Software & Systems

Тренажерная система, построенная на базе средств вычислительной техники, как правило, состоит из учебно-тренировочных средств (УТС) и аппаратно-программных средств комплексирования (АПСК).

Типовые УТС включают в себя АРМ обучающихся (АРМ О) и АРМ руководства обучения (АРМ РО), сервер и коммутирующее сетевое оборудование, входящее в состав локально-вычисли­тельной сети (ЛВС) первого ранга, специальное и общее ПО.

Типовые АПСК предназначены для объединения всех частей в единую компьютерную тренажерно-обучающую систему, обеспечивающую проведение занятий на единой оперативно-такти­ческой обстановке, по единому замыслу и плану, в единых организационных учебно-методических формах, а также для обмена информацией между составными частями в реальном масштабе времени и для руководства проведением учебных мероприятий.

АПСК состоят из центрального поста руководства обучением (ЦПРО), ЛВС второго ранга, сетевого ПО, программных средств обеспечения взаимосвязи и взаимодействия составных частей, системы защиты информации, специального ПО ЦПРО.

На рисунке изображена типовая схема тренажерной системы, построенной на двухранговой ЛВС, где УТС-1, …, УТС-m – УТС, входящие в тренажерную систему, построенную на двухранговой ЛВС; ЦПРО – центральный пост, обеспечивающий различные варианты конфигурирования УТС в соответствии с целями учебных мероприятий и состоящий из сетевого оборудования тренажерной системы, АРМ РО, сервера тренажерной системы.

В общем случае надежность АРМ, входящих в состав ЦПРО и УТС, зависит от двух составляющих – аппаратных и программных средств, входящих в состав АРМ.

Надежность аппаратно-программных средств характеризуется следующими показателями: λ – интенсивность отказов аппаратной части; μ – интенсивность восстановления аппаратной части; ξ – интенсивность отказов ПО; ν – интенсивность восстановления ПО [1].

Для оценки надежности используются такие показатели:

·     характеристика относительной структурной надежности аппаратной составляющей: r=l/m (при ρ→0 достигается максимальная надежность), где  – интенсивность отказов аппаратной составляющей; nо – количество отказов аппаратной составляющей; To – среднее время наработки на отказ;  – интенсивность восстановления аппаратной составляющей; ТВО – время восстановления аппаратной составляющей;

·     характеристика относительной структурной надежности программной составляющей: w=x/n (при ω→0 достигается максимальная надежность), где  – интенсивность отказов ПО; nо – количество отказов ПО; To – среднее время наработки на отказ;  – интенсивность восстановления ПО; ТВО – время восстановления ПО [2].

Надежность тренажерных систем исследовалась на опыте эксплуатации двух систем, работающих в учебных заведениях. Анализируемые тренажерные системы различны по своей конфигурации (одна система состоит из двенадцати УТС и ЦПРО, а вторая – из четырех УТС и ЦПРО). Отметим, что УТС изготовлены разными предприятиями.

Проведенные исследования показали, что структурная надежность ПО и аппаратной составляющей обеих тренажерных систем находится на достаточном для проведения занятий с обучаемыми уровне (0,3 и 0,4). Для расчета структурной надежности программных средств и аппаратной составляющей брались усредненные значения интенсивности отказов и восстановления, полученные в ходе эксплуатации данных тренажерных систем в течение года. Отказы УТС, входящих в тренажерную систему, взаимно коррелированы, коэффициент их корреляции равен 0,76. Кроме того, проведен анализ статистических данных по отказам двух тренажерных систем в целом, они также коррелируемы, и коэффициент их корреляции равен 0,86. Результаты анализа показали, что интенсивность отказов АРМ, входящих в состав УТС тренажерных систем, коррелирована и распределена по экспоненциальному закону.

Для оценки надежности типовой тренажерной системы, построенной на двухранговой ЛВС, используем основной критерий надежности информационных систем – вероятность безотказной работы за заданное время для решения учебной задачи в требуемой конфигурации тренажерной системы.

Под отказом тренажерной системы, построенной на двухранговой ЛВС, будем понимать отказ АПСК и отказ УТС.

Под отказом АПСК подразумеваются отказ АРМ РО и отказ коммутационного оборудования вычислительной сети тренажерной системы.

