СПОСОБ РЕКОНФИГУРАЦИИ БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ИНТЕГРИРОВАННОЙ МОДУЛЬНОЙ АВИОНИКИ Российский патент 2025 года по МПК B64D47/00 G06F9/00 G06F15/177 

Изобретение относится к области авиастроению, интегрированной модульной авионике, бортовому оборудованию воздушных судов, и может быть использовано для реализации процесса реконфигурации комплекса бортового оборудования воздушного судна, с целью изменения функциональности или исправления ошибок в полете.

Изобретение раскрывает способ реконфигурации бортового оборудования воздушных судов интегрированной модульной авионики, который позволяет проводить изменения динамически, без прерывания полета и необходимости участия квалифицированного персонала на борту.

Современные воздушные суда оснащены интегрированной модульной авионикой (ИМА), которая предполагает использование взаимозаменяемых модулей для выполнения различных функций. Это упрощает модернизацию и обслуживание, однако реконфигурация оборудования для изменения функциональности или исправления ошибок в полете остается сложной задачей. Существующие методы требуют значительного времени простоя и квалифицированного персонала.

В целях повышения надежности, функциональной целостности и производительности вычислительных систем активно применяют методы реконфигурации, основанные на аппаратном резервировании однотипных вычислительных устройств, либо разнотипных устройств, выполняющих одинаковые функции [Каляев И.А., Левин И.И. Реконфигурируемые вычислительные системы: уч. пособие / Под общ. ред. И.А. Каляева. Таганрог: Издательство ЮФУ, 2016]. Наиболее проблемным является реализация реконфигурации вычислительных систем с большим числом разнотипных устройств.

Основой реконфигурации являются системы контроля, предназначенные для наблюдения и проверки фактического состояния устройств, а также системы диагностики для выявления причин отказов и ошибок функционирования [ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2009].

Для резервирования систем успешно применяют способы логического мажоритарного сравнения (аналог) [Шевцов Г.А., Шеремет Е.М. Логическое резервирование. Львов: Изд. Львовского университета, 1973. С. 60], суть которого заключается в попарном сравнении сигналов однотипных устройств и выборе по результатам сравнения устройства, параметры которого совпадают с наибольшим числом устройств. На основе мажоритарной логики построены различные схемы сравнения, реализованные на логических полупроводниковых элементах И-ИЛИ-НЕ, либо на микропроцессорах с программным управлением.

Недостатками способов контроля на базе мажоритарных логических схем являются их использование для контроля преимущественно однотипных устройств, сложности в реализации схем с большим числом компонентов, а также отсутствие средств самодиагностики (самоконтроля) схем сравнения, приводящее к невозможности выбора в более сложных случаях, например при отказе двух устройств из трех возможных.

Известен способ контроля работоспособности вычислительной системы [патент RU 2669509 С2], состоящий в контроле входных и выходных сигналов двух и более устройств вычислительной системы, анализе выходных сигналов устройств и принятии решения о работоспособном состоянии или отказе вычислительной системы с помощью внешней схемы контроля, включающей обученную искусственную нейронную сеть.

Недостатком способа является низкая отказоустойчивость вычислительной системы, обусловленная централизацией схемы контроля, отказ которой может привести к выходу из строя всей вычислительной системы, а также низкой достоверностью контроля, связанной с отсутствием средств самодиагностики состояния самой схемы контроля.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) является способ контроля для реконфигурации вычислительной системы [патент RU 2801202 С1], относящийся к области вычислительной техники, а именно к способам контроля и динамической реконфигурации вычислительных систем. Техническим результатом изобретения является повышение отказоустойчивости вычислительной системы. Технический результат достигается тем, что дополнительно введенной в каждое вычислительное устройство подсистемой контроля контролируют работоспособность функциональных модулей вычислительных устройств, формируют оценки их готовности, объединяют в пары, формируют оценки предпочтения по критерию готовности, осуществляют попарное сравнение оценок состояния готовности и предпочтения, определяют наиболее предпочтительные устройства, выявляют ошибки контроля, сохраняют и передают информацию о результатах контроля, каждого этапа сравнения и итогового результата контроля вычислительной системы, формируют команды на реконфигурацию вычислительной системы заменой отказавших устройств работоспособными, назначают ведущее устройство, контролирующее готовность, при этом готовность устройств определяют способностью к выполнению целевых функций.

Недостатком прототипа является снижение общей надежности вычислительной системы, из-за дополнительно введенной в каждое вычислительное устройство подсистемы контроля, которая также при контроле может вводить ошибки первого и второго рода.

Технический результат изобретения - сокращение времени простоя воздушного судна при проведении реконфигурации, снижение затрат на обслуживание и модернизацию авионики, повышение отказоустойчивости воздушного судна, а также повышение гибкости и эффективности использования воздушных судов.

