CC BY
124. Ашарина И. В., Лобанов А. В. Выделение структурной среды системного взаимного информационного согласования в многокомплексных системах // АиТ. 2014. № 8. С. 146-156.
5. Pease M., Shostak R., Lamport L. Reaching Agreement in the Presence of Faults // J. Ass. Comput. Mach. 1980. Vol. 27, No. 2. P. 228-237.
References
1. Asharina I. V. VSPU2014.ipu.ru pp. 7219-7223.
2. Asharina I. V., Lobanov A. V. VSPU2014.ipu.ru pp. 7387-7392.
3. Asharina I. V., Lobanov A. V. Autom. and Remote Control, 2014, Vol. 75, No. 8, pp. 1078-1089.
4. Asharina I. V., Lobanov A. V. Autom. and Remote Control, 2014, Vol. 75, No. 6, pp. 1471-1478.
5. Pease M., Shostak R., Lamport L. J. Ass. Comput. Mach. 1980. V. 27. No. 2. P. 228-237.
© Ашарина И. В., 2014
УДК 62-501.72:681.326.7
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗАИМНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО СОГЛАСОВАНИЯ В МНОГОКОМПЛЕКСНЫХ СЕТЕЦЕНТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
И. В. Ашарина1, А. В. Лобанов2 1НИУ «МИЭТ»
Российская Федерация, 124498, г. Москва, Зеленоград, проезд 4806, 5. E-mail: [email protected]
2ОАО «НИИ «Субмикрон» Российская Федерация, 124460, г. Москва, Зеленоград, проезд 4806, д. 4, стр. 2. E-mail: [email protected]
Рассматривается возможность организации решения в сети произвольной структуры заданного множества взаимодействующих задач с заданными для каждой задачи характеристиками по сбое- и отказоустойчивости. Ключевой проблемой таких вычислений является системное взаимное информационное согласование в условиях возникновения допустимых неисправностей. Представлены достаточные структурные условия достижения такого согласования и методы их поиска.
Ключевые слова: многопроцессорные системы, репликация задач, отказоустойчивость, взаимное информационное согласование.
THE ENSURING OF THE MUTUAL INFORMATIVE AGREEMENT IN MULTICOMPLEX NETWORK-CENTRIC SYSTEMS
I. V. Asharina1, A. V. Lobanov2
1National Research University of Electronic Technology 5, Pas. 4806, Zelenograd, Moscow, 124498, Russian Federation. E-mail: [email protected]
2 JSC "Scientific research institute "Submicron" State 2, Bld. 4, Pas. 4806, Zelenograd, Moscow, 124498, Russian Federation. E-mail: [email protected]
We study the possibility to organize a solution in a network of arbitrary structure for a given set of interacting tasks with fault- and transient-fault-tolerance characteristics specified for each problem. The key problem in such computations is system mutual information agreement that ensures coherence of system information in all computers of all complexes under admissible faults. The sufficient structural conditions for reaching such aт agreement and methods for finding them are presented.
Keywords: multiprocessor systems, task replication, fault-tolerance, mutual information agreement.
Рассматривается сеть ЦВМ известной произвольной структуры, в которой ЦВМ соединены между собой двухточечными дуплексными и / или симплексными каналами связи. Модель неисправности ЦВМ - враждебная («византийская») неисправность, при которой поведение неисправной ЦВМ может быть произвольным, неодинаковым по отношению к взаимодействующим с ней другим ЦВМ системы и даже подобным «злонамеренному». В такой сети нужно построить сетецентрическую систему для ре-
шения целевого задания, содержащего заданное множество взаимодействующих задач с заданными характеристиками по сбое- и отказоустойчивости для каждой задачи и для среды взаимообмена между каждой парой задач [1-4]. Сбое- и отказоустойчивость для задачи обеспечивается путем ее репликации - решения нескольких копий задачи на различных ЦВМ подсистемы, называемой комплексом, с обменом результатами и выбором из них правильного, а для среды взаимообмена - посредством обеспечения необхо-
Решетневскуе чтения. 2014
димой избыточности путей взаимообмена. Ключевой проблемой построения таких вычислений на основе динамической избыточности [1-4] является организация системного взаимного информационного согласования (СВИС), обеспечивающего согласованность необходимой системной информации во всех задействованных исправных ЦВМ системы при возникновении в ней любых допустимых сочетаний враждебных неисправностей как в комплексах, так и в средах взаимообмена. Процесс СВИС представляет собой взаимообмен индивидуальными согласуемыми значениями данных между пронумерованными с 1 до п ЦВМ системы. На основе результатов обмена в каждой р-й исправной ЦВМ системы вычисляется вектор Ер = . ., ^п) согласованных значений,
где (д = 1, ..., п) - согласованное значение, соответствующее индивидуальному согласуемому значению ©д д-й ЦВМ. Этот вектор даже при наличии любых допустимых сочетаний враждебных неисправностей как в комплексах, так и в средах взаимообмена должен быть одинаковым во всех исправных ЦВМ, причем каждый элемент этого вектора, относящийся к исправной ЦВМ, должен совпадать с согласуемым значением этой ЦВМ.
