Методика діагностування автоматизованої системи управління повітряним рухом на основі взаємної інформаційної узгодженості
Розробка апарату засобів забезпечення відмовостійкості автоматизованих систем управління повітряним рухом, розподілених за ієрархічними рівнями. Аналіз методики діагностування несправностей в концепції на основі взаємної інформаційної узгодженості.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 18.07.2015 |
| Размер файла | 47,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
Спеціальність 05.13.06 - інформаційні технології
УДК 681.3-192
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
МЕТОДИКА ДІАГНОСТУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ПОВІТРЯНИМ РУХОМ НА ОСНОВІ ВЗАЄМНОЇ ІНФОРМАЦІЙНОЇ УЗГОДЖЕНОСТІ
Чмут Олексій
Вікторович
Київ - 2010
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Національному авіаційному університеті.
Науковий керівник доктор технічних наук, професор Барабаш Олег Володимирович, Національний авіаційний університет, професор кафедри.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Кравченко Юрій Васильович, Національний університет оборони України, заступник начальника інституту інформаційних технологій;
доктор технічних наук, старший науковий співробітник Шворов Сергій Андрійович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, професор кафедри тактики та оперативного мистецтва
Захист відбудеться "11" червня 2010 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.001.40 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03680, Київ-680, просп. Глушкова, 2, корп. 8.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, Київ-033, вул. Володимирська, 58, зал 12.
Автореферат розісланий "30" квітня 2010 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради С. О. Пашков
1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В умовах постійного підвищення інтенсивності повітряного руху на тлі існуючих вимог до якості наземного радіолокаційного забезпечення польотів літальних апаратів особливе значення має ефективність роботи органів управління повітряним рухом. Виконання складних завдань контролю повітряного простору неможливе без використання сучасних обчислювальних систем, здатних обробляти великий обсяг інформації в реальному масштабі часу.
Ускладнення і розширення кола завдань, підвищення їх відповідальності призводить до зростання вимог щодо надійності і живучості автоматизованих систем управління повітряним рухом (АСУПР). Ці вимоги найповніше можуть бути задоволені реалізацією в них принципів відмовостійкості, тобто правильного вирішення алгоритмів і завдань при виникненні в них несправностей. Для реалізації принципів відмовостійкості необхідно забезпечити своєчасне виявлення виникаючих несправностей і швидке відновлення обчислювального процесу. Завдання виявлення несправностей покладається на систему діагностування.
Великий внесок щодо вирішення завдань діагностування обчислювальних систем внесли видатні вчені: Пархоменко П.П., Карібський В.В., Согомонян Е.С., Тоценко В.Г., Гуляєв В.А., Машков В.А., Коростиль Ю.М., Авіженіс А., Препарата Ф., Барсі Т., Лемпорт Л., Рассел Дж., Фішер М. та інші.
Один з важливих напрямів в проблемі відмовостійкості розподілених обчислювальних систем, що розвивається останнім часом, пов'язаний з виникненням особливого виду відмов - так званих «ворожих», суть яких полягає в тому, що обчислювач, що відмовив, передає суперечливі повідомлення решті модулів при їх взаємодії каналами зв'язку. При цьому відмову не може бути виявлено шляхом тестування апаратного забезпечення обчислювача.
Існуючі методи забезпечення взаємної інформаційної узгодженості (ВІУ) забезпечують ідентичність прийнятих справними обчислювачами повідомлень при заданому допустимому числі несправних елементів t?, де N ? загальне число елементів системи. Такий підхід відповідає методу маскування несправностей, що є недостатнім для послідовного застосування ідеї відмовостійкості, як інтегрованого комплексу механізмів, що включає і діагностування. Отже, необхідним є узгоджене виявлення та ідентифікація виявлених несправностей, що полягає у визначенні їх місця і типу (збій або відмова). Це дозволить здійснити реконфігурацію АСУПР і подальше відновлення обчислювального процесу.
Оскільки, застосування традиційних методів для забезпечення відмовостійкості є не завжди ефективним, то завдання забезпечення взаємної інформаційної узгодженості є одним з найважливіших при побудові розподілених систем. Разом з тим, розроблені до теперішнього часу методи і алгоритми не відповідають вимогам забезпечення необхідного ступеня відмовостійкості розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом. Тому, в рамках значної наукової і практичної проблеми відмовостійкості таких систем, виникає актуальне наукове завдання щодо розробки методики діагностування несправностей розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом на основі відмовостійкої взаємної інформаційної узгодженості, що дозволяють виявляти всі види несправностей, у тому числі і «ворожі». Вирішенню цього завдання і присвячена дисертаційна робота.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до плану наукової і науково-технічної діяльності Національного авіаційного університету в рамках держбюджетної науково-дослідної роботи «Методи та засоби визначення атак на комп'ютерні системи на базі аналізу та прогнозування трафіка, як динамічної хаотичної послідовності в тензорному нейромережевому базисі» (Тема № 389 - ДБ-07, Національний авіаційний університет, 2009 р.).
