автоматизированная система управления боевого корабля с повышенной живучестью

Формула изобретения

Автоматизированная система управления боевого корабля содержит К автоматизированных рабочих мест (АРМ), состоящих из основного и резервного вычислительных приборов, в состав которых входят модуль ЭВМ, модуль долговременного запоминающего устройства (ДЗУ), модуль ввода-вывода, модулей АРМ, содержащих программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) основные и резервные, дискретные элементы основные и резервные, модуля автоматизированной системы контроля, диагностики и управления (АСКДУ), дисплеев, клавиатуры, мыши, коммутатора АРМ, диагностической магистрали прибора, М серверов, состоящих из основного и резервного вычислительных приборов, в состав которых входят модуль ЭВМ, модуль ДЗУ, модуль ввода-вывода, модулей серверов, содержащих ПЛИС основные и резервные, дискретные элементы основные и резервные, модуля АСКДУ, коммутатора сервера, L коммутаторов АСУ БК, состоящих из основного вычислительного прибора, в состав которого входит модуль ЭВМ, модуль ДЗУ, модуль ввода-вывода, модулей коммутаторов, содержащих ПЛИС основные и резервные, дискретные элементы (ДЭ) основные и резервные, модуль АСКДУ, информационной сети (ИС), образованной коммутаторами АСУ БК, линиями связи ИС между коммутаторами, коммутаторами с АРМ, коммутаторами с серверами, внешними управляемыми системами и датчиками информации, N приборов питания, в которой для достижения технического результата на уровне системы в каждом из К АРМ в основном и резервном вычислительном приборе установлено программное обеспечение (ПО) всех операторов АСУ БК, в каждом из М серверов в основном и резервном вычислительном приборе установлено все серверное ПО, разработанное для работы операторов АСУ БК, используется дополнительная диагностическая сеть, один из АРМ используется как АРМ управления и контроля с ПО контроля, диагностики и управления системой, один из серверов работает сервером резервного копирования программного обеспечения АРМ и серверов АСУ БК, на уровне приборов в АРМ, серверах, коммутаторах АСУ БК и приборах питания применен контроллер, роль которого играет модуль АСКДУ, который через приборный магистральный последовательный интерфейс связан с контроллерами модулей и который через коммутатор АРМ и сервера или непосредственно через диагностическую сеть связан с контроллером системы в АРМ управления и контроля, на уровне модулей контроллер модуля, контролирующий параметры дискретных элементов основных и резервных, характеризующих состояние модуля или имеющих минимальную надежность, и переключающий на резервный при помощи согласующего и переключающего устройства, взаимодействующий с контроллерами ПЛИС основных и резервных ПЛИС и переключающий на резерв, на уровне ПЛИС в рамках одного корпуса разработка проекта проводится с учетом пространственного расположения проекта и создаются два пространственно разнесенных проекта, основной и резервный, в каждом из которых имеются контроллеры проектов, взаимодействующие с контроллером модуля, а переход на резерв осуществляется путем переконфигурирования проекта, команду на переход на резервный проект дает контроллер модуля, на уровне линий связи ИС между коммутаторами АСУ БК (14) кратность резервирования m_c как отношение количества резервных линий связи к количеству основных должна удовлетворять неравенству 2<m_c<L и образующих ячеистую топологию сети, между приборами, управляемыми и информационными системами с коммутаторами АСУ БК с m_c=1, причем к разным коммутаторам, текущее содержание работающих программ АРМ и серверов АСУ БК резервируется путем периодической записи по диагностической сети в сервер резервного копирования.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к вычислительной технике, имеющей сложную многоуровневую ветвящуюся структуру с высоким уровнем живучести в процессе боя.

Известна многопроцессорная корабельная управляющая вычислительная система с повышенной живучестью [1], содержащая шесть процессоров, шесть внутренних интерфейсных магистралей, блок клавиатуры, дисплей, координатно-указательное устройство, шесть блоков связи с сетевой интерфейсной магистралью межпроцессорного обмена, блок управления дисплеем, четыре блока дискретных входов/выходов, четыре блока перепрограммируемых постоянных запоминающих устройств, блок ключей блокировки цепей старта, блоки ключей блокировки цепей старта объектов индивидуального наведения левого и правого бортов, блок блокировки цепей старта объектов группового наведения, пульты резервного способа стрельбы ОИН левого и правого бортов, пульт резервного способа стрельбы ОГН, пять блоков ввода данных от корабельных систем, блок связи со второй интерфейсной сетевой магистралью межпроцессорного обмена, блок управления последовательными радиальными каналами связи, три последовательных радиальных канала связи, три блока цифроаналоговых преобразователей, три блока преобразователей фаза-код, три блока устройства аналогового ввода-вывода, два блока следящих устройств, блок управления шаговым двигателем и две сетевые интерфейсные магистрали межпроцессорного обмена с соответствующими связями.

