Методы проектирования резервированной коммуникационной подсистемы отказоустойчивых автоматизированных систем управления

• Автор: Колмогорцев, Евгений Леонидович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

1.1 Требования, предъявляемые к современным системам управления.

1.2 Принципы построения распределенных систем управления.

1.3 Типовые решения по обеспечению эффективности надежности и производительности автоматизированных систем управления.

1.3.1 Способы повышения надежности

1.3.2 Виды резервирования.

1.4 Способы повышения надежности и производительности распределенных систем управления. Системы с полнодоступным и неполнодоступным подключением узлов

1.4.1 Обеспечение надежности вычислительных узлов.

1.4.2 Обеспечение надежности коммуникационной подсистемы .

1.5 Требования к бортовым автоматизированным системам управления кораблей и судов
1.6 Показатели надежности и отказоустойчивости.
1.6.1 Показатели надежности и отказоустойчивости для систем с резервированием коммуникационной подсистемы
1.7 Методы оценки надежности, производительности и эффективности систем управления
1.7.1 Аналитические методы исследования.
1.7.2 Методы статистического и имитационного моделирования .
1.8 Постановка задачи исследования.
1.9 Выводы
2 МОДЕЛИ НАДЕЖНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ КОММУНИКАЦИОННОЙ ПОДСИСТЕМЫ.
2.1 Общие положения.
2.2 Комбинаторновероятностный метод оценки надежности
2.3 Комбинаторновероятностный метод оценки системы с резервированием коммуникационной среды, построенной с использованием коммутаторов.
2.3.1 Построение коммуникационной среды с использованием магистралей.
2.3.2 Построение коммуникационной среды с использованием коммутаторов
2.3.3 Анализ применимости комбинаторновероятностного метода оценки надежности систем с резервированием магистралей для систем с резервированием коммутаторов.
2.4 Комбинаторновероятностные методы оценки надежности распределенной системы управления с резервированием коммуникационной подсистемы при полнодоступном подключении узлов.
2.4.1 Надежность систем с равноправными узлами
2.4.2 Точность метода.
2.4.3 Надежность систем с узлами ведущийведомый
2.5 Комбинаторновероятностные методы оценки надежности распределенной системы управления с резервированием коммуникационной подсистемы при неполнодоступном подключении узлов.
2.5.1 Способы подключения узлов к коммутаторам
2.5.2 Ограничения на число коммутаторов для неполнодоступных конфигураций подключения узлов
2.5.3 Оценка отказоустойчивости системы при отказах сетевых адаптеров
2.5.4 Оценка вероятности обеспечения связности узлов при отказах сетевых адаптеров
2.5.5 Оценка надежности коммуникационной подсистемы
2.5.6 Надежность системы управления
2.6 Модели производительности
2.6.1 Аналитическая модель распределенной системы управления с резервированием коммутаторов
2.6.2 Имитационная модель распределенной системы управления с резервированием комхмутаторов.
2.7 Исследование метода множественной передачи данных по симплексному последовательному каналу
2.7.1 Протокол достоверной доставки данных по симплексной последовательной шине от нескольких передающих устройств без обнаружения конфликтов.
2.7.2 Исследование множественной передачи данных для четырех передающих устройств.
2.8 Выводы
3 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЗЕРВИРОВАННЫХ
ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ.
3.1 Постановка задачи проектирования резервированных отказоустойчивых управляющих систем.
3.2 Методика проектирования резервированных отказоустойчивых управляющих систем
3.2.1 Выбор конфигурации, обеспечивающей максимальный уровень надежности при заданных ограничениях на время реакции и стоимость .
3.2.2 Выбор конфигурации, обеспечивающей минимальное время реакции при заданных ограничениях на надежность и стоимость ИЗ
3.2.3 Выбор оптимального варианта построения системы.
3.2.4 Пример оптимизации структуры системы.
3.2.5 Сравнение вариантов конфигурации системы с полнодоступным и неполнодоступным подключением узлов.
3.3 Выводы.
4 ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КСУТС МателотТС
4.1 Комплексная система управления техническими средствами судна МателотТС.
4.2 Проектирование системы КСУТС МателотТС
4.2.1 Постановка задачи проектирования.
4.2.2 Выбор конфигурации системы обеспечивающей максимальную надежность