Особисто автором запропоновано методику діагностування “ворожих” відмов в комп'ютерних системах.
Мета і задачі дослідження.
Метою роботи є підвищення відмовостійкості розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом шляхом використання в них діагностування на основі взаємної інформаційної узгодженості.
Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі сформульовані і вирішені наступні основні завдання:
- аналіз існуючих способів забезпечення відмовостійкості автоматизованих систем управління повітряним рухом;
- розробка апарату формального опису засобів забезпечення відмовостійкості автоматизованих систем управління повітряним рухом, розподілених за ієрархічними рівнями;
- розробка, у відповідності до прийнятої ієрархічної концепції організації засобів забезпечення відмово стійкості, алгоритмів діагностування «ворожих» відмов в розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом на основі взаємної інформаційної узгодженості;
- розробка методики діагностування несправностей в розподіленій автоматизованій системі управління повітряним рухом на основі взаємної інформаційної узгодженості.
Об'єкт дослідження - розподілена автоматизована система управління повітряним рухом районного центру УПР.
Предмет дослідження - відмовостійкість розподіленої автоматизованої системи управління повітряним рухом на основі взаємної інформаційної узгодженості.
Методи дослідження. Використані такі методи дослідження: методи теорії множин - для опису ієрархічної структури засобів забезпечення відмовостійкості; теорії графів - для розробки математичної моделі діагностування автоматизованої системи управління повітряним рухом; теорії ймовірностей, теорії надійності і математичного моделювання на ЕОМ - для оцінки ефективності запропонованих методик; алгебри логіки - для побудови алгоритму діагностування системи.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що в дисертаційній роботі:
вдосконалено математичну модель діагностування автоматизованої системи управління повітряним рухом, яка відрізняється від існуючих введенням матриці діагностичної інформації на основі міжмашинного обміну результатами перевірок окремих вузлів системи та забезпечує можливість діагностування несправностей системи шляхом використання її внутрішніх ресурсів за рахунок використання часової та програмної надмірності;
вперше запропоновано методику діагностування «ворожих» відмов в розподілених автоматизованої системи управління повітряним рухом на основі застосування дворівневої системи забезпечення відмовостійкості, перевагами якої, в порівнянні з відомими алгоритмами пошуку несправностей, є те, що вона вимагає меншої надмірності системи і забезпечує діагностування при відмові половини її елементів;
удосконалено методику оцінки параметрів діагностування автоматизованої системи управління повітряним рухом на базі статистичного моделювання, яка відрізняється від існуючих застосуванням харківської моделі дворівневої системи забезпечення відмовостійкості і дозволяє оцінювати ефективність різних систем за довірчими оцінками показників діагностування та відмовостійкості.
Практичне значення одержаних результатів. Реалізація отриманих в роботі результатів дозволяє підвищити відмовостійкість розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом.
1. Розроблена методика діагностування дозволяє виявляти несправності, що виникають в розподіленій автоматизованій системі управління повітряним рухом при будь-якій формі їх прояву.
2. Ієрархічна організація засобів забезпечення відмовостійкості в розподіленій АСУПР дозволить скоротити час реакції системи на виникаючі відмови.
3. Запропонований підхід до оцінки надійності АСУПР з ієрархічною організацією засобів забезпечення відмовостійкості дозволяє оцінити доцільність відмовостійкого проекту системи.
4. Розроблений алгоритм діагностування «ворожих» відмов забезпечує діагностування АСУПР при відмові половини її обчислювачів всього за два раунди міжмашинного обміну.
Основні результати дисертаційної роботи реалізовані в практичній діяльності Державного підприємства управління повітряним рухом «Украерорух», а також у навчальному процесі при проведенні занять в Державній льотній академії (м. Кіровоград).