Организация СВИС состоит из четырех этапов. На первом этапе из известной структуры сети выделяется структура сетецентрической системы, достаточная как для требуемых репликаций параллельно решаемых взаимодействующих задач, так и по необходимым избыточностям сред межзадачных взаимообменов. На втором этапе по структуре выделенной системы строится распределенный, синхронизированный между всеми ЦВМ системы алгоритм СВИС, основанный на наличии в системе сбое- и отказоустойчивого единого системного времени, по которому в один и тот же момент каждая ЦВМ системы переходит к синхронному выполнению предписанной ей части распределенного алгоритма СВИС. На третьем этапе строится распределенный алгоритм выполнения целевого задания, в качестве своего элемента включающий распределенный алгоритм СВИС. Четвертый этап состоит в загрузке распределенного алгоритма целевого задания по отдельным ЦВМ системы, синхронизации всех ЦВМ системы и синхронном запуске в них целевого задания.
Процесс достижения СВИС в многокомплексной системе можно рассматривать в виде следующих этапов:
1) внутрикомплексное информационное согласование [3; 4] в каждом из комплексов, при котором во всех исправных ЦВМ комплекса вычисляется вектор согласованных значений этого комплекса;
2) межкомплексное информационное согласование, включающее межкомплексный обмен векторами согласованных значений комплексов по средам межкомплексных посылок и вычисление в каждом комплексе вектора согласованных значений системы (ВСЗС), при котором в каждой исправной ЦВМ системы формируется одинаковый вектор согласованных значений всех ЦВМ системы.
Для построения искомой сетецентрической системы, способной к осуществлению СВИС, требуется
в данной сети выделить, если это возможно, структуру системы, содержащую непересекающиеся комплексы, соответствующие задачам, и необходимые среды межкомплексных посылок. Наличие таких непересекающихся комплексов и таких непересекающихся межкомплексных сред посылок является достаточным условием достижения СВИС в рассматриваемой многокомплексной системе [3; 4]. Пусть комплексом-источником будет ф, с орподграфом Т,, комплексом-получателем - ф,- с орподграфом Т и их областью межкомплексного обмена - орподграф Яф, 0ф .
Выделим в множество Жф, ^, каждую вершину, например, Ь,, из Т,, имеющую непустую дизъюнктивную нормальную форму исходящей смежности в орпод-графе Ьi и Т- и Яф, ^ с целью определения достаточных условий вычисления в вершине д- комплекса Т- определенного значения У, = V, вектора ВИС комплекса Т,, где V, - правильное значение этого вектора [3; 4].
Утверждение 1. Для достижения СВИС необходимо для каждой пары ,-го комплекса-источника и -го комплекса-приемника наличие условия | Ж^ф- |>2ц, + 1 [3; 4].
Вершиной 0-го ранга [2; 3] называется такая вершина д-, в которой значение У, = V, может быть вычислено только по результатам посылки копий V, из вершин Жф, ^ф. в эту вершину д- без необходимости
предварительного вычисления У, = V, хотя бы в одной вершине г-еТ-. Если в вершине для вычисления значения У, = V, используется копия такого согласованного значения, предварительно вычисленного в вершине г- ранга /, то вершине приписывается ранг не менее / + 1. Достаточные условия вычисления У, = V, в вершинах д- представлены в [5].
Утверждение 2. Ранжирование всех вершин комплекса-приемника ф- возможно, если ранг уже приписан более чем 2ц- вершинам этого комплекса [5].
Утверждение 3. Ранжирование всех вершин комплекса-приемника ф- является достаточным условием для вычисления У, = V, в каждой вершине комплекса Т- [5].
