Разработка научных методов и программных средств обеспечения контроля, диагностики и живучести специализированных вычислительных комплексов для робототехнических комплексов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.15, кандидат наук Бочаров Никита Алексеевич

• Бочаров Никита Алексеевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Бочаров Никита Алексеевич

оглавление

введение

Актуальность исследования

Степень разработанности

Цели и задачи работы

Научная новизна работы

Теоретическая и практическая значимость работы

Методология и методы исследования

положения, выносимые на защиту

Достоверность полученных результатов

Апробация

Структура работы

1 исследование задачи обеспечения живучести вычислительных комплексов ртк

1.1 Анализ особенностей современных наземных роботов

1.1.1 Наземные роботы, их архитектура и задачи

1.1.2 Группы наземных роботов

1.1.3 Состояние исследований в области надежности вычислительных машин РТК

1.1.4 Задача обеспечения живучести робототехнических комплексов

1.2 Анализ существующих методов обеспечения живучести вычислительных комплексов РТК

1.3 Обеспечение живучести с использованием средств адаптивного резервирования

1.4 Особенности рассматриваемой модели РТК

1.4.1 Численные показатели надежности РТК

1.4.2 Режимы работы РТК

1.4.3 Допущения и ограничения

1.5 Выводы раздела

2 разработка методов обеспечения живучести вычислительных комплексов ртк

2.1 Формальная постановка задачи

2.2 Модель угроз вычислительных комплексов РТК

2.2.1 Классификация угроз

2.2.2 Модель угроз вычислительных комплексов РТК в зависимости от режима работы

2.3 Резервирование компонентов вычислительных комплексов РТК

2.3.1 Виды резервирования

2.3.2 Общее и раздельное резервирование

2.3.3 Постоянное резервирование и резервирование замещением

2.3.4 Адаптивное резервирование

2.4 Живучесть вычислительных комплексов РТК

2.5 Выводы раздела

3 обеспечение живучести вычислительных комплексов ртк

3.1 Метод обеспечения живучести вычислительных комплексов РТК

3.2 Метод контроля и диагностики вычислительных комплексов РТК

3.2.1 Системы мониторинга

3.2.2 Контроль и диагностика вычислительных комплексов РТК в режиме реального времени

3.3 Метод реконфигурации вычислительных комплексов РТК

3.3.1 Модель процесса автоматического восстановления

3.3.2 Алгоритм реконфигурации вычислительных комплексов РТК

3.4 Выводы раздела

4 создание программ обеспечения контроля, диагностики и живучести вычислительных комплексов ртк

4.1 Цели и задачи

4.2 Определение критерия функциональности РТК

4.3 Разработка программ моделирования вычислительных комплексов РТК

4.4 Разработка программ обеспечения контроля, диагностики и живучести вычислительных комплексов РТК

4.5 Анализ полученных результатов

4.6 Выводы раздела

заключение

список использованных сокращений и условных обозначений

список использованных источников

приложение а

приложение б

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

Управление современными автономными робототехническими комплексами (РТК) осуществляются с помощью специализированных вычислительных комплексов, которые чаще всего имеют централизованную архитектуру системы управления, однако в настоящее время все чаще используются принципы децентрализованного управления, которое требует разработки принципиально новых методов и алгоритмов. Исследования в области создания таких специализированных вычислительных комплексов ведутся во многих мировых научных центрах и в том числе в нашей стране[1, 2]. Развитие возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычислительной мощности и совершенствование алгоритмов позволяют создавать вычислительные комплексы РТК, обладающие широкими интеллектуальными возможностями[3]. Одной из важных проблем вычислительных комплексов РТК, оснащенных системой децентрализованного управления, является проблема живучести[4].

В работе введен ряд допущений и ограничений, сведенных в модель вычислительных комплексов РТК, в которой РТК представлен группой роботов, которые управляются децентрализованной системой управления, представленной вычислительными комплексом с многоуровневой сетью. Роботы функционируют автономно, координируя свои действия между собой по сети. Особенности модели подразумевают возможность отказов, заключающихся в полной или частичной потери связи между роботами и полном или частичном выходе из строя вычислительных машин. Причинами таких отказов могут быть функциональные сбои программных средств или сбои технических средств от внешних воздействующих факторов. Такие отказы могут возникать комплексно, то есть в разных подсистемах и из-за различных воздействующих факторов одновременно, поэтому в этом случае встает вопрос адаптации существующих методов обеспечения живучести к комплексу отказов для реализации возможности к продолжению работы вычислительных комплексов РТК с частичной допустимой потерей эффективности. Парирование таких комплексов отказов может быть

осуществлено с использованием специализированных вычислительных комплексов РТК, способных осуществить реконфигурацию. Поэтому задача создания структуры таких вычислительных комплексов РТК, обеспечивающих живучесть при комплексных отказах в условиях рассматриваемой модели, является актуальной. Соответственно, решение данной задачи способствует созданию и совершенствованию теоретической и технической базы специализированных вычислительных комплексов, обладающих высокими качественными и эксплуатационными показателями, и имеет важное народно-хозяйственное значение.

Степень разработанности

Вопросом создания специализированных вычислительных комплексов для РТК занимается много организаций как в России, так и в Китае [5], США и Европе. Получены результаты по разработке научных методов, алгоритмов и программ обеспечения контроля, диагностики и живучести вычислительных комплексов как для отдельных роботов, так и для групп (роев) роботов в виде централизованных и многоагентных систем.

Научной основой данного исследования в области РТК явились работы по созданию наземных групп РТК таких отечественных ученых, как И.В. Рубцов [6], А.А. Бошляков [7], В.Ю. Корчак [8], С.В. Манько [9].

В части решения задач расчета и обеспечения живучести вычислительных комплексов значительную роль сыграли труды В. П. Воеводина, Б. В. Гнеденко, Г. Н. Черкесова, И. Б. Шубинского [10].

Задаче обеспечения живучести вычислительных комплексов РТК посвящено множество работ [11-18], в большинстве которых показан путь к повышению надежности через резервирование [19-21]. Задача комплексного использования различных методов резервирования для вычислительных средств представлена в работах В.А. Ведешенкова, П.П. Пархоменко и др.

Применительно к современным вычислительным комплексам для РТК, решение задачи обеспечения контроля, диагностики и живучести в

рассматриваемой модели РТК в условиях комплексных отказов, возникающих кратковременно и высокоинтенсивно, недостаточно проработано с учетом массового применения.

Цели и задачи работы

Объектом исследования являются специализированные вычислительные комплексы для РТК, обеспечивающие контроль, диагностику и живучесть.

Предметом исследования являются научные методы, алгоритмы и программы, обеспечивающие контроль, диагностику и живучесть вычислительных комплексов РТК.

Цель работы заключается в разработке научных методов, алгоритмов и программ, обеспечивающих контроль, диагностику и живучесть специализированных вычислительных комплексов для робототехнических комплексов в условиях рассматриваемой модели.

Основная идея диссертационной работы заключается в обеспечении живучести вычислительных комплексов РТК в условиях рассматриваемой модели РТК за счет возможностей вычислительных и программных средств. Соответственно этой цели основными задачами диссертационного исследования являются:

1. Обзор и анализ современных решений обеспечения контроля, диагностики и живучести вычислительных комплексов для РТК.

