Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Дисертаційні роботи України
Технічні науки
Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Диссертационная работа:

183. Горбенко Анатолій Вікторович. Методи та інструментальні засоби розробки комп'ютерних мереж інформаційно- управляючих систем критичного застосування: дис... канд. техн. наук: 05.13.06 / Національний аерокосмічний ун-т ім. М.Є.Жуковського "Харківський авіаційний ін-т". - Х., 2004.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальність теми дослідження. Невід’ємною частиною сучасних інформаційно-управляючих систем (ІУС) є комп’ютерні мережі (КМ). Це стосується, у першу чергу, розподілених систем управління складними об’єктами та обробки інформації. Одночасно з розширенням меж застосування відкритих мережних технологій і стандартів (ВМТС) збільшується і частка відмов ІУС, причиною яких є комп'ютерні мережі . Так, за статистикою консалтингової фірми Infonetics, відмови мережного обладнання та збої в роботі комп'ютерної мережі середньостатистичної північноамериканської фірми відбуваються 23,6 рази протягом року, причому 70% з них припадає на кабельну систему, а час, що витрачається на їхнє усунення, становить в середньому близько 5 годин. Матеріальні витрати на ліквідацію пошкоджень, ураховуючи втрачену вигоду та інші збитки, становлять від однієї до п'ятдесяти тисяч доларів за годину.

Необхідність забезпечення надійної передачі інформації та задоволення постійно зростаючих потреб користувачів до якості наданих послуг обумовлює актуальність наукових досліджень, присвячених розробці й удосконаленню методів проектування, оптимізації, оцінки й забезпечення надійності мереж зв'язку і передачі даних. Значний внесок у розвиток цих наукових напрямків зробили такі вчені, як Л. Клейнрок, І. Фриш, М. Шварц, В.Г. Лазарєв, Ю.П. Зайченко, Г.П. Захаров, Л.Б. Богуславський. Однак, як свідчить аналіз, існуючі методи й моделі виявляються неефективними для оцінки надійності комп’ютерних мереж, заснованих на відкритих мережних технологіях і стандартах (КМ ВМТС), оскільки не враховують особливості їх організації та побудови.

У той же час такі привабливі характеристики КМ ВТС, як висока пропускна здатність, можливість масштабування, підтримання різних видів трафіка та багаторічний досвід комерційного використання, відкривають нові перспективи для впровадження цього класу мереж у розподілених ІУС критичного застосування (КЗ), до яких належать авіаційні й ракетно-космічні комплекси, транспортні, енергетичні та інші системи. Особливістю ІУС КЗ є те, що для цього класу систем існують нормативні документи, що визначають жорсткі вимоги до надійності, безпеки та дотримання найбільш важливих принципів побудови (наприклад, принцип одиничної відмови, що визначає необхідність нейтралізації наслідків відмови будь-якого елемента програмно-апаратних засобів ІУС). Крім того, при проектуванні ІУС КЗ активно реалізують COTS-підхід (Commercial off the Shelf – комерційний продукт “з полки”), що припускає використання комерційного апаратного і програмного забезпечення, якщо воно пройшло відбір на відповідність регулятивним вимогам.

Для ІУС КЗ, що функціонують у агресивному середовищі, особливого значення набуває оцінка й забезпечення живучості. Причому для таких систем аналіз живучості комп’ютерних мереж може базуватися на виявленні найбільш критичних елементів з урахуванням різної кратності відмов внаслідок впливу екстремальних факторів.

У відомій вітчизняній і зарубіжній літературі проблемам застосування існуючого комерційного мережного обладнання та мережних рішень, заснованих на відкритих мережних технологіях і стандартах, в критичних системах, методам оцінки їх надійності та живучості з урахуванням специфіки ІУС КЗ приділено недостатню увагу. Це може призвести, з одного боку, до необґрунтованого завищення вимог до використання відкритих мережних технологій в ІУС КЗ, а з іншого, що зовсім неприпустимо, до недооцінки ризиків, пов'язаних з їхнім застосуванням, перш за все, зниженням рівня надійності та безпеки.

Таким чином, актуальною науковою задачею є розробка моделей і методів забезпечення надійності та живучості комп'ютерних мереж інформаційно-управляючих систем критичного застосування при їх створенні з використанням відкритих мережних технологій.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких викладено в дисертації, проводилися відповідно до державних планів НДР, програм і договорів, що виконувалися в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського та в інших організаціях:

“Розробка науково-методичних основ й інформаційних технологій оцінки та забезпечення відмовостійкості та безпеки комп'ютеризованих систем аерокосмічних комплексів, інших комплексів критичного застосування” (Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, Г503-42/2003, № 0103U004093, 2003);

“Розробка науково-методичного забезпечення відмовобезпеки цифрових систем контролю та управління АЕС при використанні програмованих ВІС”, шифр «Надійність – Д» (НПВМП “АСУ ХАІ”, Д2/2002, № 0104U003502, 2003);

“Розробка моделей і методів оцінки надійності систем управління й обробки інформації телекомунікаційних мереж”, шифр «Натиск» (Полтавський військовий інститут зв'язку, Міністерство оборони України, №179-Н, 2002);

“On Developing a General Approach to Analysis and Synthesis of Multiversion Software Systems and Applying it in Emerging Application Domains” (Британське Королівське наукове суспільство, грант RS 15114, 2003–2004).

