Разработана математическая модель систем управления цифровым транспортом

Ученые Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) совместно с коллегами из РТУ МИРЭА разработали математическую модель синхронизации времени в виртуальных средах, которая позволяет проектировать точные и отказоустойчивые системы управления цифровой транспортной инфраструктурой.

Современная транспортная система требует идеальной координации всех ее компонентов, таких как «умные светофоры», датчики, навигация и т.п., в реальном времени. Для этого используется международный протокол синхронизации IEEE 1588 PTP.

Сегодня отрасль активно переходит на виртуальные платформы как на более гибкое и экономичное решение. Однако в виртуальной среде возникают скрытые задержки, которые нарушают точность синхронизации. Исследование МАДИ дает инженерам инструмент для решения этой проблемы.

В ходе эксперимента на двухузловом тестовом стенде на базе отечественного программного обеспечения (РЕД ОС и РЕД Виртуализация), авторы проводили замеры синхронизации времени (на интервалах 5 минут и 1 час) с использованием стандартных программных методов. Это позволило выявить закономерности работы системы в разных режимах.

Эксперимент доказал, что программная синхронизация дает обманчивую картину надежности. Хотя среднее смещение часов близко к нулю (от −1 486 до 1 114 нс), реальные скачки времени огромны: стандартное отклонение достигает 66 098 нс, а максимальная погрешность — до 688 304 нс.

Ученые разработали модель, которая объясняет причины этих сбоев. Она доказывает, что при программной синхронизации в систему попадают «невидимые» задержки: очереди данных, планировщик гипервизора и обработка прерываний. Стандартный протокол PTP не умеет их измерять, и обычными служебными сообщениями эту неопределенность устранить невозможно. Новая модель позволяет рассчитать и учесть эти скрытые факторы еще на этапе проектирования системы.

Основываясь на полученных результатах, авторы исследования делают вывод о том, что программная синхронизация времени подходит только для тестовых задач. Для ответственных применений (управление транспортной инфраструктурой, высокоточное позиционирование) необходимо использовать специальные аппаратные решения. Это позволит гарантировать требуемую точность и избежать дорогостоящих сбоев при реальной эксплуатации.

Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации