Оптимизационные методы формирования мультиверсионного программного обеспечения критичных по надежности систем управления

• Автор: Попов, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 195 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ВЫСОКОНАДЕЖНЫХ СИСТЕМ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1. Программная составляющая критичных по надежности систем управления.

1.2. Проектирование сложных программных средств.

1.2.1. Жизненный цикл программных средств.

1.2.2. Этапы проектирования сложных программных

средств

1.2.3. Комгшексирование программ

1.3. Надежность функционирования комплексов программ

1.3.1. Надежностная характеристика программного модуля
1.3.2. Обеспечение надежности программ с помощью введения избыточности.
1.4. Мультиверсиониое программирование как методология проектирования отказоустойчивого программного обеспечения.
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ОПТИМИЗАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ
2.1. Оптимизационные модели мультиверсионного
программирования критичных по надежности систем управления
2.1.1. Модель с последовательной организацией программных модулей.
2.1.2. Модель с последовательнопараллельной организацией программных модулей
2.2. Свойства пространства булевых переменных.
2.3. Алгебра подкубов на множестве булевых переменных.
2.4. Программа визуального исследования свойств пространства булевых переменных.
2.4.1. Основные сведения
2.4.2. Обзор интерфейса пользователя
2.5. Свойства оптимизационных моделей.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ РЕАЛИЗАЦИИ
ОПТИМИЗАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ
3.1. Принципы построения оптимизационных алгоритмов.
3.2. Регулярные алгоритмы оптимизации
3.2.1. Алгоритмы неявного полного перебора.
3.2.2. Алгоритмы схемы метода ветвей и границ
3.3. Алгоритмы случайного поиска.
3.3.1. Модификации алгоритма случайного поиска с адаптацией
3.3.2. Алгоритм случайного поиска граничных точек
3.4. Экспериментальное сравнение эффективности построенных алгоритмов.
Выводы.
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ФОРМИРОВАНИЯ МУЛЬТИВЕРСЙОННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.
4.1. Основные сведения.
4.2. Программная реализация процедур поиска
4.3. Графический интерфейс пользователя пакета решения задач формирования мультиверсионного программного обеспечения
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Искажение значений времени может нарушить эту временную связь и привести к полному отказу системы управления. Длительность решения задач и скорость выдачи информации должны выдерживаться в соответствии с режимом работы и текущим состоянием источников информации и управляемых объектов. Это означает, что обработка информации и прогнозирование внешней ситуации должны осуществляться программами с более высокой скоростью, чем скорость реального управляемого процесса, с тем чтобы имелся определенный запас времени для принятия решений и формирования управляющих воздействий. Поэтому одной из важных для организации работы КП является проблема оперативного управления вычислительным процессом в реальном времени. Разнообразие функций ПС объясняется тем, что в сложных системах один и тот же КП обычно используется для управления несколькими разнотипными объектами и, кроме того, является объектом управления для других систем более высокого ранга. В то же время управляющие программы сравнительно мало изменяются в течение длительного периода эксплуатации. Изменение характеристик или состава управляемых объектов, как правило, не вызывает фундаментальной переработки программ, так как возможность таких изменений обычно учитывается в процессе разработки. Управляющие ЭВМ, ориентированные на решение определенного класса задач, проектируются или выбираются с минимальными запасами вычислительных ресурсов. Значительная определенность задач, решаемых КП, позволяет весьма полно использовать аппаратуру и определять оптимальное соотношение между отдельными параметрами реализующих ЭВМ применительно к конкретным задачам. Кроме того, особенность работы управляющих ПС заключается в том, что за ограниченное время решается большое количество различных функциональных задач и одновременно осуществляется обмен информацией с многочисленными внешними абонентами. Вследствие асинхронности работы большинства объектов системы управления данные от них могут поступать в случайные моменты времени, последовательность которых заранее не известна. Поэтому во многих КП строгая последовательность решения задач принципиально не может быть заранее определена или задана, так как она существенным образом зависит от поступающих сообщений и длительности решения тех или иных задач. Для "развязки" во времени процессов обмена и обработки сообщений используются буферные накопители сообщений при приеме и выдаче данных. Надежность функционирования ПС при искажениях информации, сбоях и частичных отказах аппаратуры, которые могут возникать в процессе работы системы, - еще одна особенность программных средств. Работа в системе управления реальными объектами в большинстве случаев требует от КП надежного функционирования при длительном (иногда круглосуточном и многомесячном) непрерывном решении заданного набора задач. Так как сложность современных систем управления возрастает значительно быстрее, чем надежность используемой в них аппаратуры, то все более острой становится проблема обеспечения высокого качества выдаваемых результатов и сохранения работоспособности системы (пусть даже с худшими показателями) в условиях выхода из строя отдельных компонент аппаратуры. Для обеспечения необходимой надежности системы в КП широко применяются различные методы контроля, параллельное решение задач, а также совместная работа нескольких вычислительных машин в процессе решения единого комплекса задач управления. В широком понимании термин "программные средства" охватывает функциональные и служебные программы, средства автоматизации программирования, тестирования, отладки и т. Иногда такие ПС называют программным обеспечением автоматизированных систем управления. Функциональные программы, реализующие конкретные алгоритмы взаимодействия с объектами управления или их функциональные особенности, обычно называют специальными программными средствами. Объем функциональных программ в управляющих ЭВМ часто занимает . Под общим программным обеспечением, или общими ПС, подразумеваются программы организации вычислительного процесса, системы функционального контроля процессов, системы автоматизации программирования и отладки.