Автоматика и телемеханика, №11, 2009
Техническая диагностика
РЛСЯ 89.20.Ff, 02.10.0x
© 2009 г. В.А. ВЕДЕШЕНКОВ, д-р техн. наук (Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, Москва)
ПОДХОД К МУЛЬТИАГЕНТНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СО СТРУКТУРОЙ СИММЕТРИЧНОГО ДВУДОЛЬНОГО ГРАФА
Контроль и диагностирование (КиД) компонентов цифровых систем (ЦС) со структурой симметричного двудольного графа предлагается выполнять с использованием методов КиД неоднородных ЦС. Для того чтобы использовать эти методы, связанные разнотипные устройства анализируемой ЦС объединяются в проверяемые подсистемы одинакового состава. Разработан мультиагент-ный подход к системному диагностированию рассматриваемых ЦС. Определены взаимосвязи агентов различной функциональности. Дан пример муль-тиагентной организации диагностирования компонентов ЦС рассматриваемой структуры, состоящей из 7 процессоров и 7 блоков памяти.
1. Введение
Поиск исследователями новых, более эффективных, чем известные, структур связей сложных информационных систем показал, что симметричные двудольные графы предпочтительнее полных графов и полнодоступных двудольных графов по ряду параметров [1]. Симметричным двудольным графом называется граф, состоящий из двух подмножеств вершин X и У равной мощности и имеющий ребра, одна из концевых вершин которых принадлежит подмножеству X (У), а другая - подмножеству У (X). Пример такого графа для п = 7 показан на рис. 1, где вершины подмножества X обозначены кружками, а подмножества У - прямоугольниками. В [1] утверждается, что привлекательность новой топологии вытекает не только из-за ее преимуществ по числу связей и энергопотреблению сравнительно с полносвязными системами, но и из-за возможности снижения почти в у/п раз рабочей частоты при той же производительности, что и высокочастотные шинные системы. Основной «платой» за эти преимущества является введение малоразмерных локальных коммутаторов-маршрутизаторов. В числе возможных областей применения графов указанного семейства называют структуры многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем, где, например, подмножество вершин X представляет совокупность процессорных элементов или вычислительных машин, а подмножество вершин У - блоки или банки памяти.
Как известно, большинство методов системного диагностирования работают с однородными цифровыми системами (ЦС), т.е. системами, построенными из однотипных модулей. Использование устройств разных типов при построении систем
6 Автоматика и телемеханика, № 11
161
Рис. 1. Цифровая система Q7,3 со структурой симметричного двудольного графа.
со структурой симметричного двудольного графа приводит к неоднородным системам, что не позволяет непосредственно применить системные методы диагностирования. Между тем, автоматическое диагностирование состояния компонентов подобных систем представляется необходимым, так как позволяет ускорить время восстановления работоспособности систем после обнаружения факта их неправильного функционирования.
В [2] представлен подход к организации контроля и самодиагностирования (СД) состояния компонентов неоднородных ЦС, использующий объединение связанных разнотипных устройств в проверяемые подсистемы одинакового состава, обладающие необходимыми функциональными возможностями для реализации диагностических алгоритмов. Различие структур анализируемых систем заставляет модифицировать подход из [2] при его применении к системам со структурой симметричного двудольного графа.
Для реализации диагностических процедур в рассматриваемых системах предлагается использовать технологию мультиагентных систем [3]. Дело в том, что муль-тиагентные системы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими способами организации распределенных вычислений: вычисления выполняются автономно и асинхронно, они могут адаптироваться к условиям выполнения, например к отказам аппаратуры.
Существует большое число определений понятия «агент», используемых в работах по искусственному интеллекту. В данной работе будем использовать определение P. Maes [4]: «Агенты - это компьютерные системы, функционирующие в сложной, динамической среде, способные ощущать и автономно действовать на эту среду и таким образом выполнять множество задач, для которых они предназначены».
Ниже представлен подход к мультиагентной организации системного диагностирования ЦС со структурой симметричного двудольного графа, обеспечивающей выполнение необходимых диагностических процедур в формируемых проверяемых подсистемах.
2. Постановка задачи
Исходная ЦС со структурой симметричного двудольного графа Qn,s представлена графом, у которого п вершин подмножества X представляют процессоры сис-
темы, п вершин подмножества У - блоки памяти, в - степень вершин двудольного графа; т.е. каждая вершина подмножества X(У) связана дугами с в вершинами подмножества У (X). (Для графа на рис. 1 в = 3.)
Допускаются устойчивые отказы ограниченного числа вершин и дуг, причем неисправности модулей таковы, что не приводят к несанкционированному запуску процесса СД в отказавших модулях. Предполагается также, что во время выполнения процесса СД новые отказы не возникают. Запуском процессов контроля и диагностирования в различных подсистемах ЦС и обработкой полученных результатов занимается исправный диагностический монитор (БЫ), который находится в модуле, внешнем по отношению к анализируемой ЦС.
