Експериментальна оцінка надійності комп'ютерних систем інтегрованої модульної авіоніки
DOI:
https://doi.org/10.18372/2073-4751.65.15369Ключові слова:
інтегрована модульна авіоніка, обчислювальні системи, оцінка показників надійності, ймовірність безвідмовної роботиАнотація
Актуальною є задача проектування перспективних обчислювальних систем в класі структур інтегрованої модульної авіоніки (ІМА). Для розробки обчислювальних модулів ІМА потрібна розробка схем перевірок і програмного забезпечення, спеціалізованих під вироби класу ІМА, як в процесі експлуатації на повітряному судні, так і в процесі виробництва на заводі-виробнику. Уніфікація модулів ІМА дозволить побудувати автоматизоване робоче місце по перевірки виробів, що володіє підвищеними показниками уніфікації та стандартизації проектних рішень. Метою роботи є оцінки надійності обчислювальних структур інтегрованої модульної авіоніки для різних конфігурацій апаратних засобів. Отримані результати, засновані на використанні методів теорії систем, методів математичного моделювання, методів теорії надійності, методів теорії ймовірностей. Оцінка надійності проводиться шляхом аналітичного виведення виразу для ймовірності P(t) безвідмовної роботи виробу. А також пропонується уніфікована топологія внутрішньої мережі обчислювача на базі каналів обміну SpaceWire і варіанти її виконання для різних бортових додатків. Представлені еквівалентні схеми надійності кожної з особистих структур і аналізуються ймовірності безвідмовної роботи кожної структури. Для оцінки ефективності схемних і конструктивно-технологічних рішень, покладених в основу проектування виробу авіоніки класу бортової цифрової обчислювальної машини, була проведена серія експериментів. Оцінці підлягав рівень випромінюваних виробом електромагнітної перешкоди в діапазоні частот 0,01 МГц – 100 МГц. Результати. Запропонована фізична схема з'єднань локальної мережі всередині обчислювальної сис-теми, що дозволяє реалізовувати різні логічні з'єднання, виходячи з необхідного функціонального завдання. Варіанти логічних з'єднань впливають на показники надійності. Кращою є схема резервування на рівні ідентичних модулів. Проведено експерименти з оцінки тимчасових характеристик роботи тестів і функціонального програмного забезпечення на реальному виробі. Показано, що структура виробу впливає на тимчасові характеристики циклу виконання бортового завдання. Запропоновано алгоритм контролю обчислювальної системи під час польоту. Встановлено, що для перспективних обчислювальних систем слід використовувати «зовнішнє» ініційоване тестування з введенням мажорування результатів тестування функціональних компонентів. Проведена серія експериментів з тестування модулів з використанням запропонованих алгоритмів. Показані тимчасові характеристики роботи алгоритму тестування вироби. Проведено оцінку надійності для трьох випадків організації внутрішньої структури обчислювальної системи класу ІМА.
Посилання
Hayley J., Reynolds R., Lokhande K., Kuffner M., Yenson S. (2012) Human-Systems Integration and Air Traffic Control. Lincoln laboratory journal. – Vol.19, №1. – Р. 34-49.
Bogatyirev V. (2006) Kombinatorno-veroyatnostnaya otsenka nadezhnosti i otkazoustoychivosti klasternyih system. Priboryi i sistemyi. Upravlenie, kontrol, diagnostika. – №6. – Р. 21-26.
Parkinson P., Kinnan L. (2015) Safety-Critical Software Development for Integrated Modular Avionics. Wind River. – Vol.11, №2.
Bogatyirev V. (2006) Nadezhnost i effektivnost rezervirovaniya kompyu-ternyih setey. Informatsionnyie tehnologi. – №9. – Р. 25-30.
Tiedeman H., Parkinson P. (2019) Experiences of Civil Certification of Multi-Core Processing Systems in Commercial and Military Avionics, Integration Activities, and Analysis. SAE Int. J. Adv. & Curr. Work. in Mobility. – №1(2). – Р. 419-428.
