Введение к работе
Актуальность темы. Использование вычислительных систем для управления ответственными объектами технологических производств, атомных электростанций, летательных аппаратов обусловливает выдвижение повышенных требований к надежности функционирования этих систем. Учет специфики вычислительной техники привел к трансформации традиционных методов обеспечения надежности в методы обеспечения сбое- и отказоустойчивости. Проверка проектных решений по обеспечению сбое- и отказоустойчивости управляющих вычислительных систем осуществляется на моделях надежности этих систем. Начальный этап развития области моделирования надежности отказоустойчивых управляющих систем (ОУВС), пришедшийся на 80-е годы, характеризовался приложением традиционных моделей и методов анализа надежности к специфичному объекту - ОУВС; современный этап развития требует разработки новых моделей и методов, учитывающих способы управления отказоустойчивостью и порождаемые ими характерные особенности вычислительных систем. Основной особенностью обеспечения надежности ОУВС с программным управлением отказоустойчивостью является наличие специальных программно-аппаратно реализуемых процедур обработки неисправностей. В связи с этим большое значение приобретает разработка моделей и методов анализа надежности ОУВС с учетом специальных процедур обработки основного вида неисправностей вычислительных систем - сбоев.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка моделей надежностного поведения ОУВС с программным управлением отказоустойчивостью с учетом
-многорежимности функционирования и изменения критерия работоспособности этих систем от режима к режиму;
-специальных процедур обработки неисправностей применяемых в подсистемах ОУВС и различающихся в зависимости от вида и режима работы этих подсистем.
Разработанные модели пригодны как для проведения анализа надежности ОУВС и оценки значений широкого спектра
стандартизованных показателей надежности, так и для реали-реализации алгоритмов выбора оптимальныхзначений параметров процедур обработки неисправностей.
Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены с привлечением теории вероятности и марковских случайных процессов, комбинаторных методов теории надежности, вычислительных методов линейной алгебры, методов динамического программирования.
Научная новизна. Сложное надежностное поведение ОУВС с программным управлением отказоустойчивостью требует осуществления декомпозиции модели надежности. Проведенный аналитический обзор известных моделей анализа надежности отказоустойчивых систем позволил сделать вывод о непригодности используемых в них принципов структурной и поведенческой декомпозиции при исследовании ОУВС данного класса.. В связи с этим предложен новый принцип временной декомпозиции модели надежности, позволяющий строить отдельные модели ОУВС для каждого из режимов функционирования, отличающегося надежностным поведением системы, а затем агрегировать юс в единую модель.
На основе принципа временной декомпозиции построена модель анализа надежности ОУВС, учитывающая применяемые в них процедуры обработки неисправностей, специфика которых связана с невозможностью прерывания процесса управления для проведения мероприятий по восстановлению работоспособности.
На построенной модели реализована процедура динамического программирования, позволяющая выбрать оптимальные по критериям максимума средней наработки на отказ и минимума вероятности попадания в состояние опасного отказа - ОУВС параметры процедуры обработки неисправностей для вычислительных машин системы.
Для каналов связи ОУВС с объектом управления предложена комбинаторная модель надежности, новизна которой заключается в учете возможности возникновения одновременного сбоя нескольких устройств связи на одном интервале взаимодействия с объектом.
Для отказоустойчивых систем, допускающих при моделировании надежности использование прішципа поведенческой декомпозиции, предложен метод определения основного параметра модели обработки неисправностей - вероятности успешного завершения выделенного этапа восстановления.
Практическая ценность. Разработанные модели и метода позволяют адекватно описывать надежностное поведение ОУВС и существенно повысить точность оценки показателей надежности ввиду учета специфичных именно для вычислительных систем типов неисправностей и способов восстановления работоспособности.
Реализованная на модели надежности ОУВС оптимизационная процедура позволила выбрать стратегию восстановления вычислительных машин, повышающую среднюю наработку на отказ системы.
На основе предложенных моделей и методов разработан комплекс программ анализа надежности и оптимального выбора параметров процедур восстановления, предназначенный для использования разработчиками ОУВС на этапах технического и рабочего проектирования.
Внедрение. . Результаты диссертационной работы были использованы при. проектировании сбое- и отказоустойчивых вычислительных систем в НИИ НЦ (г.Зеленоград). Исследование надежности этих систем с помощью предложенных моделей и методов позволило
- оценить эффективность' предлагаемых разработчиками
мероприятий по обеспечению надежности;
- выявить и оценить вероятность возникновения комбина
ция неисправностей элементов управляющей системы, приводя
щих к катастрофическим последствиям.
Положительный опыт использования результатов работы подтвержден соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Всесоюзном Совещании "Надежность, живучесть и безопасность автоматизированных комплексов", Суздаль, 1983; Международной конференции
по вычислительным системам и информационной технологии, Австралия, Сидней, 1989; Конференции ШЕКО "Техническая диагностика 89". Прага,1989; VII Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы комплексной автоматизации судовых технических средств", Ленинград, 1989; Научном семинаре "Надежность и качество функционирования систем", Москва/МИИТ, 199Q; Т Всесоюзном Совещании "Надежность, живучесть и безопасность автоматизированных комплексов", Суздаль, 1991; Всесоюзном Совещании "Проблема построения ..-, -перспективных бортовых управляющих вычислительных комплексов", Владивосток, 1991.
Связь диссертации с планом научных работ. Проведенные автором исследования выполнены по плану научно-исследовательских . работ Института проблем управления: тема 73-86/5-25 "Разработка научно-технических основ построения перспективных АСУ ТП и тренажеров для АЭС"; тема 72-88/12,5 "Развитие фундаментальных исследований и решение прикладных задач обеспечения надежности технических средств и систем управления, разрабатываемых предприятиями МИНприбора"; договор ИЛУ с НИИ НЦ г.Зеленоград № 173-90/05 "Исследование и разработка моделей, методов и программного обеспечения анализа надежностных характеристик отказоустойчивых и сбоеустойчивых конфигураций вычислительных комплексов"; тема 305-92/05 "Исследование механизмов обеспечения отказо-и сбоеустойчивости вычислительных систем и разработка принципов построения надежностных моделей".
Публикации. Автором опубликовано 11 научных работ по теме диссертации.
Структура и объем работы, диссертационная работа состоит из 5 глав и приложения и содержит 130 страниц печатного текста, 34 рисунка, 5 таблиц.