4.2.3 Выбор способа передачи данных от ПВВ на ВИАПС
4.3 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Уменьшение времени реакции системы может быть достигнуто при увеличении производительности коммуникационной подсистемы путем введения избыточности коммуникационного оборудования и разделения нагрузки между всем имеющимся коммуникационным оборудованием или его частью. При конструктивных ограничениях на размещение сетевых адаптеров в узлах дополнительные возможности по снижению нагрузки на коммуникационную подсистему и, тем самым, по повышению производительности системы, дает применение неполнодоступных конфигураций подключения узлов, когда через каждый из коммутаторов осуществляется связь только части узлов, а полная связность узлов достигается всей совокупностью коммутаторов системы. Неполнодоступность узлов может закладываться при проектировании или формироваться в результате отказов сетевых адаптеров. Таким образом, имеется необходимость разработки методики проектирования распределенных систем управления, обладающих заданным уровнем надежности и производительности при ограничении по стоимости. Объект исследования диссертационной работы резервированные коммуникационные подсистемы распределенных отказоустойчивых компьютерных систем управления. Предмет исследования надежность и производительность распределенных систем управления. Цель исследования разработка методики проектирования отказоустойчивых систем управления при резервировании коммуникационной подсистемы, реализуемой на коммутаторах. Разработка методов оценки надежности резервированной коммуникационной подсистемы, реализуемой на коммутаторах, с учетом особенностей их коммутаторов применения и реализации. Разработка методики проектирования отказоустойчивых систем управления с резервированием коммуникационной подсистемы, реализуемой на коммутаторах, обладающих требуемой надежностью и производительностью. Методы исследования, используемые в диссертационной работе имитационное и аналитическое моделирование, применение теории вероятностей, комбинаторного анализа, теории случайных процессов, теории надежности, теории массового обслуживания, теории вычислительных систем. Методика проектирования отказоустойчивых систем управления с заданными характеристиками надежности и производительности, при резервировании коммуникационной подсистемы, реализуемой на коммутаторах, как с полнодоступным, так и неполнодоступным подключением узлов. Метод оценки надежности системы управления с резервированием коммуникационной подсистемы для конфигураций с полнодоступным и неполнодоступным подключением узлов к коммутаторам, основанный на модификации комбинаторновероятностного метода оценки надежности систем с резервированием магистралей и учитывающий особенности реализации и функционирования коммутаторов, а также возможные комбинаторные распределения отказов сетевых адаптеров и портов коммутаторов, приводящие к образованию минимальных сечений и их комбинаций. Метод обеспечивает приемлемую для инженерных расчетов точность вычислений. САПР отказоустойчивых систем управления. Метод оценки надежности учитывает конструктивные ограничения по введению избыточности, возникающие в бортовых системах управления. Публикации. По теме диссертации сделано 6 публикаций. Апробация. СПб ГЛТА в феврале года, седьмой межведомственной научнотехнической конференции Проблемные вопросы сбора, обработки, передачи и защиты информации в сложных радиотехнических системах в Пушкинском военном институте радиоэлектроники Космических войск имени маршала авиации С. Реализация результатов. МателотТС, входящей в состав навигационнотактического комплекса Мателот производства ЗАО Транзас. В результате внедрения разработанных методик и моделей удалось получить обоснованные решения по построению коммуникационной среды системы, в частности, определить требуемую для обеспечения заданного уровня надежности кратность резервирования коммутаторов, конфигурацию подключения узлов и оценить время реакции системы. Акты о внедрении результатов диссертационной работы приведены в приложении А. Основными требованиями, предъявляемыми к системам управления, являются требования обеспечения отказоустойчивости и производительности системы при минимальной сложности и стоимости разработки, внедрения, эксплуатации.