10.14489/vkit.2024.03.pp.037-043

DOI: 10.14489/vkit.2024.03.pp.037-043

Кузнецов Н. А., Антонов С. В.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АВТОМАТНОГО ПОДХОДА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЕТЕВОЙ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ
(с. 37-43)

Аннотация. Сетевые информационно-управляющие системы являются сегодня перспективным направлением научных исследований, касающихся развития производства в соответствии со стратегией умного производства и технологиями облачных вычислений. При использовании таких систем возникают проблемы задержек, связанные с типом применяемых многоузловых топологий сетей. В статье сформулирован подход к определению потерь и задержек пакетов, где проблема потери пакета преобразуется в отказ узла сети информационно-управляющей системы. Показана необходимость определять состояние объекта управления для решения обозначенных выше проблем. На основе автоматного подхода выполнен поиск целевого алгоритма, минимизирующего риск полного отказа сетевой инфраструктуры управляющей системы. Рассмотрены примеры теоретической и реальной топологий такой инфраструктуры, разработано и протестировано соответствующее программное обеспечение.

Ключевые слова: сетевые информационно-управляющие системы; распределенные системы; автоматное программирование; управление как услуга; умное производство.

Kuznetsov N. A., Antonov S. V.
AUTOMATA-BASED PROGRAMMING PRACTICE FOR NETWORKED CONTROL SYSTEMS DEVELOPMENT
(pp. 37-43)

Abstract. Today, network information control systems are a promising area for scientific research in the context of production development in accordance with the Smart Manufacturing strategy and the cloud computing technologies application. The problems of delays and failures occur. That leads to the packet loss problem which is transformed into a failure of the network node of the information control system. In this paper, an approach for determining packet losses and delays is formulated, where the problem of packet loss is converted into a failure of a network node of an information control system. The conclusion about the need to determine the state of the control object in order to solve the problems identified above is made. As a result of this study, a search for a target automata-based algorithm that minimizes the risk of a complete failure of the control system network infrastructure was proposed. This algorithm was tested by means of using theoretical and real topology. In this paper related software was also developed and described. In this article we develop architecture of application designed by means of the proposed approach. The mentioned approach designed for using RAFT consensus algorithm as based algorithm for network information control systems development. This article described basic differences and problems of most popular classes, of consensus algorithms in view point of network information control systems. This work is taking into consideration application of distributed systems concepts to network control information systems field. This article related with development distributed systems using java language and Jraft framework. In the conclusion of the research work analyzed results of tests of developed system in specially created laboratory bench.

Keywords: Networked control systems; Distributed systems; Automata-based programming; CaaS; Smart production.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

Н. А. Кузнецов, С. В. Антонов (МИРЭА – Российский технологический университет, Москва, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

N. A. Kuznetsov, S. V. Antonov (MIREA — Russian Technological University, Moscow, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Разработка и применение цифрового двойника машиностроительного технологического процесса / В. А. Холопов, С. В. Антонов, Е. В. Курнасов и др. // Вестник машиностроения, 2019. № 9. С. 37–43.
2. Распоряжение Правительства РФ от 06.11.2021 № 3142-р «Об утверждении стратегического направления в области цифровой трансформации обрабатывающих отраслей промышленности» [Электронный ресурс]. URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202111090018?index=1 (дата обращения: 18.03.2023).
3. Шапетько Л. А., Курнасов Е. В., Харьковский С. Е. Модуль обработки POST-запросов сервиса IoT и экспорта данных промышленной АСУ из облачной инфраструктуры в локальное хранилище // Промышленные АСУ и контроллеры. 2021. № 6. С. 37–45.
4. Joint Cross-Layer Optimization in Real-Time Networked Control Systems / M. Klugel, M. Mamduhi, O. Ayan et al. // IEEE Transactions on Control of Network Systems. 2020. No. 7(4). P. 1903–1915.
5. Аршарина И. В., Лобанов А. В. Организация интерфейса отказоустойчивости в многозадачной распределённой информационно-управляющей многомашинной вычислительной системе сетевой архитектуры // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. 2018. № 1. С. 226–229.
6. Lyu M., Benfenatki H., Biennier F., Ghodous P. Control as a Service Architecture to Support Context-aware Control Application Development // IFAC-PapersOnLine. 2019. No. 52(13). P. 1085–1090. DOI: 10.1016/J.IFACOL.2019.11.340
7. Pournaras E. Decentralization in Digital Societies. A Design Paradox // Strategic Decisions and Risk Management. 2020. No. 11(1). P. 8–13.
8. Долженко Р. А., Малышев Д. С. Проблемы на пути цифровой трансформации на российских промышленных предприятиях // Вестник НГУЭУ. 2022. № 1. С. 31–51.
9. Internet Speed around the World – Speedtest Global Index [Электронный ресурс]. URL: https://www.speedtest.net/global-index (дата обращения: 13.07.2023).
10. Qi, Q., Tao, F. A Smart Manufacturing Service System Based on Edge Computing, Fog Computing, and Cloud Computing // IEEE Access. 2019. No. 7. P. 86769–86777. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2923610
11. Аллакин В. В. Постановка задачи на превентивную идентификацию вида технического состояния элементов сетевых инфраструктур // I-Methods. 2021. V. 13, No. 4. P. 2–13.
12. Мельник Э. В., Клименко А. Б., Иванов Д. Я., Гандурин В. А. Мультиагентный метод повышения надежности реконфигурируемых сетевых информационно-управляющих систем с кластеризацией на основе репликации данных // Известия ЮФУ. Технические науки. 2017. № 9(194). С. 53–63.
13. Ethereum Virtual Machine (EVM) [Электронный ресурс]. URL: https://ethereum.org/en/developers/docs/evm/#from-ledger-to-state-machine (дата обращения: 18.03.2023).
14. Бирюкова В. А. Автоматный подход для оптимизации работы системы обучения нейронных сетей // Интеллектуальные системы. Теория и приложения. 2021. Т. 25, № 4. С. 71–78.
15. Ongaro D., Ousterhout, J. In Search of an Understandable Consensus Algorithm // 2014 USENIX Annual Technical Conference (USENIX ATC 14). June 19–20, 2014, Philadelphia, USA. P. 305–319.
16. Marar H., Marar R. Hybrid Blockchain // Jordanian Journal of Computers and Information Technology. 2020. V. 6, No. 4. P. 317–325. DOI: 10.5455/jjcit.71-1589089941