Роль автора в зазначених науково-дослідних темах і проектах, у яких дисертант був безпосереднім виконавцем, полягає в аналізі існуючих методів оцінки та засобів забезпечення надійності та живучості комп’ютерних мереж, заснованих на відкритих мережних технологіях і стандартах, а також розробленні нових моделей, методів та відповідних інструментальних засобів.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є забезпечення заданого рівня надійності та живучості комп'ютерних мереж інформаційно-управляючих систем критичного застосування при їх розробці з використанням відкритих мережних технологій.

Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі:

аналіз і систематизація видів, джерел та наслідків відмов і збоїв у комп'ютерних мережах, заснованих на відкритих мережних технологіях і стандартах, на різних рівнях моделі взаємодії відкритих систем OSI, а також методів і засобів їхнього виявлення, запобігання та забезпечення відмовостійкості;

розробка методу профілювання комп'ютерних мереж з урахуванням вимог, що висуваються до інформаційно-управляючих систем критичного застосування;

розробка й дослідження аналітичних та імітаційних моделей оцінки критичності відмов елементів структурованих кабельних систем (СКС), їх надійності та живучості;

розробка методу резервування й оцінки живучості структурованих кабельних систем;

створення методу розробки комп'ютерних мереж ІУС КЗ з використанням відкритих мережних технологій на основі формалізації процесів їхнього життєвого циклу;

розробка інструментальних засобів підтримання процесів оцінки і забезпечення надійності та живучості комп'ютерних мереж ІУС КЗ при їх створенні з використанням відкритих мережних технологій.

Об'єкт дослідження – процеси розробки комп'ютерних мереж інформаційно-управляючих систем критичного застосування.

Предмет дослідження – моделі, методи й інструментальні засоби розробки комп'ютерних мереж, оцінки і забезпечення їх відповідності вимогам до надійності та живучості при створенні й експертизи інформаційно-управляючих систем критичного застосування.

Методи дослідження. У підґрунтя методології досліджень були покладені принципи системного аналізу. При вирішенні загальної та часткових наукових задач використовувалися: методи теорій множин і матриць та бульової алгебри – під час профілювання комп'ютерних мереж; системного проектування – під час розроблення комп'ютерних мереж ІУС КЗ на основі формалізації процесів їхнього життєвого циклу; методи математичного моделювання, теорії графів, теорії ймовірностей і математичної статистики – під час розроблення аналітичних й імітаційних моделей оцінки надійності та живучості структурованих кабельних систем, а також методу їхнього резервування.

Наукова новизна одержаних результатів:

1) вперше запропоновано метод розробки комп’ютерних мереж ІУС КЗ з використанням відкритих мережних технологій, який, на відміну від відомих, базується на обґрунтованому наборі процесів життєвого циклу КМ, включаючи їх профілювання, та дозволяє здійснювати поетапний контроль виконання вимог до них;

2) удосконалено метод профілювання комп'ютерних мереж, у підґрунтя якого покладено процедури формування вимог до КМ, побудови та перетворення матриць співвідношення рівнів моделі OSI, існуючих мережних технологій та варіантів мережних профілів стандартів, що дозволяє забезпечити відповідність їх профілів вимогам, які висуваються до ІУС КЗ;

3) удосконалено метод резервування й оцінки живучості структурованих кабельних систем, що ґрунтується на розроблених моделях відмов, множині способів резервування вершин і ребер з урахуванням особливостей СКС і дозволяє виявити найбільш критичні елементи та вибрати раціональні варіанти їхнього резервування.

Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що на підставі проведених досліджень і запропонованих методів:

створено методики, алгоритми та інструментальні засоби розроблення й оцінки надійності та живучості комп'ютерних мереж ІУС КЗ;

сформульовано пропозиції для проектів нормативних документів, що регламентують етапи життєвого циклу КМ та визначають вимоги до надійності комп'ютерних мереж ІУС КЗ і особливості застосування до них методики аналізу виду і наслідків критичних відмов FMECA.

