Сетецентриеские отказоустойчивые системы космического применения Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

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: cетецентрическая 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-

Решетневскуе чтения. 2014

зависимо от того, где и когда происходит их взаимодействие; в) система относительно легко поддается расширению или масштабированию; г) возможно, что в системе некоторые ее части могут временно выходить из строя, при этом пользователи и приложения не уведомляются о том, что эти части заменены или отремонтированы или что добавлены новые части для поддержки дополнительных пользователей или приложений.

Особенностями распределенной сетецентрической информационно-управляющей системы ответственного применения являются: а) автономность ЦВМ; б) отсутствие общей памяти; в) межмашинное взаимодействие по двухточечным и шинным каналам связи; г) многоуровневость системы и отсутствие централизованного управляющего органа; д) необходимость самосинхронизации и самоорганизации системы для обеспечения масштабирования, защиты от внешних воздействий, воздействий неисправностей и ошибок проектирования; е) работа в режиме реального времени; ж) большой срок активного существования; з) высокие требования к надежности работы и достоверности результатов.

Уязвимое место идеи сетецентрических информационно-управляющих систем - это вмешательство в процессы самосинхронизации и самоорганизации, разрушение циркулирующих в системах информационных потоков.

По существующей классификации сетей системы рассматриваемого класса относятся к одноранговым, децентрализованным или пиринговым сетям - это оверлейные компьютерные сети, основанные на равноправии участников.

«Философской» сущностью рассматриваемых систем с точки зрения сбое- и отказоустойчивости являются: 1) сложность; 2) необходимость согласованной работы их элементов; 3) практическая невозможность точных выводов о техническом состоянии системы; 4) необходимость самостоятельного формирования этих выводов на основе принимаемых заранее и, возможно, неточных критериев; 5) необходимость уточнения этих критериев со стороны самой системы в процессе ее целевой работы, возможность к самообучению и самоадаптация таких систем к условиям применения; 6) необходимость принимать и выполнять самостоятельные решения о реконфигурации и управляемой деградации системы; 7) необходимость проектирования таких систем «сверху вниз» в условиях четких определений, понятий и моделей.

Процесс проектирования рассматриваемых систем «сверху вниз» кратко можно представить в виде этапов: 1) определение неформальной цели проекта;

2) системный анализ условий применения проектируемого объекта, определение и анализ существующих ограничений, предположений, гипотез, теорий;

3) формулировка формализованной цели проекта в рамках принятых ограничений, предположений, гипотез, теорий, условий применения; 4) разработка обобщенных, обоснованных методов и алгоритмов реализации формализованной цели проекта, их моделирование и оценка; 5) декомпозиция обобщенных алгоритмов на аппаратурные части и программные

части; 6) разработка технических заданий на аппаратурные и программные части; 7) реализация аппаратурных и программных частей; 8) стыковка аппаратурных и программных частей; 9) комплексные испытания проекта. Первые четыре этапа определяют архитектурную часть проекта.

Весьма важно на начальных, архитектурных этапах проектирования ставить и решать архитектурные проблемы обеспечения сбое- и отказоустойчивости, применять адекватные модели, ограничения, предположения и теории.

Факторами сложности при проектировании сбое-и отказоустойчивых систем рассматриваемого класса являются: а) неприемлемость традиционных моделей неисправностей ЦВМ; б) необходимость распределенного, синхронизированного и согласованного принятия решения; в) необходимость организации и управления динамической избыточностью системы [1].

Из всех используемых в настоящее время моделей неисправностей ЦВМ [2] наиболее общей моделью является модель враждебной неисправности, при которой поведение неисправного процессора или ЦВМ допускается полностью произвольным, в том числе и подобным «злонамеренному», включая его неодинаковость по отношению к другим элементам системы.

Повышение отказоустойчивости сетецентрической распределенной системы может достигаться за счет дорогостоящего обеспечения отказоустойчивости входящих в нее ЦВМ путем применения в них п-модульной избыточности (резервирования) и мажорирования выходных значений всех избыточных модулей. Другой подход, более учитывающий сетевую особенность рассматриваемых систем (замкнутость системы, наличие большого количества взаимосвязанных распределенных ЦВМ и возможность оперативного формирования из них требуемых вычислительных структур), состоит в репликации задач и введении в систему динамической избыточности [1].

