Способ обеспечения отказоустойчивого функционирования перспективного комплекса средств автоматизации командных пунктов военного назначения и устройство, его реализующее
METHOD FOR FAULT-TOLERANT FUNCTIONING OF PROSPECTIVE COMPLEX FOR AUTOMATION OF MILITARY COMMAND POSTS AND DEVICE IMPLEMENTING THEREOF

Изобретение относится к средствам: обеспечения отказоустойчивого функционирования комплекса средств автоматизации командных пунктов военного назначения, обнаружения отказов, исправления ошибок и контроля и может быть использовано для модернизации комплекса средств автоматизации тактического, оперативного и оперативно-тактического уровней.
:
Известен способ и вычислительная система повышения надежности и достоверности. обработки критических функций отказоустойчивой вычислительной системы (Патент на изобретение №2413975 от 17.11.2008), когда эффект достигается за счет многократного резервирования трактов реализации критических функций, при которой процессы управления избыточностью и вычислительный процесс разделены в цикле реального времени и частично аппаратными средствами. В. качестве резервируемых единиц вычислителя выделяются так называемые вычислительные тракты, состоящие из неразрывно связанных цепочек входного интерфейса, процессора и выходного интерфейса. В каждом из вычислительных трактов производится мажоритарное сравнение сигналов, прошедших через каждый тракт. Неоднозначность мажоритарного сравнения сигналов в различных трактах устраняют мажоритарным сравнением результатов сравнения сигналов. Достоверность мажоритарного контроля сигналов достигается путем статистической обработки случайного, процесса изменения критического параметра, вычисления остаточной дисперсии и ее мажоритарного сравнения.
К недостаткам этой системы относятся:
1) Заведомое завышение объемов потребного резервирования из-за объединения нескольких аппаратных компонентов в одну неразрывную единицу;
2) Слишком высокий объем вычислений, связанных с многоуровневым мажоритарным контролем в сочетании со статистической обработкой сигналов трактов;
3) Сложность самого устройства, что вместе с отсутствием у него встроенного самоконтроля снижает надежность достижения соответствующего технического эффекта;
4) Невозможность дифференцирования типов отказов, сбоев и ошибок.
5) Невозможность однозначного определения отказавших и низконадежных вычислительных модулей из состава системы.
Также известно устройство для регистрации сигналов неисправности, содержащее: блок асинхронного ввода, элементы ИЛИ, счетчики, дешифратор, блок памяти, триггеры, вход сигнала неисправнрсти, вход "Сброс 1", вход тактовых импульсов; вход пуска, вход ввода, выходы неисправностей, выходы числа неисправностей, выход "Готовность", вход "Сброс 2", выход блокировки устройства, элементы И, элемент НЕ, элемент И. (см. Патент РФ №2010313 от 1990 г. G06F 11/00).
Недостатком этого устройства является невысокий вклад регистрации сигналов в общую надежность устройства, по сравнению с резервированными системами, а также невозможность организации отказоустойчивого функционирования системы, в условиях отказов ее вычислительных модулей.
Прототипом изобретения являются: как способ и вычислительная система повышения надежности и достоверности обработки критических функций отказоустойчивой вычислительной системы (Патент на изобретение №2413975 от 17.11.2008), в состав вычислительной системы входят модуль вычислительного узла, многофункционального интерфейсного модуля и модуль объединения выходов, способ повышения надежности и достоверности обработки включает принцип независимого, но взаимосвязанного функционирования систем в программно-аппаратном пространстве, принцип независимого, но взаимосвязанного функционирования систем в пространстве Real Time, так и устройство для регистрации сигналов неисправности (Патент на изобретение №2010313 от 06.08.1990), содержащее блок выделения последнего импульса пачки, формирователь импульсов, два триггера, два элемента И, элемент задержки, первый счетчик, второй счетчик, второй элемент задержки, элемент ИЛИ, третий и четвертый элементы И, блок регистров.
Задачей изобретения является разработка способа, учитывающего все недостатки известных способов, и устройства его реализующего, обеспечивающего отказоустойчивое функционирование комплекса средств автоматизации командных пунктов военного назначения при решении критически важных задач.