Распределенный алгоритм целевого задания содержит для каждой отдельной ЦВМ системы свою индивидуальную задачу. Но все алгоритмы этих задач синхронизированы на основе единого системного времени и в требуемые моменты времени одновременно переходят к выполнению распределенного оператора СВИС с собственным согласуемым значением в качестве входного параметра и вектором согласованных значений всех ЦВМ системы в качестве выходного параметра. Такая организация выполнения целевого задания гарантирует даже в случае возникновения допустимых совокупностей враждебных неисправностей принятие синхронных и согласованных решений всеми ЦВМ системы, основанных на использовании во всех ЦВМ системы одних и тех же алгоритмов принятия решений на базе одних и тех же системных данных. При этом решения и действия различных исправных ЦВМ системы могут быть разными, зависящими от индивидуальных номеров этих ЦВМ и предписанных им разных системных функций.
Библиографические ссылки
1. Ашарина И. В. Метод системного взаимного информационного согласования в многокомплексных вычислительных системах // Труды XII Всерос. совещания по проблемам управления (ВСПУ'14) / ИПУ РАН (16-19 июня 2014, г. Москва). М., 2014. С. 7219-7223.
2. Ашарина И. В., Лобанов А. В. Системное взаимное информационное согласование в сбое- и отказоустойчивых сетецентрических системах // Труды XII Всерос. совещания по проблемам управления (ВСПУ'14) / ИПУ РАН (16-19 июня 2014, г. Москва). М., 2014. С. 7387-7392.
3. Ашарина И. В., Лобанов А. В. Выделение комплексов, обеспечивающих достаточные структурные условия системного взаимного информационного согласования в многокомплексных системах // АиТ. 2014. № 6. С. 115-131.
4. Ашарина И. В., Лобанов А. В. Выделение структурной среды системного взаимного информа-
ционного согласования в многокомплексных системах // АиТ. 2014. № 8. С. 46-156.
5. Ашарина И. В., Лобанов А. В. Взаимное информационное согласование в неполносвязных гетерогенных многомашинных вычислительных системах. // АиТ. 2010. № 5. С. 133-146.
References
1. Pease M., Shostak R., Lamport L. J. Ass. Comput. Mach. 1980. Vol. 27. No. 2. P. 228-237.
2. Asharina I. V. VSPU2014.ipu.ru, p. 7219-7223.
3. Asharina I. V., Lobanov A.V. VSPU2014.ipu.ru, p. 7387-7392.
4. Asharina I. V., Lobanov A.V. Autom. and Remote Control, 2014, Vol. 75, No. 8, p. 1078-1089.
5. Asharina I. V., Lobanov A.V. Autom. and Remote Control, 2014, Vol. 75, No. 6, p. 1471-1478.
6. Asharina I. V., Lobanov A.V. Autom. and Remote Control, 2010, Vol. 71, No. 5, p. 847-858.
© Ашарина И. В., Лобанов А. В., 2014
УДК 62-501.72:681.326.7
СЕТЕЦЕНТРИЧЕСКИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫЕ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В. Ю. Гришин А. В. Лобанов ОАО «НИИ «Субмикрон»
Российская Федерация, 124460, г. Москва, Зеленоград, Южная промзона, проезд 4806, д. 4, стр. 2, а/я 174
E-mail: [email protected]
Рассматриваются сбое- и отказоустойчивые распределенные сетецентрические информационно-управляющие системы, динамически организуемые и выполняющие многозадачную целевую работу ответственного применения в распределенных оверлейных компьютерных сетях, наиболее важные их характеристики, принципы построения и особенности.
Ключевые слова: сетецентрическая распределенная система, комплекс ЦВМ, информационная безопасность, одноранговая сеть, враждебная неисправность, сбое- и отказоустойчивость, многозадачность.
THE NETWORK-CENTRED FAULT-TOLERANT SYSTEMS FOR A SPACE APPLICATIONS
V. Yu. Grishin, A. V. Lobanov
JSC "Scientific research institute "Submicron" POBox 174, State 2, Bld. 4, Pas. 4806, Zelenograd, Moscow, 124498, Russian Federation
E-mail: [email protected]
The fault-tolerant peer-to-peer distributed network-centric control systems are considered, they are dynamically organized and handle multiple tasks in distributed overlay computer networks. The key technical characteristics, design concepts and features, as well as philosophical essence of such systems are discussed from the standpoint of ensuring their fault-tolerance. A review of the most important theoretical results in this field is presented.
Keywords: network-centric system, distributed system, network, Byzantine fault, fault tolerance, multitasking.
Сетецентрическая информационно-управляющая система представляет собой распределенную систему в виде набора независимых компьютеров, соединенных каналами связи, рассматриваемую пользователями в виде единой объединенной системы [1]. Наибо-
multiprocessor complex, information security, peer-to-peer
лее важные характеристики такой системы: а) от пользователей скрыты различия между компьютерами и способы связи между ними; б) пользователи и приложения единообразно работают в общем информационном пространстве распределенной системы, не-
