АДАПТИВНЫЙ СПОСОБ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ РЕКОНФИГУРАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2025 года по МПК G06F11/20 G06F11/30 

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к способам повышения функциональной эффективности вычислительных систем и обеспечения надежности функционирования.

В качестве технического изделия рассматривается вычислительная система какого-либо технического объекта, в общем случае неоднородная в том смысле, что может содержать совокупность различных по исполнению, но сопоставимых по возможностям вычислительных устройств, предназначенных для выполнения целевых функций путем реализации работы входящих в их состав функциональных модулей, запускаемых в них программ и обмена целевой информацией между устройствами посредством коммуникационной системы. Примерами таких систем могут служить многопроцессорные или многомашинные вычислительные системы и построенные на их основе вычислительные информационные сети, комплексы бортового оборудования различного целевого назначения, системы диагностики сложных технических объектов.

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 ун-та, 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) является способ контроля для функциональной реконфигурации вычислительной системы [RU 2792920 С1, 28.03.2023], состоящий в обнаружении вычислительных устройств, не готовых к выполнению целевых функций и замене их на готовые, имеющие аналогичные и меньшие, но удовлетворяющие требуемым, показатели функциональной эффективности.

Недостатком прототипа является низкая эффективность реконфигурации вычислительной системы, обусловленная отсутствием оценки режимов работы функциональных модулей вычислительной системы, информации о другой внешней информации и команд оператора.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности реконфигурации за счет адаптации вычислительной системы к режимам работы, командам оператора и другой внешней информации.

Технический результат достигается тем, что в известном способе функциональной реконфигурации вычислительной системы, заключающийся в контроле работоспособности и функциональной эффективности функциональных модулей (ФМ) вычислительных устройств, формировании оценок готовности и функциональной эффективности устройств, проверки их соответствия заданным критериям, объединении устройств в пары, поэтапном попарном сравнении оценок предпочтения устройств путем сравнения, определении предпочтительных устройств по заданным критериям, формировании команд на реконфигурацию вычислительной системы, согласно изобретению, в каждом вычислительном устройстве дополнительно определяют режимы работы функциональных модулей вычислительных устройств, внешние условия и команды оператора, с использованием которых корректируют оценки функциональной эффективности, повышая таким образом эффективность реконфигурации вычислительной системы. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.

На фигуре приведена структурная схема вычислительной системы, поясняющая заявляемый способ, где обозначены:

1-1, 1-2,...1-n - вычислительные устройства,

* - обозначение ведущего вычислительного устройства,

2-1, 2-2,...2-n -функциональные модули вычислительных устройств,

3 - коммуникационная система,

3-1, 3-2,…3-m - коммутаторы,

4-1, 4-2,...4-n - подсистема контроля,

5-1, 5-2,...5-n - блоки адаптации,

6 - служебный канал информационного обмена,

7 - основной канал информационного обмена,

R - датчик режимов работы.