2. Разработка метода обеспечения живучести вычислительных комплексов РТК за счет адаптивного резервирования программно-аппаратных ресурсов с учетом рассматриваемой модели РТК.

3. Разработка метода диагностики и контроля вычислительных комплексов РТК за счет возможностей совокупности программно-аппаратных средств типа сторожевого таймера и модуля привязки времени, учитывающего особенности рассматриваемой модели РТК.

4. Разработка метода реконфигурации вычислительных комплексов РТК за счет возможностей вычислительных средств, учитывающего особенности рассматриваемой модели РТК.

5. Разработка и реализация на основе платформы «Эльбрус» программных средств, обеспечивающих контроль, диагностику и живучесть специализированных вычислительных комплексов РТК.

Научная новизна работы

В диссертации предложены научные методы, алгоритмы и программы для создания специализированных вычислительных комплексов РТК, обеспечивающих контроль, диагностику и живучесть. Рассмотрена модель РТК, в которой РТК представлен группой роботов, каждый из которых управляется как минимум одной вычислительной машиной, которые в свою очередь объединены в вычислительный комплекс с многоуровневой сетью. Роботы функционируют автономно, координируя свои действия между собой по сети. Подразумевается возможность возникающих одновременно отказов, заключающихся в полной или частичной потери связи между роботами и полном или частичном выходе из строя вычислительных машин.

Разработан новый метод обеспечения живучести вычислительных комплексов РТК за счет адаптивного резервирования программно-аппаратных ресурсов с учетом рассматриваемой модели РТК.

Разработан метод диагностики и контроля вычислительных комплексов РТК за счет возможностей совокупности программно-аппаратных средств типа сторожевого таймера и модуля привязки времени, учитывающий особенности рассматриваемой модели РТК.

Разработан метод реконфигурации вычислительных комплексов РТК, учитывающий особенности рассматриваемой модели РТК.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость работы состоит в разработке математического и программного аппарата для решения задачи создания специализированных вычислительных комплексов РТК, обеспечивающих контроль, диагностику и живучесть вычислительных комплексов РТК.

Практическая значимость обусловлена тем, что на основе полученных теоретических результатов разработаны алгоритм диагностики и контроля вычислительных комплексов РТК и алгоритм реконфигурации вычислительных комплексов РТК, решающие важную научно-техническую задачу диагностики, контроля и живучести вычислительных комплексов РТК. Разработаны программные средства для моделирования вычислительных комплексов РТК. Разработаны программные средства обеспечения диагностики, контроля и живучести РТК. Полученные результаты расширяют спектр угроз, при возникновении которых удается сохранить функционирование вычислительных комплексов РТК с допустимым снижением эффективности их применения.

Появление отечественных вычислительных и программных средств нового поколения, таких как микропроцессоры «Эльбрус-4С» и «Эльбрус-8С» с ОС «Эльбрус» открыло новые возможности обеспечения живучести вычислительных комплексов РТК, разрабатываемых на основе отечественных вычислительных средств. В частности появились возможности, представляемые аппаратными и программными устройствами типа сторожевого таймера и модуля привязки времени, а так же возможности для организации сетевого взаимодействия в вычислительных комплексах групп роботов.

В соответствии с государственной стратегией импортозамещения вычислительных машин для систем управления, выполненная работа является значимой для повышения обороноспособности страны ввиду создания на основе полученных в ней результатов робототехнических комплексов специального назначения. Соискатель проводил исследования в рамках «Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации» в редакции Указа Президента Российской Федерации от 16.12.2015 г. N

Результаты, полученные соискателем, внедрены в ряд работ по разработке РТК специального назначения, проводимых МГТУ им. Н.Э. Баумана и АО «МЦСТ». Получены соответствующие акты о внедрении.

Методология и методы исследования

Основной методологией работы являются комплексное использование аналитических методов и моделирования. Системный подход в ходе исследований сочетал методы вычислительной математики, математической статистики и имитационного моделирования. Результаты проверялись в ходе натурных экспериментов и испытаний группировки РТК.

Положения, выносимые на защиту

1. Метод обеспечения живучести вычислительных комплексов РТК за счет адаптивного резервирования программно-аппаратных ресурсов с учетом рассматриваемой модели РТК.

2. Метод диагностики и контроля вычислительных комплексов РТК за счет возможностей совокупности программно-аппаратных средств типа сторожевого таймера и модуля привязки времени, учитывающий особенности рассматриваемой модели РТК.

3. Метод реконфигурации вычислительных комплексов РТК, учитывающий особенности рассматриваемой модели РТК.

4. Программы для обеспечения контроля, диагностики и живучести специализированных вычислительных комплексов РТК на основе платформы «Эльбрус».

5. Внедрение результатов исследования в разработки РТК, проводимые отечественными разработчиками.

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных научных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается: корректностью постановки математических методов решения

задач, согласованностью полученных в ходе экспериментальных проверок результатов, полученных в работе, с уже существующими в отечественной и зарубежной литературе данными; положительными рецензиями, полученных при соответствующих публикациях в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук; разработкой действующего программного обеспечения, подтвержденной соответствующими актами внедрения и свидетельствами о регистрации программы в ФИПС.

Апробация

Наиболее важные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих форумах и конференциях:

1. 58 научная конференция МФТИ. Москва, МФТИ. 23-28 ноября

года

2. Международный форум «Микроэлектроника 2016». 2-я научная конференция «Интегральные схемы и микроэлектронные модули». Республика Крым, г. Алушта, 26-30 сентября 2016 г.

3. 59 научная конференция МФТИ. Москва, МФТИ. 21-26 ноября 2016 г

4. I Международная научная конференция «Конвергентные когнитивно-информационные технологии». Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 25-26 ноября 2016 года.

5. Международный форум «Микроэлектроника 2017» 3-я Международная научная конференция «Электронная компонентная база и электронные модули». Республика Крым, г. Алушта, 02-07 октября 2017 г.

6. 60 научная конференция МФТИ. Москва, МФТИ. 20-25 ноября 2017 г.

7. II Международная научная конференция «Конвергентные когнитивно-информационные технологии». Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 24-26 ноября 2017 года.

8. III Международная научная конференция «Конвергентные когнитивно-информационные технологии». Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 29 ноября - 2 декабря 2018 года.

9. XIV Международная научно-практическая конференция «Современные информационные технологии и ИТ-образование». Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, 21-24 ноября 2019 г.

По результатам, полученным в ходе проведения диссертационного исследования, были опубликованы 15 печатных работ [22-36]. Из них 7 [22-28] в ведущих рецензируемых журналах из списка ВАК. Также получено 3 свидетельства о регистрации программного средства в Федеральной службе по интеллектуальной собственности - Роспатент [37-39].

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка научных методов и программных средств обеспечения контроля, диагностики и живучести специализированных вычислительных комплексов для робототехнических комплексов»

Структура работы

Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (90 наименований) и 2 приложений. Объем текста диссертации составляет 133 страницы, который содержит 5 таблиц и 31 рисунок.

1 Исследование задачи обеспечения живучести вычислительных комплексов РТК

1.1 Анализ особенностей современных наземных роботов 1.1.1 Наземные роботы, их архитектура и задачи

Исследования в области создания автономных РТК ведутся во многих мировых научных центрах и в том числе в нашей стране. Развитие возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычислительной мощности и совершенствование алгоритмов позволяют создавать РТК, обладающие широкими интеллектуальными возможностями.