Недостатками системы являются:

- отсутствие резервирования на программном уровне, на низком схемотехническом уровне до отдельных дискретных элементов;

- отсутствие устройств и системы автоматического контроля, диагностики и управления (АСКДУ), обеспечивающих автоматический переход на резерв.

Известна корабельная боевая информационно-управляющая система с повышенной надежностью и отказоустойчивостью [2], состоящая из трех электронно-вычислительных машин, двух устройств отображения графической информации, трех оперативных запоминающих устройств, шесть долговременных запоминающих устройств, основную и дополнительную клавиатуры, две магистрали информационного обмена локальной сети, координатно-указательное устройство, демультиплексор координатно-указательного устройства, системные интерфейсные магистрали каждой из электронно-вычислительных машин, адаптеры второго устройства отображения графической информации, дополнительной клавиатуры, цифрового ввода-вывода, панель контроля и управления, шесть адаптеров локальной сети, два адаптера интерфейса долговременных запоминающих устройств, три адаптера резервированного мультиплексного канала.

Недостатком системы является:

- отсутствие резервирования на программном уровне и на низком схемотехническом уровне до отдельных дискретных элементов.

Известна вычислительная система корабельного комплекса радиоэлектронного противодействия с повышенной надежностью и отказоустойчивостью [3], являющаяся по технической сущности наиболее близкой к предлагаемой системе, состоящая из первого устройства отображения графической информации, первого оперативного запоминающего устройства, первого долговременного запоминающего устройства и первой клавиатуры, дополнительно содержит объединенные соответствующими связями две магистрали информационного обмена локальной сети, шесть электронно-вычислительных машин, двенадцать адаптеров локальной сети, координатно-указательное устройство, два демультиплексора, шесть системных интерфейсных магистралей, семь долговременных запоминающих устройств, пять оперативных запоминающих устройств, два адаптера устройства отображения графической информации, второе устройство отображения графической информации, два адаптера интерфейса долговременных запоминающих устройств, пять адаптеров резервированного мультиплексного канала, две клавиатуры, блок аналогового ввода-вывода, четыре блока программируемого параллельного интерфейса и три блока цифрового ввода-вывода с гальванической развязкой.

В случае неисправности системы возможно только выполнение программ системного контроля и диагностики для локализации неисправности. Программы системного контроля и диагностики имеют в своем составе набор программных модулей, позволяющих обеспечить локализацию неисправности аппаратуры с точностью до сменного модуля, индикацию размещения неисправного модуля и справочную информацию, необходимую для ремонта.

В случае исправности или работоспособности системы возможно выполнение основной управляющей программы системного контроля и диагностики по запросу оператора.

Недостатком системы является:

- отсутствие резервирования на программном уровне, на низком схемотехническом уровне до отдельных дискретных элементов и функционального резервирования локальной сети с использованием коммутаторов и определенной топологии линий связи.

Задачей изобретения является создание автоматизированной системы управления боевого корабля (АСУ БК), работающей в процессе боя, когда отказ всех элементов АСУ БК равновероятен, а потеря управления за счет восстановления приборов заменой съемных модулей личным составом недопустима, обладающей повышенной живучестью за счет применения структурного и функционального резервирования на уровне системы, приборов, модулей, информативных линий связи, ПЛИС, дискретных элементов и программного обеспечения.

