0748-1-opreview (Методы исследования и разработки сетевых контроллеров канального уровня для высокоскоростных бортовых вычислительных сетей космических аппаратов)

Отзыв официального оппонента, доктора технических наук, профессора Михаила Степановича Куприянова на диссертационную работу Яблокова Евгения Николаевича, выполненную на тему: «Методы исследования и разработки сетевых контроллеров канального уровня для высокоскоростных бортовых вычислительных сетей космических аппаратов» и представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 05,13,05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления Общая характеристика диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех основных разделов и заключения, содержит 140 страниц, включая список используемой литературы из 110 наименований и 1 приложение.

Диссертация и автореферат были предоставлены оппоненту в сроки, установленные Положением о присуждении ученых степеней. Актуальность избранной темы диссертации обусловлена широкой областью применения сетевых контроллеров канального уровня как в космическом приборостроении, где требуется передача большого количества информации, так и вне Применение сетевых котроллеров позволяет спроектировать бортовую сеть космических аппаратов на основе коммутаторов и полностью избавится от шинной архитектуры, что позволяет увеличить как пропускную способность всей сети, так и уменьшить задержки при передаче полезной информации.

Современный сетевой контроллер канального уровня представляет собой сложное цифровое устройство, на разработку которого затрачиваются значительные ресурсы и время. Повышенные требования к массе, энергопотреблению и другим характеристикам бортового оборудования космических аппаратов накладывает на сетевые контроллеры канального уровня дополнительные ограничения, что делает процесс их разработки еще более сложным.

Основным направлением оценки характеристик сетевого контроллера является его моделирование, как с помощью различных аналитических методов, так и с помощью написания моделей на языках высокого уровня (динамическое моделирование). Динамическое моделирование обладает высокой точностью, однако время, затрачиваемое на написание подобных моделей, не позволяет применять их на ранней стадии разработки.

Повторное использование таких моделей так же проблематично, если внутренняя структура итогового устройства меняется, Поэтому аналитические методы оценки характеристик подобных котроллеров является перспективным направлением для исследования. В связи с вышеизложенным тема диссертационной работы, направленная на создание сетевых контроллеров канального уровня для бортовых сетей космических аппаратов путем разработки методики их проектирования, является актуальной. Краткое содержание основнык разделов диссертации Во введении обоснована актуальность темы, изложены цели и задачи диссертационной работы, научная новизна и практическая ценность. В первой главе диссертации автором проведен анализ тенденций развития современных высокоскоростных вычислительных сетей. Проанализированы основные современные протоколы передачи данных, в том числе используемых на борту космических аппаратов.

Дан обзор существующих методов проектирования и анализа сетевых контроллеров канального уровня, проанализированы их недостатки, основные из которых сложность и ограниченность использования. С учетом результатов проведенного анализа сделан вывод о необходимости создание новой методики проектирования контроллеров канального уровня. Приведена формализованная постановка основных задач, которые необходимо для этого решить. Предложена система показателей, характеризующих сетевые контроллеры канального уровня.

Во второй главе представлена методика проектирования сетевого контроллера канального уровня, которая содержит несколько этапов, На первом этапе сетевой контроллер канального уровня представляется в виде модели. На следующем этапе определяются передаваемые символы как служебные, так и полезные (символы, передаваемые на более высокий уровень), определяется частота их отправки, в том числе и на основе приоритетов и рекомендаций протокола. На третьем этапе производится анализ задержек на основе предполагаемой аппаратной реализации контроллера, внутренних задержках, частоте передачи и т.п. На четвертом этапе вычисляются исходные формулы для анализа нужных характеристик контроллера.

Если в сетевом контроллере не предусмотрено управление потоком, то расчетные формулы являются окончательными. Если в котроллере присутствует управление потоком (практически все современные протоколы так или иначе обладают данной функцией), то на следующем этапе вычисляются ограничения, накладываемые данной функцией. На завершающем этапе производится анализ характеристик с учетом разработанных формул для итогового расчета характеристик сетевого контроллера канального уровня. В случае неудовлетворительных результатов оценка с уточненными характеристиками делается заново, По результатам теоретического обоснования второй главы была сформирована модель сетевого контроллера и предложены формулы на базе теории массового обслуживания для анализа разрабатываемого контроллера. В третьей главе диссертации предложено несколько вариантов применения методики, описанной в главе 2 для существующих и находяшихся в процессе проектирования сетевых контроллеров канального уровня на базе 3-х протоколов: ЯрасеЖ1ге, ЯрасеЕ1Ьге и ЫдаКрасе%1ге, являющиеся одними из основных используемых стандартов на борту космических аппаратов.