Eng

1. Holopov V. A., Antonov S. V., Kurnasov E. V. et al. (2019). Development and application of a digital twin of the mechanical engineering technological process. Vestnik mashinostroeniya, (9), 37 – 43. [in Russian language]
2. Order of the Government of the Russian Federation dated November 6, 2021 N 3142-r “On approval of the strategic direction in the field of digital transformation of manufacturing industries.” (2021). [in Russian language]. Retrieved from http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202111090018?index=1 (Accessed: 18.03.2023).
3. Shapet'ko L. A., Kurnasov E. V., Har'kovskiy S. E. (2021). Module for processing POST requests of the IoT service and exporting industrial automated control system data from the cloud infrastructure to local storage. Promyshlennye ASU i kontrollery, (6), 37 – 45. [in Russian language]
4. Klugel M., Mamduhi M., Ayan O. et al. (2020). Joint Cross-Layer Optimization in Real-Time Networked Control Systems. IEEE Transactions on Control of Network Systems, 7(4), 1903 – 1915.
5. Arsharina I. V., Lobanov A. V. (2018). Organization of a fault tolerance interface in a multitasking distributed information and control multimachine computer system of network architecture. Innovative, information and communication technologies, (1), 226 – 229. [in Russian language]
6. Lyu M., Benfenatki H., Biennier F., Ghodous P. (2019). Control as a Service Architecture to Support Context-aware Control Application Development. IFAC-PapersOnLine, 52(13), 1085 – 1090. DOI: 10.1016/J.IFACOL.2019.11.340
7. Pournaras E. (2020). Decentralization in digital societies. A design paradox. Strategic Decisions and Risk Management, 11(1), 8 – 13.
8. Dolzhenko R. A., Malyshev D. S. (2022). Problems on the path of digital transformation at Russian industrial enterprises. Vestnik NGUEU, (1), 31 – 51. [in Russian language]
9. Internet Speed around the world – Speedtest Global Index. Retrieved from https://www.speedtest.net/global-index (Accessed: 13.07.2023).
10. Qi, Q., Tao, F. (2019). A Smart Manufacturing Service System Based on Edge Computing, Fog Computing, and Cloud Computing. IEEE Access, (7), 86769 – 86777. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2923610
11. Allakin V. V. (2021). Setting the task for preventive identification of the type of technical condition of network infrastructure elements. I-Methods, 13(4), 2 – 13. [in Russian language]
12. Mel'nik E. V., Klimenko A. B., Ivanov D. Ya., Gandurin V. A. (2017). Multiagent method for increasing the reliability of reconfigurable network information management systems with clustering based on data replication. Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki, 194(9), 53 – 63. [in Russian language]
13. Ethereum Virtual Machine (EVM). Retrieved from https://ethereum.org/en/developers/docs/evm/#from-ledger-to-state-machine (Accessed: 18.03.2023)
14. Biryukova V. A. (2021). An automatic approach for optimizing the operation of a neural network training system. Intellektual'nye sistemy. Teoriya i prilozheniya, 25(4), 71 – 78. [in Russian language]
15. Ongaro D., Ousterhout, J. (2014). In Search of an Understandable Consensus Algorithm. 2014 USENIX Annual Technical Conference (USENIX ATC 14), 305 – 319. Philadelphia.
16. Marar H., Marar R. (2020). Hybrid Blockchain. Jordanian Journal of Computers and Information Technology, 6(4), 317 – 325. DOI: 10.5455/jjcit.71-1589089941

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). 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.2024.03.pp.037-043

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). 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.2024.03.pp.037-043

and fill out the form