Вычислительная система (ВС) состоит по меньшей мере из двух вычислительных устройств (ВУ) 1-1, 1-2,...1-n, соединенных посредством коммуникационной системы (КС) 3, состоящей из одного или нескольких связанных между собой коммутаторов 3-1, 3-2,...3-m и линий связи между ними. Вычислительные устройства реализуют различные целевые функции системы посредством входящих в них функциональных модулей (ФМ) 2-1, 2-2,...2-n, обменивающихся целевыми данными с другими устройствами посредством коммутаторов 3-1, 3-2,...3-n коммуникационной системы 3. ФМ 2-1, 2-2,...2-n (составные части вычислительных устройств, выполняющие их целевые функции например, вычислительные процессорные модули, оперативные и постоянные запоминающие устройства, интерфейсные блоки, блоки питания и т.д.) каждого i-го вычислительного устройства, по одноименным каналам 7 соединены с коммутатором коммуникационной системы 3-j, посредством которых устройства производят информационный обмен целевыми данными (получают и передают информацию для реализации целевых функций вычислительной системы). При этом возможно соединение с одним j-м коммутатором одного i-гo, либо нескольких вычислительных устройств одновременно. В основе функциональной реконфигурации вычислительной системы лежит распределенная система контроля, которая состоит из подсистемы контроля 4-1, 4-2,...4-n, осуществляющей организацию попарного сравнения устройств по заданным критериям, взаимного контроля эффективности устройств по указанным критериям в процессе такого сравнения и использовании результатов контроля для формирования команд на реконфигурацию вычислительной системы. Блоки адаптации 5-1, 5-2,...5-n, предназначены для корректировки оценок функциональной эффективности, которые соединены с подсистемой контроля 4-1, 4-2,...4-n и ФМ 2-1, 2-2,...2-n. Блок адаптации может быть реализован на нечетком логическом подходе [Борисов, В.В. Нечеткие модели и сети. 2-е изд. Стереотип / В.В. Борисов, В.В. Круглов, А.С.Федулов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2012. - 284 с, Petrosino A., Fanelli A.M., Pedrycz W. Fuzzy Logic and Applications. - Springer 2011. - 290 p., Melin P., Castillo O., Kacprzyk J. Design of Intelligent Systems Based on Fuzzy Logic, Neural Networks and Nature-Inspired Optimization. - Springer, 2015. 652 р.]. Коммутаторы 3-1, 3-2,...3-т коммутационной системы 3 предназначены для непосредственной связи устройств между собой путем подключения к ним одного или нескольких устройств и организации связи между коммутаторами, а также коммутации устройств (подключения и отключения устройств к /от коммутаторов) по командам реконфигурации.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для реализации адаптивного способа функциональной реконфигурации вычислительной системы предлагается ввести в каждое ВУ блок адаптации 5-1, 5-2,...5-n, при этом, каждый блок адаптации имеет n+2 входа и 1 выход, на первый и второй внешние входы поступают сигналы о командах оператора и другой внешней информации, на третий вход информация о режимах работы n функциональных модулей (R). Блок адаптации последовательно соединен с входом подсистемы контроля 4-1, 4-2,...4-n и предназначен для коррекции оценок функциональной эффективности ФМ ВУ при осуществлении реконфигурации. При этом контролируемые выходы ФМ 2-i соединены с блоком адаптации 5-i своего устройства. Помимо связей устройств посредством основного канала информационного обмена 7, подсистемы контроля устройства имеют доступ друг к другу через коммутационную систему посредством служебного канала информационного обмена 6, через который они передают необходимую информацию об оценках состояния, предпочтения, результаты контроля, а также команды реконфигурации.

