Управление избыточностью вычислительных ресурсов интегрированной модульной авионики

Рассматриваются структура и алгоритм управления разнородной избыточностью вычислительной системы перспективной интегрированной модульной авионики. Вычислительные ресурсы системы интегрированной модульной авионики в общем случае представляются неоднородными вычислительными системами, используемыми для обработки информации в составе бортовой интегрированной вычислительной среды. Основу неоднородных вычислительных систем составляют процессорные узлы, избыточность вычислительных систем заключается в том, что число процессорных узлов больше единицы. Ставится задача синтеза такой вычислительной системы, в которой осуществлялось бы автоматическое управление избыточными вычислительными ресурсами за счет использования собственных возможностей процессорных узлов и без использования дополнительных аппаратных ресурсов. Считается, что избыточная вычислительная система выполняет содержательные вычисления решаемой задачи несколькими процессорными узлами параллельно. Все содержательные вычисления по каким-либо признакам изначально разбиты на относительно непродолжительные этапы, предоставляющие возможность оценивания эффективности завершения каждого из них. В основе управления избыточностью вычислительной системы лежат периодическое вычисление и сравнение показателей успешности этапа. Попарный арбитраж процессорных узлов осуществляется по иерархической схеме путем сопоставления значений показателей успешности одноименных этапов. Последующая реконфигурация вычислительной системы выделяет пассивные и ведущие процессорные узлы в парах всех уровней иерархической схемы. Отказ пассивного процессорного узла никак не сказывается на выполнении основного цикла. Отказ ведущего процессорного узла не вызывает перебоев в выдаче результатов вычислений, но разрушает структуру резервов, которая восстанавливается после проведения арбитража в следующем цикле. Отказ ведущего процессорного узла верхнего уровня приводит к сбою выдачи выходных данных в текущем цикле, вычислительный процесс восстанавливается вместе с новой иерархией вычислительной системы в следующем цикле. Предлагаемое решение направлено на парирование как отказов аппаратной части, так и неправильного функционирования программного обеспечения. Приводится методический пример на основе вычислительной системы современного комплекса бортового оборудования самолета транспортной категории.

1. Bernard S., Garcia J. Braking Systems with New IMA Generation // SAE Technical Paper, 2011-01-2662.

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

3. Тарасов А. А. Функциональная реконфигурация отказоустойчивых систем. М.: Логос, 2012.

4. Клепиков В. И. Отказоустойчивость распределенных систем управления. М.: Золотое сечение, 2014.

5. Сарапулов А. В., Уманский А. Б. Реконфигурирование бортовой вычислительной машины для повышения отказоустойчивости // Вестник Томского государственного университета. 2017. № 38. С. 59—62. DOI: 10.17223/19988605/38/9.

6. Bukov V., Kutahov V., Bekkiev A. Avionics of Zero Maintenance Equipment // 27th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, 19—24 September 2010, Nice, France, ICAS 2010, CD-ROM Proc. ISBN 978-0-9565333-0-2, Paper Number 7-1-1.

7. Буков В. Н., Евгенов А. В., Шурман В. А. Интегрированные комплексы бортового оборудования с управляемой функциональной избыточностью // Актуальные проблемы и перспективные направления развития комплексов авиационного оборудования: Сб. науч. статей по материалам V Междунар. науч.-практ. конф. Академические Жуковские чтения, 22—23 ноября 2017. Воронеж: КВАЛИС, 2018. С. 23—28.

8. Агеев А. М., Бронников А. М., Буков В. Н., Гамаюнов И. Ф. Супервизорный метод управления технических систем с избыточностью // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2017. № 3. С. 72—82.

9. Шульга Т. Э. Метод построения восстанавливающих последовательностей для систем без потери информации // Системы управления и информационные технологии. 2009. № 3(35). С. 407—411.

10. Авакян А. А., Сучков В. Н., Искандеров Р. Д., Шурман В. А., Копненкова М. В., Вовчук Н. Г. Способ и вычислительная система отказоустойчивой обработки информации критических функций летательных аппаратов. Патент RU 2413975 C2. Бюл. № 7 от 10.03.2011.

11. Воробьев А. В., Буков В. Н., Шурман В. А., Дьяченко А. М., Яковлев Ю. А., Гнусин М. Ю. Способ автоматического управления избыточностью неоднородной вычислительной системы и устройство для его реализации. Патент RU 2612569 С2. Бюл. № 7 от 09.03.2017.