Для описания результатов тестирования компонентов используется модель Барси-Грандони-Маестрини [5]. Для проведения контроля и диагностирования в каждой из формируемых проверяемых подсистем будут использованы процедуры, подобные процедурам самодиагностирования из [6]. В основу организации диагностирования заложен принцип расширяющихся областей: выполнение необходимых процедур начинается с исправного модуля и последовательно передается другим модулям, исправность которых подтверждена предшествующими проверками. Следует добавить, что начальный модуль процедуры диагностирования не является фиксированным, а определяется по результатам работы системы контроля.
Требуется разработать подход к мультиагентной организации системного диагностирования ЦС со структурой симметричного двудольного графа, обеспечивающей БЫ достоверной информацией для диагностирования состояния компонентов (процессоров, памятей, линий связи) системы.
3. Подход к мультиагентной организации диагностирования компонентов цифровых систем со структурой симметричного двудольного графа
Для того чтобы применить подход к контролю и диагностированию (КиД) состояния компонентов неоднородных ЦС из [2], используем следующую организацию проведения проверок.
Проверяющим модулем mj назначим устройство активного типа (один из процессоров т\,... в системе на рис. 1), а в проверяемую подсистему Ujyiyk включим следующие компоненты: блок памяти рпроцессор mk, линию связи li-k между ними и линию связи lj-i, соединяющую mj с р». (Таким образом, индекс ^,г,к) подсистемы Уj)i)fc состоит из номера ] проверяющего процессора, номера г блока памяти и номера к проверяемого процессора.) Например, для системы на рис. 1 в одну из проверок могут входить процессор т^ в функции проверяющего модуля, блок памяти р8, процессор тз и линии связи и 11-8.
Наличие в блоков памяти, связанных с одним процессором цифровой системы со структурой симметричного двудольного графа (в = 3 для графа на рис. 1), (и наоборот, в процессоров, связанных с одним блоком памяти) делает объединение различных устройств для формирования проверяемых подсистем неоднозначным. Кроме того, использование всевозможных объединений смежных устройств (блока памяти и процессора) в качестве подмножества проверяемых подсистем является избыточным. Выбор достаточно экономичного подмножества из числа всевозможных проверяемых подсистем является нетривиальной задачей, но здесь не рассматривается.
В таблице Т^ (табл. 1) показана информация о составе проверяемых подсистем Ujyiyk и номерах проверяющих их модулей mj, построенная для системы Q'тyз (рис. 1). В табл. 1 - семь строк Тj, в каждой из которых для проверяющего модуля mj ^ = 1, 2,..., 7) записаны номера компонентов, входящих в состав подсистем Uj,il,kl, Uj,i2,k2, ■ ■ ■, проверяемых модулем mj, в ней также есть поля для записи
6* 163
Строка Т роверяющий модуль ГП] Проверяемые подсистемы оценки результатов их проверок
с Щ,И,к1
т4 4 (4-9), 9, (9-1), 1 (4-11), 11, (11-6), 6 (4-13), 13, (13-7), 7
Тг 1 (1-8), 8,(8-3), 3 (1-9), 9,(9-5), 5 (1-10), 10,(10-7), 7
Тз 3 (3-14), 14,(14-5), 5 (3-13), 13,(13-4), 4 (3-8), 8,(8-2), 2
т5 5 (5-12), 12, (12-7), 7 (5-9), 9, (9-4), 4 (5-14), 14, (14-6), 6
т7 7 (7-10), 10, (10-6), 6 (7-12), 12, (12-2), 2 (7-13), 13, (13-3), 3
Те 6 (6-11), 11, (11-2), 2 (6-10), 10, (10-1), 1 (6-14), 14, (14-3), 3
т2 2 (2-11), 11, (11-4), 4 (2-8), 8, (8-1), 1 (2-12), 12, (12-5), 5
оценок результатов проверки г^^и, , ••• этих подсистем модулем т^. Здесь
следует отметить, что структура графа ^7,з, в котором из каждой вершины выходит по 3 дуги, позволяет для каждого проверяющего модуля (процессора) составить 6 различных проверяемых подсистем. Однако для проверки трех блоков памяти, связанных с каждым процессором, достаточно выполнить по одному тесту для каждого блока памяти. Поэтому в каждой строке табл. 1 показаны только 3 подсистемы, в составе которых и проверяются блоки памяти, смежные с данным процессором.
Тогда отдельная проверка (тест ¿¿¿к) будет выполняться следующим образом. Получив управление (в процессе КиД), проверяющий модуль (процессор) т^ передает по линии в блок памяти рг проверяемой подсистемы команды, необходимые для организации тестов самоконтроля в подсистеме Ujyiyk,. Процессор ти, получив и расшифровав эти команды, проводит контроль процессора ти, линии /г_к и блока памяти рг с помощью тестовых программ, хранящихся в блоке памяти рг. Результаты выполненного теста ¿¿)г,к процессор ти записывает в ячейки блока памяти рг, откуда их после очередного опроса блока памяти считывает процессор тj, сравнивает с эталонами из блока собственной сверх
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.