Заявленный адаптивный способ функциональной реконфигурации вычислительной системы может быть технически реализован на базе известных технологий организации вычислительных систем [см. Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем: уч. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008]. При этом в основе коммуникационной системы могут использоваться известные сетевые протоколы [см., Руденков Н.А., Долинер Л.И. Основы сетевых технологий: Учебник для вузов. Екатеринбург: Изд-во Уральского. Федерального ун-та, 2011 - 300 с], например Ethernet [см. ГОСТ Р МЭК 60870-5-104-2004 Устройства и системы телемеханики. Часть 5. Протоколы передачи. Раздел 104. Доступ к сети для ГОСТ Р МЭК 870-5-101 с использованием стандартных транспортных профилей], либо протоколы для бортового применения [см., например, ARINC Specification 664, Part 1, Aircraft Data Network, Systems Concepts and Overview. 31 January, 2002], а в качестве коммутаторов могут использоваться промышленные управляемые коммутаторы, например [SD-4208-G-DSC. Промышленный управляемый коммутатор. URL: https://www.lantan.pro/catalog/1аntan/switches/industrial-hardened-inanaged-switches/SD-4208-G-DSC.html] или бортовые концентраторы данных типа [AFDX Lab-Switch AFDX Lab https://manualzz.com/doc/27783204/afdx-lab-switch-afdx-lab]. Информационный обмен данными в предлагаемой системе можно реализовать на базе известных протоколов типа [Протокол TCP/IP - IBM Documentation. URL: https://www.ibm.com/docs/ru/aix/7.2?topic=management-transmission-control-protocolinternet-protocol], в том числе на основе технологий защищенного гарантированного обмена по типу «блокчейн» [Саенко И.Б., Фабияновский И.Н. Подход к оперативной обработке неструктурированных данных в распределенных информационных системах на основе блокчейн-технологии // Тр. ЦНИИС, С.-Пб. филиал. 2019. Т. 2. №8. С. 8-13.]. Подсистема контроля может быть реализован а, в форме специального или функционального программного обеспечения [Ключев А.О., Кустарев П.В., Ковязина Д Р., Петров Е В. Программное обеспечение встроенных вычислительные систем. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009] на базе использования собственных аппаратных средств вычислительных систем современной архитектуры [см. Душкин А.В., Ланкин О.В., Черкизов Р.В. Вычислительная техника: уч. пособие. - Воронеж: Научная книга, 2015], включающие центральные и специализированные вычислительные процессоры [см. там же, стр. 177], оперативные и постоянные запоминающие устройства [см. там же, стр. 192], каналы межмодульного и сетевого обмена информацией [см. там же, стр. 246]; либо на базе использования микропроцессорных модулей с программным управлением (см., например [Инструментальный модуль МС76.01 на базе СБИС 1879ВЯ1Я, разработки АО НТЦ «Модуль», URL: https://www.module.ru/directions/aviacia/13--7601]), которыми дополнительно оборудуются блоки (модули) вычислительных устройств. При этом устройства оценки состояния могут быть реализованы на базе известных технологий и алгоритмов тестирования и контроля, например плат контроля типа [POST Card PCI ВМ9222, URL: https://unimarket.by/images/Мастеркит/Инструкция%20%20bm9222.pdf] и программ диагностического тест-контроля [Кулебякин А.А., Вахрин Л.А., Украженко К.А. Диагностика компьютерных технологических систем/ Уч. пособие. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2004].

Таким образом, результатом настоящего изобретения является повышение эффективности реконфигурации за счет адаптации вычислительной системы к режимам работы, командам оператора и другой внешней информации.

Изобретение относится к адаптивному способу функциональной реконфигурации вычислительной системы. Технический результат заключается в повышении эффективности реконфигурации вычислительной системы за счет адаптации вычислительной системы к режимам работы и командам оператора. Способ заключается в контроле работоспособности и функциональной эффективности функциональных модулей вычислительных устройств, формировании оценок готовности и функциональной эффективности устройств, проверки их соответствия заданным критериям, объединении устройств в пары, поэтапном попарном сравнении оценок предпочтения устройств путем сравнения, определении предпочтительных устройств по заданным критериям, формировании команд на реконфигурацию вычислительной системы, при этом в каждом вычислительном устройстве дополнительно определяют режимы работы функциональных модулей вычислительных устройств, внешние условия и команды оператора, с использованием которых корректируют оценки функциональной эффективности устройств, выполняют формирование команд на реконфигурацию вычислительной системы на основании скорректированных на предыдущем этапе оценок функциональной эффективности устройств. 1 ил.

Адаптивный способ функциональной реконфигурации вычислительной системы, заключающийся в контроле работоспособности и функциональной эффективности функциональных модулей вычислительных устройств, формировании оценок готовности и функциональной эффективности устройств, проверки их соответствия заданным критериям, объединении устройств в пары, поэтапном попарном сравнении оценок предпочтения устройств путем сравнения, определении предпочтительных устройств по заданным критериям, формировании команд на реконфигурацию вычислительной системы, отличающийся тем, что в каждом вычислительном устройстве дополнительно определяют режимы работы функциональных модулей вычислительных устройств, внешние условия и команды оператора, с использованием которых корректируют оценки функциональной эффективности устройств, выполняют формирование команд на реконфигурацию вычислительной системы на основании скорректированных на предыдущем этапе оценок функциональной эффективности устройств.