Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0214

Аннотация скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0214
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения"
Название доклада
Методы и инструменты автоматизированного проектирования и моделирования бортовых вычислительных сетей космических аппаратов
Докладчик
Шейнин Юрий Евгеньевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Повышение качества и надежности бортовых вычислительных сетей космических аппаратов (КА), комплексов бортового оборудования КА (КБО КА), сокращение сроков, снижение трудоемкости и стоимости проектирования и отладки КБО КА на основе передовой системообразующей сетевой технологии SpaceWire.
Обеспечение условий для эффективного освоения новой сетевой технологии разработчиками служебных бортовых систем КА и оборудования полезной нагрузки КА, как головными предприятиями по созданию КА, так и предприятиями, входящими в кооперацию по их проектированию и производству.
Обеспечение передового технического уровня КА, создаваемых отечественной космической промышленностью, их конкурентоспособности на мировом рынке космических аппаратов и услуг.
Актуальность и новизна исследования
Перспективные бортовые вычислительные сети космических аппаратов (БВС КА) необходимо разрабатывать на основе сетевой технологии SpaceWire, определенной ГК «Роскосмос» и ведущими зарубежными космическими агентствами как базовая системообразующая технология интеграции бортовых систем КА. Её внедрение дает преимущества по скорости передачи, надежности, масштабируемости, унификации бортового системного интерфейса, и создает условия для перехода к новому поколению архитектуры бортовых систем КА.
В проектируемых современных комплексах бортового оборудования КА БВС должны объединять многие десятки абонентов, передавать множественные пересекающиеся потоки команд, данных, сигналов управления с различными требованиями к качеству сервиса, иметь сложную кластеризованную структуру с учетом требований горячего и холодного резервирования, реконфигурируемость при отказах.
Проектирование бортовых вычислительных сетей космических аппаратов (БВС КА) представляет собой слабо формализованную, сложную многокритериальную задачу проектирования и оптимизации, требующую разработки и оценки вариантов сети с учетом многих факторов и сотен параметров. Качественно и эффективно спроектировать такую сеть «вручную», без специальных методик и инструментов проектирования, невозможно.
Необходимые для решения этих проблем методы и инструменты автоматизированного проектирования и моделирования БВС КА отсутствуют, что определяет и актуальность настоящего проекта, и новизну результатов, которые будут получены при его выполнении.
Описание исследования

Задачами предлагаемого проекта являются разработка методов и создание на их основе экспериментального комплекса инструментальных программных средств для автоматизированного проектирования бортовых вычислительных сетей космических аппаратов (КА) на базе передовой системообразующей сетевой технологии SpaceWire.

Для решения задач проектирования бортовых вычислительных сетей (БВС) КА должен быть разработан набор методов (с научным обоснованием), в том числе:

1. Разработка методов выбора и оценки характеристик физической структуры БВС КА. В соответствии с современными тенденциями инструментального обеспечения проектирования сложных многокомпонентных систем с малоформализованными соотношениями между множественными критериями оптимизации, подходы к проектированию физической структуры БВС КА будут базироваться на концепции исследования объектов и поиска нужных по качеству проектных решений в многомерном пространстве решений (Design Space Exploration, DSE).

2. Разработка методов прокладки маршрутов для передачи пакетов по сети с учетом требований разных классов трафика комплексов бортового оборудования (КБО) КА: команд, данных, сигналов управления. На основе проложенных маршрутов и характеристик трафика будет осуществляться генерация конфигурации (настройки) сетевых компонентов БВС КА.

3. Разработка методов планирования трафика с гарантированным качеством сервиса в БВС КА, в том числе для смешанных классов критичности трафика (mixed critical traffic) в КБО КА.

4. Разработка методов иерархического, многоуровневого моделирования БВС КА на основе международного стандарта SpaceWire и (проекта) национального стандарта SpaceWire-RUS – от моделирования базовой сетевой инфраструктуры сети SpaceWire на уровне битовых потоков каналах, на уровне протоколов канального и сетевого уровней, на уровне набора транспортных протоколов, до уровня работы приложения в оконечных узлах БВС.

На основе разработанных методов будут реализованы экспериментальные программные комплексы инструментальных средств для автоматизированного проектирования бортовых вычислительных сетей космических аппаратов (КА) на основе международного стандарта SpaceWire и (проекта) национального стандарта SpaceWire-RUS, многоуровневого моделирования БВС КА и оценки их характеристик, исследование поведения БЛВС КА и распределенных БКУ КА на её основе при отказах и сбоях.

Результаты исследования

В результате выполнения проекта будут разработаны методы и создан комплекс инструментальных программных средств для автоматизированного проектирования бортовых вычислительных сетей КА на основе передовой системообразующей сетевой технологии SpaceWire.

Система автоматизированного проектирования БВС КА будет состоять из четырех основных экспериментальных программных компонентов:

1. Подсистема проектирования и анализа физической структуры БВС КА,

2. Подсистема прокладки маршрутов и генерации конфигурации сетевых компонентов БВС КА,

3. Подсистема автоматизированного планирования трафика в БВС КА,

4. Визуальная среда многоуровневого моделирования БВС КА.

Для каждого из созданных программных компонентов будут разработаны соответствующие методы, позволяющие проектировать бортовые сети БВС КА на основе SpaceWire:

1. методы выбора необходимых для проектирования характеристик БВС КА

2. методы оценки физической структуры БВС КА

3. методы прокладки маршрутов для передачи пакетов в БВС КА

4. методы планирования трафика с гарантированным качеством сервиса в БВС КА

5. методы иерархического, многоуровневого моделирования БВС КА

Разработанные программные компоненты будут иметь всю необходимую эксплуатационную и техническую документацию.

В результате проведенного исследования будет создана программа и методики экспериментальных исследований компонент системы автоматизированного проектирования БВС КА, сформированы технические предложения по разработке программных комплексов автоматизированного проектирования и моделирования БВС КА на основе результатов ПНИЭР, а также рекомендации по внедрению результатов ПНИЭР в реальном секторе экономики.

Разрабатываемый программный комплекс для моделирования сетей SpaceWire и компоненты, из которых он состоит, на данный момент не имеют мировых аналогов.

 

Практическая значимость исследования
Комплекс инструментальных программных средств для автоматизированного проектирования и моделирования БВС КА позволит:
а) сократить сроки разработки изделий;
б) уменьшить стоимость разработки и отработки изделия (благодаря снижению затрат на переделки проекта из-за уменьшения концептуальных ошибок, свойственных начальным этапам проектирования, замене ряда экспериментов, связанных с натурным моделированием на дорогостоящем оборудовании, моделированием на ЭВМ);
в) повысить качество проектирования (благодаря вариантной разработке проектов, более детальной и глубокой проработке технических решений, возможности решать оптимизационные проектные задачи, сопровождающиеся комплексным моделированием на ЭВМ поведения объекта во внешней среде).
Разработка методов и инструментов автоматизированного проектирования и моделирования БВС КА позволит АО «ИСС» решить эту ключевую для космического приборостроения системную проблему, повысить качество и надежность проектирования, сократить сроки, трудоемкость и себестоимость создания бортовых систем КА.