На рисунке (Рисунок 1.1) показаны направления применения систем управления РТК.

Рисунок 1. 1 Направления применения технологий систем управления РТК

В настоящей работе, не теряя общности, будем ориентироваться на наземные колесные робототехнические комплексы массой в 1 тонну, с полезной нагрузкой до 250 килограммов, оснащенных многоспектральной системой компьютерного

зрения и датчиками определения свойств грунтов. Скорость перемещения -до 40 км/час. Эти РТК соответствуют роботам типа MULE по классификации США.

Перспективы применения наземных робототехнических комплексов [40] приведены на рисунке (Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 Перспективы применения наземных робототехнических комплексов

Согласно [41] основные задачи наземных РТК:

• разведка;

• охрана и оборона объектов;

• преодоление инженерных сооружений, укрепленных и зараженных районов;

• минирование и обезвреживание местности;

• доставка грузов.

Создание перспективной специальной робототехники на период до 2025 года с прогнозом до 2030 года предполагает следующие параметры для РТК (Таблица 1.1).

Таблица 1.1 Этапы создания перспективной специальной робототехники

Технологии Этап 1 - 2018 Этап 2 - 2023 Этап 3 - 2028

Техническое зрение ТП 640х480, стереовидение 320х240 ТП 1204х768, стереовидение 640х480 ТП 1920х1080, стереовидение 1024х768

Навигация Ошибка навигации не более 10,0 м Ошибка навигации не более 5,0 м Ошибка навигации не более 1,0 м

Беспроводная связь MESH-сети 10 Мбит/с SDR-радио, смарт-антенны 30 Мбит/с Когнитивное радио, глобальные MESH-сети

Алгоритмиче ское обеспечение Построение 3D- модели пространства, Адаптивное АСЦ Распознавание типа подстилающей поверхности, автопоиск, АСЦ с обучением Автоматическое распознавание целей, классификация объектов

Бортовые супер-ЭВМ 0,2 ТФлопс 1,0 ТФлопс 10,0 ТФлопс

Человеко- машинные интерфейсы Встроенный сенсорный экран, синтез речи Мультимодальный 3D-графический интерфейс распознавание речи Нейроэргономика, интерфейс «мозг-компьютер»

На основе обзора открытых источников, решаемые РТК задачи распределены как показано на рисунке (Рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 Решаемые РТК задачи

Приведенный перечень задач позволяет определить те классы алгоритмов, которые должны решаться в системе управления РТК специального назначения.

Одной из самых сложных задач мобильной робототехники является автономное движение в заранее неизвестной среде с препятствиями. Решение этой задачи состоит из нескольких подзадач:

• составления цифрового описания рабочей среды с определением зон, в которых робот может двигаться безопасно с заданной скоростью;

• определение положения мобильного робота в заданной системе координат;

• планирование траектории с учетом препятствий, кинематических и динамических возможностей мобильного шасси;

• осуществления автономного движения вдоль спланированной траектории.

Для автономных РТК, способных двигаться без участия операторов в неполно заданной или неопределенной среде, система управления (СУ) должна обеспечивать профильную и опорную проходимость. Для этого необходимо:

• осуществлять комплексную обработку информации от бортовых датчиков, системы технического зрения и систем навигации с привязкой к карте местности;

• автоматически планировать глобальные и локальные траектории движения в реальном масштабе времени.

В состав СУ должны входить:

• подсистема технического зрения, обеспечивающая получение и обработку информации от датчиков различной физической природы в целях определения характеристик зоны движения;

• подсистема навигации, обеспечивающая автоматическую ориентацию и определение местоположения РТК с привязкой к базе данных или карте местности;

• подсистема динамических моделей внешней среды, обеспечивающая классификацию зоны движения по критериям проходимости;

• подсистема планирования глобальных и локальных траекторий движения, обеспечивающая обход обнаруженных препятствий;

• исполнительная подсистема, обеспечивающая автоматическое управление движением РТК по заданному маршруту;

• подсистема внутреннего контроля текущего состояния РТК;

• подсистема обмена информацией между РТК и пунктом дистанционного контроля.

На рисунке (Рисунок 1.4) приведена типовая схема установки сенсоров на робототехническом устройстве.

стереопара

Камера классификации

опорной проходимости

30 лазерный дальномер

1ЫЭ

Тх4—1) Т1

\ / !

20 м

Георадар Дальномеры опорной проходимости

Рисунок 1.4. Схема установки сенсоров

Рисунок 1.5 показывает структуру программного обеспечения системы управления робототехническим комплексом.

Рисунок 1.5. Структурная схема ПО системы управления

Из представленных выше схем систем управления и перечня задач для перспективных наземных РТК, можно сделать вывод, что бортовые системы управления РТК, являющиеся сложными вычислительными системами с большими перспективами по развитию, являются наиболее важной частью современных и перспективных РТК. В современных РТК бортовые системы управления представляют собой вычислительную сеть, состоящую из одной или нескольких вычислительных машин, ряда датчиков, сенсоров и каналов связи между ними.

1.1.2 Группы наземных роботов

При групповом использовании роботов различного назначения возникает ряд весьма сложных задач, в первую очередь, связанных с проблемой управления ими и организацией взаимодействия роботов группы между собой для наиболее эффективного достижения цели, поставленной перед группой [42]. В особенности

эта проблема относится к интеллектуальным мобильным роботам с автономной системой передвижения и навигации.

В общем случае задачу управления группой объектов можно сформулировать следующим образом [43]. Предположим, что некоторая группа, состоящая из N роботов Ri (i = 1, ..., N), воздействует на некоторую среду Е. Будем считать, что состояние каждого робота Ri описывается вектором Si(t) = [sii, S2i, ..., sii]T, i = 1, ..., N, а состояние среды - вектором Ei(t) = [ei, e2,..., ew]T. Пусть, кроме того, каждый робот Ri, i = 1, ..., N, может выполнять некоторую совокупность действий Ai = {Aii, A2i, ..., Ami}, i = 1, ..., N, с помощью которых он может изменять как состояние среды, так и состояния других роботов группы. В общем случае эти изменения во времени определяются системами вида:

Si=F1(S1,A1,...,SN,AN,E),i = 1,...,N (1.1)

E = F(SlfAlf...,SN,AN,E) (1.2)

На состояния роботов и среды, а также на действия роботов в конкретных ситуациях, могут налагаться некоторые ограничения, в общем случае определяемые системами неравенств:

G(S%.....Sn,E)<0 (1.3)

D(SI,AI,...,SN,AN,E) < 0, (1.4)

которым должны удовлетворять допустимые состояния роботов группы и их действия. Целью действий группы роботов является преобразование среды из исходного (текущего) состояния Eo в некоторое целевое состояние Ek оптимальным образом, например, за минимальное время.

Задача группового управления роботами разбивается на следующий ряд подзадач:

• определение состава группы, для эффективного выполнения целевой задачи;

• распределение функций для оптимального решения целевой задачи;

• реализация функций отдельными роботами для достижения конечной

цели.

