МОДЕЛЬ АДАПТИВНОЇ СИСТЕМИ КОРЕКЦІЇ ПОМИЛОК У КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМАХ

Анотація

У роботі розглянуті проблеми забезпечення належного рівня надійності та цілісності передачі даних у межах сучасних розподілених комп’ютерних систем. Основну увагу зосереджено на гетерогенних мережах Інтернету речей (IoT), розгалужених безпроводових сенсорних мережах (WSN) та системах граничних обчислень (Edge Computing), функціонування яких відбувається в умовах складного електромагнітного оточення. Предметом вивчення визначено методи, алгоритми та архітектурні моделі адаптивної корекції помилок, що дають змогу динамічно змінювати параметри апаратного кодування в режимі реального часу. Процес адаптації реалізується на основі врахування багатовимірного вектора факторів, що включає поточний стан каналу зв’язку (рівень шуму, інтерференція, явища завмирання), наявні енергетичні ресурси автономного пристрою (рівень заряду, стан джерела) та вимоги прикладного рівня щодо допустимих часових затримок і пропускної здатності. Встановлено, що в умовах жорстких обмежень енергоспоживання та функціонування у стохастичному середовищі застосування традиційних статичних методів кодування призводить до нераціонального використання апаратних ресурсів. Зазначене явище проявляється у дихотомії неефективності: спостерігається або надмірна витрата енергетичних ресурсів на виконання складних обчислювальних операцій за сприятливих умов передачі, або критична втрата даних внаслідок раптових сплесків завад, виправлення яких виходить за межі можливостей фіксованого коду. У межах роботи запропоновано модель системи, орієнтовану на реалізацію у ПЛІС (FPGA), що базується на принципах алгоритмічного перемикання між різними режимами кодування: від режимів «прозорості» (відсутність кодування) та використання простих кодів Геммінга до застосування потужних ітеративних кодів LDPC (Low-Density Parity-Check). Розроблена модель враховує комплексний багатокритеріальний підхід до прийняття рішень, який охоплює оцінку співвідношення сигнал/шум (SNR), моніторинг градієнта розряду акумуляторної батареї та врахування вимог до якості обслуговування (QoS), зокрема допустимих показників затримки. Наведено теоретичне обґрунтування ефективності запропонованого адаптивного підходу. Акцентовано увагу на доцільності використання архітектури ПЛІС (FPGA), яка дозволяє забезпечити апаратне прискорення процесів аналізу ефіру та миттєву реконфігурацію обчислювальних блоків. Аналітичні розрахунки показують, що така імплементація дозволить досягти зниження динамічного енергоспоживання цифрової частини системи та забезпечити стабільне дотримання заданого рівня надійності в широкому діапазоні умов експлуатації.