Дмитрий Волканов / Даниил Зорин, 4 курс, mod-sem

[Бычков Иван]

Тема:
Исследование алгоритмов многокритериальной оптимизации для задачи выбора оптимального набора механизмов отказоустойчивости для вычислительных систем (ВС)


Расшифровка темы:
В данной работе рассматривается задача многокритериальной оптимизации надёжности.
Пусть задана структура вычислительной системы, состоящая из узлов и связей между ними.
Для каждого узла задано множество доступных аппаратных и программных компонентов.
Количество этих компонентов для узла харатеризуется используемым в узле механизмом отказоустойчивости (МО). (Для каждого узла доступны: отсутствие механизма отказоустойчивости, аппаратное резервирование, N-версионное программирование, восстановление блоками,N-версионное программирование+резервирование)
Каждый компонент характеризуется двумя характеристиками надёжность и цена.
Необходимо для каждого узла вычислительной системы выбрать такие МО и варианты аппаратных и программных компонентов, чтобы максимизировать общую надёжность ВС и минимизировать дисперсию общей надёжности ВС при ограничениях на общую цену ВС.

Актуальность:
В статьях, предлагающих алгоритмы решения данной задачи приводятся неполные экспериментальные исследования предлагаемых алгоритмов.

Цель работы:
Оценить эффективность различных алгоритмов многокритериальной оптимизации для задачи выбора оптимального набора механизмов отказоустойчивости для вычислительных систем.
во, позволяющее оценить количественные характеристики надёжности разрабатываемого ПО.

План работы:
0. Написать статью по результатам прошлого года.
1 .Написать обзор существующих алгоритмов многокритериальной оптимизации для задачи выбора оптимального набора механизмов отказоустойчивости
2. Выбрать методы для исследования и реализовать их в виде программного средства с использованием конструктора алгоритмов.
3. Выбрать из литературы наиболее представительные исходные данные для проведения экспериментов.
4. Составить план исследования алгоритмов и разработать критерии по которым необходимо будет сравнивать эффективность алгоритмов
5. Провести экспериментальное исследование алгоритмов.
6. [Опционально] Предложить собственный алгоритм для решения задачи.

Ожидаемый результаты:
1. В начале сентября подготовлена статья для кафедрального сборника по результатам прошлого года.
2. К середине октября планируется написание статьи для конференции DepCos-2010 по результатам прошлого года.
3. Обзор существующих алгоритмов многокритериальной оптимизации.
4. Программа реализующая выбранные алгоритмы.
5. Результаты экспериментального исследования.
6. Статья с результатами проведённого экспериментального исследования.

[Даниил Зорин]

Отчет о научной работе за седьмой семестр по курсовой работе по теме:
«Исследование алгоритмов многокритериальной оптимизации для задачи выбора сбалансированного набора механизмов отказоустойчивости для вычислительных систем»
Студента 422 группы
Зорина Даниила Александровича
Научный руководитель:
Ассистент Волканов Дмитрий Юрьевич.
Постановка задачи:
В данной работе рассматривается задача многокритериальной оптимизации надёжности. Задача заключается в следующем: задана структура вычислительной системы, состоящая из узлов и связей между ними; узел состоит из аппаратного и программного компонента. Для каждого компонента задано множество доступных вариантов. Количество этих вариантов для компонента характеризуется используемым в узле механизмом отказоустойчивости (МО). (Для каждого узла доступны: отсутствие механизма отказоустойчивости, аппаратное резервирование, N-версионное программирование, восстановление блоками,N-версионное программирование+резервирование). Каждый вариант компонента характеризуется двумя характеристиками: надёжность и стоимость.
Необходимо для каждого узла вычислительной системы выбрать такие МО и варианты аппаратных и программных компонентов, чтобы максимизировать общую надёжность ВС и минимизировать стоимость ВС.

Обоснование актуальности задачи:
В статьях, предлагающих алгоритмы решения данной задачи приводятся неполные экспериментальные исследования предлагаемых алгоритмов.

Текущие результаты:
Формальная постановка задачи.
Обзор методов многопараметрической оптимизации применительно к данной задаче.
Описание методики исследования.
Описание формата входных и выходных данных
Разработка архитектуры программного средства для исследования алгоритмов.
Реализация интерфейсной части.
Статья в кафедральный сборник по результатам курсовой работы 3 курса.

Планы на весенний семестр:
Реализация алгоритмов.
Проведение экспериментов.
Сравнение алгоритмов, формулировка выводов и планов на следующий год.

Литература:
1.N. Wattanapongskorn, S.P.Levitan Reliability Optimization Models for Embedded Systems With Multiple Applications. IEEE Transactions on Reliability, vol. 53, issue. 3, Sept. 2004, pp. 406 – 416
2.D.W.Coit, T. Jin, N. Wattanapongskorn System Optimization With Component Reliability Estimation Uncertainty: A Multi-Criteria Approach. IEEE Trans. Reliability 53, pp. 369–380, 2004.
3.N. Wattanapongskorn, D.W. Coit Fault-Tolerant embedded system design and optimization considering reliability estimation uncertaint. Reliability Engineering and System Safety, 2007, pp. 395-407.
4.M. Gen, Y.Yun Soft computing approach for reliability optimization: State-of-art survey. Reliability Engineering and System Safety, 91 (2006), 1008-1026.
5.Heidi A. Taboada, Fatema Baheranwala, David W. Coit Practical solutions of multi-objective system reliability design problems using genetic algorithm. (2006).. Reliability Engineering & System Safety, 92(3), 314-322
6.W. Kuo, V.R.Prasad An Annotated Overview of System-Reliability Optimization.IEEE Trans. Rel., vol. 49, no. 2, pp. 176–187, 2000
7.A.G.Bakhmurov, V.V.Balashov, V.N.Pashkov, R.L.Smelyanski, D.Yu.Volkanov Simulation modeling based method for choosing an optimal set of fault tolerance techniques for real-time systems.
8.C.A.Coello A Comprehensive Survey Of Evolutionary-Based Multiobjective Optimization Techniques. Knowledge and Information Systems, vol. 1, no. 3, pp. 269–308, 1999
9.E.Zitzler, L.Thiele Multiobjective Evolutionary Algorithms: A comparative case study and the strength Pareto approach. Technical Report 43, Computer Engineering and Networks Laboratory (TIK), Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Zurich, Gloriastrasse 35, CH-8092 Zurich, Switzerland