Алгоритмы управления избыточностью комплексов бортового оборудования подвижных объектов. Часть 1. Парный арбитраж конфигураций

Решается задача оперативного выбора наиболее подходящей в сложившихся условиях функционирования конфигурации компонентов избыточного комплекса бортового оборудования в интересах как обеспечения высокой отказоустойчивости комплекса, так и достижения одновременно с этим других его эксплуатационно-технических характеристик. Основу системы управления избыточностью составляют программные объекты по числу заблаговременно отработанных конкурентоспособных конфигураций разнородного и неуниверсального оборудования комплекса, называемые супервизорами конфигураций. Выбор же предпочтительной конфигурации предлагается осуществлять путем выполнения многоуровневого арбитража, включающего две фазы парного арбитража вычислителей комплекса и парный арбитраж супервизоров конфигураций. Средства обоих видов арбитража предлагается включать в каждый супервизор конфигурации, что обеспечивает его самодостаточность при участии в конкурсном отборе. Первая часть статьи посвящена парному арбитражу супервизоров конфигураций, реализующему взаимно-перекрестный анализ индексов готовности и показателей функциональной эффективности конфигураций, объединенных в пару. Организованный перебор таких пар позволяет выявить предпочтительную конфигурацию для последующей реализации. В целях обеспечения достоверности конкурса в условиях возможных коллизий, связанных с недостоверностью информационных посылок в паре или со сбоями модулей арбитража, введены процедуры, заключающиеся во взаимной перекрестной проверке информационных посылок между супервизорами пары. В случае возникновения конфликтов при выборе предпочтения предусмотрен взаимный обмен местами входов модулей арбитража и повторная оценка предпочтений. Предложены и проанализированы два варианта парного арбитража конфигураций различной сложности и эффективности с бинарными оценками предпочтения (упрощенный и полный), а также вариант арбитража с триплексными оценками предпочтения. Представлены результаты сравнения вариантов арбитража, выбираемых разработчиком исходя из соображений гарантированной достоверности или ограничений конструирования системы. Приводится методический пример, иллюстрирующий возможности парного арбитража конфигураций и его особенности практического характера.

1. Алешин Б. С., Бабкин В. И., Гохберг Л. М. и др. Форсайт развития авиационной науки и технологий до 2030 года и на дальнейшую перспективу: Справочное пособие. М.: Изд. ФГУП ЦАГИ, 2014.

2. Федосов Е. А., Косьянчук В. В., Сельвесюк Н. И. Интегрированная модульная авионика // Радиоэлектронные технологии. 2015. № 1. С. 66—71.

3. Парамонов П. В., Жаринов И. О. Интегрированные бортовые вычислительные системы: обзор современного состояния и анализ перспектив развития в авиационном приборостроении // Науч.-техн. вестн. инф. технологий, механики и оптики. 2013. № 2 (84). С. 1—16.

4. Джанджгава Г. И. Перспективные унифицированные комплексы бортового оборудования // Радиоэлектронные технологии. 2022. № 1. С. 31—36.

5. Digital Avionics Handbook. 3-d ed. / Ed. by C. R. Spitzer, U. Ferrell, T. Ferrell. London, N. Y.: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2015.

6. Butz H. The airbus approach to open integrated modular avionics (IMA): technology, methods, processes, and future road map // Workshop on Aircraft System Technologies. AST 2007. March 29-30. Hamburg, Germany.

7. Gatti M., Matet T. IMA2G Issues and challenges // MAKS Avionics Conference, August 27th, 2015 Moscow, Russia. URL: http://www.modern-avionics.ru/Files/02-Thales-Gatti-27.08.2015.pdf (дата обращения 13.09.2021).

8. Авакян А. А. Унифицированная интерфейсно-вычислительная платформа для систем интегральной модульной авионики // Тр. МАИ: Электронный журнал. № 65. 2013. С. 1—15. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35845 (дата обращения 13.09.2021).

9. Bukov V., Kutahov V., Bekkiev A. Avionics of Zero Maintenance Equipment // Proc. of 27th Congr. of the Int. Council of the Aeronautical Sciences, 19—24 Sept. 2010, Nice, France. ICAS. 2010. N. 2. Paper 7—1—1.

10. Буков В. Н., Бронников А. М., Агеев А. М., Гамаюнов И. Ф., Озеров Е. В., Шурман В. Н. Концепция управляемой избыточности комплексов бортового оборудования // Науч. чтения по авиации, посвящ. пам. Н. Е. Жуковского: Матер. XVI Всерос. науч.-практ. конф. (11—12 апр. 2019, Москва). М.: ИД Акад. Жуковского, 2019. С. 17—33.

11. Anderson T., Lee P. A. Fault Tolerance, Principles and Practices. London: Prentice Hall, 1981.

12. Ezhilarasu C. M., Zakwan Skaf Z., Jennions I. K. The Аpplication of Reasoning to Аerospace Integrated Vehicle Health Management (IVHM): Challenges and Оpportunities // Progress in Aerospace Sciences. 2019. N. 105. P. 60—73.

13. Watkins C. B. Integrated Modular Avionics: Managing the Allocation of Shared Intersystem Resources // IEEE/AIAA 25th Digital Avionics Systems Conference (DASC). Portland, Oregon, USA, 2006. P. 1—12.

14. Amato F., Cosentino C., Mattei M., Paviglianiti G. A Direct/functional Redundancy Scheme for Fault Detection and Isolation on an Aircraft // Aerospace Science and Technology. 2006. Vol. 10, N 4. P. 338—345.

15. Hainaut D. SCAlable & ReconfigurabLe Electronics plaTforms and Tools — Towards the next generation of Integrated Modular Avionics. An Introduction to SCARLETT // Aerodays 2011 (30 Mar — 01 Apr 2011). Madrid, Spain, 2011. P. 135.

16. Каляев И. А., Мельник Э. В. Реконфигурируемые информационно-управляющие системы // Матер. пленар. засед. 5-й Росс. мультиконф. по пробл. управления. С-Пб.: Изд. ЦНИИ "Электроприбор", 2012. С. 36—37.

17. Дегтярев А. Р., Медведев Г. В. Алгоритм распределения задач в многопроцессорных комплексах интегрированной модульной авионики // Автоматизация процессов управления. 2014. № 1 (35). С. 79—84.

18. Агеев А. М., Бронников А. М., Буков В. Н., Гамаюнов И. Ф. Супервизорный метод управления избыточностью технических систем // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2017. № 3. С. 59—69.

19. Агеев А. М. Средства хранения и мониторинга конфигураций в задаче управления избыточностью комплекса бортового оборудования // Мехатроника, автоматизация, управление. 2022. Т 31, № 1. С. 45—55.