Среди известных подходов к решению задачи группового управления роботами можно выделить два подхода - централизованный и децентрализованный [43,44]. В первом случае эта задача решается центральным устройством управления. Во втором случае решение осуществляется распределенной системой, объединяющей устройства управления отдельных роботов группы.

Если заранее известны условия и целевая задача, то до начала выполнения задачи с использованием централизованного подхода можно определить состав группы, определить последовательность действий каждого робота группы. Роботы же должны только выполнять каждый свою последовательность действий. В этом случае от роботов достаточно способности адаптироваться к внешней среде для отработки действий.

Если же группа роботов предназначена для решения некоторого круга задач и конкретная задача заранее неизвестна, то решить задачу группового управления описанным выше способом не представляется возможным.

Так как для решения конкретной целевой задачи могут использоваться не все роботы группы, то для реализации задачи группового управления должны быть решены следующие подзадачи:

• формирование активной части группы[43], как совокупности роботов, сформированной для достижения той или иной конкретной цели;

• оптимальное распределение функций между роботами группы и перераспределение этих функций при необходимости;

• реализация функций роботами.

Решение этих подзадач должно осуществляться группой роботов самостоятельно, точнее её системой группового управления (СГУ), которая должна быть создана самой группой роботов. Для этого роботы группы, очевидно, должны обладать достаточным уровнем интеллекта, а вычислительные средства должны обеспечивать соответствующие возможности по организации и реконфигурации сети.

По способу организации СГУ можно разделить на централизованные и распределенные. Наибольшее распространение в последнее время получают

распределенные СГУ, реализующие децентрализованный подход управления группой роботов.

Централизованная организация устройства группового управления имеет ряд недостатков [42]. При масштабировании системы, формирование команд управления существенно усложняется, а также появляется необходимость менять программу и архитектуру связей центрального устройства управления. И наконец, группа роботов становится малонадежной, поскольку, выход из строя устройства управления приводит к выходу всей группы в целом. Все перечисленные проблемы усложняются в случае, когда группа роботов должна выполнять не одиночное задание, а поток заданий, поступающих в заранее неизвестные моменты времени.

Распределенные СГУ строятся из множества устройств управления (УУ) отдельных роботов группы, объединенных коммуникационными каналами. Соответственно СГУ должна иметь возможность адаптироваться к условиям в реальном времени. Взаимодействия между УУ отдельных роботов может осуществляться по коммуникационным каналам различной физической природы (оптоволокно, радиоволны, и т.д.).

При групповом использовании роботов различного назначения возникает ряд весьма сложных задач, в первую очередь, связанных с проблемой управления ими и организацией взаимодействия роботов группы между собой для наиболее эффективного достижения цели, поставленной перед группой. В особенности эта проблема относится к интеллектуальным мобильным роботам с автономной системой передвижения и навигации.

Наличие информационных каналов между роботами в составе группы является необходимым условием для эффективной работы группы роботов. Информационные каналы являются дополнительным уязвимым компонентом вычислительной сети, но также предоставляют существенные тактические возможности.

На физическом уровне информационные каналы между роботами организуются с помощью проводных и беспроводных сетей. Поскольку каждый робот оснащен своей собственной вычислительной сетью, то группа роботов с

точки зрения организации вычислительного процесса является распределенной вычислительной сетью.

К аппаратуре связи сетей для групп робототехнических комплексов специального назначения предъявляются повышенные требования по помехоустойчивости, скрытности, надежности связи, электромагнитной совместимости (ЭМС) и имитостойкости (устойчивости к структурным помехам) [45].

Как правило, специфика применения РТК специального назначения, в особенности тяжелого класса, диктует следующие требования к аппаратуре передачи данных [45]:

• высокие (десятки Мбит/сек) скорости передачи информации в прямом канале;

• асимметрия прямого и обратного канала по скорости передачи информации;

• минимальные (не более 100 мкс) задержки в канале (работа в режиме реального времени);

• возможность работы в сложной электромагнитной обстановке, при наличии естественных и преднамеренных помех (помехозащищенность), в условиях многолучевого распространения сигналов;

• гибкость и адаптивность канала связи по скорости передачи информации, спектральной эффективности и выходной мощности; наличие режимов адаптации по излучаемой мощности, пропускной способности и частоте излучения в зависимости от помеховой обстановки и дальности управления;

• возможность обеспечивать максимально-скрытную радиосвязь;

• поддержка режимов «ретрансляция» и «точка-многоточка» для обеспечения группового управления;

• устойчивая работа в условиях пересеченной местности при отсутствии прямой видимости;

• возможность переключения системы в рамках частотных диапазонов;

• другие требования, специфичные для групп РТК ВН конкретного типа и назначения.

Перечисленные требования в большей или меньшей степени характерны для всех РТК тяжелого класса. Одновременное выполнение указанных требований проблематично, а нахождение разумного компромисса между ними и практическая реализация указанных требований является актуальной научно-технической задачей.

Даже поверхностный анализ перечисленных требований к аппаратуре связи для РТК показывает, что практическая реализация такой аппаратуры невозможна на базе открытых стандартов связи (Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX, DVB-T и др.), использующих открытые протоколы [45]. Серьезными препятствиями к использованию открытых стандартов связи, являются:

• низкая информационная безопасность канала связи (криптостойкость);

• низкая имитостойкость (устойчивость к имитационной помехе, имеющей одинаковую с полезным сигналом структуру, что затрудняет ее обнаружение);

• отсутствие скрытных и помехозащищенных режимов работы;

• использование высоких (выше 2ГГц) диапазонов рабочих частот, не предназначенных для работы на пересеченной местности, в особенности при небольших высотах подвеса антенн на роботе и пункте дистанционного управления (ПДУ).

Все это обуславливает необходимость создания структуры такой сети, которая обладает возможностью сохранять работоспособность группы роботов при изменении состояния связи между роботами в группе.

1.1.3 Состояние исследований в области надежности вычислительных машин РТК

Вопросам повышения надежности вычислительных средств посвящено значительное число работ. Во многих работах на эту тему показан путь к повышению надежности через резервирование. Эти работы базируются на

математических методах (методах теории вероятностей и математической статистики, случайных процессов, теории графов и т.д.), разработанных и развитых российскими учеными К.А. Иыуду [46-49], И.А. Ушаковым [50-52], И.Б. Шубинским [10], И.А. Рябининым [53,54] и др., а также зарубежными, такими как Р. Лонгботтом[55], Ж.С. Лаприе[56], А. Авижиенис [57] и др.

Обеспечение высокой надежности распределенных систем управления требует резервирования как средств обработки и хранения информации (вычислительных устройств), так и коммуникационного оборудования - сетевых адаптеров и коммутаторов. Для того чтобы обеспечивать не только сохранение во времени параметров вычислительной системы, но и способность к восстановлению этих параметров при выведении вычислительной системы из состояния равновесия под влиянием возмущающих факторов, то есть обеспечивать устойчивость вычислительной системы, требуется адаптация системного и общего программного обеспечения под работу в распределенной среде вычислительной системы.

Большая часть работ основана на моделировании и решении задач функциональной устойчивости и слабо затрагивает задачи, специфичные для бортовых систем, такие как реконфигурация, которые необходимо решать для обеспечения живучести вычислительной системы. В области живучести вычислительных систем, в том числе бортовых, множество исследований было проведено такими учеными, как: Л. К. Минь, А. С. Романовский, И. Б. Шубинский, О. Н. Скрыпник, А. Л. Кивокурцев, А.П. Сельвестров, А. С. Смирнов, Е.Н. Турута.

