Нормирование показателей надежности программных кодеков распределенных вычислительных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нормирование показателей надежности программных кодеков распределенных вычислительных систем

В.С. Коляда, А.К. Горбунов

КФ МГТУ им. Н. Э. Баумана

Построение трактов передачи данных (ПД) на базе микропроцессоров в распределенных вычислительных системах требует создания высококачественных программ кодирования-декодирования. Между тем, среди разработчиков программных устройств защиты от ошибок (УЗО) имеет место ошибочная практика непосредственного переноса алгоритмов аппаратной (схемной) реализации кодеков в программу. Несмотря на то, что программы кодирования-декодирования комбинаций корректирующего кода принимаются потребителем после тестирования и отладки, часть алгоритмических и семантических ошибок в них остаются необнаруженными. Это вызвано тем, что практически очень трудно проверить программу путем «прогона» блоков информации, включающих в себя все наборы кодовых комбинаций. Для полной проверки и отладки программы декодирования, например, циклического кода с образующим полиномом 16-й степени контрольный пример должен содержать неповторяющихся блоков информации. Таким образом, контрольные примеры не охватывают все возможные пути реализации программы декодирования. Отказы такой программы из-за некорректного набора входных данных вызванных тем, что она не содержит достаточного количества путей преобразования всех блоков принятой информации. Кроме того, причиной отказа программных кодеков служит наличие непроверенных маршрутов декодирования. Значительную роль в снижении надежности программ из-за ошибочного декодирования играет вычислительная среда. Перемежающиеся отказы микропроцессорной системы могут повысить вероятность необнаружения ошибки на выходе тракта ПД, до величины , что ведет к полному отказу СПД. Если получателем данных является ЭВМ, то последствия принятия решений на основании неверной информации, искаженной из-за отказов программных кодеков в тракте ПД могут быть катастрофическими. Следовательно, разработчикам необходимы научные методы оценки оптимальности программ кодирования-декодирования.

В докладе ставится задача разработки метода оценки оптимальности программ декодирования комбинаций корректирующих кодов по критерию надежности. Оптимальной с точки зрения надежности считается такая программа декодирования, которая имеет набор исходных данных, поступающих с максимальной вероятностью , преобразует по пути с минимальной вероятностью неправильного выполнения.

С целью решения поставленной задачи для заданного типа кода строится графовая модель машинного алгоритма декодирования [2]. По каждому пути реализации программы согласно графовой модели преобразуется вполне определенная группа блоков информации, обладающих общими признаками. Множество блоков информации N содержит m непересекающихся подмножеств, каждое из которых с вероятностью определяет набор исходных данных для декодирования по -му пути программы. Вероятность для каждого из m подмножеств неодинакова, кроме того, выполняется условие .

Из-за воздействия помех в дискретном канале связи блок передаваемой информации может перейти из одного подмножества в другое. Например если блок принадлежал -му подмножеству с вероятностью , то в результате искажения в канале он может перейти в блок , который принадлежит подмножеству K с вероятностью . При этом вероятность может быть настолько мала, что программа декодирования не предусматривает это событие. Таким образом, в программе может не быть пути преобразования блока . Этот факт является одной из причин отказа программного кодека из-за некорректности входного набора данных. Машинный алгоритм программы декодирования считается устойчивым к ошибкам входной информации, если он содержит число путей , равное числу подмножеств . Равенство в машинном алгоритме хотя и уменьшает количество отказов при некорректном наборе данных на входе программы, но не устраивает ошибочного декодирования из-за сбоев вычислительной среды.

Вероятность правильного однократного выполнения программы декодирования, учитывая вышеизложенное, будет равна

программный кодек распределенный вычислительный

где -вероятность неправильного выполнения оператора -го типа;-количество операторов -го типа (арифметических, логических, ввода-вывода, передачи управления и т. д.); -количество типов операторов. Из выражения (1) видно, что увеличение числа операторов каждого типа ведет к уменьшению вероятности правильного однократного выполнения программы декодирования. С другой стороны, уменьшение может нарушить семантику алгоритма. Поэтому для каждого пути декодирования принятой информации в программе должно выполнятся ограничение:

где -вероятность отказа аппаратного УЗО, использующего данный корректирующий код. После преобразования выражений (1) и (2) получим следующую математическую модель задачи линейного целочисленного программирования

где

Полученная математическая модель позволяет оценить оптимальность программы декодирования по критериям надежности. В процессе разработки программ кодирования-декодирования для одного и того же машинного алгоритма возможно появление различных версий. Оптимальной предлагается считать такую версию программы, которая содержит количество операторов различного типа удовлетворяющим условиям (3) и (4).

Модель позволяет определить такое количество операторов каждого типа для конкретной программы, при котором без нарушения семантики алгоритма надежностные параметры были бы наилучшими. Исходными данными для решения оптимизационной задачи линейного целочисленного программирования являются: вероятность неправильного выполнения оператора -го типа ,которая определена статически; вероятность отказа аппаратной схемы декодирования заданного корректирующего кода определяется либо по паспортным данным аппаратуры передачи данных (АПД), либо путем расчета; вероятность определяется с помощью модели ошибок в дискретном канале связи.

Программа декодирования с оптимальным числом операторов характеризуется нормативной вероятностью отказа . Выполнение неравентсва ,где -вероятность отказа разрабатываемой программы,свидетельствует об оптимальности по критерию надежности. Предложенный метод нормирования показателей надежности рекомендуется использовать при разработке программных кодеков.

Литература

1. Лысенко Л.В., Коржавый А.П.,Шаталов В.К.,Лысенко А.Л, Горбунов Е.А. Транспортные и кинетические уравнения как функции формализованного подхода к процессам в экономике// наукоемкие технологии. 2016. Т. 17. № 1. С. 66-72.

2. Коржавый А.П.,Лысенко В.К., Шаталов В.К., Горбунов А.К., Лысенко А.Л. Гравитационное притяжение в энерготехнологической интерпретации // Наукоемкие технологи. 2015. Т. 16. № 9. С. 56-60.

3. Крицкая А.Р., Лысенко А.Л, Коржавый А.П,Лысенко Л.В.,Горбунов А.К, Лысенко М.М. Формализация (моделирование) информационных потоков на базе безразмерного феноменологического уравнения энерготехнологических процессов // наукоемкие технологии. 2017. Т 18. № 2. С. 47-52

4. Шкилев В.Д. Лысенко Л.В., Горбунов А.К., Беккель Л.С. Универсальный принцип идентификации объектов материальных ресурсов // Электронный журнал: наука, техника и образование. 2017. №1 (10). С. 90-100

5. Лысенко Л.В., Шаталов В.К., Минаев А.Н.,Лысенко А.Л.,Горбунов А.К., Коржавый A.П, Кашинский В.И.. Воронов В.И.,Гульков А.Н., Паничев А.М., Лысенко С.Л. Закон телепортации-единство транспортных и хронометрических (кинетических)процессов переноса вещества, энергии и момента импульса // депонированная рукопись № 23, 25.09.2013

Размещено на Allbest.ru