Дослідження адаптивних процесів при діагностуванні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Хмельницький національний університет

Дослідження адаптивних процесів при діагностуванні

Ю.В.ХМЕЛЬНИЦЬКИЙ

Анотація

діагностичний комп'ютерний мережа інформаційний

При діагностуванні комп'ютерних мереж виникає проблема забезпечення надійності та вірогідності діагностичного процесу. В статті проведено дослідження та аналіз типів перекручувань діагностичної інформації та методи захисту діагностичного процесу. В якості об'єкту діагностування виступають інформаційні потоки, які проходять в комп'ютерних мережах.

Вступ

Сучасні комп'ютерні технології використовуються у всіх сферах життєдіяльності. Як засіб передачі інформації в цих технологіях використовують комп'ютерні мережі. Широка розгалуженість, складність комп'ютерних мереж створюють проблему забезпечення надійності та вірогідності їх функціонування. Для забезпечення ефективної роботи мереж використовують системи діагностування при пошуку та ідентифікації несправностей.

В дослідженні комп'ютерні мережі розглядаються як об'єкт діагностування. До особливостей комп'ютерних мереж віднесемо:

- неоднозначність діагностичної інформації;

- наявність в окремих компонентах мережі засобів вбудованого контролю;

- наявність несправностей визначеного типу в залежності від видів використовуваних протоколів і

конфігурації мережі;

- значна схильність до перекручування програмного забезпечення і діагностичної інформації від “вірусів”;

- залежність прояву несправностей від щільності мережного трафіка і кількості підключених абонентів.

Для забезпечення більш ефективного та достовірного діагностування мереж необхідно провести аналіз і розглянути типи перекручувань діагностичної інформації та методи захисту діагностичного процесу та використовувати систему яка може провести діагностування з врахуванням всіх особливостей функціонування.

Аналіз існуючих методів

Оскільки система діагностування працює в реальному масштабі часу, необхідно оперативне виявлення перекручувань діагностичної інформації та її наслідків, а також оперативне й автоматичне вживання заходів щодо ліквідації чи зменшенню можливих відхилень процесу діагностування від нормального режиму без його зупинки чи тривалого переривання. При цьому повинна враховуватися тривалість прояву наслідків перекручування в результатах функціонування діагностичної системи і застосовуватися корегування ходу діагностичного процесу, що забезпечує максимальне скорочення тривалості прояву цих наслідків. Для забезпечення захисту діагностичного процесу й інформації використовується інформаційна і часова надмірність. При цьому під тимчасовою надмірністю системи діагностування розуміють можливість використання деякої частки продуктивності системи для контролю виконання діагностичних програм. Для цього при проектуванні системи діагностування повинен передбачатися запас продуктивності, що буде використовуватися для оперативного контролю і підвищення надійності функціонування. Величина тимчасової надмірності залежить від вимог до надійності функціонування системи і знаходиться звичайно в межах від 5--10% продуктивності простої системи (один рівень перевірки) до двох, три і чотириразового дублювання продуктивності в складних системах [ 1 ].

Тимчасова надмірність чи резерв часу використовується для контролю і виявлення перекручувань, на його діагностику й ухвалення рішення по відновленню діагностичного процесу і на реалізацію операцій відновлення. Виявлені перекручування за їхніми наслідками можна розподілити на три групи: не знецінюють, що частково знецінюють і цілком знецінюють всі отримані результати [2]. Якщо після відновлення діагностичного процесу його можна продовжити без повторення з місця, де виявлене перекручування, то така відмова не знецінює результат. При відмові, що цілком знецінює, необхідно повторювати всі діагностичні операції, пророблені до моменту відмови. У проміжному випадку при відмові, що частково знецінює результат, проте зберігає цінність, деякі проміжні результати, що звичайно відповідають моменту попереднього контролю працездатності можуть використовуватись для аналізу.

При функціонуванні системи діагностування у реальному масштабі часу величина резерву часу для контролю і відновлення діагностичного процесу й інформації заздалегідь не встановлюється. Для діагностування перекручувань і операцій відновлення у загальному випадку необхідно довільний інтервал часу, що виділяється за рахунок резерву, або за рахунок скорочення часу вирішення діагностичних задач.

