Математичне та програмне забезпечення для розроблення дискретно-неперервних стохастичних моделей поведінки відмовостійких програмно-технічних комплексів

Abstract

У дисертаційній роботі розв’язано актуальне наукове завдання розроблення математичного та програмного забезпечення для автоматизації процесу побудови дискретно-неперервних стохастичних моделей поведінки відмовостійких програмно-технічних комплексів у вигляді графа станів та переходів. В основу математичного забезпечення покладено структурно-автоматну модель. Розроблене математичне забезпечення включає в себе: метод визначення компонент структурно-автоматних моделей на основі опорного графа станів та перехо-дів, метод побудови опорного графа станів та переходів на основі базових подій, метод валідації структурно-автоматних моделей поведінки відмовостійких програмно-технічних комплексів, метод модифікації структурно-автоматних моделей для використання методу фаз Ерланга. Ці методи покладені в основу методик реалізації окремих етапів розроблення дискретно-неперервних стохастичних моделей поведінки відмовостійких програмно-технічних комплексів. На основі цих методик розроблено алгоритми роботи програмних модулів «Побудова опорного графа станів на основі базових подій», «Визначення компонент структурно-автоматних моделей на основі опорного графа станів», «Валідація структурно-автоматних моделей». В диссертационной работе решено актуальное научное задание разработки математического и программного обеспечения для автоматизации процесса создания дискретно-непрерывных стохастических моделей поведения отказоустойчивых программно-технических комплексов в виде графа состояний и переходов. В основу математического обеспечения положено структурно-автоматную модель. Разработанное математическое обеспечение включает в себя: метод определения компонент структурно-автоматных моделей на основе опорного графа состояний и переходов, метод построения опорного графа состояний и переходов на основе базовых событий, метод валидации структурно-автоматных моделей поведения отказоустойчивых программно-технических комплексов, метод модификации структурно-автоматных моделей для использования метода фаз Эрланга. Эти методы положены в основу методик реализации отдельных этапов разработки дискретно-непрерывных стохастических моделей поведения отказоустойчивых программно-технических комплексов. На основе этих методик разработаны алгоритмы работы программных модулей «Построение опорного графа состояний на основе базовых событий», «Определение компонент структурно-автоматных моделей на основе опорного графа состояний», «Валидация структурно-автоматных моделей». In the practice of system engineering design of hardware-software systems, it is ne-cessary to develop discrete-continuous stochastic models of statistical representation of their behavior. The development of such models is based on the space-state method, the main difficulty of which lies in the development of a state graph. This approach has two limitations. First – an engineer needs to develop the states dia-gram for each variant of system’s configuration in a limited timeframe (40-80 hours). For systems with thousands of states, this is an impossible problem to solve manually. Second limitation – Chapman–Kolmogorov differential equations are developed from states dia-gram with an assumption that duration of all procedures, and time interval between events are random values with the exponential distribution law. In practice, such assumption is not valid and it decreases the reliability of modeling results. There is a known approach, based on so-called “structural-automaton models”, which allows to automate the states diagram development. Therefore, it allows to remove these limitations. This dissertation presents a solution for an actual scientific problem of the development of the software and the mathematical support for automating the process of development of structural-automaton models of fault-tolerant hardware-software systems behavior. Presented solution includes the method of automated development of structural-automaton models from sample states diagram, method of automatized development of sample states diagram by basic events, method of structural-automaton model validation, and method of usage of Erlang phase method inside the structural-automaton model. Listed methods are the basis of developed software tool prototype for the development of states diagrams of behavior of fault-tolerant hardware-software systems.