CC BY
0
Секция
«ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ»
УДК 005.92
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ НАДЁЖНОСТИ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ РЕАЛЬНОГО
ВРЕМЕНИ
А. В. Ааб
Научный руководитель - В. А. Терсков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, г. Красноярск, 660037, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: aabandre13@gmail.com
Многие современные системы управления работают в режиме реального времени, и поэтому их производительность является критическим параметром: управляющее действие должно быть сгенерировано в течение необходимого времени, в противном случае оно становится бесполезным. К этому классу систем управления относятся, например, системы управления воздушным движением и технологическими процессами.
Целью данной статьи является постановка задачи оптимизации надёжности аппаратно-программных комплексов, предназначенных для реализации систем управления реального времени.
Построенные модели позволят перейти к формализации задач выбора оптимальных вариантов архитектуры многопроцессорных аппаратно-программных комплексов систем управления реального времени с мультиверсионным программным обеспечением. Надежность программных комплексов систем управления реального времени имеет критическое значение в ракетно-космической отрасли
Ключевые слова: надёжность, программное обеспечение, системы реального времени, математическая модель.
STATEMENT OF THE PROBLEM OF OPTIMIZING THE RELIABILITY OF HARDWARE AND SOFTWARE COMPLEXES OF REAL-TIME CONTROL SYSTEMS
A. V. Aab Scientific supervisor - V. A. Terskov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: aabandre13@gmail.ru
Many modern control systems operate in real time, and therefore their performance is a critical parameter: the control action must be generated within the required time, otherwise it becomes useless. This class of control systems includes, for example, air traffic and process control systems.
The purpose of this article is to formulate the problem of optimizing the reliability of hardware and software systems designed for the implementation of real-time control systems.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2
The constructed models will allow us to proceed to the formalization of the tasks of choosing the optimal architecture options for multiprocessor hardware and software complexes of real-time control systems with multiversion software. The reliability of software systems for real-time control systems is of critical importance in the rocket and space industry
Keywords: reliability, software, real-time systems, mathematical model, multiversion programming.
Для производства качественной продукции требуются надежные системы автоматизации. Автоматизированные системы управления (АСУ) включают аппаратную часть и программное обеспечение (ПО). Надежность ПО АСУ - это комплексное свойство, где главным показателем является безотказность. Безотказность - это свойство, характеризующее способность сохранять работоспособное состояние при соблюдении заданных режимов и условий эксплуатации. Качество и надежность работы всей АСУ в существенной степени зависит от качества и надежности ПО. Требования к качеству и надежности ПО необходимо обеспечивать при выполнении всех процессов жизненного цикла АСУ. Целью данной статьи является постановка задачи оптимизации надёжности аппаратно-программных комплексов, предназначенных для реализации систем управления реального времени.
Использование систем поддержки принятия решений при мультиверсионном программировании позволяет уделять основное внимание качеству требований на этапе формирования надёжного ПО. Основной вопрос на этом этапе заключается в том, каким образом, используя избыточность в архитектуре ПО, максимизировать надёжность и снизить стоимость разработки [1]. Данная область включает в себя методы многокритериального принятия решений, ориентирующиеся на задачи с дискретным пространством решений. К настоящему времени разработано множество методологий многокритериальной поддержки принятия решений, учитывающих различные уровни информации о предпочтениях эксперта. Использование различных методов определения глубины мультиверсионности и многокритериального принятия решений при выборе архитектуры позволяет спроектировать программную систему, отвечающую предъявляемым требованиям. Для обеспечения надёжности функционирования необходимо тщательное тестирование продукта до ввода в эксплуатацию или применение подходов обеспечения отказоустойчивости, за счет применения программной избыточности при разработке. Для разработки программных систем с заданным уровнем надёжности необходимо еще на стадии их проектирования планировать затраты ресурсов, так как срыв сроков выполнения работ может привести к выпуску системы низкого качества [3].
Для решения задачи критерии стоимости приведем в ограничения, так как для всех стоимостных характеристик системы, обычно имеются ограничения, заданные заказчиком.
Рассмотрим тип переменных нашей оптимизационной задачи. При этом будем полагать заданным максимальное количество типов процессоров N и версий программного обеспечения K, максимально и минимально возможное количество процессоров и шин каждого типа (для процессоров тг+ и mi соответственно, i = 0, ..., N). Обозначим через mi количество процессоров i-го типа, включаемых в структуру аппаратно-программного комплекса (i = 1, ..., N), через m0 - количество шин j-го типа, а через k - количество версий программного обеспечения [4].
Приведем формальную запись поставленной задачи оптимизации структуры аппаратно-программного комплекса с мультиверсионным программным обеспечением для систем управления реального времени:
PR (mo,mi,...,Mn,kmax
Секция «Информационно-управляющие системы»
С m1, mN , к)< Стах.
9
тГ < < тг+, I = 0,., N. 1 < к < К. '
Здесь Стах - предельно допустимая стоимость создания аппаратно-программного комплекса.
Поставленная задача повышения надёжности аппаратно-программного комплекса является задачей условной оптимизации. Ограничения являются простыми функциями, но целевая функция описывается достаточно сложной формулой, фактически можно сказать, что она оказывается алгоритмически заданной. Переменные задачи являются целочисленными. Кроме того, не известно, является ли она, например, выпуклой (что позволило бы применять методы выпуклой оптимизации). При решении подобных задач достаточно эффективно применяются эволюционные методы оптимизации: генетический алгоритм, вероятностный генетический алгоритм и асимптотический вероятностный генетический алгоритм, а также другие бионические методы оптимизации [2].
Библиографические ссылки
1. Анализ надежности мультиверсионных архитектур аппаратно программных комплексов / Антамошкин О. А., Дегтерев А. С., Русаков М. А. и др. // Успехи современного естествознания. 2005. №. 6. С. 44-45.
2. Галушин П. В. Разработка и исследование асимптотического вероятностного генетического алгоритма // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Математика и физика, № 1(5), 2012, С. 49-56.
3. Ефимов С. Н., Терсков В. А. Реконфигурируемые вычислительные системы обработки информации и управления. Красноярск: КрИЖТ ИрГУПС, 2013. 249 с.
4. Кукарцев В. В., Шеенок Д. А. Оптимизация программной архитектуры логистических информационных систем // Логистические системы в глобальной экономике. 2013. № 3. С. 138-145.
© Ааб А. В. 2021