Несмотря на то, что методы обеспечения надежности для всех компонентов вычислительной сети в достаточной степени разработаны, бортовые вычислительные сети имеют множество особенностей, которые требуют дополнительного анализа. Кроме того, рассматриваемая область применения вычислительных машин РТК, а именно группы наземных робототехнических комплексов специального назначения, дает дополнительные ограничения, которые должны учитываться при обеспечении устойчивого функционирования. Это связано с решением задачи живучести в условиях рассматриваемой модели. Следует особо отметить, что рассмотренные в данном разделе методы не

учитывают возможность работы с отечественными вычислительными средствами и недостаточно проработаны для массового использования.

1.1.4 Задача обеспечения живучести робототехнических комплексов

Группы современных наземных робототехнических комплексов являются одним из наиболее перспективных направлений развития средств ВВСТ. В силу их тяжелых, а подчас и опасных условий эксплуатации возникает необходимость обеспечения устойчивости не только к обычным естественным отказам, но и к целенаправленному вреду, приносимому противоборствующими элементами. Отказы такого рода возникают на небольшом временном промежутке и высокоинтенсивно. Обеспечить такую устойчивость должны специальные методы. Рассматриваемую задачу обеспечения живучести РТК в условиях допущений и ограничений данной работы сформулируем, как способность системы, которая может состоять из нескольких подсистем, сохранить критически важные данные и продолжить выполнять свои функции после массового (возможно, целенаправленного) уничтожения его компонентов в результате различных отказов, и в случае нарушения доступности системы за минимальное время восстановить свою работоспособность [58].

Также существенное отличие заключается в распределении вероятностей отказов по подсистемам: в отказоустойчивых системах предполагается высокая надежность каналов связи между активными компонентами, существенно выше надежности самих активных компонентов. В рассматриваемых условиях же вероятность отказа в канале связи сравнима с вероятностью отказа в активном компоненте. Это обстоятельство требует решать задачу с учетом влияния состояния систем связи и коммуникаций, и восстановления работоспособности при снижении пропускной способности каналов или полной потери связи.

Применительно к рассматриваемой задаче, т.е. к группам РТК специального назначения, под обеспечением живучести будем понимать способность группы роботов к продолжению работы с частичной допустимой потерей эффективности. Увеличение времени функционирования группы роботов будет являться наиболее

важным показателем, поскольку тактическая информация даже с частично неисправного робота может существенно повлиять на выполнение задачи всей группы. Так, например, робот с вышедшими из строя шасси, датчиками может служить в качестве ретранслятора данных или источника дополнительных вычислительных ресурсов для остальной группы.

Для устранения или уменьшения отказов и сбоев блоков вычислительных машин РТК, традиционно применяют два основных способа: предотвращение отказов и обеспечение устойчивости к отказам (отказоустойчивость) [46, 57]. Разрабатываемые методы в свою очередь являются расширением методов обеспечения живучести, опирающиеся на более эффективные методы устранения влияния отказов, перечень которых определяется при создании модели угроз отказоустойчивой системы. Проведение адекватного отбора и оценки множества отказов, составляющих модель угроз, с целью выявления наиболее опасных и вероятных по реализации, является одним из важнейших этапов в процессе проектирования, создания и сопровождения отказоустойчивых вычислительных систем. Модель угроз для настоящего исследования будет представлена в разделе 2.

1.2 Анализ существующих методов обеспечения живучести вычислительных комплексов РТК

Под методом обеспечения живучести понимается совокупность конфигурации программных и аппаратных средств, параметров настройки и организационных мер, которая обеспечивает сохранность данных и возможность продолжения работы группы роботов при возникновении отказов, влекущих за собой выход из строя или уничтожение компонентов роботов.

Метод обеспечения живучести должен защищать данные от большинства программных и аппаратных сбоев. Метод обеспечения живучести должен обеспечивать возможность настройки под конкретную реализацию программно-аппаратной среды.

Обеспечение живучести основывается в первую очередь на устойчивости к отказам, то есть на отказоустойчивости. Согласно [59, 60] методы обеспечения отказоустойчивости РТК можно разделить на три основные группы:

• программные;

• аппаратные;

• программно-аппаратные

Традиционным методом обеспечения живучести вычислительных систем на уровне аппаратных средств является их резервирование, то есть внесение в систему аппаратной избыточности за счет добавления в неё дополнительных функционально идентичных аппаратных компонентов. Использование резервирования разных типов позволяет сохранить данные и продолжить функционирование системы при отказе любого из ее компонентов.

В структурном плане можно выделить три основных способа резервирования аппаратуры:

• резервирование на уровне системы;

• резервирование на уровне модулей;

• резервирование на уровне компонентов.

При резервировании на уровне системы к существующей системе добавляется еще одна, функционально идентичная первой. Во втором случае в систему добавляются дополнительные модули, функционально эквивалентные некоторым модулям в ней. При резервировании на уровне компонентов в отдельные модули добавляются дополнительные компоненты и связи.

Суть методов резервирования заключается в управлении структурным резервом, то есть в структурной реконфигурации вычислительной системы. К этим методам относятся дублирование, гибридное резервирование и т.д. [60, 61]. При таком подходе система контроля функционирования решает вопрос об исключении отказавших блоков из процесса функционирования, подключения вместо них работоспособных блоков с восстановлением состояния, предшествовавшего отказу, и возобновления процесса функционирования вычислительной системы. В каждом конкретном случае стратегия реконфигурации может быть различной и

зависит от особенностей самой системы и выбранной модели управления процессом реконфигурации. В качестве моделей могут быть использованы вероятностные, детерминированные или иные математические модели[53, 54, 62].

Структурный резерв может быть организован как аппаратно, программно, так и аппаратно-программно. Аппаратный резерв позволяет обеспечить отказоустойчивость за счет использования нескольких независимых компонентов, вероятность одновременного выхода из строя которых очень мала. Например, зеркалирование информации на нескольких жестких дисках (технология RAID), передача информации по каналам, образованным несколькими физическими линиями связи, введение структурной избыточности в ВС, дублирование вычислений на нескольких ВС.

Программные методы необходимы для того, чтобы придать системе устойчивость к программным ошибкам, которые остаются в системе после их разработки. Обычно программные методы отказоустойчивости разрабатываются одновременно с разработкой основного программного обеспечения вычислительной системы.

Согласно [63] можно выделить ряд методов:

• метод N-версионного программирования;

• метод N-самотестируемого программирования;

• метод контрольных точек;

• метод восстановления блоками.

Методы N-версионного программирования и N-самотестируемого программирования относятся к обеспечению отказоустойчивости. В данной работе мы исходим из предположения, что программное обеспечение уже отлажено и обладает достаточной надежностью. Методы восстановления блоками и по контрольным точкам, в свою очередь, будут полезны при восстановлении состояния программ и данных после катастрофического отказа в вычислительном комплексе РТК. Подробнее эти методы будут рассмотрены в разделе 2.

