Диссертация (Методы исследования и разработки сетевых контроллеров канального уровня для высокоскоростных бортовых вычислительных сетей космических аппаратов), страница 2

Таким образом сформированы формулы для каждой частипостроенной модели.Дополнительно в рамках исследования моделей различных контроллеров наосновании разработанной модели была доказана неэффективность системыкредитования одного из рассматриваемых контроллеров. В процессе создания новогоконтроллера Gigabit SpaceWire (GigaSpaceWire) была разработана новая системауправления потоком канального уровня данного контроллера.

С помощьюразработанной модели была доказана ее эффективность.Предмет исследованияПредметом исследования диссертационной работы является теоретическое иэкспериментальное исследование функционирования контроллеров канального уровнядля вычислительных и управляющих систем космических аппаратов с целью улучшениятехнико-экономических и эксплуатационных характеристик.Объект исследованияОбъектом исследования является методы проектирования и анализа сетевыхконтроллеров канального уровня для бортовых сетей космических аппаратовЦель диссертационной работыЦелью диссертационной работы является разработка методов построенияустройств вычислительной техники канального уровня с топологией точка-точка.Методы исследованияИсследования осуществлялись на основе аппарата теории систем массовогообслуживания, теории вероятности, и теории вычислительных систем.

Для построенияматематических моделей была использована теория массового обслуживания. Дляреализации предложенной методики были использованы язык VHDL (Very High SpeedIntegrated Circuits), Cadence, среда ISE Design Suite и физические реализацииконтроллеров на базе отечественных СБИС (сверхбольших интегральных схем).Задачи диссертационной работы1. Исследование существующих тенденций развития современных вычислительныхсетей, анализ канального уровня модели OSI;72. Анализ бортовых вычислительных сетей авиационного и космического назначения;3. Разработка критериев оценки сетевого контроллера канального уровня;4. Исследование существующих моделей для анализа сетевых контроллеровканального уровня;5. Разработка методики проектирования сетевого контроллера канального уровня;6.

Разработка научных основ и методики построения формальной модели сетевыхкотроллеров канального уровня;7. Исследование систем управления потоком на канальном уровне;8. Разработка метода расчета характеристик существующих систем управленияпотоком;9. Применение разработанной методики для анализа существующих контроллеров исовершенствования механизмов управления потоком на канальном уровне;10. Внедрение результатов исследования и разработки в проектированиеотечественных СБИС.Научная новизна1. Проведентеоретическийанализиэкспериментальноеисследованиефункционирования сетевых контроллеров канального уровня бортовых сетейкосмических аппаратов;2. Разработана аналитическая модель сетевого контроллера канального уровня каксистемы массового обслуживания для оценки его характеристик;3.

Разработана новая математическая модель сетевого контроллера канальногоуровня с учетом аппаратных задержек;4. Предложен набор показателей передачи данных, и базирующаяся на нем методикаих оценки для канала точка-точка с сетевыми контроллерами канального уровня;5. Поставлена проблема и разработана методика оценки характеристик канала точкаточка на основе анализа управления потоком сетевого контроллера канальногоуровня.Существующие математические модели сетевых контроллеров канального уровнястроятся на основании анализа физической пропускной способности канала или наосновании частоты передачи. Текущие разработанные модели практически неучитывают внутренние блоки сетевого контроллера канального уровня, а также егосистему управления потоком.

