Метод распределения операций в распределенной вычислительной среде для построения живучего бортового процессора линейных преобразований потоков данных дистанционного зондирования

Методы преобразования традиционных линейных многомерных систем обработки данных в системы с распределенным алгоритмом развиваются достаточно интенсивно на основе LON-технологии (технологии управляющих сетей LonWorks. При этом особенности LON-технологии и лежащего в ее основе сетевого протокола привносят в решаемую задачу требования и ограничения, преодолеваемые часто с большим трудом, и требуют разработки программных средств высокой сложности для наладки распределенного алгоритма обработки. Большинство алгоритмов обработки данных (ДЗ), таких как преобразование Фурье (Фурье-Мэллина, Фурье-Бесселя) и алгоритмов, представимых свертками потоков данных, собственными векторами или ядрами линейных преобразований, эффективно реализуются в конвеерно-параллельных структурах, т.е. на распределенных вычислительных средах.
В данной работе для таких структур на борту предлагается метод обеспечения высокой живучести за счет синтеза машинно-ориентированных образов операций алгоритма обработки многомерных потоков данных, выполняемых не на отдельном операционном элементе каждая, а парциально таким образом, что каждая операция распределяется по всем элементам вычислительной среды.
В качестве одного из методов построения распределенных операций достаточно рассмотреть простую цифровую линейную систему обработки общего вида, описываемую дискретной переходной функцией Q (откликом на функцию Хевисайда), потоком входных данных X и выходным результирующим вектором R, для которой в силу теорем о представлении линейных систем выполняется соотношение в виде свертки
R=X*Q , (1)
Характеристика Q поддерживается в цифровой технике некоторой программно(микропрограммно)-аппаратной системой с распараллеливанием (или матричного, систолического или вида произвольного многовершинного графа). Пусть на объект Q необходимо подать воздействие D(s)X, где D(s) - оператор дифференцирования порядка s, который может быть и нецелым в общем случае. Воспользуемся теоремой о дифференцировании свертки и запишем соотношение (тождество)
D(s)( X*Q) = (D(s) X)*Q = X* D(s) Q (2)
В соотношении (2) центральная часть равенства описывает только что сформулированную задачу, левая часть равенства означает, что это равносильно дифференцированию результата работы объекта или, что и результат работы объекта будет получен продифференцированным, а правая часть соотношения говорит о том, что можно не дифференцировать воздействие на объект, а перейти к новой структуре с характеристикой D(s)Q. Синтез линейных систем по заданной для них переходной функции – это основная задача (решаемая уже много лет) синтеза линейных фильтров с заданными свойствами (линейные фильтры также представимы сверткой).
Соотношение (2) означает, что с переходом к объекту с характеристикой D(s)Q мы нигде не выполняем явно операцию D(s, однако результат работы системы соответствует тому, что операция D(s, предусмотренная нами, внедрена в систему, причем спрятана как неявная в объекте, и при выходе из строя операционных элементов объекта операция D(s) не отказывает в работе, как при локальном ее исполнении, а только деградирует, т.е. является распределенной в объекте (с новой переходной функцией, но в нем не прописанной, как не прописанной и нигде в системе. Некоторое новое воздействие X – с разложением в ряд Тейлора по степеням дифференциального оператора на единичном интервале, определяет операцию более общего вида, на основании соотношения (2) распределенную, не прописанную явно в системе, которая обладает почти всеми достоинствами LON-технологии.