Bogatyirev V. (2007) Optimalnoe rezervirovanie sistemyi raznorodnyih serverov. Priboryi i sistemyi. Upravlenie, kontrol, diagnostika. – №12. – Р. 30-36.
Ghannem A., Hamdi M.S., Kessentini M., Ammar H.H. (2017) Searchbased requirements traceability recovery: A multi-objective approach. Proc. IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC). – Р. 1183-1190.
Bogatyirev V., Bogatyirev S. (2009) Ob'edinenie rezervirovannyih serverov v klasteryi vyisokonadezhnoy kompyu-ternoy sistemyi. Informatsionnyie tehnologii. – №6. – Р. 41-47.
Neretin E. et al 2019 J. Phys.: Conf. Ser. 1353 012005. doi: https:// iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/ 1353/1/ 012005/pdf.
Vidin B., Zharinov I., Zharinov O. (2010) Dekompozitsionnyie metodyi v zadachah raspredeleniya vyichislitelnyih resursov mnogomashinnyih kompleksov bortovoy avioniki. Informatsionno-uprav-lyayuschie sistemy. – №1. – Р. 2-5.
Lin C. et al 2020 J. Phys.: Conf. Ser. 1544 012171. doi: https://iopscience.iop. org/article/10.1088/1742-6596/1544/1/012171.
Gatchin Yu. (2010) Modeli i metodyi proektirovaniya integrirovannoy modulnoy avioniki, Vestnik kompyuternyih i informatsionnyih tehnologiy. – №1. – Р. 12-20.
Jiang Z., Zhao T, Wang S., Ju H. (2020) New Model-Based Analysis Method with Multiple Constraints for Integrated Modular Avionics Dynamic Reconfiguration Process. Processes. – №8. – Р. 574.
Paramonov P., Zharinov I. (2013) Integrirovannyie bortovyie vyichislitelnyie sistemyi: obzor sovremennogo sostoyaniya i analiz perspektiv razvitiya v aviatsionnom priborostroenii. Nauchnotehnicheskiy vestnik informatsionnyih tehnologiy, mehaniki i optiki. – №2. – Р. 1.
Rozhdestvenskaya K. (2019) Temporary analysis of the control system in the data processing network. Information and control systems. – №1. – Р. 32-39.
Bondar D., Prokhorov A. (2016) Analysis of reliability indicators of aerodrome air traffic control systems. Scientific Bulletin of Moscow State Technical University [Electronic resource]. Access mode: https://cyberleninka.ru/ article/n/analiz-pokazateley-nadezhnosti-aerodromnyh-sistem-upravleniya-vozdushnym-dvizheniem.
Vysotsky O., Korshets O., Limar R., Makarov S., Martinov A. (2018) Automation of the processes of collecting, processing and displaying information about the air situation at the command and control point during the management of state aviation flights. Collection of scientific works of Kharkiv National University of the Air Force. – №3(57). – Р. 103-109.
Athavale J., Mariani R., Paulitsch M. (2019) Flight Safety Certification Implications for Complex Multi-Core Processor Based Avionics Systems, 2019 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS), Monterey, USA. – Р. 1-6.
Evdokimov V. (2013) Integrated aviation safety management system based on ICAO standards and recommended practices. Journal of science, practice, economics. – №2(45) [Electronic resource]. Access mode: https:// cyberleninka.ru/article/n/integrirovannaya-sistema-upravleniya-bezopasnostyu-aviatsionnoy-deyatelnosti-na-osnove-standartov-i-rekomendovannoy-praktiki-ikao.
Montano G., McDermid J. (2008) Human Involvement in Dynamic Reconfiguration of Integrated Modular Avionics, Avionics. In Proceedings of the 27th Digital Avionics Systems Conference, St. Paul, MN, USA, 26–30 October 2008; IEEE: Piscataway, NJ, USA. doi: https://ieeexplore. ieee.org/abstract/ document/4702821.
##submission.downloads##
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