Техническим. результатом изобретения является обеспечение отказоустойчивости при функционировании, комплекса средств автоматизации командных пунктов военного назначения и.повышение надежности вычислений в целом при обработке критически важных информационно-расчетных задач комплексом средств автоматизации.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи обеспечивается: как путем мажоритарного резервирования вычислительных трактов, так и с помощью системы встроенного контроля, реализованного в устройстве мажоритарного выбора и контроля, тем, что устройство, обеспечивающее отказоустойчивое функционирование комплекса средств автоматизации командного пункта военного назначения, содержит устройство распределения задач, вычислительные машины, устройство мажоритарного выбора и контроля, устройство вывода, устройство запоминания отказов, таким образом, что устройство распределения запросов соединено с вычислительными машинами, вычислительные машины соединены с устройством мажоритарного выбора и контроля, устройство мажоритарного выбора и контроля соединено с устройством вывода и с устройством запоминания отказов, что позволяет повысить надежность вычислений в целом при обработке критически важных информационно-расчетных задач комплексом средств автоматизации командного пункта.
Схема устройства, реализующего способ обеспечения отказоустойчивого функционирования перспективного комплекса средств автоматизации командных пунктов военного назначения, приведена на фиг. 1.
На схеме приняты следующие обозначения:
1 - устройство распределения задач;
2 - n-я вычислительная машина;
3 - устройство мажоритарного выбора и контроля;
4 - устройство вывода;
5 - устройство запоминания отказов;
А - линия потока задач, по которой передаемся, информация о важности каждой задачи, логике мажорирования, максимальном времени вычисления каждой информационно-расчетной задачи;
Б - линия передачи данных, по которой из устройства распределения задач отправляются запросы на определение состояния вычислительной машины и передаются на нее вычислительные задачи;
В - линия обратной связи, для передачи состояния (готова, не готова) вычислительной машины в устройство распределения задач;
Г - линия управления, по ней из устройства распределения задач в устройство мажоритарного выбора и контроля передается информация о том, какие задачи какими машинами будут решаться. При необходимости мажорирования путем многократного вычисления на одной машине - по этой линии передается номер машины и количество повторных вычислений;
Д - линия передачи данных, по которой из вычислительной машины в устройство мажоритарного выбора и контроля подаются результаты вычислений;
Е - линия передачи данных, по ней из устройства мажоритарного выбора и контроля подаются на устройство вывода достоверные результаты вычислений;
Ж - линия передачи сообщений об ошибках, по ней из устройства мажоритарного выбора и контроля подается в устройство запоминания отказов номер вычислительной машины и вычислительная задача, в которой произошла ошибка.
Устройство распределения задач 1 предназначено для сортировки задач по степени важности, контроля количества свободных машин в моменты возникновения новых информационно-расчетных задач, распределения задач по машинам, согласно степени их важности, а также с учетом возможности резервирования вычислений в текущий момент времени. Устройство распределения задач 1 соединено с n вычислительными машинами 2, а также с устройством мажоритарного выбора и контроля 3.
n-я вычислительная машина 2. представляет собой вычислительный тракт, способный самостоятельно решать принятую информационно-расчетную задачу N-й вычислительной системы.
Устройство, мажоритарного выбора и контроля 3 предназначено для, мажоритарного сравнения результатов решения информационно-расчетных задач, поступающих с вычислительных машин 2, выдачи правильных ответов на устройство вывода 4 и передачу записей об ошибке при расчетах в устройство запоминания отказов 5.
Блоки 1, 3, 5 могут быть выполнены в виде программно-технических модулей на плате расширения персональных электронно-вычислительных машин с архитектурой типа Х86, установленных на соответствующих командных пунктах военного назначения.
Работа устройства обеспечения отказоустойчивого функционирования перспективного комплекса средств автоматизации командных пунктов состоит в следующем.
Устройство распределения задач 1 соединено с устройством мажоритарного выбора и контроля 3, вычислительными машинами 2. В ходе работы в устройство распределения задач 1 по линии А загружаются исходные данные: тип информационно-расчетной задачи и ее важность, в соответствии с которой определяется необходимая степень мажорирования, а также логика мажорирования и максимальное время вычисления каждой информационно-расчетной задачи. Чем выше важность информационно-расчетной задачи, тем выше задается уровень мажорирования, максимальный уровень мажорирования соответствует количеству свободных вычислительных машин на рассматриваемый момент времени. Далее устройством распределения задач 1 по линии Б отправляется запрос вычислительным машинам 2, определяя какие из них заняты в текущий момент. Вычислительная машина 2 по линии В отправляет свое состояние. По ответам выбирается тип резервирования вычислений.