Для этого АСУ БК содержит К автоматизированных рабочих мест (АРМ) (1), состоящих из основного (2_О) и резервного (2_Р) вычислительных приборов, в состав которых входят модуль ЭВМ (8), модуль долговременного запоминающего устройства (ДЗУ) (9), модуль ввода-вывода (7), модулей АРМ содержащих программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) (22) основные (22_О) и резервные (22_Р), дискретные элементы основные (21_О) и резервные (21_Р), модуля автоматизированной системы контроля, диагностики и управления (АСКДУ) (4), дисплеев, клавиатуры, мыши (5), коммутатора АРМ (3), диагностической магистрали прибора (6), М серверов (16), состоящих из основного (2_О) и резервного (2_Р) вычислительных приборов, в состав которых входят модуль ЭВМ (8), модуль ДЗУ (9), модуль ввода-вывода (7), модулей серверов, содержащих ПЛИС основные (22_О) и резервные (22_Р), дискретные элементы основные (21_О) и резервные (21_Р), модуля АСКДУ (4), коммутатора сервера (17), L коммутаторов АСУ БК (12), состоящих из основного вычислительного прибора (2_О), в состав которого входит модуль ЭВМ (8), модуль ДЗУ (9), модуль ввода-вывода (7), модулей коммутаторов, содержащих ПЛИС (22) основные (22_О) и резервные (22_Р), дискретные элементы (ДЭ) основные (21_О) и резервные (21_Р), модуль АСКДУ (4), информационной сети (ИС) (11), образованной коммутаторами АСУ БК (12), линиями связи ИС между коммутаторами (14), коммутаторами с АРМ (13), коммутаторами с серверами (18), внешними управляемыми системами и датчиками информации, N приборов питания (27), в которой для достижения технического результата на уровне системы в каждом из К АРМ в основном и резервном вычислительном приборе установлено программное обеспечение (ПО) всех операторов АСУ БК, в каждом из М серверов в основном и резервном вычислительном приборе установлено все серверное ПО, разработанное для работы операторов АСУ БК, используется дополнительная диагностическая сеть (10), один из АРМ используется как АРМ управления и контроля (1_УК) с ПО контроля, диагностики и управления системой, один из серверов работает сервером резервного копирования программного обеспечения АРМ и серверов АСУ БК (16_КПО), на уровне приборов в АРМ (1), серверах (16), коммутаторах АСУ БК (12) и приборах питания (27) применен контроллер, роль которого играет модуль АСКДУ (4), который через приборный магистральный последовательный интерфейс (6) связан с контроллерами модулей (19) и который через коммутатор АРМ (3) и сервера (17) или непосредственно через диагностическую сеть связан с контроллером системы (4) в АРМ управления и контроля (1_УК), на уровне модулей контроллер модуля (19), контролирующий параметры дискретных элементов основных (21_О) и резервных (21_Р), характеризующих состояние модуля или имеющих минимальную надежность, и переключающий на резервный при помощи согласующего и переключающего устройства (20), взаимодействующий с контроллерами ПЛИС (23) основных и резервных ПЛИС (22_О и 22_Р) и переключающий на резерв, на уровне ПЛИС в рамках одного корпуса разработка проекта проводится с учетом пространственного расположения проекта и создаются два пространственно разнесенных проекта, основной и резервный (26_О и 26_Р), в каждом из которых имеются контроллеры проектов (25), взаимодействующие с контроллером модуля (19), а переход на резерв осуществляется путем переконфигурирования проекта, команду на переход на резервный проект дает контроллер модуля (19), на уровне линий связи ИС (11) между коммутаторами АСУ БК (14) кратность резервирования m_c как отношение количества резервных линий связи к количеству основных должна удовлетворять неравенству 2<m_c<L и образующих ячеистую топологию сети, между приборами (13 и 18), управляемыми и информационными системами с коммутаторами АСУ БК с m_c =1, причем к разным коммутаторам, текущее содержание работающих программ АРМ и серверов АСУ БК резервируется путем периодической записи по диагностической сети (10) в сервер резервного копирования (16_КПО).

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что аппаратно-программные составляющие АСУ БК, резервируются структурно и функционально на уровнях системы, прибора, модуля, ПЛИС, отдельного дискретного элемента и поясняется чертежами (структурными схемами), на которых не приведены управляемые системы и датчики информации, на рис.1 - структурная схема АСУ БК, отражающая информационные связи между приборами, и рис.2 - структурная схема АСУ БК, отражающая связи контроллеров обеспечения живучести, где обозначены:

1 - автоматизированное рабочее место;

1_УК - автоматизированное рабочее место управления и контроля системы;

2_О - вычислительный прибор основной;

2_Р - вычислительный прибор резервный;

3 - коммутатор АРМ;

4 - модуль автоматизированной системы контроля, диагностики и управления;

5 - дисплеи, клавиатура, мышь;

6 - диагностическая магистраль прибора;

7_О - модуль ввода-вывода АРМ основной;

7_Р - модуль ввода-вывода АРМ резервный;

8_О - модуль ЭВМ основной;

8_Р - модуль ЭВМ резервный;

9_О - модуль долговременного запоминающего устройства основной;

9_Р - модуль долговременного запоминающего устройства резервный;

10 - диагностическая сеть;

11 - информационная сеть;

