ЖИВУЧЕСТЬ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НАЗЕМНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Аннотация
Исследования в области создания специализированных вычислительных комплексов для
робототехнических комплексов (РТК) ведутся во многих мировых научных центрах и в том
числе в нашей стране. Развитие возможностей сенсорных систем, систем глобальной навигации, рост вычислительной мощности и совершенствование алгоритмов позволяют созда-
вать бортовые вычислительные комплексы, обладающие широкими интеллектуальными
возможностями. Важной, но нерешенной проблемой остается оснащение таких вычисли-
тельных комплексов микропроцессорами отечественного производства. Актуальным направ-
лением развития перспективных систем управления PTK является разработка производи-
тельных бортовых вычислительных систем (БВС), обладающих свойством живучести. Су-
щественным, но нерешенным вопросом остается оснащение таких БВС средствами вычис-
лительной техники отечественной разработки. Появление современных отечественных мик-
ропроцессоров Эльбрус-2С3 и Эльбрус-8СВ открывает новые возможности перед разработ-
чиками РТК. Появление таких аппаратных технологий, как сторожевой таймер и модуль
привязки времени, позволяет создавать БВС, обладающие высокой живучестью в условиях
боевых действий. Для РТК специального назначения, можно разделить период нормальной
эксплуатации робота на сегменты по аналогии со степенями боевой готовности вооружен-
ных сил, для каждого из которых РТК будет работать в специальном режиме. Режимы
характеризуются согласно сложившейся обстановке и соответствующим потоком отказов.
В работе представлена модель угроз для самого жесткого из режимов работы. В данной
работе представлен метод обеспечения живучести БВС РТК за счет использования адап-
тивного резервирования. Метод заключается в переключении между схемами резервирования
для обеспечения высокой производительности при сохранении достаточной надежности в
зависимости от текущего уровня потока отказов. С использованием разработанной авто-
рами модели проведено экспериментальное исследование по оценке эффективности разрабо-
танного метода при работе на отечественном БВС на базе микропроцессора «Эльбрус».
Использование разработанного метода позволило увеличить среднюю функциональность
РТК на 23-43% по сравнению с режимом с постоянным резервированием.
Литература
razlichnogo masshtaba i naznacheniya. Ch. 3. Ekstremal'naya robototekhnika [A review on
control systems hardware and software for robots of various scale and purpose. Part 3. Extreme
robotics], Rossiyskiy tekhnologicheskiy zhurnal [Russian Technological Journal], 2020,
Vol. 8, No. 3 (35), pp. 14-32. DOI: 10.32362/2500-316X-2020-8-3-14-32.
2. Chuchko P.A., Bychkov I.N., Panchenko E.G. Problema unifikatsii moduley na osnove
protsessora "El'brus-2S3" [The problem of unification of modules based on the processor "Elbrus-
2C3"], Nanoindustriya [Nanoindustry], 2021, Vol. 14, No. S7(107), pp. 96-97. DOI:
10.22184/1993-8578.2021.14.7s.96.97.
3. Nedbailo Y.A., Bychkov I.N., Slesarev M.V. [et al.]. Elbrus-2C3: A Dual-Core VLIW Processor
with Integrated Graphics, 2021 International Conference Engineering and Telecommunication,
En and T 2021, Dolgoprudny, 24–25 ноября 2021 года. Dolgoprudny: Institute of
Electrical and Electronics Engineers Inc., 2022. DOI: 10.1109/EnT50460.2021.9681771.
4. Druzhinina O.V., Korepanov E.R., Belousov V.V. [i dr.]. Razvitie instrumental'nogo
obespecheniya otechestvennoy vychislitel'noy platformy "El'brus 801-PC" v zadachakh
neyrosetevogo modelirovaniya nelineynykh dinamicheskikh sistem [Development of instrumental
support for the domestic computing platform "Elbrus 801-PC" in problems of neural
network modeling of nonlinear dynamic systems], Nelineynyy mir [Nonlinear World], 2021,
Vol. 19, No. 1, pp. 15-28. DOI: 10.18127/j20700970-202101-02.