В этой главе на основе моделирования была доказана неэффективность системы управления потоком существующего протокола бфаБрасе%1ге первой версии, и был предложен новый вариант параметров для данной функции. В четвертой главе приведены примеры отечественных СБИС компании НПЦ «ЭЛВИС», при разработке которых были внедрены результаты исследования и методики проектирования сетевого контроллера канального уровня, описанных в данной диссертации.

В данной главе также представлен акт внедрения, описаннь|й в приложении. Степень достоверности и обоснованности научных положений и практических результатов исследования подтверждаются Обоснованность и достоверность основных положений диссертации подтверждены корректностью принятых допущений, правильным использованием теории массового обслуживания, в том числе методов для моделей М/М/1. Полученные результаты, выводы и рекомендации обоснованы и аргументированы в рамках принятых допущений и не противоречат теории. Применимость предложенной инженерной методики проектирования сетевых контроллеров канального уровне для бортовых вычислительных сетей космических аппаратов проверена на основе внедрения в отечественные СБИС и подтверждена актом внедрения.

Теоретические выводы и результаты расчетов, полученные в ходе математического моделирования сетевых контроллеров на основе теории массового обслуживания, подтверждены данными, полученными при проведении экспериментальных исследований. Объем и корректность выполненных теоретических и экспериментальных исследований позволили автору сформулировать основные научные положения, обладающие научной новизной: 1.

Разработана методика проектирования сетевых контроллеров космических аппаратов, которая позволяет с малыми временными затратами получать достоверную информацию о создаваемом сетевом контроллере на раннем этапе разработки 2. Предложена новая модель сетевых контроллеров канального уровня на основе конвейерной организации для оценки пропускной способности, задержки и буферного пространства разрабатываемого сетевого контроллера канального уровня, 3. Предложена методика оценки функций управления потоком, которая в отличии от известных позволяет более точно оценить требуемые характеристики.

Практическую ценность работы представляют: 1. Новое техническое решение в виде стандарта б1йаБрасеЖ1ге (вторая версия), позволившее улучшить протокол первой версии, и устранить его недостатки 2. Отечественные СБИС и сетевые контроллеры, разработанные с помощью методик и моделей, предложенных в диссертации Оценка содержания и оформления диссертации. Диссертационная работа Яблокова Е.Н. по содержанию, структуре и оформлению в целом соответствуют требованиям нормативных документов. Все разделы работы соответствуют теме диссертации и подчинены общей цели. Научные положения и общие выводы. приведенные в заключении, достоверны, обоснованы и вытекают из проведенных исследований. Рекомендации по использованию результатов и выводов диссертации.

Основные положения и результаты диссертационной работы использованы и внедрены - в виде патентов на изобретение и полезную модель; - на предприятии ОАО НПЦ «ЭЛВИС». Публикации и апробация работы. Основное содержание работы опубликовано в 21 печатной работе, в том числе 7 статьях в изданиях, включенных в перечень ВАК, 2 статьи опубликованы в журналах, входящих в базу цитирований 8сорвз, получено 3 патента РФ на изобретения и 3 патента на полезную модель. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на б международных научно-практических конференциях: на международных конференциях Ярасе%1ге (2007, 2010, 2013, 2014) и ЕМ)СТ (15 и 1б конференции российско-финского сотрудничества университетов), на международной научнотехнической конференции "Измерение, контроль, информатизация'* в Барнауле (2010), на 1Х Всероссийской научно-практическая конференция «Актуальные проблемы машиностроения» в Самаре (2017), на научных сессиях ГУАП в Государственном университете Аэрокосмического приборостроения.

Замечания по диссертационной работе: 1. Непонятен принцип выбора протоколов в первой главе для их анализа. 2. Структура диссертации не совсем логична, например, пункт про разбиение сетевого контроллера на части для моделирования в 4-й главе было бы уместней перенести во вторую главу, где описывается методика проектирования. 3. Описание упомянутого стандарта 61даЯрасе%1ге не обнаруживается при поиске в интернет, есть ссылки только на статьи автора. 4. Список сокращений охватывает не все аббревиатуры, приведенные в тексте диссертации и автореферата. 5, В качестве одного из аналогов выбрана система Меп~ог1т Са1си1из, которая в раооте не рассмотрена, а она позволяет рассчитывать, как задержки в системе„так и размеры буферов в узлах. Отмеченные замечания не влияют на основные теоретические н прикладные результаты диссертации. .