При розробленні системи діагностування такого об'єкту діагностування як комп'ютерні мережі і використанні ідентифікації методом, що ґрунтується на адаптивній моделі, обов'язковим є використання формального опису ОД - моделі. При побудові моделі будемо виходити з того, що комп'ютерна мережа підкоряється визначеним законам: фізичним, електричним, механічним та іншим, які характеризують кількісні співвідношення різних компонентів структури мережі.

Узагальнений опис моделі структурного рівня мережі представимо як

( 1 )

До факторів, параметрів та станів які будуть активно впливати на адекватність моделі реальній мережі на нижніх рівнях моделі OSI відносяться:

X - вхідні дані;

Z - дані процесу реалізації обчислень при підготовці тестів;

W - накопичена інформація про поточний стан ОД та хід діагностичного процесу;

Y - результуючі дані і оброблена інформація яка видається АСД;

довжина мережі;

довжина сегментів;

кількість мережних пристроїв;

, затримки розповсюдження сигналу;

затримки в перехідних мережених пристроях( мости, маршрутизатори, комутатори та інші);

зменшення мінімального часу між пакетами;

затухання в кабелі та ближньому та дальньому кінці;

розкид затримок проходження сигналу по витій парі;

час обігу чи прослуховування;

довжина пакету;

кількість конфліктів в мережі;

утилізація каналу зв'язку_.

До множини вхідних, вихідних та внутрішніх станів відносяться I _p,T _2l,N _c, U _c. До множини функцій переходів і виходів структурних вузлів відносяться D _l, D _mp, T _p, A _c, E _skew. До структурної схеми відносяться L _n, L _s, N.

Виходячи з схеми ідентифікації та моделі ОД, необхідно провести аналіз типів перекручувань діагностичної інформації та методів захисту діагностичного процесу при перевірці комп'ютерних мереж адаптивною системою діагностування (АСД). Аналіз і реєстрація перекручувань у результатах дозволить в подальшому використовувати цю інформацію для повторюваних перекручувань та наступної локалізації джерела помилки і її ліквідації.

Процес адаптивного діагностування передбачає виконання наступних дій:

подача тестових послідовностей і зняття відповідних реакцій з ОД може проводиться як у робочих динамічних режимах, так і в статичних режимах;

аналіз відповідних реакцій проводиться в залежності від їх діагностичної цінності;

діагностування використовується на різних рівнях і необхідній глибині пошуку несправностей;

система адаптивного діагностування пристосовується при змінах відповідних реакцій з об'єкту діагностування шляхом зміни алгоритму функціонування, пошуком оптимальних тестових впливів для відповідного рівня ієрархії;

система може навчатися в залежності від параметрів і критеріїв діагностування;

використовується автоматичне доповнення баз даних системи діагностування новими видами помилок і несправностей;

система вибирає найбільш ефективні тестові впливи, виходячи з обраного алгоритму пошуку несправностей.

Адаптивна система діагностування - це система керування подачею, прийомом та аналізом тестових дій при подачі їх на складні об'єкти діагностування з характеристиками та параметрами, що змінюються. Принцип дії АСД полягає в керуванні подачею тестових впливів на основі прогнозу вихідних характеристик об'єкту діагностування, що були одержані за допомогою регулярно обновлюваної моделі в зворотному зв'язку. Тому забезпечення стійкості, вірогідності та надійності діагностичного процесу є одним із головних чинників працездатності АСД.

Для адаптивної системи діагностування потрібне постійне уточнення моделі в зв'язку з характеристиками та параметрами, що змінюються в часі. До них відносяться постійна зміна трафіку в мережі, кількість вузлів підключених до мережі, модернізація та удосконалювання апаратного та програмного і т.д., що в свою чергу приводять до зміни характеристик і параметрів об'єкту. Для такого класу об'єктів діагностування зміни характеристик і зовнішніх впливів необхідно враховувати безпосередньо в процесі діагностування. Відсутність та недоліки апріорної інформації про об'єкт діагностування як на стадії проектування системи, так і в процесі експлуатації, велика інерція об'єкту, стохастичний характер зв'язків вимагають використання моделі ОД для керування АСД по подачі тестів на основі прогнозу вихідних перемінних із врахуванням вхідним перемінних, що і забезпечує необхідну стійкість діагностичного процесу. Застосування методів керування АСД, що базуються на постійній, незмінній моделі тут неможливо.