12 - коммутатор АСУ БК;

13_О - информационная линия связи соответствующего АРМ с коммутатором АСУ БК основная;

13_Р - информационная линия связи соответствующего АРМ с коммутатором АСУ БК резервная;

14 - информационная линия связи между коммутаторами;

15 - модуль ввода-вывода коммутатора АСУ БК;

16 - сервер;

17 - коммутатор сервера;

18_О - информационная линия связи соответствующего сервера с коммутатором АСУ БК основная;

18_Р - информационная линия связи соответствующего сервера с коммутатором АСУ БК резервная;

19 - контроллер модуля;

20 - согласующее и переключающее устройство;

21_О - основной дискретный элемент;

21_Р - резервный дискретный элемент;

22_О - основная ПЛИС;

22_Р - резервная ПЛИС;

23 - контроллер ПЛИС;

24 - ПЛИС с основным и резервным проектами;

25_О основной проект ПЛИС;

25_Р резервный проект ПЛИС;

26 - контроллеры проектов ПЛИС;

27 - прибор питания;

28_О - основной модуль прибора питания;

28_Р - резервный модуль прибора питания.

В рабочем состоянии:

Модуль автоматизированной систему контроля и управления (4), находящийся в АРМ управления и контроля (1_УК), проводит периодический самоконтроль, опрос состояния контроллеров приборов (4), которые осуществляют самоконтроль, контроль линий связи ИС (13), (14), (18) и дают команду контроллерам модулей (19) на опрос состояния модулей прибора по диагностической магистрали прибора (6), контроллеры модулей (19) осуществляют самоконтроль и контроль ДЭ (21) с помощью согласующих и переключающих устройств (20), ПЛИС с помощью контроллеров, спроектированных в самой ПЛИС (23) и (26), обеспечивает конфигурирование программы резервного копирования текущего содержания работающих программ АРМ (1) и серверов (16) в сервере резервного копирования (16_КПО), отображение состояния элементов АСУ БК на экране монитора АРМ УК (1_УК).

В случае отказа элементов системы на уровне ДЭ (21) и ПЛИС (22) и (24) контролирующий отказ контроллер модуля (19) осуществляет переключение на резервный ДЭ (21_Р), ПЛИС (22_Р) или резервный проект ПЛИС (25_Р), пространственно разнесенный с основным.

В случае отказа элементов системы на уровне модулей отказ модуля определяет контроллер прибора (4), производящий опрос контроллеров модулей (19) по диагностической магистрали прибора (6) и переключающий на резервный модуль (28_Р) или резервный прибор (2_Р).

В случае отказа элементов системы на уровне приборов отказ приборов АРМ (1), серверов (16) и приборов питания (27) контроллер прибора (4) переключает на резервный вычислительный прибор (2_Р), состоящий из резервных модулей, при отказе вычислительного прибора (2_О) коммутатора (12) происходит переконфигурирование линий связи (14) информационной сети (11) и все подключенные к коммутатору приборы переходят на резервные линии связи (14), подключаясь к другому исправному коммутатору, при отказе АРМ (1) его оператор сможет продолжить работу с любого исправного АРМ (1) за счет наличия во всех АРМ (1) программного обеспечения всех операторов и его обновления с сервера резервного копирования (16_КПО), а при отказе конкретного сервера оператор может работать с любым другим за счет наличия в нем ПО всех серверов (16) системы.

В случае сбоя или отказа ПО оператора АРМ (1) или серверного ПО, разработанного для работы операторов АСУ БК, оператор АРМ (1) перезагружает последнюю версию записанного ПО АРМ (1) или сервера (16) с сервера резервного копирования (16_КПО), которое постоянно обновляется через диагностическую сеть системы (10), интервалы обновления ПО устанавливаются администратором при конфигурировании системы.

Каждый из контроллеров уровня модуля (19) передает информацию об отказе через диагностическую магистраль прибора (6) в контроллер прибора (4), а тот в свою очередь об отказе модуля или прибора через диагностическую сеть (10) в контроллер системы (4), расположенный в АРМ управления и контроля (1_УК), где с помощью программы управления и контроля системы информация доводится до оператора АРМ (1_УК) через интерактивный интерфейс.

Источники информации

1. Патент RU № 2169943, МПК G06F 15/16, опубликован 27.06.2001 г.

2. Патент № 2163392, МПК G06F 15/16, опубликован 20.02.2001 г.

3. Патент № 2209463, МПК G06F 15/16, 19/00, опубликован 10.03.2003 г.