Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы - Владимир Липаев

На полигоне в 1964-м году при натурных динамических испытаниях алгоритмов и комплексов программ обработки радиолокационной информации, впервые начало проверяться функционирование сложных комплексов программ реального времени в телекоммуникационной сети, тестирование и отладка которых требовала соответствующей специфической технологии. Это привело к принципиальному изменению методов тестирования, при которых динамика формировании и значения тестов движущихся объектов должны были по времени соответствовать текущим состояниям вычислений в проверяемых комплексах программ РЛУ. До этого в начале 1960-х годов для решения конкретных вычислительных задач, тесты обычно подготавливались независимо от процессов разработки проверяемых программ, и реальное время их подготовки не влияло на получаемые результаты вычислений. Однако для комплексов программ системы ПВО необходимо было их исполнение связать с реальным временем поступления и воздействием динамических тестов движущихся объектов, а также с текущим состоянием внешней среды.

В эти годы генерирование динамических тестов от внешних объектов на специализированных ЭВМ было невозможно вследствие ограниченности их вычислительных ресурсов, достаточных только для решения тестируемых функциональных задач, и потребовалось применять независимые большие универсальные ЭВМ, отделив во времени и в пространстве процессы формирования динамических тестов движущихся объектов, от моментов их использования. В 1965-м году для имитации тестов от движущихся объектов внешней среды в реальном времени были разработаны программы формирования магнито-фильмов на универсальной ЭВМ М-20 (Юрий Григорьевич Корольков). На этой машине предварительно формировались и записывались на специализированных магнитофонах наборы динамических тестов о разнообразных ситуациях воздушной обстановки и движения объектов, с регистрацией значений реального времени сообщений и их координат. Для динамических траекторий воздушных объектов, можно было задавать различные маршруты и маневры в реальном времени. Это существенно ускорило подготовку тестов и динамическую отладку комплекса программ обработки радиолокационной информации в сложных ситуациях воздушной обстановки.

В конце 1960-х годов на основе накопленного опыта применения магнитофильмов для динамического тестирования и испытаний комплексов программ РЛУ была сформулирована концепция разработки моделирующего испытательного стенда (МИС) с перспективными функциями имитации динамики применения и развития всех компонентов внешней среды системы ПВО. Для его реализации были недостаточны ресурсы М-20 и требовалась более мощная универсальная ЭВМ, которая отсутствовала в институте.

В середине 1970-х годов началась разработка алгоритмов и программ стенда динамических испытаний, который был создан на БЭСМ-6 + АС-6. Стенд был способен достаточно полно заменить натурные испытания с реальными движущимися объектами внешней среды всей системы ПВО на полигоне и в НИИ—5. При этом высокая стоимость и риск испытаний с натурными объектами оправдывал значительные затраты на интегрированный стенд имитации тестов компонентов и фрагментов системы ПВО, если предстояли испытания критических программных комплексов с высокими требованиями к качеству их функционирования, с длительным жизненным циклом и множеством развивающихся версий.

Для сокращения неопределенностей и прямых ошибок при оценивании качества программ необходимо было до начала испытаний определить основные параметры внешней среды и потоки информации, при которых должен функционировать комплекс программ системы, с требуемыми характеристиками при оценивании его качества и эксплуатации. Для этого заказчик и разработчики совместно должны были структурировать, описать и согласовать модель динамики функционирования объектов внешней среды, их параметры в среднем, типовом режиме применения, а также в наиболее вероятных и критических режимах, в которых должны обеспечиваться требуемые характеристики качества динамического функционирования программ в реальном времени. К комплексам программ РЛУ и телекоммуникационных сетей заказчики системы могли предъявлять различные требования к надежности функционирования, к функциональной безопасности, к производительности и эффективности использования ресурсов ЭВМ программным комплексом в реальном времени. Такая модель в реальном времени должна отражать характеристики.

внешних, динамических потоков информации, о движущихся объектах внешней среды, их распределение по видам источников, характеристикам качества данных и возможным дефектам;

• интенсивность и структуру типовых сообщений от оперативных пользователей и администраторов сети, и их необходимую квалификацию, отражающуюся на вероятности ошибок и качестве выдаваемой информации;

• возможных негативных и несанкционированных воздействий от внешней среды при функционировании и эксплуатации программного комплекса ПВО;

• необходимые характеристики и ресурсы вычислительных средств, на которых предназначено функционировать комплексу программ испытываемой системы с требуемым качеством.

В отличие от натурных экспериментов, тестирование комплексов программ, моделирование внешней среды и динамических тестов движущихся объектов на ЭВМ, имеет большие возможности контроля, как исходных данных, так и всех промежуточных и выходных результатов функционирования испытываемого программного комплекса ПВО. В реальных сложных системах ряд компонентов иногда оказывается недоступным для контроля их состояния, так как-либо невозможно поместить измерители контролируемых сигналов в реальные подсистемы, подлежащие тестированию, либо это сопряжено с изменением характеристик самого анализируемого объекта. Программная имитация динамических тестов внешней среды на ЭВМ системы в реальном времени позволила:

проводить длительное, непрерывное генерирование имитируемых данных для определения характеристик функционирования комплекса программ в широком диапазоне изменения условий и параметров экспериментов, что зачастую невозможно при использовании реальных объектов;

• расширять диапазоны характеристик имитируемых движущихся объектов, за пределы реально существующих или доступных натурных источников данных, а также генерировать динамические потоки информации, отражающие перспективные характеристики создаваемых систем и объектов внешней среды;

• создавать тестовые данные, соответствующие критическим или опасным ситуациям функционирования и движения объектов внешней среды, которые невозможно или рискованно реализовать при натурных экспериментах;

• обеспечивать высокую повторяемость имитируемых данных при заданных условиях их генерации и возможность прекращения или приостановки имитации на любых фазах моделирования внешней среды.

Средства имитации внешней среды можно было разделить на две категории. Первая категория моделей используется при тестировании, квалификационных испытаниях программного продукта и не применялась при штатной эксплуатации программного продукта пользователями. Вторая категория более простых моделей внешней среды применялась непосредственными пользователями программного продукта для оперативной подготовки исходных данных при проверке различных режимов функционирования в процессе применения программ и при диагностике проявившихся дефектов. Такие модели в составе поставляемых заказчикам комплексов программ передавались пользователям для контроля функционирования их рабочих версий в реальном времени и входили в комплект поставки каждой пользовательской версии. Для размещения таких средств мониторинга и контроля качества комплекса программ необходимы были ресурсы внешней и оперативной памяти, а также дополнительная производительность объектной ЭВМ.

До начала применения моделей внешней среды для испытаний программного продукта, они подлежали проверке и паспортизации, гарантирующей получение корректных эталонных данных и имитированных тестов, адекватных реальным внешним объектам. Для паспортизации моделей необходимы, прежде всего, достаточно полные и достоверные исходные характеристики реальных объектов внешней среды, которые должны были служить эталонами для этих моделей. Достигаемая достоверность имитации внешней среды, а, следовательно, и определения качества функционирования испытываемого программного продукта, естественно, зависели от ресурсов памяти, производительности и других характеристик ЭВМ, на которой реализуется модель.