Задача балансировки и распределения нагрузки в современных вычислительных комплексах существенно влияет на организацию быстрой

обработки и обеспечение оптимального использования их ресурсов [64]. Балансировка нагрузки тесно связана с таким понятием, как дисбаланс нагрузки. Под этим термином понимают возникновение ситуации, когда узлы вычислительной сети неравномерно загружены. В условиях эксплуатации групп РТК специального назначения дисбаланс нагрузки может возникать в связи с тем, что роботы в составе группы в одно и то же время могут работать в разных режимах и решать, соответственно, разные наборы задач. Это может привести к тому, что роботы, находящиеся в условиях боевых действий, не смогут своевременно обработать тактически важную информацию, что приведет к катастрофическим последствиям.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бочаров Никита Алексеевич, 2020 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Викснин И.И., Зикратов И.А., Зикратова Т.В., Шлыков А.А., Медведков Д.И. Модель безопасности мобильных мультиагентных робототехнических систем с коллективным управлением // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики., Т. 17, № 3, 2017. С. 439449.

2. Каренович Г.Н. Децентрализованное управление группой квадрокоптеров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 2017.

3. Зенкевич С.Л., Чжу Х. Управление движением группы роботов в строю типа «конвой» // Мехатроника, автоматизация, управление, Т. 1, 2017. С. 30-34.

4. Протокольное решение заседания Рабочей группы №27 научно-технического совета ВПК РФ по проблемным вопросам создания робототехнических комплексов военного и специального назначения. Москва. 2018.

5. Department of Defense Announces Successful Micro-Drone Demonstration [Электронный ресурс] // defense.gov: [сайт]. [2017]. URL: https:// dod.defense.gov/News/News-Releases/News-Release-

View/Article/1044811/department-of-defense-announces-successful-micro-drone-demonstration/ (дата обращения: 19.03.2019).

6. Лапшов В.С., Носков В.П., Рубцов И.В., Рудианов Н.А., Гурджи А.И., Рябов А.В., Хрущев В.С. Перспективы разработки автономных наземных робототехнических комплексов специального военного назначения // Известия ЮФУ. Технические науки, № 1 (174), 2016. С. 156-168.

7. Рубцов И.В., Бошляков А.А., Лапшов В.С., Машков К.Ю., Носков В.П. Проблемы и перспективы развития мобильной робототехники военного назначения // Инженерный журнал: Наука и инновации, № 5(41), 2015. С. 4.

8. Корчак В.Ю., Тужиков Е.З., Иваненков В.В., Вихров В.А. Проблемные вопросы создания научно-технического задела в области военной и

специальной робототехники // Стратегическая стабильность, № 2(83), 2018. С. 28-32.

9. Макаров И.М., Лохин В.М., Манько С.В., Романов М.П., Крюченков Е.Н., Кучерский Р.В., Диане С.А. Мультиагентные робототехнические системы: примеры и перспективы применения // Мехатроника, автомазация, управление, № 2, 2012. С. 22-32.

10. Шубинский И.Б. Методы и модели оценки живучести сложных систем. Москва: Знание, 1987. 116 с.

11. Ле Куанг Минь. Методика и средства обеспечения отказоустойчивости бортовых вычислительных систем реального времени. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 2008.

12. Фирсов Г.В. Метод обеспечения отказоустойчивости вычислений масштабируемых сетевых бортовых вычислительных систем // Труды МАИ, Т. 25, 2006.

13. Шубинский И.Б. Активная защита от отказов управляющих модульных вычислительных систем. СПб: Наука, 1993. 284 с.

14. Иыуду К.А. Расчет надежности вычислительных и управляющих машин и систем летательных аппаратов. Москва: Изд-во МАИ, 1978. 55 с.

15. Шаповалов И.О. Применение групп мобильных роботов в сложных транспортных задачах // Известия ЮФУ. Технические науки, Т. 2, 2012.

16. Юревич И.Е. Групповое применение роботов в экстремальных ситуациях. Организация и управление // Известия ЮФУ. Технические науки., Т. 3, 2006.

17. Васильев И.А., Половко С.А., Смирнова Е.Ю. Организация группового управления мобильными роботами для задач специальной робототехники // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление, Т. 1(164), 2013.

18. Усачев Л.Ж., Капустян С.Г. Модель коллективного взаимодействия в задаче группового управления роботами в условиях противодействия // Известия ЮФУ. Технические науки, Т. 12, 2008.

19. Ле Куанг Минь, Романовский А.С. Оценка эффективности применения методов активной защиты от отказов в иерархических вычислительных системах // Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение, Т. 4, 2007. С. 62-69.

20. Аткина В.С. Оценка эффективности катастрофоустойчивых решений // Вестник Волгоградского Государственного Университета. Серия 10: Инновационная деятельность, Т. 6, 2012. С. 89-92.

21. Павлов А.Н. Структурный анализ катастрофоустойчивой информационной системы // Труды СПИИРАН, Т. 8, 2009. С. 128-153.

22. Бочаров Н.А., Сапачев И.Д., Парамонов Н.Б. Макеты задач робототехнических комплексов на языке Java в среде ОС «Эльбрус» // Наноиндустрия, № 74, 2017. С. 122-126.

23. Бочаров Н.А., Лимонова Е.Е., Парамонов Б.Н., Усилин С.А. Оптимизация для вычислительной архитектуры Эльбрус модифицированного метода Виола и Джонса // Труды ИСА РАН, № 4, 2017. С. 12-23.

24. Бочаров Н.А., Парамонов Н.Б., Тимофеев Г.С., Панова О.Ю. Производительность вычислительной техники с процессором «Эльбрус-8С» на задачах робототехнического комплекса // Наноиндустрия, № 82, 2018. С. 7984.

25. Лимонова Е.Е., Бочаров Н.А., Парамонов Н.Б., Богданов Д.С., Арлазаров В.В., Славин О.А., Николаев Д.П. Оценка быстродействия системы распознавания на VLIW архитектуре на примере платформы Эльбрус // Программирование, № 1, 2019. С. 15-21.

26. Бочаров Н.А., Парамонов Н.Б., Сапачев И.Д. Реализация алгоритмов группового управления на языке Java в среде ОС «Эльбрус» // Современные информационные технологии и ИТ-образование, № 1, 2016. С. 108-115.

27. Бочаров Н.А., Елисеев Р.В., Парамонов Н.Б., Янко Д.В. Катастрофоустойчивость бортовых вычислительных систем на базе микропроцессоров «Эльбрус» // Наноиндустрия, № S89, 2019. С. 107-112.

28. Бочаров Н.А. Моделирование алгоритмов катастрофоустойчивости групп роботов на программно-аппаратной платформе "Эльбрус" // Радиопромышленность, Т. 29, № 3, 2019. С. 8-14.

29. Бочаров Н.А., Сапачев И.Д., Парамонов Н.Б. Макеты робототехнических комплексов на языке Джава в среде ОС «Эльбрус» // Материалы 58 научной конференции МФТИ, 23-28 ноября 2015.

30. Бочаров Н.А., Парамонов Н.Б., Сапачев И.Д. Реализация модели группового управления на языке Java в среде ОС «Эльбрус». // Материалы 59 научной конференции МФТИ. 21-26 ноября 2016 г.

