нарушение выполнения его функций, появлением новых не декларируемых функций.
Заключение. Таким образом эффект методики определяется выявлением не выполняющихся, нарушенных и новых появившихся функций СПАО информационно-телекоммуникационной сети, определением элементов, участвующих в реализации данных функций, выявлением элементов, участвующих в реализации двух и более функций и поэтапного восстановления ПО только элементов, участвующих в их реализации, что позволяет обеспечивать устойчивое функционирование сложного программно-аппаратного объекта, уменьшить время и ресурсы, необходимые для восстановления его функционирования
Список литературы
1. Патент 2742675 Российская Федерация, МПК G06F 9/455 (2006.01), МПК G06F 11/36 (2006.01), Способ установки, контроля и восстановления программного обеспечения, сложных программно-аппаратных объектов патент //Стародубцев Ю.И., Ханарин И.М., Добрышин М.М., Закалкин П.В., Иванов С.А., Локтионов А.Д.; Заявитель и патентообладатель ФГКВОУ ВО Академия ФСО РФ. -2020124282; заявл. 22.07.2020; опубл. 9.02.2021. бюл. № 4.
2. ГОСТ Р53111-2008. Устойчивость функционирования сети связи общего пользования.
3. ГОСТ Р 53725-2009. Национальный стандарт Российской Федерации. Качество услуг «Междугородная телефонная связь». Показатели качества. (утверждены и введены в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. №1189-ст).
4. ГОСТ Р 53726-2009. Национальный стандарт Российской Федерации. Качество услуг «Международная телефонная связь». Показатели качества» (утверждены и введены в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. №1190-ст).
5. ГОСТ Р 53727-2009. Национальный стандарт Российской Федерации. Качество услуг «Местная телефонная связь». Показатели качества» (утверждены и введены в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. №1191-ст).
6. ГОСТ Р 53730-2009. Национальный стандарт Российской Федерации. Качество услуги «Предоставление каналов связи в аренду». Показатели качества (утверждены и введены в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. №1194-ст).
7. ГОСТ Р 53732-2009. Национальный стандарт Российской Федерации. Качество услуг сотовой связи. Показатели качества (утверждены и введены в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. №1196-ст).
8. Управление образами операционных систем [Электронный ресурс] URL: https://docs.microsoft.com/ru-ru/mem/configmgr/osd/get-started/manage-operating-system-images] (дата обращения 15.11.2022).
9. Правила ранжирования. [Электронный ресурс] URL: https://studfiles.net/preview/1957017/page:2 (дата обращения: 15.11.2022).
10. Остроумов О.А. Проблема обеспечения функциональной устойчивости систем критически важных объектов // Электросвязь № 1. 2022. С. 14-18.
11. Лепешкин О.М. Ранжирование объектов критической информационной инфраструктуры системы связи / О.М. Лепешкин, К.О. Мануков, О.А. Остроумов, М.А. Остроумов, С.В. Титов // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2021). Сборник статей X Международной научно-технической и научно-методической конференции. Санкт-Петербург, 2021. С. 289-295.
12. Патент 2718152 Российская Федерация, МПК G06F 17/10 (2006.01), МПК G06B 23/00 (2006.01), Способ определения оптимальной периодичности контроля состояния сложного объекта //Стародубцев Ю.И., Иванов С.А., Вершенник Е.В., Вершенник А.В., Закалкин П.В., Шевчук А.Л., Кара-сенко А.О.; Заявитель и патентообладатель Вершенник Е.В. и др. 2019143358; заявл. 24.12.2019; опубл. 30.03.2020. бюл. № 10. 19 с.
13. Патент 2764656 Российская Федерация, МПК G06F 17/00 (2006.01), МПК G01R 31/08 (2006.01), МПК G04B 17/00 (2015.01), Способ мониторинга состояния электрических сетей и сетей связи //Стародубцев Ю.И., Лепешкин О.М., Остроумов О.А., Вершенник Е.В., Пермяков А.С., Синюк А.Д., Худайназаров Ю.К., Карпов М.А., Остроумова Е.В., Вершенник А.В.; Заявитель и патентообладатель Стародубцев Ю.И. и др. - 2021113373; заявл. 12.05.2021; опубл. 19.01.2022. бюл. № 2.
14. Заграновская А.В., Эйсснер Ю.Н. Теория систем и системный анализ в экономике. М.: Изд-во Юрайт, 2019. 266 с.
15. Патент 2734503 Российская Федерация, МПК G06F 1/00 (2006.01), МПК H04W 16/22 (2009.01), Способ моделирования сети связи с памятью // Стародубцев Ю.И., Иванов С.А., Иванов Н.А., Вершенник Е.В., Закалкин П.В., Стародубцев П.Ю., Белов К.Г., Вершенник А.В.; Заявитель и патентообладатель Стародубцев Ю.И. - 2020116157; заявл. 16.05.2020; опубл. 19.10.2020. бюл. № 29. 16 с.
Вершенник Елена Валерьевна, канд. тех. наук, старший преподаватель, Yelena.Vershennik@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. С.М.Буденного,
Лепешкин Олег Михайлович, д-р техн. наук, доцент, lepechkin1@yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Высшая школа техносферной безопасности, Политехнический университет им. Петра Великого,
Остроумов Олег Александрович, канд. техн. наук, докторант, oleg-26stav@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. С.М.Буденного,
Тесля Сергей Петрович, старший преподаватель, tsp1234@yyandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. С. М. Буденного
A METHOD FOR PROVIDING STABLE FUNCTIONING OF A COMPLEX HARDWARE
AND SOFTWARE OBJECT
O.M. Lepeshkin, O.A. Ostroumov, E. V. Vershennik, S.P. Teslya
The article presents a methodology for ensuring the stable operation of a complex hardware and software object. In the process of work, complex objects and their elements perform a certain and fixed set of functions, while due to the influence of various factors, a malfunction may occur or new undeclared functions may appear. The proposed methodology is aimed at evaluating the function performance quality of a complex hardware and software object functions, identifying broken and / or new undeclared functions, and ensuring the performance of broken functions and eliminating undeclared functions, which will ensure the functioning of a complex hardware and software object in real time.
Key words: stability, software and hardware object, functions, malfunction, recovery, blocking.
Vershennik Elena Valeryevna, candidate of technical sciences, senior lecturer, Yelena. Vershennik@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after S.M. Budyonny,
Lepeshkin Oleg Mikhailovich, doctor of technical sciences, docent, lepechkin1 @yandex.ru, Russia, St. Petersburg, Higher School of Technosphere Safety, Polytechnic University Peter the Great,
Ostroumov Oleg Alexandrovich, candidate of technical sciences, doctoral student, oleg-26stav@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after S.M. Budyonny,
Teslya Sergei Petrovich, senior lecturer, tsp1234@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after S.M. Budyonny