Отказом АРМ будут считаться  отказ аппаратной составляющей АРМ и отказ ПО АРМ (общего, специального).

Тогда вероятность безотказной работы одного АРМ, входящего в состав тренажерной системы, можно рассчитать как произведение вероятностей отказа ПО и аппаратной составляющей:

Pарм=1–(1–Pап)(1–Pпо),                                                                                                                                       (1)

где Pап – вероятность безотказной работы аппаратной составляющей; Pпо – вероятность безотказной работы ПО.

Вероятность безотказной работы аппаратной составляющей зависит от интенсивности отказов технических средств, входящих в состав аппаратной составляющей, времени ее работы и рассчитывается по формуле

Pап=1–e–lt,                                                                                                                                                                                                     (2)

где l – интенсивность отказа аппаратной составляющей; t – время работы.

Так как в ПО входят две составляющие: общее ПО (операционная система, стандартные обслуживающие программы, антивирусные программы), специальное ПО (тренажерное ПО, программы средств защиты информации), то вероятность безотказной работы ПО будет зависеть от вероятности отказа общего ПО и вероятности отказа специального ПО. Данная вероятность рассчитывается по формуле Pпо=1–(1–Pопо)(1–Pспо), где Pопо – вероятность безотказной работы общего ПО; Pспо – вероятность безотказной работы специального ПО.

Вероятность безотказной работы специального ПО можно рассчитать по формуле (2).

В состав типового УТС (как показано на рисунке) входят АРМО, АРМ РО и сервер, обеспечивающий единую ЛВС. Таким образом, вероятность безотказной работы УТС в значительной мере зависит от вероятности безотказной работы сервера и АРМ РО. Отсюда вероятность безотказной работы УТС, входящих в состав ЛВС первого ранга, можно определить по формуле

Pтс=1–(1–Pро)(1–Pсерв)[1–(1–Pарм)n],

где Pро – вероятность безотказной работы АРМ РО; Pсерв – вероятность безотказной работы сервера тренажерной системы; Pарм – вероятность безотказной работы АРМО тренажерной системы; n – количество АРМО.

Вероятность безотказной работы АРМ РО и сервера тренажерной системы рассчитываются так же, как и вероятность безотказной работы АРМО тренажерной системы, по формулам (1), (2).

Тогда вероятность безотказной работы тренажерной системы, построенной на двухранговой ЛВС, будет зависеть от вероятности безотказной работы УТС и АПСК. Так как вероятность безотказной работы УТС, входящих в тренажерную систему, будет неодинаковой, вероятность безотказной работы тренажерной системы рассчитывается по формуле Pтс=1–(1–Pапск) (1–Pутсi), где Pапск – вероятность безотказной работы АПСК; Pутсi – вероятность безотказной работы i-го УТС, входящего в состав ЛВС первого ранга тренажерной системы; m – количество тренажерных комплексов, входящих в состав тренажерной системы, построенной на двухранговой ЛВС.

Вероятность безотказной работы АПСК определяется вероятностью безотказной работы сервера, АРМ РО, сетевого оборудования (маршрутизатор, оптико-электронная линия связи и пр.):

Pапск=1–(1–Pсерв)(1–Pсо)(1–Pро)n,

где Pсерв – вероятность безотказной работы сервера тренажерной системы; Pсо – вероятность безотказной работы сетевого оборудования тренажерной системы; Pро – вероятность безотказной работы АРМ РО; n – количество АРМ РО.

Таким образом, предлагаемый подход учитывает особенности построения современных тренажерных систем и позволяет рассчитать надежность тренажерных систем, построенных на базе средств вычислительной техники и объединенных единой ЛВС для решения учебных задач.

Литература

1.   Адамов А.Н. [и др.]. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания : справочник; [под ред. А.И. Губинского, В.Т. Евграфова]. М.: Машиностроение, 1993. 528 с.

2.  Губинский А.И. Надежность и качество функционирования эргатических систем. М.: Наука, 1982. С. 250–258.

3.  Римашевский А.А., Ильин В.А. «Командор»: информационные технологии в военно-морском образовании // Оборонный заказ. 2006. № 10. С. 3–8.