На фиг. 1 представлена общая схема системы реконфигурации бортового оборудования воздушных судов интегрированной модульной авионики, где: 1 - центральная бортовая вычислительная система (1.1 - процессор; 1.2 - память; 1.3 - сетевые интерфейсы); 2 - наземная станция (комплексная станция управления воздушным движением); 3 - база данных наземной станции; 4 - спутниковая связь между наземной станцией и воздушным судном; 5 - шлейф подключения модулей ИМА к каналам информационного обмена воздушного судна; 6 - магистрали информационного обмена: мультиплексный канал информационного обмена (МКИО), ARINC, Fiber Channel (FC).

На фиг. 2 представлена схема виртуализации и динамического распределения ресурсов, где: 1 - центральная бортовая вычислительная система (1.1 - процессор; 1.2 - память; 1.3 - сетевые интерфейсы) с встроенным гипервизором, представляющим из себя программно-аппаратную схему, обеспечивающую и позволяющую одновременно и параллельно выполнять несколько операционных систем на одном и том же хост-компьютере, то есть создавать виртуальные модули, позволяющие выполнять функции физических модулей.

Технический результат изобретения достигается тем, что воздушное судно оснащено системой ИМА с центральной бортовой вычислительной системой (1) и несколькими модулями. Центральная бортовая вычислительная система (1) выполняет гипервизор, создающий виртуальные модули (1,2,3…,m), которые могут использовать ресурсы физических модулей (1,2,3…,n). В случае необходимости изменения функциональности, наземная станция (2) обращаясь к базе данных наземной станции (3) через спутниковую связь (4) отправляет команды на центральную бортовую вычислительную систему (1). Программное обеспечение на центральной бортовой вычислительной системе (1) перераспределяет ресурсы между виртуальными модулями (1,2,3…,m), активируя или деактивируя функции, изменяя конфигурацию сети через взаимодействие с магистралями информационного обмена (6).

Сущность изобретения. Способ основан на использовании программного обеспечения, установленного на основной и резервной вычислительной системе воздушного судна, который обеспечивает:

1. Виртуализацию: физические модули ИМА абстрагируются в виде виртуальных ресурсов, доступных через программный интерфейс.

2. Динамическое распределение ресурсов: программное обеспечение позволяет динамически перераспределять вычислительные ресурсы, сетевые интерфейсы и другие аппаратные функции между виртуальными модулями.

3. Удаленное управление: реконфигурацию можно выполнять удаленно с наземных станций, что исключает необходимость присутствия квалифицированного персонала на борту.

Способ реконфигурации бортового оборудования воздушных судов интегрированной модульной авионики, отличающийся тем, что он включает в себя виртуализацию физических модулей ИМА в виде виртуальных ресурсов, доступных через программный интерфейс, динамическое распределение вычислительных ресурсов, сетевых интерфейсов и других аппаратных функций между виртуальными модулями с помощью программного обеспечения, установленного на центральной бортовой вычислительной системе, а также удаленное управление реконфигурацией с наземных станций.

Преимущества:

Динамическая реконфигурация: изменения в конфигурации могут быть выполнены во время полета без прерывания работы критически важных систем.

Удаленное управление: реконфигурацию можно выполнять из любой точки мира, где есть доступ к системе управления воздушным движением.

Упрощение обслуживания: модули ИМА могут быть заменены без необходимости изменения программного обеспечения.

Повышенная безопасность: динамическая реконфигурация позволяет изолировать неисправные модули и предотвратить распространение ошибок.

Области применения: гражданская авиация, военная авиация, беспилотные летательные аппараты.

Промышленная применимость: настоящее изобретение может быть использовано при проектировании и эксплуатации воздушных судов с интегрированной модульной авионикой.

Изобретение относится к способу реконфигурации бортового оборудования воздушных судов интегрированной модульной авионики (ИМА). Для реконфигурации бортового оборудования осуществляют виртуализацию физических модулей ИМА в виде виртуальных ресурсов, доступных через программный интерфейс, динамическое распределение вычислительных ресурсов, сетевых интерфейсов и других аппаратных функций между виртуальными модулями с помощью программного обеспечения, установленного на центральной бортовой вычислительной системе, а также удаленное управление реконфигурацией с наземных станций. Обеспечивается повышение отказоустойчивости вычислительной системы. 2 ил.

Способ реконфигурации бортового оборудования воздушных судов интегрированной модульной авионики, отличающийся тем, что он включает в себя виртуализацию физических модулей ИМА в виде виртуальных ресурсов, доступных через программный интерфейс, динамическое распределение вычислительных ресурсов, сетевых интерфейсов и других аппаратных функций между виртуальными модулями с помощью программного обеспечения, установленного на центральной бортовой вычислительной системе, а также удаленное управление реконфигурацией с наземных станций.