Введение к работе
Актуальность проблемы.
Современные системы управления представляют собой аппаратно-программные средства, построенные на микроэлектронной и микропроцессорной основе. Сложность их технической реализации с каждым годом возрастает. Таким образом, возрастает и риск возникновения отказов.
Задача обеспечения правильности функционирования систем управления и обработки информации на железнодорожном транспорте является особенно актуальной, т.к. в них дефект элементов внутренней структуры не должен приводить к возникновению опасных последствий для движения поездов.
Для поддержания высокого уровня надежности и безопасности функционирования современных компьютерных систем управления используются следующие методы: резервирование на аппаратном и программном уровнях, внутренний межпроцессорный контроль, применение элементной базы с низкими интенсивностями потоков отказов, тестовый и функциональный контроль. Именно последнему направлению и посвящена диссертационная работа. Рассматривается задача обеспечения функционального контроля логических устройств без памяти, входящих в любые системы управления и обработки информации.
Степень разработанности проблемы.
В области теории синтеза систем функционального (рабочего) контроля дискретных устройств (concurrent error detection), а также приложения теории кодирования для построения самопроверяемых логических схем и их тестирования большое число исследований принадлежит
B. Bose, D. Das, S. S. Gorshe, M. Goessel, N. K. Jha, X. Kavousianos,
D. J. Lin, P. K. Lala, S. Mitra, E. J. McCluskey, D. Nikolos, N.A. Touba,
S. J. Piestrak, D.K. Pradhan, N. R. Saxena, С Zeng, А. Ю. Матросовой,
C. В. Микони, П. П. Пархоменко, В. В. Сапожникову, Вл. В. Сапожникову,
E. С. Согомоняну и др. Ключевые вопросы функционального контроля
связаны с применением равномерных кодов для синтеза схем: большинст
во работ посвящено свойствам схем, построенных на базе равновесных ко
дов и кодов с суммированием.
Цели и задачи исследования. Основной целью диссертационной работы является определение свойств кодов с суммированием единичных разрядов, используемых в практике синтеза контролепригодных дискретных устройств, разработка методов повышения эффективности используемых кодов, а также приложение полученных результатов в системе управления движением поездов на станциях МПЦ-МПК (производитель: ЦКЖТ, ПГУПС).
В соответствии с указанной целью в диссертации поставлены следующие задачи:
-
Разработка модифицированного кода с суммированием с повышенной эффективностью обнаружения искажений в информационных векторах, обладающего таким же числом контрольных разрядов, как и классический код Бергера.
-
Определение свойств новых модифицированных кодов по обнаружению искажений в информационных векторах при различной длине последних.
-
Исследование свойств кодов с суммированием с минимальным числом контрольных разрядов - модульных кодов с суммированием.
-
Разработка модульно-модифицированных кодов с суммированием с повышенной эффективностью.
-
Разработка классификации кодов с суммированием единичных разрядов.
-
Разработка методов синтеза тестеров модульных и модульно-модифицированных кодов с суммированием единичных разрядов.
-
Повышение надежности работы датчиков положения стрелок в системе МПЦ-МПК за счет использования при обработке информации модифицированных кодов с суммированием.
Предмет и объект исследования. Объектом исследования являются схемы функционального контроля логических устройств, построенные с использованием свойств кодов с суммированием. Предмет исследования -способности кодов с суммированием к обнаружению ошибок в информационных векторах кодов.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались методы теории дискретных устройств, технической диагностики, теории надежности, алгебры логики, комбинаторного и математического анализа, теории вероятностей.
Достоверность научных положений обоснована теоретическими исследованиями, экспериментальным моделированием и подтверждена практическими результатами испытаний объектных контроллеров системы управления движением поездов на железнодорожных станциях МПЦ-МПК.
Научные результаты, выносимые на защиту.
-
Метод модификации классического кода с суммированием, повышающий возможности кодов по обнаружению ошибок в информационных векторах при сохранении ключевых свойств классических кодов.
-
Результаты анализа свойств модифицированных кодов по обнаружению искажений в информационных разрядах.
-
Установленные свойства модульных и модульно-модифицированных кодов с суммированием, имеющих фиксированное
значение контрольных разрядов в зависимости от выбранного модуля счета.
-
Классификация кодов с суммированием единичных разрядов в схемах функционального контроля.
-
Методы синтеза контрольного оборудования в схемах функционального контроля по новым кодам.
Научная новизна результатов исследования состоит в следующем:
-
Предложен метод модификации кодов Бергера, позволяющий сохранять основную особенность в обнаружении ошибок классическими кодами - обнаружение всех ошибок нечетных кратностей, и снижающий число необнаруживаемых ошибок четных кратностей.
-
Установлены свойства модифицированных и модульно-модифицированных кодов с суммированием по обнаружению ошибок в системах функционального контроля.
-
Получены каталоги кодов с суммированием единичных разрядов с указанием свойств кодов по обнаружению искажений в информационных разрядах.
-
Составлена полная классификация кодов с суммированием единичных разрядов, дающая разработчику систем функционального контроля возможность выбора наилучшего варианта кодирования на этапе проектирования системы контроля.
-
Предложен способ построения генераторов тестеров модульных и модульно модифицированных кодов с суммированием, основанный на каскадном соединении сумматоров, полусумматоров и элементов сложения по модулю два.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результат диссертационного исследования расширяет теорию функционального контроля и может эффективно использоваться в практике синтеза контролепри-годных логических схем. Установленные свойства кодов с суммированием единичных разрядов позволяют с учетом свойств контролируемых объектов правильно выбирать вариант кодирования при организации системы диагностирования. Кроме того, новые коды с суммированием могут быть эффективно применены в асимметричных каналах передачи данных.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Диссертация соответствует паспорту научной специальности 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте)», а именно, затрагивает теоретические основы, методы и алгоритмы диагностирования (определения работоспособности, поиска неисправностей, прогнозирования и пр.).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 10th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS^OU), Kharkov, Ukraine, September 14-17; І МНПК
«ИнтеллектТранс-2011»; на І МНПК «Информационные технологии в управлении» (ИТУ-2012), 9-11 октября 2012 г., ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; Юбилейной XIII Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика» (РИ-2012), Санкт-Петербург, 24-26 октября 2012 г.; III МНПК «ИнтеллектТранс-2013»; 11th IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS^OB), Rostov-on-Don, Russia, September 27-30; на семинарах по автоматике и дискретной математике и на заседании кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС (Санкт-Петербург, 2013).
Реализация результатов работы. Предложенные в диссертационном исследовании коды используются в системе управления движением поездов МПЦ-МПК на железных дорогах РФ в составе датчика положения железнодорожной стрелки. Установленные в работе новые свойства известных кодов, а также предложенных кодов используются в учебном процессе при преподавании дисциплин «Основы технической диагностики» и «Основы теории надежности» в ФГБОУ ВПО ПГУПС.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 17 работ, в числе которых 7 статей в изданиях из Перечня ВАК РФ, 3 работы в академических изданиях РФ и Украины.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 178 страниц основного текста, 59 рисунков, 45 таблиц, а также 4 приложения. Библиография включает 124 наименования.
