|
DOI: 10.14489/vkit.2017.12.pp.047-056
Мельник Э. В., Клименко А. Б.
ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ КАЧЕСТВА НАБОРОВ КОНФИГУРАЦИЙ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
(c. 47-56)
Аннотация. Рассмотрен класс информационно-управляющих систем (ИУС) с резервированием производительности вычислительных узлов (ВУ). Показано, что для выбранного класса ИУС одно из основополагающих понятий – «конфигурация», определяющая размещение задач управления по ВУ и описывающая состояние системы. Предложен метод оптимизации качества наборов конфигураций в аспекте выравнивания нагрузки путем удаления одного из критериев оптимизации, однако на программные компоненты системы возлагаются функции, дающие возможность данным критерием пренебречь. Предложена новая постановка задачи формирования конфигураций и приведены избранные результаты экспериментального исследования эффективности предлагаемого метода.
Ключевые слова: отказоустойчивость; реконфигурация; информационно-управляющая система; многокритериальная оптимизация; выравнивание нагрузки; надежность.
Melnik E. V., Klimenko A. B.
TWO-COMPONENT APPROACH TO THE DISTRIBUTED RECONFIGURABLE INFORMATION AND CONTROL SYSTEM CONFIGURATION OPTIMIZATION
(pp. 47-56)
Abstract. Information and Control Systems (ICS) are the essential component of the numerous mechatronic objects, including ones with serious consequences of the faults. Reconfigurable ICS with performance redundancy are in the scope of the current paper. Performance redundancy concept proposes, in case of computational unit failure, to redistribute the monitoring and control tasks through the operable computational units. The need to redistribute the monitoring and control tasks arises a term “configuration”, which means the monitoring and control tasks binding to the computational units. As the configurations effect on the computational units load intensity, they affect on the reliability function of the computational units. The way to decrease the load intensity of computational units is to balance the load. The configuration forming problem is multiobjective and multiconstraint. The multiple optimization criteria can lead to the solutions of low quality. The two-component approach proposed is based on the assumption that the solution quality can be improved by the criterion eliminating from the vector objective function. As all criteria are important, some of them can be “delegated ” to the software components of the system. In the scope of the current paper, the criterion of the functioning monitoring and control tasks number, relocated through the reconfiguration, is eliminated. Its semantic is delegated to the software components of the system by organizing of the distributed context data storage. So, the configurations can be designed without this criterion, and all the tasks can be relocated. The paper contains the description of the approach, the configuration problem formulation and the experimental results.
Keywords: Fault-tolerance; Reconfiguration; Information and control system; Multiobjective optimization; Load-balancing; Dependability.
Э. В. Мельник (Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Россия)
А. Б. Клименко (Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем им. акад. А. В. Каляева ЮФУ, Таганрог, Россия) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
E. V. Melnik (Southern Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Rostov-on-Don, Russia)
A. B. Klimenko (Acad. A. V. Kalyaev Scientific Research Institute of Multiprocessor Computer Systems of Southern Federal University, Taganrog, Russia) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
1. Каляев И. А., Мельник Э. В. Децентрализованные системы компьютерного управления. Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2011. 196 с.
2. Basic Concepts and Taxonomy of Dependable and Secure Computing / A. Avizienis et al. // IEEE Transactions of Dependable and Secure Computing. 2004. V. 1, № 1. Р. 11 – 33.
3. Cerstani D., Godary-Dejean K. Fault-Tolerance in Control Architectures for Mobile Robots: Fantasy or Reality [Электронный ресурс] // In Proc. of 7th National Conference on Control Architectures of Robots. 2012. Nancy, France. P. 10. URL: http:// car2012.loria.fr/files/2012/CrestaniGodary.pdf (дата обращения: 11.11.2017).
4. Carlson J., Murphy R. How UGVs Physically Fail in the Field // IEEE Transactions on Robotics. 2005. V. 21, № 3. Р. 423 – 437.
5. Горелова Г. В., Мельник Э. В. Имитационное моделирование вариантов резервирования в распределенных информационно-управляющих системах с децентрализованной организацией // Изв. ЮФУ. Технические науки. 2013. № 3. С. 184 – 193.
6. Каляев И. А., Мельник Э. В. Метод повышения надежности сетевых информационно-управляющих систем сложных технических объектов // Матер. 6-й Всерос. мультиконф. по проблемам управления. 30 сент. – 5 окт. 2013 г. Ростов н/Д, 2013. Т. 4. С. 47 – 49.