5. Bychkov I.N., Lobanov I.N., Molchanov I.A. Resheniya po vklyucheniyu sredstv zashchity informatsii v
vychislitel'nye kompleksy na osnove platformy "El'brus" [Solutions for the inclusion of information security
tools in computing systems based on the Elbrus platform], Nanoindustriya [Nanoindustry], 2020,
Vol. 13, No. S4 (99), pp. 103-104. DOI: 10.22184/1993-8578.2020.13.4s.103.104.
6. Fel'dman V.M., Zuev A.G., Dorofeev A.I. [i dr.]. Osobennosti konstruirovaniya perenosnykh
vychislitel'nykh ustroystv v zashchishchennom ispolnenii [Features of the design of portable
computing devices in a protected design], Pribory [Devices], 2023, No. 5 (275), pp. 24-33.
7. Tachkov A.A., Kozov A.V., Vukolov A.Yu. Osobennosti portirovaniya Robot Operating System
na programmno-apparatnuyu platformu "El'brus" [Features of porting the Robot Operating
System to the Elbrus software and hardware platform], Programmnye produkty i sistemy
[Software products and systems], 2019, No. 4, pp. 655-664. EDN TVJSXJ.
8. Abramov N.S., Fralenko V.P. Ugrozy bezopasnosti vychislitel'nykh kompleksov:
klassifikatsiya, istochniki vozniknoveniya i metody protivodeystviya [Threats to the security
of computing systems: classification, sources of occurrence and countermeasures],
Programmnye sistemy: teoriya i prilozheniya [Software systems: theory and applications],
2015, No. 2 (25), pp. 63-83.
9. Sands T. Countering the Deleterious Effects of Electromagnetic Pulse, Frontiers in Electronics,
2021, Vol. 2, pp. 727994.
10. Kim S., Jeong I. Vulnerability assessment of Korean electric power systems to late-time (E3)
high-altitude electromagnetic pulses, Energies, 2019, Vol. 12, No. 17, pp. 3335.
11. Dayanikli G.Y. Electromagnetic Interference Attacks on Cyber-Physical Systems: Theory,
Demonstration, and Defense: дисc. Virginia Tech, 2021.
12. Mayoral-Vilches V. Robot cybersecurity, a review, International Journal of Cyber Forensics
and Advanced Threat Investigations, 2022.
13. Yaacoub J.P. A. et al. Robotics cyber security: Vulnerabilities, attacks, countermeasures, and
recommendations, International Journal of Information Security, 2022, pp. 1-44.
14. Zhu Q. et al. Cybersecurity in robotics: Challenges, quantitative modeling, and practice, Foundations
and Trends® in Robotics, 2021, Vol. 9, No. 1, pp. 1-129.
15. Theron P. et al. Reference architecture of an autonomous agent for cyber defense of complex
military systems, Adaptive autonomous secure cyber systems, 2020, pp. 1-21.
16. Afzal A. et al. A study on challenges of testing robotic systems, 2020 IEEE 13th International
Conference on Software Testing, Validation and Verification (ICST). IEEE, 2020, pp. 96-107.
17. Huang H. et al. Disturbance observer-based fault-tolerant control for robotic systems with guaranteed
prescribed performance, IEEE transactions on cybernetics, 2020, Vol. 52, No. 2, pp. 772-783.
18. Bocharov N.A. Modelirovanie algoritmov katastrofoustoychivosti grupp robotov na
programmno-apparatnoy platforme "El'brus" [Modeling algorithms for disaster resistance of
groups of robots on the Elbrus software and hardware platform], Radiopromyshlennost' [Radio
industry], 2019, No. 3, pp. 8-14. DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-3-8-14.
19. Bocharov N.A. Model' obespecheniya katastrofoustoychivosti bortovykh vychislitel'nykh
kompleksov na baze apparatno-programmnoy platformy «El'brus». Svidetel'stvo o
gosudarstvennoy registratsii programmy dlya EVM №2019616256 ot 30.04.2019 [A model for
ensuring disaster resistance of on-board computing systems based on the Elbrus hardware and
software platform. Certificate of state registration of a computer program No. 2019616256
dated 04/30/2019].
20. Bocharov N.A., Paramonov N.B., Sapachev I.D. Realizatsiya algoritmov gruppovogo
upravleniya na yazyke Java v srede OS «El'brus» [Implementation of group control algorithms
in Java in the Elbrus OS environment], Sovremennye informatsionnye tekhnologii i ITobrazovanie
[Modern information technologies and IT education], 2016, No. 1, pp. 108-115.