Для таких об'єктів діагностування необхідна можливість уточнення моделі в реальних умовах функціонування. Ця особливість призводить до необхідності мати в лінії зворотного зв'язку системи керування структурний елемент, що вирішує задачу ідентифікації несправностей і в подальшому уточнення моделі об'єкту. Конструктивно цей елемент (ідентифікатор несправностей) може бути виділений у АСД в окремий блок.

Розглянемо роботу АСД на прикладі. Реальна комп'ютерна мережа представляється моделлю, структура якої може бути задана наступним рівнянням зв'язку між вихідною перемінною y в момент часу t _n і вхідними перемінними x_i в той же момент часу:

(2)

Завдання ідентифікатора несправностей полягає в побудові порівняльних характеристик m _ci параметрів моделі m _c, у кожному n-му кроці на основі поточних результатів аналізу і попередніх характеристик (адаптивний підхід до побудови моделі). Найбільш прийнятне використання в АСД наступного одно крокового алгоритму ідентифікації несправностей:

(3)

де -- параметр, що задається розробником. Збільшення підвищує точність моделі, але зменшує швидкість збіжності алгоритму. Точність моделі можна також підвищити за допомогою багаторазового (повторного) використання алгоритму ідентифікації несправностей [3].

По завершені процесу навчання, критерієм чого служить близькість передбачення по моделі Y* і отриманого Y значень вихідної перемінної, АСД переходить до керуючих дій і подачі оновлених тестових впливів, продовжуючи в той же час уточнення моделі у кожному кроці. Керуючі дії по видачі оновлених впливів визначаються по формулі:

(4)

де y₃ - необхідне чи задане значення вихідної перемінної.

Відповідно до загальної схеми подачі та обробки діагностичної інформації (Рис. 2.) можуть розглядатися методи і засоби забезпечення надійності процесу і вірогідності різної діагностичної інформації. В АСД розглянемо інформаційні потоки з яких виділимо:

X - вхідні дані і вся інформації, що надходить;

Z { U, Y*, Yз} - дані процесу реалізації обчислень при підготовці тестів;

W - накопичена інформація про поточний стан ОД та хід діагностичного процесу;

Y - результуючі дані і оброблена інформація яка видається АСД.

Рисунок 2 Інформаційні потоки в системі адаптивного діагностування

Незалежно від джерел будь-які перекручування зрештою виявляються в результуючих діагностичних даних АСД. Тому у всіх випадках критерієм якості діагностування є вірогідність і точність обробленої інформації і виданих тестових впливів. Розподіл методів захисту зводиться до захисту діагностичного процесу і до захисту інформації.

Висновки

Таким чином, оперативний захист від перекручувань інформації й обчислювального процесу може використовуватися як засіб виявлення помилок які складно виявляються. Це особливо необхідно на завершальних етапах діагностування й у процесі експлуатації даної АСД. Головна задача забезпечення стійкості та оперативного захисту від різних перекручувань складається в забезпеченні безперервності процесу керування АСД при припустимих помилках у вихідних повідомленнях ОД. В системі адаптивного діагностування використовуються наступні міри для забезпечення стійкості діагностичного процесу: відновлення інформації і збереження стійкості процесів діагностування, ігнорування виявленого перекручування внаслідок його слабкого впливу на весь процес діагностування і на вихідні результати, повторення функціонального алгоритму чи тесту при тих же вихідних даних, виключення тесту з обробки внаслідок його перекрученості чи труднощів відновлення діагностичного процесу, короткочасне припинення рішення задач даного функціонального алгоритму до відновлення вихідних даних, перебудова режиму роботи алгоритму для зниження впливу перевантаження в зв'язку з втратою інформації про хід діагностичного процесу.

Перелік використаної літератури

1. Хмельницький Ю.В. Метод адаптивного діагностування комп'ютерних мереж. Вісник ТУП, №3. Хмельницький. 2003, с. 43-48.

2. ДСТУ 2389-94. Технічне діагностування та контроль технічного стану. Терміни та визначення. К.: Держстандарт України, 1994. 24 с.

3. Мозгалевский А.В., Койда А.Н. Вопросы проектирования систем диагностирования. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 112 с.

Размещено на Allbest.ru