Если свободно менее трех вычислительных машин 2, а важность задачи требует ее мажорирования, то на одну из свободных вычислительных машин 2 устройство распределения задач 1 по линии Б подает одну задачу многократно. При этом в устройство мажоритарного выбора и контроля 3 по линии Г подается информация о номере вычислительной машины и о количестве резервных проходов. Вычислительная машина 2 отправляет сигнал об окончании вычислений, а также результаты вычислений по линии Д в устройство мажоритарного выбора и контроля 3. Устройство мажоритарного выбора и контроля 3 сохраняет в памяти результаты вычислений, поступившие по линии Д, для последующего их мажоритарного сравнения по заранее заданной логике «большинства», например, «два из трех», «три из четырех».
Если в ответ на запрос по линии Б устройства распределения задач 1 приходит по линии В более двух сообщений о готовности от вычислительных машин 2, а важность задачи требует ее мажорирования, то задача подается на несколько вычислительных машин 2, причем их количество определяется как количеством свободных вычислительных машин на рассматриваемый момент времени, так и важностью задачи. Информация о номерах вычислительных машин, на которых задача решается параллельно, подается по линии Г в устройство мажоритарного выбора и контроля 3.
Если в ответ на запрос по линии Б устройства распределения задач 1 не приходит по линии В ни одного сообщения о готовности от вычислительных машин 2, то задача записывается в очередь и ожидает готовности хотя бы одной из вычислительных машин 2. Когда в ответ на запрос по линии Б устройства распределения задач 1 приходит по линии В сообщение о готовности от первой высвободившейся вычислительной машины 2, то устройство распределения задач 1 многократно подает задачу из очереди на данную вычислительную машину 2, с учетом уровня ее мажорирования. Информация о номере вычислительной машины, на которой задача решается, и о количестве резервных проходов подается по линии Г в устройство мажоритарного выбора и контроля 3. Устройство мажоритарного выбора и контроля 3 сохраняет в памяти результаты вычислений, поступившие по линии Г, для последующего их мажоритарного сравнения по заранее заданной логике «большинства», например, «два из трех», «три из четырех».
Устройство мажоритарного выбора и контроля 3 в ходе работы получает по линии Д сигнал. об окончании вычислений и результаты. вычислений с вычислительных машин 2, а также управляющие сигналы по линии Г от устройства распределения задач 1. После получения сигналов об окончании вычислений от всех вычислительных машин, результаты вычислений для одной задачи сравниваются между собой. Устройство мажоритарного выбора и контроля 3 подает правильные значения в устройство вывода 4 по линии Е.
Правильные значения выбираются мажоритарно по заранее заданной в системе мажоритарной логике «большинства», например, «два из трех», «три из четырех».
Если не все результаты вычислений равны, то фиксируется ошибка, запоминается номер вычислительной машины, в которой получены ошибочные результаты и производится повторный пересчет задачи. Процесс пересчета осуществляется до тех пор, пока не будет получен правильный результат, либо время цикла пересчета задачи не превысит заданное время. В случае превышения заданного времени пересчета задачи, поступает сигнал инженерно-техническому составу на возникновение ошибки программного обеспечения и выход из строя вычислительной машины 2, по линии Ж эта информация записывается в устройство запоминания отказов 5 и затем используется для выявления неисправных блоков.
Устройство запоминания отказов 5 получает информацию о потоке отказов вычислительных машин, а также ошибок в ходе выполнения конкретных информационно-расчетных задач с устройства мажоритарного выбора и контроля 3. Информация включает номер отказавшей машины, время и характер отказа.,
Если после определения типа информационно-расчетной задачи и подачи ее устройством распределения задач 1 на несколько вычислительных машин 2, время вычисления задачи на одной из вычислительных машин превышает максимально допустимое время, информация по которому должна быть заранее записана в устройство распределения задач 1 по каждой информационно-расчетной задаче, то данная вычислительная машина считается отказавшей, устройство распределения задач 1 через устройство мажоритарного выбора и контроля 3 отправляет сигнал инженерно-техническому персоналу на ее восстановление, а сама вычислительная машина исключается из вычислений.