Особістій внесок здобувача. Усі наукові результати, опубліковані у [1-10], одержані автором особисто. У роботах, опублікованих у співавторстві авторові належать:
в [1] проведено аналіз існуючих способів забезпечення відмовостійкості розподілених автоматизованих системах управління повітряним рухом, досліджено особливості діагностуання розподілених АСУПР;
в [3] автором запропонована ієрархічна концепція засобів забезпечення відмовостійкості автоматизованих систем управління повітряним рухом. Показано переваги, які дає реалізація розподілу засобів забезпечення відмовостійкості за ієрархічними рівнями в АСУПР;
в [6] запропонований двораундовий алгоритм діагностування «ворожих» відмов, що виникають в розподілених АСУПР;
в [8] проведено аналіз відмовостійких методів забезпечення взаємної інформаційної узгодженості в розподілених АСУПР;
в [10] запропоновано метод забезпечення взаємного інформаційного узгодженя з виявленням і ідентифікацією виникаючих несправностей як спосіб підвищення відмовостійкості розподілених обчислювальних систем.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи оприлюднено на:
- науковій конференції “Науково-технічні проблеми створення та застосування авіаційних та космічних систем”, м. Київ, Національна академія оборони України (2001 р.);
– науково-технічній конференції “Проблемі розробки і удосконалення засобів телекомунікацій та систем управління в Збройніх Силах Україні”, м. Київ, Військовий інститут телекомунікацій і інформатизації НТУУ КПІ (2002 р.);
– міжнародній конференції “Моделювання і дослідження стійкості динамічних систем - DSMSI-2003”, м. Київ, КНУ ім. Тараса Шевченка (2003);
– міжвузівській науково-практичній конференції «Проблемі створення, розвитку та застосування інформаційних систем спеціального призначення», Житомирський військовий інститут НАУ (2009 р.).
Публікації. Основні результати досліджень опубліковані в 5 наукових статтях та 4 тезах доповідей.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з 4 розділів. Список використаних джерел містить 85 найменувань. Всього в дисертації 157 сторінок, з них 16 сторінок ілюстрацій і додатків.
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У першому розділі „Аналіз принципів побудови сучасних автоматизованих систем управління повітряним рухом і способів забезпечення їх відмовостійкості” висвітлюються принципи побудови автоматизованих систем управління повітряним рухом.
Аналіз принципів побудови розподілених АСУПР дозволяє виділити наступні основні концепції їх побудови: багаторівнева ієрархічна організація структури, яка відповідає ієрархічному характеру вирішуваних функціональних завдань; модульність структури і конструкції як елементів АСУПР, так і системи в цілому за рахунок застосування уніфікованої системи конструктивно функціональних модулів; наявність розвинених засобів функціонального контролю і діагностування.
При оцінці ефективності відмовостійких АСУПР складність полягає в тому, що необхідно враховувати вплив на якість функціонування трьох взаємозв'язаних чинників: часу (T), апаратних засобів (H), програмного забезпечення (S). Класичні (невідмовостійкі) системи можна представити як 1T/1H/1S, тобто один раз виконується одна програма на одній машині. Варіюючи трьома параметрами можна отримати безліч варіантів систем. Проблема полягає в тому, що будь-які збільшення кратності ресурсів H і S приводять до підвищеної витрати часу для прийняття рішення на виході дубльованих систем H і S.
Спроби створення відмовостійких розподілених АСУПР, в яких інтегруються механізми виявлення відмов, діагностування відмов, реконфігурації і відновлення системи в автоматичному режимі поставили завдання визначення моделей несправностей і моделей їх діагностування.
Аналіз робіт попередників дає можливість зробити висновок про те, що всі розроблені в даний час методи і алгоритми забезпечення ВІУ в тій чи іншій мірі не відповідають вимогам забезпечення необхідного ступеня відмовостійкості розподілених АСУПР. Тому в роботі ставиться завдання підвищення відмовостійкості розподілених АСУПР шляхом застосування в них діагностування відмов на основі відмовостійких методів взаємної інформаційної узгодженості.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:
- розробити ієрархічну організацію засобів забезпечення відмовостійкості розподілених АСУПР;
- відповідно до прийнятої структури засобів забезпечення відмово стійкості (ЗЗВ) розробити алгоритми діагностування «ворожих» відмов в розподілених АСУПР на основі відмовостійких методів взаємного інформаційного узгодження;
- розробити методику діагностування відмов в розподілених АСУПР на основі методів взаємного інформаційного узгодження.
У другому розділі „Ієрархічна організація засобів забезпечення відмовостійкості автоматизованих систем управління повітряним рухом” запропоновано і обгрунтовано ієрархічний підхід до побудови засобів забезпечення відмовостійкості АСУПР.
При побудові структури відмовостійкості автоматизованої системи управління повітряним рухом необхідно чітко розмежувати окремі рівні, кожен з яких оснащений власними засобами виявлення відмов даного рівня і засобами нейтралізації відмов (рис. 1).
До засобів нейтралізації відмов відносяться всі засоби діагностування, реконфігурації і відновлення, які рівень має в своєму розпорядженні і може використовувати, не звертаючись за санкцією куди б то не було.
Якщо рівень не в змозі сам справитися з виниклою відмовою, то вон повинен знати «куди звертатися», тобто кожному рівню в ієрархії відповідає «авторитет», який може залучати системні ресурси для надання допомоги своєму «підлеглому». Декілька рівнів можуть, при цьому, звертатися до одного і тому ж «авторитета».
