РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НЕВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ МНОГОКАНАЛЬНЫХ
ДУБЛИРОВАННЫХ КИС
2.1. Структурно-компонентная модель многоканальной дублированной системы
2.1.1. Требования и принципы разработки структурно-компонентной модели. Для
детального исследования надежности многоканальных дублированных КИС (МДС),
уточнения рациональных путей ее повышения и разработки соответствующих методов
и средств необходимо разработать комплекс моделей, которые:
- учитывают особенности структурного (и архитектурного) построения МДС;
- позволяют проанализировать влияние различных компонент МДС (аппаратных и
программных) на надежность системы;
- дают возможность синтезировать множество отказоустойчивых структур
(архитектур), провести их детальное исследование и выбор по заданным
критериям.
В основу разработки такой модели предлагается положить структурно-компонентный
подход, который базируется на анализе систем в двух сечениях:
1) структурно-функциональном, рассматривающим МДС как совокупность
взаимодействующих функциональных элементов. При этом уровень рассмотрения
структуры определяется решаемой задачей – анализом надежности, а следовательно
детализация описания должна обеспечить возможность получения оценок
безотказности (отказоустойчивости), т.е. давать возможность определять влияние
отказов элементов на работоспособность МДС. Эта детализация должна учитывать
также конструктивные особенности реализации таких систем (степень интеграции,
режимы функционирования и т.д.) и ограничения по восстановлению, то есть
целесообразный уровень ремонта (замены) отказавших частей;
2) архитектурно-компонентном, представляющим МДС как программно-аппаратную
систему. В этом сечении необходимо выделить основные программные и аппаратные
компоненты и описать их взаимодействие на уровне, достаточном для решения
задач, связанных с оценкой МДС с различной архитектурой (одно- и
многоверсионных). Степень детализации должна быть достаточной для получения
общих оценок показателей безотказности, отказоустойчивости, а затем и
готовности с учетом различного влияния аппаратных и программных средств всех
основных элементов на работоспособность.
Таким образом, структурно-компонентный подход основывается на
функционально-структурном и архитектурно-компонентном представлении МДС с
выделением базовых составляющих, влияющих на их надежность – основных и
резервных каналов системы, подсистем контроля и реконфигурации с учетом их
программно-аппаратной реализации.
Данный подход к разработке моделей МДС развивает методы описания и анализа
отказоустойчивых систем с многоверсионной архитектурой, предложенные и
исследованные в [97], уточненные и детализированные затем для мажоритарных
систем с одно- и многопараметрической адаптацией [67,92] для различных
приложений.
2.1.2. Структурно-функциональное описание МДС. Структурно-функциональное
описание МДС отражает структурную Str и функциональную Func составляющие
системы, которые включают соответственно:
, (2.1)
где СНij – каналы системы i= (n – четное), j=1,2. Каналы СНij объединяются в
подсистемы SSj, SSj={CHkj, CHk+1}, k=1,3,5,…, n-1;
Compij – средства сравнения результатов, ;
Contr – средства управления структурой;
МС – множество (матрица) связей между элементами структуры;
jF – множество выполняемых структурой функций, определяемых предназначением
системы;
jR, jC, jU, jK – функции резервирования, сравнения (контроля), управления
реконфигурацией и коммутации выходов соответственно.
Между элементами моделей (2.1) существует соответствие, определяемое тем,
какими структурными составляющими реализуются функции:
СНij ~ jF, jR; Compi ~ jC; Contr ~ jU, jK. (2.2)
С учетом (2.1) и (2.2) структурно-функциональную модель МДС в упрощенном виде
при n=4 можно представить на рис.2.1.
Для удобства в дальнейшем будем нумеровать каналы по n не сквозной нумерацией,
а в пределах подсистем. Модель (рис.2.1) характеризуется тремя типами связей:
- информационные, по которым циркулируют данные на выходах каналов СНij - I ij
и на выходах системы - I, показаны сплошными линиями;
- управляющие (сигналы U, пунктирные линии);
- диагностические (сигналы от схем сравнения сi и диагноза D, точечные линии).
Наличие средств ВПК будем описывать wB. Если ВПК содержит все подсистемы, будем
называть его полным.
Элементы, реализующие функции jC, формируют сигналы с1,с2 совпадения (с=0) или
несовпадения (с=1) данных и выполняют функцию в данном случае
внутриподсистемного контроля (ВПК). В соответствии с его результатами
осуществляется реконфигурация структуры.
Функция jU в этом случае может описываться выражением
jU: I = Iij, если , сk =1.
Общий вид структурно-функциональной модели 2n-канальной МДС, в которой отказали
первые i-1 подсистем, показан на рис.2.2.
В соответствии с управляющим сигналом U (функцией коммутации) реализуется и
функция jК.
Диагноз D включает информацию о работоспособности (исправности) системы,
отказавших подсистемах SSi и каналах CHij, а также (при наличии средств
самопроверки) о работоспособности части системы, выполняющей функции
Если части каналов системы не резервируются, т.е.
СНij = {, DCHi} (2.4)
где (DCHi) – резервируемые (нерезервируемые) составляющие, то
структурно-функциональная модель изменяется так, как показано на рис.2.3.
МДС, описываемая моделью на рис.2.1, позволяет обнаружить любой единичный отказ
в каждой подсистеме (отказ одного из каналов) и локализовать отказ любых n-1
подсистем.
Для