В текущих моделях или отсутствует анализ служебнойинформации, передаваемой на канальном уровне (в частности – символы управленияпотоком), которая сокращает полезную пропускную способность данных. Второйнедостаток таких моделей в том, что они оказываются очень «узкие», разработанныепод одну конкретную реализацию (например – модель шины PCI или AdvancedMicrocontroller Bus Architecture (AMBA)). Полученные же результаты данногоисследования, разработанные модели учитывают, как внутреннюю специфику сетевого8контроллера канального уровня, так и характеристики самого стандарта передачиданных, на основании которого он функционирует.В диссертационной работе предложена методика анализа и разработки сетевогоконтроллера канального уровня.Практическая ценность1.Разработан принцип построения сетевых контроллеров канального уровняна основе конвейерной организации для повышения производительности данныхконтроллеров при проектировании их аппаратной реализации в микросхемах;2.Разработана методика проектирования сетевых контроллеров канальногоуровня с учетом функции управления потоком;3.Разработан новый отечественный протокол канального уровня для сетейSpaceWire, получивший название GigaSpaceWire;4.Разработанные методики применены для проектирования микросхем,включающие сетевые контроллеры канального уровня, для бортовых сетей космическихаппаратов.Результаты работы используются в проектировании сетевых узлов канальногоуровня на отечественных СБИС для высокоскоростных бортовых вычислительных сетейкосмических аппаратов.Результаты диссертационной работы были внедрены в серийное производствомикросхем НПЦ (научно-производственный центр) ЭЛВИС, таких как 1892ВМ14Я,1892ВМ12АТ и другие.

По результатам исследования были получены 6 патентов.Разработан улучшенный метод управления потоком для протокола канального уровняGigabit SpaceWire.Научные положения, выносимые на защиту1.Сформулирована проблема научно обоснованного проектированиясетевых контроллеров канального уровня. Предложены критерии оценки качествасетевого контроллера, разработаны методы оценки данных критериев;2.Разработаны принципы функционирования сетевых контроллеровканального уровня на основе конвейерной организации для достижения заданныххарактеристик;3.Разработана аналитическая модель сетевого контроллера канальногоуровня как системы массового обслуживания для оценки его характеристик;4.Разработана методика анализа характеристик сетевых контроллеровканального уровня с учетом особенности управления потоком.Личный вклад автораВ исследованиях, вошедших в диссертацию, автору принадлежит постановказадач, разработка и создание модели сетевого контроллера канального уровня,9формулировок целей и задач экспериментов, анализ и интерпретация их результатов.Автором был разработан комплексный подход к исследованию передачи данных наканальном уровне.

С этой целью автором диссертации была разработана модельсетевого контроллера канального уровня на основе передачи информации разногоприоритета внутри контроллера с учетом выбранной модели управления потоком,исследования заданных характеристик и вывод результатов. В дальнейшем, послеполучения патентов, было проведено внедрение в серийное производство микросхем отечественных СБИС в НПЦ ЭЛВИС.Апробация диссертационной работыОсновные положения диссертационной работы докладывались на российскихконференциях на международных конференциях SpaceWire (2007, 2010, 2013, 2014) иFRUCT (15 и 16 конференции русско-финского сотрудничества университетов), намеждународнойнаучно-техническойконференции“Измерение,контроль,информатизация” в Барнауле (2010), на IX Всероссийской научно-практическаяконференция «Актуальные проблемы машиностроения» в Самаре (2017), на научныхсессиях ГУАП в Государственном университете Аэрокосмического приборостроения.Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии во всех этапахдиссертационного исследования, в планировании научной работы, наборе материала,углубленном анализе отечественной и зарубежной научной литературы, анализе иинтерпретации лабораторных и инструментальных данных, их систематизации,статистической обработке с описанием полученных результатов, написании иоформлении рукописи диссертации, основных публикаций по выполненной работе.Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваютсяиспользованием комплекса современных теоретических методов, таких как теориямассового обслуживания для приоритетных и бесприоритетных моделей, применяемыхв работе, адекватных объекту, предмету, целям и задачам диссертации, природеизучаемой области, репрезентативностью базы исследования, а также успешнымвнедрением результатов в серийное производство.Основные теоретические и прикладные результаты диссертационной работыизложены в следующих трудах:1.Яблоков Е.Н., Статические модели оценки производительности устройствканального уровня, Ползуновский вестник, №2, 2010 г., ISSN 2072-8921, с.