При ієрархічній організації ЗЗВ засоби більшої складності (які забезпечують і кращу якість обслуговування) використовуватимуться за необхідності. Дуже прості відмови швидко нейтралізуються простими засобами на низькому рівні ієрархії, оскільки їх складність невелика. Якщо простих засобів виявляється недостатньо, то «запускаються» засоби кращої якості, але, можливо, «повільніші».
Таким чином викладений підхід до оцінки надійності АСУПР з ієрархічною організацією ЗЗВ дозволяє:
- визначити доцільність відмовостійкого проекту АСУПР шляхом порівняння витрат на його здійснення з отримуваним позитивним ефектом;
- виявляти слабкі місця ієрархічно організованих ЗЗВ (механізми, які істотно знижують загальну надійність АСУПР).
У третому розділі „Розробка процесу діагностування розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом на основі взаємної інформаційної узгодженості” запропонована вдосконалена модель розподіленої АСУПР (рис. 2), що складається з обчислювачів (вузлів), в якій виникає не більше відмов.
У алгоритмах А1 (рис.3) і А2 (рис. 4) прийнято наступні припущення:
1. Зв'язки між вузлами розподіленої системи можна представити повнозв'язним неорієнтованим графом, тобто кожна пара вузлів може обмінюватися повідомленнями. Відправник повідомлення визначається однозначно.
2. Система є синхронною, тобто в системі існує механізм, що дозволяє всім вузлам системи одночасно перейти до діагностування.
3. Вузли обмінюються повідомленнями з множини, де - повідомлення, семантика якого залежить від конкретного випадку; - протилежне; - порожнє повідомлення, тобто протягом відведеного інтервалу часу каналом зв'язку не надійшло ніякого повідомлення.
4. Кожен вузол за допомогою засобів самодіагностування визначає власний стан . Стан може приймати два значення FF (справний) і FIL (несправний).
5. При передачі повідомлень з різною семантикою процесор витрачає на кожне повідомлення час DELAY, незалежно від того скільком вузлам це повідомлення надсилається.
Початковий набір, що формується в n-й обчислювальній машиші (ОМ), має вигляд наступної матриці
де L=2t+1;
у i-му рядку містяться значення повідомлень всіх j-х ОМ, прийняті в першому раунді i-ю і передані нею в другому раунді в n-у ОМ;
у j-му стовпці містяться значення повідомлень однієї і тїй ж j-ї ОМ, передані нею всім i-м ОМ;
на головній діагоналі розташовані елементи, що є значеннями повідомлень j-х ОМ, передані ними самим собі в першому раунді.
У алгоритмі А1 використовується функція majority, яка визначає стан елемента шляхом аналізу повідомлень інших елементів про його стан.
Суть алгоритму А1 полягає в обміні всіма ОМ системи елементарними повідомленнями, що формуються на основі результатів самодіагностування, після чого всі ОМ спільно роблять висновок про справність або несправність решти ОМ. відмовостійкість автоматизований інформаційний узгодженість
Суть алгоритму А2 полягає у виконанні кожної ВМ певного набору тестів, після чого, за наслідками тестування (правильності і своєчасності) робиться висновок про стан кожного окремого елемента. При чому, другий алгоритм включається в роботу тоді, коли в результаті виконання першого не вдалося однозначно встановити несправні модулі АСУПР. Алгоритм А2 володіє більшою обчислювальною складністю, але, у зв'язку з прийнятим ієрархічним підходом, потреба в ньому передбачається меншою, ніж в алгоритмі А1.
У четвертому розділі “Дослідження достовірності і ефективності діагностування розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом на основі взаємної інформаційної узгодженості” на основі розробленої методики оцінки ефективності діагностування АСУПР проведено математичне моделювання процедури діагностування розподілених обчислювальних систем, що складаються з N = 7, 8, 9 обчислювачів.
За результатами моделювання побудовано графіки достовірності діагностування D від кількості відмов t, для різних N; часу діагностування tд від кількості відмов t, для різних N.
В цілому математичне моделювання підтвердило правильність теоретично розробленої стратегії забезпечення відмовостійкості розподілених АСУПР з використанням ієрархічної структури ЗЗВ і діагностування на основі взаємного інформаційного узгодження.
З графіків залежностей D=f(t) (рис. 5) видно, що для числа відмов t що не перевищують допустиме (виходячи з прийнятої моделі системи t?) достовірність діагностування достатнє висока D>0.95.
З графіків tд=f(t) при різних N видно, що час діагностування лінійно змінюється від числа відмов.
Порівняльна оцінка ефективності алгоритмів взаємного інформаційного узгодження і їх впливу на відмовостійкість розподілених АСУПР проводилася на основі марківської моделі з дискретними станами і безперервним часом.