31. Bocharov N.A., Sapachev I.D., Paramonov N.B. Implementation of algorithms of group control on Java language in OS "Elbrus" environment. // Selected Papers of the 1st International Scientific Conference Convergent Cognitive Information Technologies, Convergent 2016, 2016.

32. Бочаров Н.А., Сапачев И.Д., Парамонов Н.Б. Макеты задач робототехнических комплексов на языке Java в среде ОС «Эльбрус». // Материалы международного форума «Микроэлектроника-2016». Республика Крым, г. Алушта. 26-30 сентября 2016 г.

33. Бочаров Н.А. Оценка перспектив использования вычислительной техники с процессором Эльбрус-8С для решения задач робототехнического комплекса // Труды 60-й Всероссийской научной конференции МФТИ, 20-26 ноября 2017 г.

34. Бочаров Н.А., Парамонов Н.Б., Тимофеев Г.С., Панова О.Ю. Производительность вычислительной техники с процессором «Эльбрус-8С» на задачах робототехнического комплекса // Материалы международного форума «Микроэлектроника-2017». Республика Крым, г. Алушта. 02-07 октября 2017 г.

35. Бочаров Н.А., Парамонов Н.Б., Славин О.А., Янко Д.В. Оценка перспектив использования вычислительных средств семейства «Эльбрус» при реализации алгоритмов распознавания в современных робототехнических комплексах // Вопросы радиоэлектроники, № 2, 2018. С. 99-105.

36. Бочаров Н.А., Парамонов Н.Б., Александров А.В., Славин О.А. Решение задач когнитивного управления группой роботов на многоядерных микропроцессорах «Эльбрус» // Труды II Международной научной конференции "Конвергентные когнитивно-информационные технологи". Москва. 24-26 ноября 2017. С. 232-244.

37. Бочаров Н.А., Парамонов Н.Б., Сапачев И.Д. Программный комплекс для моделирования алгоритмов группового управления роботами и отождествления траекторий с использованием группы камер. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016660783 от 21.09.2016.

38. Александров А.В., Бочаров Н.А., Панова О.Ю., Парамонов Н.Б., Тимофеев Г.С. Модель системы технического зрения для распознавания объектов на микропроцессорах семейства «Эльбрус». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018614977 от 20.04.2018.

39. Бочаров Н.А. Модель обеспечения катастрофоустойчивости бортовых вычислительных комплексов на базе аппаратно-программной платформы «Эльбрус». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019616256 от 30.04.2019.

40. Чварков С.В. Перспективы применения робототехнических комплексов в вооруженной борьбе // Роботизация Вооруженных Сил Российской федерации : Труды I Военно-научной конференции. Москва. 2016.

41. Буренок В.М. Вопрос дня - роботизация войск // Военно-промышленный курьер, Т. 34, 2013.

42. Каляев И.А., Капустян С.Г., Гайдук А.Р. Самоорганизующиеся распределенные системы управления группами интеллектуальных роботов, построенные на основе сетевой модели // УБС, Т. 30, № 1, 2010. С. 605-639.

43. Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Методы и модели коллективного управления в группах роботов. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2019. 280 с.

44. Каляев В.А., Лохин В.М., Макаров И.М. Интеллектуальные роботы. Москва: Машиностроение, 2007. 360 с.

45. Петров В.Ф., Терентьев А.И., Симонов С.Б., Корольков Д.Н., Комченков В.И., Архипкин А.В. Задачи группового управления роботами в робототехническом комплексе пожаротушения // Труды СПИИРАН, № 2(45), 2016. С. 116-129.

46. Иыуду К.А. Теория надежности и живучести бортовых вычислительных машин. Москва: МАИ, 1978. 52 с.

47. Иыуду К.А. Аналитическое моделирование надежности отказоустойчивости вычислительных систем // Приборы и системы управления, Т. 11, 1998. С. 4042.

48. Иыуду К.А. Надежность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем. Москва: Высшая школа, 1989. 215 с.

49. Иыуду К.А. Надежность контроль и диагностика машин и систем: учеб. пособие. Москва: Высшая школа, 1985. 216 с.

50. Ушаков И.А. Вероятностные модели надежности информационно-вычислительных систем. Москва: Радио и связь, 1991. 132 с.

51. Ушаков И.А. Методы расчета эффективности систем на этапе проектирования.. Москва: Сов. радио, 1973. 103 с.

52. Ушаков И.А. Методы решения простейших задач оптимального резервирования при наличии ограничений.. Москва: Сов. радио, 1969. 165 с.

53. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем.. СПб: Политехника, 2000. 248 с.

54. Рябинин И.А. Логика и вероятность как инструменты исследования проблем надежности и безопасности сложных систем.. СПб: Политехника, 2001. 30 с.

55. Лонгботтом Р. Надежность вычислительных систем. Москва: Энергоатомиздат, 1985. 288 с.

56. Laprie J.C. Dependability of software-based critical systems // LAAS Toulouse Paper. 1999. No. 99369. P. 27.

57. Авиженис А. Отказоустойчивость свойство, обеспечивающее постоянную работоспособность цифровых систем // ТИИЭР, № 10, 1978. С. 5-25.

58. Аткина В.С. Разработка метода, алгоритмов и программы для анализа катастрофоустойчивости информационных систем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 2013.

59. Волканов Д.Ю., Зорин Д.А. Исследование применимости моделей оценки надежности для разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом // Прикладная информатика, Т. 32, № 2, 2011. С. 26-32.

60. Tay Wing N. Fault-Tolerant Computing // Adv. Comput., Vol. 26, 1987. pp. 201279.

61. Жиратков В.И. Введение в теорию отказоустойчивых вычислительных систем. Новосибирск: НГТУ, 2001. 70 с.

62. Derk M.D., Debrunner L.S. Reconfiguration for Fault Tolerance Using Graph Grammars // ACM Transaction on Computer Systems, Vol. 16, No. 1, 1998. pp. 4154.

63. Xie Z., Sun H., Saluja K. A survey of software fault tolerance techniques // University of Wisconsin-Madison/Department of Electrical and Computer Engineering, Vol. 1415, 2006.

64. Алпатов А.Н. Оценка влияния системных параметров распределённого вычислительного комплекса на эффективность работы алгоритмов балансировки нагрузки. // Кибернетика и программирование, № 1, 2017. С. 110.

65. Hu T.C. Parallel sequencing and assembly line problems // Operations research, Vol. 9, No. 6, 1961. pp. 841-848.

66. Pinedo M.L. Scheduling: theory, algorithms, and systems. Springer Science & Business Media, 2012.

67. Кузюрин Н.Н., Грушин Д.А., Фомин А. Проблемы двумерной упаковки и задачи оптимизации в распределенных вычислительных системах // Труды ИСП РАН, № 1, 2014.

68. Сердюк П.Е., Слюсар В.И. Средства связи с наземными роботизированными системами: современное состояние и перспективы // Электроника: наука, технология, бизнес, № 7(139), 2014. С. 66-79.

69. Sibille A., Oestges C., Zanella A. MIMO: From Theory to Implementation. Academic Press., 2010. 384 pp.

70. Крейнделин В.Б., Колесников А.В. Оценивание параметров канала в системах связи с ортогональным частотным мультиплексированием. Учебное пособие. Москва: МТУСИ, 2010. 29 с.