Группа всех ЦВМ, решающих копии одной и той же задачи, называется комплексом. В системе может существовать несколько пронумерованных комплексов, которые решают разные задачи и обмениваются между собой информацией. Такая система называется многокомплексной.

Практическое применение рассматриваемого подхода должно основываться на принятом всеми участниками проектирования наборе понятий, терминов, определений и моделей. В докладе представлены самые общие подходы, модели, ключевые определения и понятия, необходимые при проектировании систем рассматриваемого вида, которые отражают вышеот-меченную «философскую» сущность таких систем.

Аппаратно-программные механизмы обеспечения сбое- и отказоустойчивости рассматриваемых систем можно разделить на две группы: базовые и основные механизмы. Базовые механизмы гарантируют необходимую синхронность и согласованность действий всех элементов системы в условиях возникновения допустимых враждебных неисправностей.

Основные механизмы обеспечения сбое- и отказоустойчивости на основе динамической избыточности для рассматриваемых систем при возникновении

допустимых враждебных неисправностей включают механизмы парирования допустимых неисправностей, функционального диагностирования системы с обнаружением и идентификацией возникающих допустимых неисправностей в процессе целевой работы и тестового диагностирования систем, тестового диагностирования подсистем и системы в целом, восстановления целевой работы подсистем и системы в целом при возникновении программных сбоев и отказов, самоуправляемой реконфигурации и деградации комплексов и системы в целом, выполняемых также в условиях возникновения допустимых враждебных неисправностей [1]. В докладе приводится обзор существующих методов построения базовых и основных механизмов обеспечения сбое- и отказоустойчивости в рассматриваемых системах и определены направления дальнейших исследований.

Библиографические ссылки

1. Гришин В. Ю., Лобанов А. В., Сиренко В. Г.

VSPU2014.ipu.ru. С. 6855-6864.

2. Barborak M., Dahbura A., Malek M. The consensus problem in fault-tolerant computing // ACM Computing Surveys (CSUR). 1993. Vol. 25, iss. 2. P. 171-220.

Refereces

1. Grishin V., Lobanov A. Sirenko V. VSPU2014.ipu.ru, pp.6855-6864.

2. Barborak M., Dahbura A., Malek M. The consensus problem in fault-tolerant computing // ACM Computing Surveys (CSUR). June 1993. Vol. 25 Issue 2. P. 171-220.

© Гришин В. Ю., Лобанов А. В., 2014

УДК 004.051

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ OLAP-ТЕХНОЛОГИЙ при обработке данных

А. А. Демченко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматривается способ обработки данных, основанный на использовании аналитической обработки в реальном времени.

Ключевые слова: OLAP, обработка данных.

USING OLAP-TECHNOLOGIES FOR PROCESSING

A. А. Demchenko

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: [email protected]

A data processing method based on the use of analytical processing in the real time is considered.

Keywords: OLAP, processing.

В современном мире большую роль приобретают эффективные способы обработки данных. Базы данных (БД) и системы управления базами данных (СУБД) стали необходимыми на любом предприятии. Банковские, учебные, коммерческие, страховые и другие сферы деятельности предприятий накапливают и хранят в своих базах очень большой объем информации о сотрудниках, услугах, товарах, скидках и так далее. Ценность и сохранность подобных данных несомненна: они используются в различных целях (управление материально-техническими запасами, решение вопросов, связанных с перераспределением обязанностей сотрудников, отслеживание пошагового развития предприятия и т. д.).

Подобные БД называют операционными и тран-закционными, поскольку они характеризуется большим количеством мелких операций (записи-чтения). Информационные системы, осуществляющие учет таких операций, называют системами оперативной

обработки операций (транзакций) Online Transactional Processing (OLTP) [1].

Системы оперативной обработки транзакций настраиваются и оптимизируются для обработки максимального количества операций за минимальное время. Показатель эффективности работы - количество операций, обрабатываемых за секунду. Обычно транзакции над отдельными записями очень просты и не связаны между собой, но совокупности записей можно использовать для получения новой информации, а именно для создания необходимых отчетов и анализа хозяйственной деятельности организации [1].

Набор аналитических функций в учетных системах весьма ограничен. Схемы, применяемые в OLTP-приложениях, осложняют создание самых простых отчетов, так как данные чаще всего распределены по множеству разных таблиц, и для их обработки необходимо выполнить сложные операции объединения таблиц, что, как правило, при попытке создания ком-