Дослідженню підлягали існуючий алгоритм маскування несправностей і алгоритм виявлення та ідентифікації несправностей.
Виходячи з цього, в системі виділяється п'ять наступних станів:
S0 ? всі модулі справні;
S1 ? один модуль несправний, решта справні;
S2 ? два модулі несправні, решта справні;
S3 ? три модулі несправні, решта справні;
S4 ? повна відмова системи.
При чисельному інтегруванні диференційних рівнянь використовувалися наступні початкові дані:
при t = 0, P0 = 1, P1 = P2 = P3 = P4 = 0;
? ??= 0,01 1/год;
? ??= 1/Tраб 1/ год; Tраб =10 год; ?=0,1 1/ год;
? = = D=0,96 (== D=0,98).
Результати обчислень подано на.
Порівняльний аналіз показує перевагу алгоритму взаємного інформаційного узгодження з виявленням і ідентифікацією несправностей над алгоритмом з маскуванням несправностей. Так середнє напрацювання всієї системи у разі використання алгоритму Аои в три-п'ять разів більше, ніж при використанні.
ВИСНОВКИ
В дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове розв'язання наукового завдання щодо розробки методики діагностування розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом на основі відмовостійкої взаємної інформаційної узгодженості, що дозволяють виявляти всі види несправностей, в тому числі і «ворожих». Дане наукове завдання має важливе значення для теорії і практики побудови складних інформаційних систем. Відсутність аналогічних рішень в наший країні і за кордоном робить результати досліджень пріоритетними.
Отримані результати мають важливе значення для забезпечення надійного функціонування автоматизованих систем управління повітряним рухом за рахунок організації їх відмовостійкості, що зрештою визначає ефективність використання повітряного транспорту взагалі і забезпечення безпеки польотів зокрема.
Головні наукові і практичні результати:
1. Аналіз основних принципів побудови сучасних автоматизованих систем управління повітряним рухом показав, що для забезпечення відмовостійкості розподілених систем застосування традиційних методів не завжди ефективне і призводить до невиправдано високих витрат. Врахування особливостей розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом призводить до необхідності вирішення задачі забезпечення взаємної інформаційної узгодженості розподіленої системи за наявності відмов окремих її компонентів.
Застосування розроблених в даний час алгоритмів і методів взаємної інформаційної узгодженості не забезпечує необхідного ступеня відмовостійкої розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом у зв'язку з тим, що існуючі методи засновані на маскуванні відмов і пов'язані з певними припущеннями: на надмірність системи, число раундів взаємообміну для досягнення узгодженості і обсяг інформації, що пересилається. Для забезпечення відмовостійкої роботи таких розподілених систем недостатньо обмежитися лише маскуванням відмов, а необхідно проводити діагностування, що дозволить здійснювати реконфігурацію і подальше відновлення обчислювального процесу.
2. В роботі вдосконалено математичну модель діагностування автоматизованої системи управління повітряним рухом, яка відрізняється від існуючих введенням матриці діагностичної інформації на основі міжмашинного обміну результатами перевірок окремих вузлів системи та забезпечує можливість діагностування несправностей системи шляхом використання її внутрішніх ресурсів за рахунок використання часової та програмної надмірності.
3. Вперше запропоновано методику діагностування «ворожих» відмов в розподілених автоматизованої системи управління повітряним рухом на основі застосування дворівневої системи забезпечення відмовостійкості, перевагами якої, в порівнянні з відомими алгоритмами пошуку несправностей, є те, що вона вимагає меншої надмірності системи і забезпечує діагностування при відмові половини її елементів.
4. Удосконалено методику оцінки параметрів діагностування автоматизованої системи управління повітряним рухом на базі статистичного моделювання, яка відрізняється від існуючих застосуванням марківської моделі дворівневої системи забезпечення відмовостійкості і дозволяє оцінювати ефективність різних систем за довірчими оцінками показників діагностування та відмовостійкості.
5. Запропонований підхід до оцінки надійності автоматизованих систем управління повітряним рухом з ієрархічною організацією засобів забезпечення відмовостійкості дозволяє:
? визначати доцільність відмовостійкого проекту автоматизованої системи управління повітряним рухом шляхом зіставлення витрат на його здійснення з очікуваним позитивним ефектом (за показником середнього напрацювання системи до повної відмови);
? виявляти слабкі місця в ієрархічно організованих засобах забезпечення відмовостійкості (механізми, які істотно знижують загальну надійність системи);
? правильно використовувати додаткові ресурси на подальше підвищення ймовірності безвідмовної роботи.