7. Мельник Э. В., Иванов Д. Я., Гандурин В. А. Обеспечение отказоустойчивости в сетецентрических информационно-управляющих системах с распределенным диспетчированием // Матер. 6-й Всерос. мультиконф. по проблемам управления. 30 сент. – 5 окт. 2013 г. Ростов н/Д, 2013. Т. 4. С. 117 – 121.
8. Горелова Г. В., Мельник Э. В. Исследование вариантов резервирования в РИУС, имитационное моделирование // Проблемы управления безопасностью сложных систем: матер. XXI Междунар. конф.: сб. тр. М., 2013. С. 171 – 173.
9. Мельник Э. В., Горелова Г. В. Исследование эффекта выравнивания вычислительной нагрузки процессорных устройств в высоконадежных распределенных информационно-управляющих системах // Перспективные системы и задачи управления: матер. 7-й Всерос. науч.-практ. конф. Таганрог, 2012. С. 316 – 326.
10. Мельник Э. В., Волков В. В., Коробкин В. В. О методах обеспечения надежности управляющего вычислительного комплекса машины перегрузочной атомного реактора // Интеллектуальные робототехнические системы – 2001: матер. научн. молод. школы. Таганрог, 2001. С. 97 – 99.
11. Шилов К. Ю., Сурин. С. Н. Концерн «НПО «Аврора»: интегрированные системы управления надводных кораблей [Электронный ресурс]. URL: http://old.nationaldefense.ru/1437/1440/index.shtml?id=5138 (дата обращения: 09.12.2013).
12. Труханов В. М. Новый подход к обеспечению надежности сложных систем. М.: Спектр, 2010. 247 с.
13. Restart-Based Fault-Tolerance: System Design and Schedulability Analysis [Электронный ресурс] / F. Abdi et al. // Proc. of the IEEE Сonf. on Embedded and Real-Time Computing Systems and Applications (RTCSA’17), Taipei, Taiwan, August 2017. URL: http://abditag2.cs.illinois.edu/wp-content/uploads/ 2014/ 12/1705.02412.pdf (дата обращения: 26.10.2017).
14. Повышение качества конфигураций распределенной информационно-управляющей системы посредством выравнивания вычислительной нагрузки / Э. В. Мельник и др. // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2016. № 11. С. 33 – 38. doi: 10.14489/vkit.2016.11.pp.033-038
15. Melnik E., Korobkin V., Klimenko A. System Reconfiguration Using Multiagent Cooperative Principles // Proc. of the First Intern. Scientific Conf. “Intelligent Information Technologies for Industry” (IITI’16). 2016. V. 451. P. 385 – 394.
16. Klimenko A., Klimenko V., Melnik E. The Parallel Simulated Annealing-Based Reconfiguration Algorithm for the Real Time Distributed Control Fault-Tolerance Providing // 9th Intern. Conf. on Application of Information and Communication Technologies – AICT’2015 (IEEE Catalog Number CFPI556H-PRT). Rostov-on-Don, Russia, 14 – 16 Oct. 2015. Rostov-on-Don, 2015. P. 277 – 280.
17. Melnik E. V., Klimenko A. B. Informational and Control System Configuration Generation Problem with Load-Balancing Optimization // Proc. of 10th Intern. Conf. on Application of Information and Communication Technologies. 2016. Р. 492 – 496.
18. Melnik E. V., Klimenko A. B., Korovin I. S. A Novel Approach to Fault-Tolerant Information and Control System Design // Proc. of 5th Intern. Conf. In-formatics, Electronics and Visualization. Dhaka, Bangladesh: University of Dhaka, 2016.
19. Строгонов А. Долговечность интегральных схем и производственные методы ее прогнозирования // Chip News: Инженерная микроэлектроника. 2002. № 6. С. 44 – 49.
20. Korf R. E. Multi-Way Number Partitioning // Proc. of the 21st Intern. Joint Conf. on Artificial Intelligence (IJCAI’09). Pasadena, California, USA – July 11 – 17, 2009. Р. 538 – 543.
1. Kaliaev I. A, Mel'nik E. V. (2011). Decentralized computer control systems. Rostov-on-Don: Izdatel'stvo IuNTs RAN. [in Russian language]
2. Avizienis A. et al. (2004). Basic concepts and taxonomy of dependable and secure computing. IEEE Transactions of Dependable and Secure Computing, 1(1), pp. 11-33.
3. Cerstani D., Godary-Dejean K. (2012). Fault-tolerance in control architectures for mobile robots: fantasy or reality. In Proc. of 7th National Conference on Control Architectures of Robots, (p. 10). Nancy, France. Available at: http:// car2012.loria.fr/files/2012/ CrestaniGodary.pdf (Accessed: 11.11.2017).
