Гарантоздатність кіберфізичних комп’ютерних систем із вбудованими мікропропроцесорами
DOI:
https://doi.org/10.34121/1028-9763-2026-3-112-125Ключові слова:
гарантоздатність, кіберфізичні системи, вбудовані мікропроцесори, інтернет речей, функціональна безпека, відмовостійкість, цифровий двійник, прогнозування відмов, самовідновлювані системи, резервування, формальна верифікаціяАнотація
У статті проведено системний аналіз сучасного стану теорії та практики забезпечення гарантоздатності кіберфізичних комп'ютерних систем із вбудованими мікропроцесорами. Розглянуто еволюцію концепції гарантоздатності від класичної таксономії Авіженіуса-Лапрі-Ренделла до сучасних підходів. Проаналізовано основні виклики, зумовлені широким впровадженням технологій інтернету речей, штучного інтелекту, хмарних і периферійних обчислень, розподілених сервісів та цифрових двійників. Показано, що традиційні методи оцінювання надійності не повною мірою враховують динамічний характер сучасних кіберфізичних систем, взаємозалежність програмних компонентів, ресурсні обмеження IoT-пристроїв та нові кіберзагрози. Узагальнено сучасні архітектурні підходи до підвищення гарантоздатності, зокрема модельно-орієнтовану інженерію, інтегрований аналіз функціональної та кібербезпеки, технології цифрових двійників, методи ін’єкції відмов, прогнозне технічне обслуговування та шаблони проєктування гарантоздатності. Розглянуто сучасні інструментальні засоби формальної верифікації, моделювання, аналізу ризиків і тестування відмовостійкості. Систематизовано програмні та апаратні механізми забезпечення гарантоздатності, включаючи резервування, активну реплікацію, N-версійне програмування, контрольні точки, блоки відновлення, механізми моніторингу працездатності та реконфігуровані архітектури. Обґрунтовано необхідність переходу від статичних моделей оцінювання до адаптивних методів підтримки гарантоздатності в реальному часі з використанням машинного навчання, аналізу експлуатаційної телеметрії та автоматизованого прогнозування відмов. Taбл.: 1. Іл.: 3. Бібліогр.: 13 назв.
Посилання
1. Avizienis A., Laprie J.C., Randell B. Fundamental concepts of dependability. Journal of Systems and Software. 1980. P. 5–12. URL: https://pld.ttu.ee/IAF0530/16/avi1.pdf.
2. URL: https://journals.nupp.edu.ua/sunz/en/article/view/3823.
3. URL: https://eng.iotexpo.com.cn/industry–news/iot–connectivity–ai–adoption–2025.html.
4. Скрипнікова О.О., Ґедзь О.В., Оцун Б.М. Елементи імітаційного моделювання відмовостійкості програмного забезпечення диспетчеризації розподіленої системи керування інженерним обладнанням висотних будівель. Global Trends in Science: Research, Innovation and Development: Рroc. of the 2nd Intern. Scient. and Pract. сonf. (Sep. 29 – Oct. 1, 2025). Varna, Bulgaria, 2025. P. 160–165. URL: https://www.eoss–conf.com/wp–content/uploads/2025/09/Varna_Bulgaria_29.09.25.pdf.
5. Mohammad Rezaul Karim1, Sohag Kabir2, Ci Lei3 , Raluca Lefticaru4, and Mohammad Abdul Baset. A Combined Approach to Safety and Security of IoT by Applying Fault Tree Analysis and Attack Trees with Minimal Cut Sets. Aviation Electronics, Information Technology, Telecommunications, Electricals, and Controls (AVITEC). 2025. Vol. 7, N 2. P. 113–127. DOI: https://doi.org/10.28989/avitec.v7i2.2918.
6. Friedenthal S., Moore A., Steiner R. A Practical Guide to SysML: The Systems Modeling Language. 3rd ed. Burlington: Morgan Kaufmann, 2015. 640 p.
7. Feiler P.H., Gluch D.P. Model-Based Engineering with AADL: An Introduction to the SAE Architecture Analysis and Design Language. Boston: Addison-Wesley, 2013. 760 p.
8. Madni A.M., Purohit S., Madni C.C. Exploiting Digital Twins in MBSE to Enhance System Modeling and Life Cycle Coverage. Handbook of Model-Based Systems Engineering. Cham: Springer. 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/978–3–030–93582–5_33.
9. Abdulkhaleq A., Wagner S. STPA-Sec: Safety Meets Security. Computer Safety, Reliability, and Security (SAFECOMP Workshops). Springer, 2015. P. 33–48.
10. Larsen P.G., Fitzgerald J., Woodcock J. How Do We Engineer Trustworthy Digital Twins? Research Directions: Cyber-Physical Systems. 2023. Vol. 1. e3. DOI: https://doi.org/10.1017/cbp.2023.3.
11. Begun V., Hedz O., Begun S., Analysis of the Importance of Electronic Components in Automated Smoke Protection Systems for Modern High–Rise Buildings. SCIREA Journal of Information Science and Systems Science. 2025. Vol. 9, Issue 2, April 2025. P. 60–85. DOI: https://doi.org/10.54647/isss1204.
12. URL: https://www.mdpi.com/2073–431X/12/10/214.
13. Муха Ар.А., Федухин А.В. К вопросу о достоверности функционирования компьютерных систем с квазимостиковой структурой. URL: https://www.immsp.kiev.ua/publications/articles/2019/ 2019_3/ 03_Feduchin_19.pdf.
12
12Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