6. Застосування в розподілених автоматизованих системах управління повітряним рухом діагностування на основі взаємної інформаційної узгодженості дозволить зрештою підвищити ефективність застосування засобів управління повітряним рухом і в 3...5 разів підвищити показники відмовостійкої системи, а саме ? середнє напрацювання об'єкта до повної відмови. Реалізація розробленої методики й алгоритмів діагностування здійснюється тільки програмним способом і не вимагає розробки і застосування спеціальних апаратурних засобів.
7. Достовірність результатів дисертаційних досліджень підтверджується збігом результатів теоретичних і експериментальних досліджень. Як кількісна оцінка достовірності результатів діагностування використовується довірча оцінка ймовірності отримання результату, що правильно відображає розподіл несправностей в системі. За результатами моделювання максимально досяжне середнє значення цієї оцінки становить 0,99 за наявності однієї відмови.
8. Мета дослідження щодо підвищення відмовостійкості розподілених автоматизованих систем управління повітряним рухом шляхом використання в них діагностування на основі взаємної інформаційної узгодженості досягнута і всі часткові завдання вирішені повністю. Наукові результати досліджень є внеском в розвиток моделей і методів оцінювання якості і підвищення надійності, живучості і відмово стійкості інформаційних та інформаційно-управляючих систем, а також інформаційних технологій для створення гарантоздатних автоматизованих систем переробки інформації.
9. Основні результати дисертаційних досліджень можуть бути використані підприємствами промисловості при розробці засобів забезпечення відмовостійкості і систем діагностування розподілених обчислювальних систем, оскільки вони найбільшою мірою враховують особливості їх застосування і функціонування.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Барабаш О.В. Методика самодіагностування обчислювальних систем на основі гнучких структур перевірочних зв'язків / О. В. Барабаш, О. В. Чмут, С. В. Водоп'ян // Проблеми транспорту: Збірник наукових праць: Випуск 1. - К.: Національний транспортний університет, 2004. - С. 62 - 68.
2. Барабаш О. В. Розподілений алгоритм самодіагностування мультипроцесорної обчислювальної системи, що допускає використання неповних тестів / О. В. Барабаш, О. В. Чмут // Матеріали наукової конференції “Науково-технічні проблеми створення та застосування авіаційних та космічних систем”, присвяченої Всесвітньому дню авіації і космонавтики та з нагоди 40-річчя польоту першої людини в космос. м. Київ, 10-11 квітня 2001 р. - К.: НАОУ, 2001. - С. 6-7.
3. Барабаш О. В. Спосіб збирання діагностичної інформації при виконанні самодіагностування в розподілених інформаційних системах / О. В. Барабаш, О. В. Чмут // Зб. наук. праць Харківського університету Повітряних Сил. - Харків: ХУПС, 2007. - № 2 (14). - С. 93 - 97.
4. Барабаш О. В. Алгоритм пошуку найкоротших маршрутів у мережі передачі даних автоматизованої системи управління / О. В. Барабаш, О. В. Чмут // Матеріали Першої науково-технічної конференції “Проблеми розробки і удосконалення засобів телекомунікацій та систем управління в Збройних Силах України” 28?29 листопада 2002 року. - К.: Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації НТУУ “КПІ”, 2002. - С. 39.
5. Лаптев А. А. Методика определения технического состояния самодиагностируемых вычислительных систем / А. А. Лаптев, О. В. Барабаш, А. В. Чмут // Материалы международной конференции “Моделирование и исследование устойчивости динамических систем - DSMSI-2003” 27 - 30 мая 2003 г. - К.: КНУ ім. Тараса Шевченка, 2003. - С. 406.
6. Барабаш О. В. Забезпечення інформаційної безпеки автоматизованої системи управління повітряним рухом на основі взаємного інформаційного узгодження / О. В. Барабаш, В. А. Савченко, О. В. Чмут // «Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем»: науковий журнал. - Житомир: ЖВІ НАУ, 2008. - Вип.1. - С. 178 ? 185.
7. Барабаш О. В. Забезпечення інформаційної безпеки автоматизованої системи управління повітряним рухом на основі методики взаємного узгодження / О. В. Барабаш, В. А. Савченко, О. В. Чмут // Тези доповідей Міжвузівської наук.-практ. конференції «Проблеми створення, розвитку та застосування інформаційних систем спеціального призначення», м. Житомир, 9 квітня 2009 р. - Ч. 1 - Житомир: ЖВІ НАУ, 2009. - С. 148 - 149.
8. Барабаш О. В. Методика диагностирования отказов в автоматизированной системе управления воздушным движением на основе взаимной информационной согласованности / О. В. Барабаш, В. А. Савченко, А. С. Слюняев, А. В. Чмут // Збірник наукових праць Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка. - К., 2009. - № 20. - С. 114 ? 120.
