Введение к работе
. Эффективность современного потатопкнот аппарата (ЛА), представляющего собой сложный комплекс технических средстп, глубоко функционально взаимодействующих и взаимосвязанных друг с другом, эл-висит не только от лётно-технических данных и профессиональной подготовь экипажа, но и в значительной мере определяется качеством бортового радиоэлектронного оборудования, ключевое место в котором в настоящее время занимают борто-вые средства вычислительной техники.
В настоящее время в целях повышения эффективности ЛА все большой число задач возлагается на бортовые вычислительные системы (ВВС), которые играют всё более ключевую роль в управлении летательным аппаратом. Вместе с тем находят применение новые перспективные способы построения, организации функционирования БВС и бортового программного обеспечения (ПО).
Задача определения надежности системы при использовании таких перспективных способов как отказоустойчивость ПО принципиально не может быть успешно решена на основе традиционных методов расчета, без совместного рассмотрения надёжности аппаратного и программного обеспечения. Разработке моделей надежности при выборе путей повышения отказоустойчивости программ реального времени для многопроцессорных БВС посвящена данная диссертационная работа
Актуальность темы диссертации. При распространении вычислительной техники для решения задач, отказ при решении которых может иметь катастрофический последствия, значительный материальный ущерб, как это можно сказать об упрпп-ляющих бортовых вычислительных системах, наибольшую важность приобротаот вопрос надежности. Отсюда вытекает важность адекватного определения показателей надёжности системы, что в значительной мере ложится на математическое моделирование. Высокие требования к надёжности БВС, значительная трудность экспериментальной проверки показателей безотказности таких высоконадёжных систем, необходимость их сертификации требуют высокой степени адекватности применяемых математических моделей.
Поскольку отказы решаемых бортовой вычислительной системой задач определяются как надежностью аппаратного обеспечения, так и надёжностью программного обеспечения, важной задачей является расчёт единых показателей надёжности. Актуальность этой задачи в настоящее время возрастает по мрро увеличения сложности бортовых вычислительных комплексов и способов их системной
организации, в результата чаго совместное влияние на надёжность программ и аппаратного обеспечения приобретает более комплексный характер.
Для обеспечения отказоустойчивости БВС и программ сейчас имеются достаточно эффективные технические решения, но не достает математического обеспечения для определения соответствующих показателей надежности, учитывающего специфику реального времени выполнения задач и взаимодействие аппаратного и программного обеспечения.
Предмет исследований,. Предметом исследований данной работы являются программы реального времени, использующие такой способ повышения надёжности как многоверсионное программирование.
Целью работы. Определение и расчет путей повышения устойчивости функционирования многоверсионных программ к отказам версий и отказам/сбоям процессорных элементов многопроцессорных бортовых вычислительных систем.
В соответствии с поставленной целью исследования проводились по следующим основным направлениям:
анализ основных аспектов, от которых может зависеть надежность вычислительных приложений, ориентируясь на использование многоверсионных программ на многопроцессорных бортовых вычислительных системах;
разработка принципов построения моделей надежности отказоустойчивых многоверсионных программ при учете влияния отказов и сбоев;
разработка моделей надёжности голосования результатов выполнения версий многоверсионной программы;
исследование надёжности программ при учёте длительностей отказов версий;
расчёт надёжности при рассмотрении допустимости временного нахождения в отказовом состоянии программ ответственных приложений;
выбор ключевых вариантов организации вычислений многоверсионной программы в многопроцессорной БВС с учетом возможных отказов процессоров и построение» соответствующей системы моделей;
сравнительный анализ существующих алгоритмов голосования. Разработка перспективного алгоритма.
Методы исследование Решение перечисленных задач основывается на изучении опьпа обеспечения надежности вычислений, выявлении эффективных суще-
ствующих методов достижения высокой надёжности, использовании тоории построения и анализа аналитических моделей, основных положений тоории вероятностей, вычислительной математики, математического анализа, теории надежности математического эппапэтэ теории МЗОКСЕСКИХ ЦОПСЙ.
Основные положения, выносимые на защиту. Подход и методика построении комплексной модели надежности, объединяющей как надежность многоверсионной программы так и процессорных элементов вычислительной системы; модели надёжности голосования; способ (алгоритм) голосования, обеспечивающий повышение безотказности программы.
Научная новизна.
-разработана методика комплексного моделирования надежности многооор-сионной программы и процессорных элементов, позволяющая отображать варианты организации вычислений в отказоустойчивых системах
разработана методика представления длительностей нахождения версий программы в состоянии отказа в модели надёжности и проведено исследование влияния длительностей нахождения в состоянии отказа на безотказность;
разработаны метод, методика и модели представления надежности голосования, проведено исследование эффективности алгоритмов голосования
предложен метод отображения размещения версий по процессорным элементам (ПЭ) в комплексной модели надёжности;
разработана методика учёта допустимости периодов нахождения процесса решения задачи а состоянии отказа при построении модели надёжности;
предложен метод представления реконфигурации в комплексной модели надежности;
-предложен метод представления сбоев различных ПЭ, вызываемых общими причинами, в комплексной модели надежности;
-разработана система комплексных моделей надёжности программы и ПЭ. позволяющая рассчитывать надёжность при различных вариантах организации оы-числений для трехверсионной программы.
Практическая ценность. Разработанные в работе модели и методики позволяют осуществлять выбор вариантов организации вычислений, сравнивая их в отношении соответствующей им надёжности. Разработанные рекомендации по выбо-
ру алгоритма голосования позволяют выбирать способ голосования, ориентируясь на критерий повышения надежности.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены на ГНПО «Агат», и АОЗТ МО ПНИЭИ, что подтверждается соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: 4-й всероссийской конференции "Качество информации" (Москва, 1994), международной научно-технической конференции "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем" (Пенза, 1995), всероссийской научно-технической конференции «Вычислительные системы бортового базирования -95» (Москва, 1995), научной конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надёжности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения и четырех глав. Содержание изложено на 151 странице, в 38 рисунках и 24 таблицах. Список литературы содержит 105 наименований.