71. Архипкин А.В. и др. Компьютерное моделирование затухания в радиоканале с подвижным пунктом связи на пересеченной местности // Материалы 11-ой международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации», 2015. С. 159-161.

72. The Unmanned Ground Vehicles (UGV) Market 2010-2020. [Электронный ресурс] URL: http://www.reportlinker.com/p0254445/The-Unmanned-Ground-Vehicles-UGV-Market-Military-Robots-for-EOD-Counter-IED.html (дата обращения: 22.02.2016).

73. Hanzo L., Blogh J., Ni S. 3G, HSPA and FDD versus TDD Networking: Smart Antennas and Adaptive Modulation. 2nd ed. Wiley-IEEE Press., 2008. 596 pp.

74. Kaemarungsi K., Krishnamurthy P. On the use of adaptive OFDM to preserve energy in ad hoc wireless networks // 13th MPRG/Virginia Tech Symposium on Wireless Personal Communications. 2003.

75. Белоглазов Д.А., Гайдук А.Р., Косенко Е.Ю., Медведев М.Ю., Пшихопов В.Х. Групповое управление подвижными объектами в неопределенных средах. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2015. 315 с.

76. Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 280 с.

77. Raft: A Consensus Algorithm for Replicated Logs. [Электронный ресурс] URL: https://raft.github.io/slides/ raftuserstudy2013.pdf (дата обращения: 20.04.2017).

78. Бойко П.В. Распределённая общая память как способ организации взаимодействия в мультиагентных системах // Инновации и инвестиции, № 3, 2017. С. 113-117.

79. Бойко П.В. Система распределённой общей памяти для мультиагентных систем в IoT: дис. канд. технических наук: 05.13.11. СПб. 2017.

80. Tanenbaum A.S. Distributed operating systems. Pearson, 1994.

81. Горелова Г.В., Мельник Э.В. Имитационное моделирование вариантов резервирования в распределенных информационно-управляющих системах с децентрализованной организацией // Известия ЮФУ. Технические науки., № 3(140), 2013. С. 184-193.

82. Беляев Ю.К., Богатырев В.А., Болотин В.В. Надежность технических систем: Справочник. Москва: Радио и связь, 1985. 608 с.

83. Абрамов Н.С., Фраленко В.П. Угрозы безопасности вычислительных комплексов: классификация, источники возникновения и методы противодействия // Программные системы: теория и приложения, № 2 (25), 2015. С. 63-83.

84. Интернет-издание о высоких технологиях [Электронный ресурс] // www.cnews.ru: [сайт]. [2001]. URL: http://www.cnews.ru/reviews/free/oldcom/ security/elvis_class.shtml (дата обращения: 06.08.2019).

85. Чернов В.Ю., Никитин В.Г., Иванов Ю.П. Надежность авиационных приборов и измерительно-вычислительных комплексов: Учебное пособие. СПб: СПбГУАП, 2004. 96 с.

86. Протокол совместного заседания рабочей группы №27 научно-технического совета военно-промышленной комиссии Российской Федерации. 2017.

87. Расулова С.С., Рашидов А.А. Построение отказоустойчивых микропроцессорных систем. Ташкент: Mehnat, 2004.

88. 17 Алгоритмы автоматического восстановления ИС >> СтудИзба [Электронный ресурс] URL: https://studizba.com/lectures/10-informatika-i-programmirovame/350-nadezhnost-mformacionnyh-sistem/4745-17-algoritmy-avtomaticheskogo-vosstanovleniya-is.html (дата обращения: 05.08.2019).

89. Кулаков А.Ю., Матьяш В.А., Павлов А.Н., С.А. П., Соколов Б.В. Модели, методы и алгоритмы реконфигурации бортовой аппаратуры космических аппаратов в динамически изменяющейся обстановке // ИММОД, 2017. С. 438442.

90. Дегтярев А.Р., Киселев С.К. Смешанная реконфигурация в многопроцессорных комплексах интегрированной модульной авионики // Электротехнические комплексы и системы, Т. 11, № 3, 2015. С. 5-11.

126

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ

ТОССТИСЖАЖ фВДЕРАЩШЯ

nr^thlfr m I*

130

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное) Акты внедрения

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э.

Баумана

(национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Научно-учебный центр "Робототехника" МГТУ им. Н.Э.Баумана

105037, г. Москва, Измайловская пл.,7. тел./факс [phone]

УТВЕРЖДАЮ Директор ЫУЦ «Робототехника» МГТУ им. Н.Э. Баумана

------ --........'A.A. Максимов

«_»_2019 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Бочарова Никиты Алексеевича «Разработка научных методов и программных средств обеспечения контроля, диагностики и живучести специализированных вычислительных комплексов для робототехнических комплексов»

Комиссия Научно-учебного центра «Робототехника» МГТУ им. Н.Э. Баумана (НУЦ «Робототехника») в составе: к.т.н. ТачковаА.А. - начальника отдела «Автоматизированные транспортные системы» (председатель комиссии), Малыхина А.Ю. - начальника отдела «Системы управления робототехнических комплексов», старшего научного сотрудника отдела «Автоматизированные транспортные системы», к.т.н. Аливера В.Ю. составила настоящий акт в том, что ряд результатов диссертационной работы Бочарова H.A. «Разработка научных методов и программных средств обеспечения контроля, диагностики и живучести специализированных вычислительных комплексов для

робототехнических комплексов» использовался в рамках выполненной МГТУ им. Н.Э. Баумана НИР «Группировка» при разработке перспективного макетного образца программно-аппаратного комплекса системы управления группой роботов специального назначения.

Предложенные автором методы:

- реконфигурации вычислительных машин в сетях робототехнических комплексов (РТК);

- контроля и диагностики вычислительных комплексов РТК, учитывающий новые возможности программно-аппаратных средств типа сторожевого таймера и модуля привязки времени отечественной программно-аппаратной платформы «Эльбрус»,

и разработанные им программные средства были применены для обеспечения живучести макета программно-аппаратного комплекса системы группового управления РТК при проведении испытаний.

Председатель комиссии: . - A.A. Тачков

Члены комиссии:

ДЛи, L}, В.Ю. Аливер

УТВЕРЖДАЮ

-Исполнительный директор 1ЦСТ»

"В.В. Воробушков 2019 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы Бочарова Никиты Алексеевича «Разработка научных методов и программных средств обеспечения контроля, диагностики и живучести специализированных вычислительных комплексов для робототехнических комплексов» на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мы нижеподписавшиеся, комиссия в составе:

Председатель комиссии:

начальник отделения Сенченков Сергей Вячеславович

и члены комиссии:

ведущий инженер, к.т.н. старший инженер

Кривосинная Елена Вадимовна Шайдуллин Ренат Раисович

составили настоящий акт о том, что разработанные в диссертационной работе Бочарова H.A. модели, методы и программные средства использовались в ходе выполнения СЧ НИР «Группировка-МЦСТ» для решения задачи обеспечения живучести бортовых вычислительных комплексов для групп роботов, а так же в НИР «Верстак» для обеспечения живучести бортовых вычислительных комплексов для одного робота.

Использование предложенных методов позволило обосновать структуру бортовых вычислительных комплексов групп роботов.

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

i -i -

Сенченков C.B.

Кривосинная E.B. Шайдуллин P.P.