9. Чмут А. В. Методика экспериментальной оценки результатов диагностирования отказов в распределенных автоматизированных системах управления воздушным движением / А. В. Чмут // Збірник наукових праць Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка. - К., 2009. - № 21. - С. 137 - 141.
10. Барабаш О. В. Методика диагностирования отказов в распределенных автоматизированных системах управления воздушным движением / О. В. Барабаш, А. В. Чмут, А. С. Слюняев // Збірник наукових праць Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка. - К., 2009. - № 23. - С. 31 ? 34.
АНОТАЦІЯ
Чмут О.В. Методика діагностування автоматизованої системи управління повітряним рухом на основі взаємної інформаційної узгодженості. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. - Київський національний університет ім. Тараса Шевченка. Київ, 2009.
Дисертацію присвячено питанням проектування відмовостійких автоматизованих систем управління повітряним рухом районного центру управління повітряним рухом.
У дисертації розглянуто існуючі методи забезпечення відмовостійкості розподілених обчислювальних систем і визначено необхідність розробки методики і алгоритмів діагностування розподілених обчислювальних систем на основі відмовостійкої взаємної інформаційної узгодженості.
Вперше запропонована методика діагностування «ворожих» відмов в розподілених АСУПР на основі застосування дворівневої системи забезпечення відмовостійкості. Вдосконалено математичну модель діагностування АСУПР шляхом введення «блукаючого» діагностичного ядра. Вдосконалено методику оцінки параметрів діагностування АСУПР на основі статистичного моделювання.
Здійснено порівняльну оцінку запропонованої та існуючих методик діагностування. Отримано чисельні показники ефективності наукових результатів.
Ключові слова: діагностування, взаємна інформаційна узгодженість, відмовостійкість, автоматизована система управління повітряним рухом.
Чмут А.В. Методика диагностирования автоматизированной системы управления воздушным движением на основе взаимной информационной согласованности. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - информационные технологии. - Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко. Киев, 2009.
В диссертации проведен анализ мирового опыта в области обеспечения отказоустойчивости распределенных информационных систем. В результате выявлено несоответствие возможностей внутреннего диагностирования автоматизированных систем управления воздушным движением существующим требованиям относительно безопасности полетов авиации.
Применение разработанных в настоящее время алгоритмов и методов вазимной информационной согласованности не обеспечивает необходимой степени отказоустойчивости распределенных автоматизированных систем управления воздушным движением (АСУВД). Это связано с тем, что существующие методы основаны на маскировании отказов и ограничены определенными допущениями: на избыточность системы, число раундов взаимообмена для достижения согласованности и обьем пересылаемой информации. Для обеспечения отказоустойчивой работы распределенной АСУВД недостаточно ограничиться лишь маскированием отказов, а необходимо проводить диагностирование, что позволит осуществлить реконфигурацию и последующее восстановление вычислительного процесса.
В работе усовершенствована математическая модель диагностирования автоматизированной системы управления воздушным движением, которая отличается от существующих введением матрицы диагностической информации на основе межмашинного обмена результатами проверок отдельных узлов системы и обеспечивает возможность диагностирования неисправностей системы путем использования ее внутренних ресурсов за счет временной и программной избыточности.
Впервые предложена методика диагностирования «враждебных» отказов в распределенных автоматизированных системах управления воздушным движением на основе применения двухуровневой системы обеспечения отказоустойчивости, преимуществом которой, по сравнению с известными алгоритмами поиска неисправностей, является то, что она требует меньшей избыточности системы и обеспечивает диагностирование при отказе половины ее элементов.
Также усовершенствована методика оценки параметров диагностирования автоматизированной системы управления воздушным движением на базе статистического моделирования, которая отличается от существующих применением марковской модели двухуровневой системы обеспечения отказоустойчивости и позволяет оценивать эффективность различных систем по доверительным оценкам показателей диагностирования и отказоустойчивости.
Предложенный подход к оценке надежности АСУВД с иерархической организацией средств обеспечения отказоустойчивости позволяет: выявлять слабые места в иерархически организованных средствах обеспечения отказоустойчивости (механизмы, которые существенно снижают общую надежность АСУВД); правильно использовать дополнительные ресурсы на дальнейшее повышение вероятности безотказной работы.
Эффективность предложенных алгоритмов и методик была проверена путем статистического моделирования. При этом были получены зависимости достоверности и времени диагностирования от числа отказов в системе, а также вероятность полного отказа системи от времени ее работы.
Применение в распределенных АСУВД диагностирования на основе взаимной информационной согласованности позволит в конечном итоге повысить показатели отказоустойчивости АСУВД в 3...5 раз повысить, а именно ? среднюю наработку объекта до полного отказа. Реализация разработанной методики и алгоритмов диагностирования осуществляется только программным способом и не требует разработки и применения специальных аппаратурных средств.