Результати досліджень впроваджені в:

Сертифікаційному центрі АСУ Держцентрякості Державного комітету ядерного регулювання України під час експертизи розподілених інформаційно-управляючих систем критичного застосування, а також в процесі розробки проектів галузевих нормативних документів, що регламентують методики експертизи й верифікації цих систем з урахуванням мережній складовій (акт впровадження від 06.09.2004);

НТ СКБ “Полісвіт” під час розробки бортових інформаційно-управляючих систем і мереж для авіаційної техніки (проект АН-70), а також проекту стандарту СТП522-120-2004 “Порядок розробки, верифікації, сертифікації та супроводу програмного забезпечення бортової техніки” (акт впровадження від 15.10.2004);

Полтавському військовому інституті зв’язку при відпрацьовуванні варіантів побудови автоматизованих систем управління та зв’язку Збройних Сил України, а також в навчальному процесі під час вивчення дисципліни “Телекомунікаційні й інформаційні мережі” (акт впровадження від 27.09.2004);

навчальному процесі Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” під час вивчення дисциплін “Методи дослідження й моделювання комп'ютерних систем і мереж”, “Комп’ютерні мережі” (акт впровадження від 04.10.2004).

Особистий внесок здобувача полягає в розробці нових моделей, методів і інструментальних засобів, що забезпечують вирішення поставлених у дисертації задач. Всі основні результати отримані автором особисто. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачу належать: розробка моделей структурної надійності кабельних систем при відмовах ребер і вузлів дерева СКС, а також аналіз залежності коефіцієнта структурної надійності СКС від кількості відмов однорідних елементів кабельної системи [2], аналіз особливостей розробки й застосування КМ ВМТС у критичних системах, а також аналіз перспективних напрямків наукових досліджень і розробок в галузі оцінки й забезпечення надійності комп'ютерних мереж [3], розробка структури профілеутворювальної бази комп'ютерних мереж і узагальненого алгоритму вибору варіанта мережного профілю з урахуванням вимог, що висуваються до надійності та функціональних характеристик проектованої мережі [4, 11], аналіз особливостей застосування FMEСA-технології для КМ ВМТС і класифікація видів, джерел та наслідків відмов і засобів забезпечення відмовостійкості комп'ютерних мереж [5], аналіз стандартних методів і засобів стека протоколів TCP/IP, призначених для забезпечення надійності, відмовостійкості та живучості інтрамереж на мережному рівні й рівні мережного інтерфейсу [6], розробка функціональної моделі процесу створення комп’ютерних мереж, заснованих на відкритих мережних технологіях і стандартах [7].

Апробація результатів дисертації проводилася на постійно діючому міжгалузевому семінарі “Критичні комп’ютерні технології та системи” на кафедрі комп'ютерних систем і мереж Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, а також на таких наукових конференціях і симпозіумах: Міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні комп’ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ” (м. Харків, 2001-2003 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України” (м. Харків, 2001 р.), 1st International Conference on Information Systems Technologies and its Application (ISTA’2001) (м. Харків, 2001 р.), 6th Probabilistic Safety Assessment and Management Conference (PSAM’6) (Пуерто-Рико, 2002 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні та електронні технології” (м. Одеса 2002-2003 р.)., 1st International conference “Advanced Computer Systems and Networks: Design and Application (ACSN’2003)” (м. Львів, 2003 р.), 3-ій Міжнародній науково-практичній конференції “Мікропроцесорні пристрої та системи в автоматизації виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2004 р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 11 друкованих працях, серед яких 6 статей опубліковані в наукових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 1 стаття – до переліку ВАК Російської Федерації (з них 4 статті в наукових журналах, 3 статті в збірниках наукових праць), а також 4 публікації у збірниках праць наукових конференцій.

Подобные работы
Волковий Андрій Володимирович
Моделі, методи та інструментальні засоби розробки багатоверсійного програмного забезпечення інформаційно-управляючих систем критичного застосування
Тарасюк Ольга Михайлівна
Методи та інструментальні засоби метрико-ймовірнісної оцінки якості програмного забезпечення інформаційно-управляючих систем критичного застосування
Асідех Фатхі Алі
Моделі та методи підвищення надійності інформаційно-управляючих систем критичного застосування з використанням багатоканального дублювання
Прімін Михайло Андрійович
Математичні моделі, методи й алгоритми просторово-часового аналізу магнітних полів та їх застосування в системах діагностики і виявлення
Рижук Микола Петрович
Дослідження та розробка програмних методів та засобів забезпечення працездатності АСК ТП нафтоперекачувальних станцій.
Юзвенко Володимир Федорович
Методи та засоби модельної підтримки прийняття рішень в системах проектування та випробовування елементів механічних конструкцій
Ночевнов Дмитро Павлович
Методи та засоби адаптивного інформаційного пошуку на основі моделі користувача
Оксамитна Любов Павлівна
Методи та засоби самоорганізації моделі знань в автоматизованих системах контролю знань та навчання
Ходаков Даниїл Вікторович
Моделі, методи та засоби адаптивності користувальницького інтерфейсу
Шапо Владлен Феліксович
Методи та засоби побудови територіально розосереджених комп'ютерних мереж

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net