4. Carlson J., Murphy R. (2005). How UGVs physically fail in the field. IEEE Transactions on Robotics, 21(3), pp. 423-437.
5. Mel'nik E. V., Gorelova G. V. (2013). Simulation modelling of options in distributed information management systems with a decentralized organization. Izvestiia IuFU. Tekhnicheskie nauki, (3), pp. 184-193. [in Russian language]
6. Kaliaev I. A, Mel'nik E. V. (2013). Method of increasing the reliability of network information-control systems of complex technical objects. Proceedings of the 6th All-Russian multi conference on management problems, Vol. 4. (pp. 47-49). 30 September – 5 October 2013. Rostov-on-Don. [in Russian language]
7. Mel'nik E. V., Ivanov D. Ia., Gandurin V. A. (2013). Providing fault tolerance in network-centric information-control systems with distributed dispatching. Proceedings of the 6th All-Russian multi conference on management problems, Vol. 4. (pp. 117-121). 30 September – 5 October 2013. Rostov-on-Don. [in Russian language]
8. Gorelova G. V., Mel'nik E. V. (2013). Study of backup options in a distributed information management system, simulation modeling. Problems of managing the security of complex systems: proceedings of the XXI International conference. (pp. 171-173). Moscow. [in Russian language]
9. Mel'nik E. V., Gorelova G. V. (2012). Study the effect of equalizing the computing load of processor devices in highly reliable distributed information-control systems. Perspective systems and management tasks: proceedings of the 7th All-Russian scientific and practical conference. (pp. 316-326). Taganrog. [in Russian language]
10. Mel'nik E. V., Volkov V. V., Korobkin V. V. (2001). Methods of ensuring the reliability of the control computer complex of a nuclear reactor. Intelligent Ro-botic Systems – 2001: proceedings of the scientific school.(pp. 97-99). Taganrog. [in Russian language]
11. Shilov K. Iu., Surin. S. N. (2013). Concern "NPO Aurora": integrated control systems of surface ships. Available at: http://old.nationaldefense.ru/ 1437/1440/index.shtml?id=5138 (Accessed: 09.12.2013). [in Russian language]
12. Trukhanov V. M. (2010). New approach for ensuring the reliability of complex systems. Moscow: Izdatel'skii dom “Spektr”. [in Russian language]
13. Abdi F. et al. (2017). Restart-based fault-tolerance: system design and schedulability analysis. Proc. of the IEEE conference on Embedded and Real-Time Computing Systems and Applications (RTCSA’17), Taipei, Taiwan, August 2017. Available at: http://abditag2.cs.illinois.edu/wp-content/uploads/ 2014/ 12/1705.02412.pdf (Accessed: 26.10.2017).
14. Melnik E. V., Klimenko A. B., Klimenko V. V., Taranov A. Yu. (2016). Distributed informational and control system configuration quality improving by the load balancing. Vestnik komp'iuternykh i informatsionnykh tekhnologii, (11), pp. 33-38. doi: 10.14489/vkit.2016.11.pp.033-038 [in Russian language]
15. Melnik E., Korobkin V., Klimenko A. (2016). System reconfiguration using multiagent cooperative principles. Proc. of the First Intern. Scientific Conf. “Intelligent Information Technologies for Industry” (IITI’16), 451, (pp. 385-394).
16. Klimenko A., Klimenko V., Melnik E. (2015). The parallel simulated annealing-based reconfiguration algorithm for the real time distributed control fault-tolerance providing. 9th Intern. Conf. on Application of Information and Communication Technologies – AICT’2015 (IEEE Catalog Number CFPI556H-PRT). (pp. 277-280). Rostov-on-Don, Russia, 14 – 16 Oct. 2015.
17. Melnik E. V., Klimenko A. B. (2016). Informational and control system configuration generation problem with load-balancing optimization. Proc. of 10th Intern. Conf. on Application of Information and Communication Technologies. (pp. 492-496).
18. Melnik E. V., Klimenko A. B., Korovin I. S. (2016). A novel approach to fault-tolerant information and control system design. Proc. of 5th Intern. Conf. Informatics, Electronics and Visualization. Dhaka, Bangladesh: University of Dhaka.
19. Strogonov A. (2002). The durability of integrated circuits and manufacturing methods of its forecasting. ChipNews, (6), pp. 44-49. [in Russian language]
20. Korf R. E. (2009). Multiway number partitioning. Proc. of the 21st International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI’09). (pp. 538-543). Pasadena, California, USA – July 11 – 17 2009.
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/vkit.2017.12.pp.047-056
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/vkit.2017.12.pp.047-056
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»