Достоверность результатов диссертационных исследований подтверждается корректностью использования математического аппарата и совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований. В качестве количественной оценки достоверности результатов диагностирования используется доверительная оценка вероятности получения результата, правильно отражающего распределение неисправностей в системе. По результатам моделирования максимально достижимое среднее значение этой оценки равно 0,99 при одном отказавшем вычислителе.
Основные результаты диссертационных исследований могут быть использованы предприятиями промышленности при разработке средств обеспечения отказоустойчивости и систем диагностирования распределенных АСУВД, так как они в наибольшей степени учитывают особенности их применения и функционирования.
Ключевые слова: диагностирование, взаимная информационная согласованность, отказоустойчивость, авоматизированная система управления воздушным движением.
Chmut O.V. The Mutual Information Compatibility Diagnostic Method of an Automatic Air Traffic Control System. Manuscript.
Dissertation for Doctor of Philosophy scientific degree in technical sciences, speciality 05.13.06 ? information technologies. ? Taras Shevchenko National University of Kyiv. Kyiv, 2009.
Dissertation looks into the questions of fault-tolerant automatic air traffic control systems creating for air traffic control regional center .
The dissertation researches the existent methods of distributed automated systems fault-tolerance provision and emphasised the necessity of development of method and algorithms of distributed automated systems diagnosis using fault-tolerant mutual informative compatibility.
The method of «hostile» refuse diagnosisis for automatic air traffic control system on the two-level basis of fault-tolerance provision is first offered . The mathematical model of air traffic control system diagnosis is improved by introduction of «wandering» diagnostic kernel. The parameters estimation method of air traffic control system diagnosis is improved on the basis of statistical modelling.
The comparative estimation of offered and existent diagnostic methods is carried out. The numeral indexes of scientific results are received.
Keywords: diagnosis, mutual informative compatibility, fault-tolerance, automatic air traffic control system.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Інформаційні потреби управлінського апарату Глухівської райспоживспілки. Аналіз наявних на ринку програмних продуктів автоматизації управлінської діяльності. Зміни в системі управління після впровадження інформаційної системи управління "Галактика".
контрольная работа [91,3 K], добавлен 27.07.2009Аналіз основних задач фінансового відділу і їх залежності від вхідної інформації. Розробка автоматизованої інформаційної системи з ціллю якісної обробки вхідних даних. Організація інформаційного, організаційного, технічного і програмного забезпечення АІС.
курсовая работа [463,7 K], добавлен 11.02.2014Інтегрована інформаційна система менеджменту фірми SAP R/3. Інформаційні потреби управлінського апарату підприємства. Характеристика системи Scala. Характеристика змін в системі управління в результаті впровадження інформаційної системи управління.
контрольная работа [163,0 K], добавлен 27.07.2009Методика обґрунтування раціональної сукупності методів і засобів технічного діагностування складних систем озброєння, що задовольняє задані вимоги до систем технічного діагностування в цілому. Пошук дефекту при мінімальних витратах на реалізацію методів.
статья [28,2 K], добавлен 14.12.2010Розробка інформаційної системи, що містить дані про товари, їх поставку і доставку за допомогою моделі "Сутність-зв'язок". Вибір засобів її реалізації Структурна схема реляційної бази даних та таблиці БД. Інструкція для користувача програмним продуктом.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 19.06.2013Проблеми при розробленні автоматизованих систем управління в банку. Сутність, загальні риси та відмінності серії стандартів MRP та MRPII. Види технологічного процесу автоматизованої обробки економічної інформації. Системи підтримки прийняття рішень.
контрольная работа [32,8 K], добавлен 26.07.2009Дослідження класифікації автоматизованих інформаційних систем. Обґрунтування вибору мови і системи програмування. Програмне забезпечення та опис компонентів середовища. Інтерфейс програмного комплексу. Розрахунок повної собівартості програмного продукту.
дипломная работа [584,1 K], добавлен 26.06.2015Програмне забезпечення та шляхи автоматизації інформаційної системи управління школи. Побудова імітаційної моделі управлінських процесів за допомогою ППЗ MS Project. Розробка бази даних "Школа". Дослідження автоматизованого робочого місця секретаря.
курсовая работа [210,9 K], добавлен 10.11.2012Необхідність вдосконалення функціонування оформлення відпусток відділу кадрів Добротвірської ТЕС. Розробка та впровадження інформаційної системи на основі Mу SQL - вільної системи управління базами даних. Описання процесу створення сайту на Webnode.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 01.03.2014Місце і роль організацій та рухів у сучасному розвитку українського суспільства. Аналіз інформаційного забезпечення предметної області. Проектування структури інформаційної системи. Розробка структури інформаційної системи Громадська рада Запоріжжя.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 08.12.2010
