Методика повышения надежности функционирования систем, организованных на перепрограммируемых элементах

С развитием сложных систем, построенных на перепрограммируемых элементах, большое внимание отводится надежности, свойству системы выполнять возложенные на нее функции в заданных условиях функционирования с заданными показателями качества. Работоспособность таких системы или отдельных ее частей нарушается как из-за отказов аппаратуры, выхода из строя элементов или соединений, так и из-за целенаправленных воздействий, которым они могут быть подвержены.

Применительно к системам с перепрограммируемыми элементами проблема обеспечения работоспособности таких систем обозначается особенно остро [1–4].

Важнейшая характеристика надежности – интенсивность отказов, определяющая среднее число отказов за единицу времени. Интенсивность отказов зависит от числа элементов и соединений, составляющих систему. Если любой отказ носит катастрофический характер, т.е. приводит к нарушению работоспособности системы, то в простейшем рассмотрении интенсивность отказов в системе Х0 = ^ ”= Xi , где Xi - интенсивность отказов i-го элемента или соединения, а n – число элементов и соединений в системе. Так, в простом случае, если Х0 = 10-2 ч., то в среднем за 100 ч. происходит один отказ. Средний промежуток времени между двумя смежными отказами называется средней наработкой на отказ и равен Т0 = 1/ Х0. Так, если Х0 = 10-2 ч., то наработка на отказ составляет 100 ч. Промежуток времени между отказами – случайные величины со средним значением T0 , которые для простейшего потока отказов часто принимают распределённым по экспоненциальному закону. Очевидно, вероятность того, что за время t произойдет отказ: P(t < x) = 1 - e-t/T0. Так, если T0 = 100 ч., то вероятность того, что в течение 100 ч. работы системы произойдет отказ, P(t < x)« 0,63, и с вероятностью 0,63 отказ произойдет за время, большее 100 ч.

Работоспособность системы, нарушенной в результате отказа, восстанавливается путем проведения соответствующих операций. Восстановление состоит в выявлении причины нарушений работоспособности – диагностики системы и в восстановлении работоспособности путем замены некорректно работающего элемента. Промежуток времени, затрачиваемый на

ВЕСТНИК 2016

ВЕСТНИК 2016

восстановление работоспособности системы, характеризуется временем восстановления. Его длительность зависит от сложности системы, степени совершенства средств диагностики и уровня ремонтопригодности системы. Время восстановления – случайная величина, характеризуемая в простейшем случае средним значением T_n – средним временем восстановления.

С учетом средней наработки на отказ T0 и среднего времени восстановления ТB надежность системы характеризуется коэффициентом T готовности Kr =--0—, определяющим долю

T0 + TB времени, в течение которого система работоспособна.

Значение 1 - K r представляет собой долю времени, в течение которого система неработоспособна, ремонтируется. Так, если K_r = 0,95, то 95% времени система работоспособна и 5% времени затрачивается на ее ремонт. Кроме того, коэффициент готовности определяет вероятность того, что в произвольный момент времени система работоспособна, а значение 1 - K r -вероятность того, что в этот момент времени система находится в состоянии восстановления.

В нашем случае надежность системы может быть повышена за счет применения методики, позволяющей периодически осуществлять кон-

где А _с – матрица смежности (соединений) перепрограммируемых элементов;

В _сс – матрица контрольной суммы смежности (соединений) перепрограммируемых элементов;

А _д – матрица приватности перепрограммируемых элементов;

В _сд – матрица контрольной суммы приватности перепрограммируемых элементов;

А _k – бинарные данные k -го перепрограммируемого элемента;

B _ck – контрольная сумма бинарных данных ck -го перепрограммируемого элемента;

n – количество перепрограммируемых элементов.

Сокращенно формулу проверки можно представить так:

f ( A c , B _cc ) л f ( A д , B сд ) л f ( A k , B _ck ) = 1.

Применение предложенной методики проверки перепрограммируемых элементов позволяет обеспечить повышение коэффициента готовности с K r = 0,95 до K r = 0,99.

За счет особенности работы методики с процессорным временем потенциальная угроза сможет реализовать свою атаку всего на 33%, так как комплекс будет использовать 67% процессорного времени. Соответственно Л ₀ увеличится на 67%, из этого следует, что K_r возрастает и по теоретическим расчетам может превысить прежний коэффициент готовности.

троль перепрограммируемых элементов, а также своевременно выявлять и устранять ошибки, выявленные в перепрограммируемых элементах. В итоге сократится время, в течение которого система неработоспособна.

Предлагаемая методика состоит их следующих элементов:

• 1)    создание контрольных данных;

• 2)    проверка через три блока:

  – блок проверки последовательности соединений перепрограммируемых элементов (сравнивание таблиц смежности);

  – блок проверки доступности перепрограммируемых элементов;

  – блок проверки содержимого перепрограммируемых элементов (бинарных кодов);

• 3)    принятие решений в связи с результатами проверки.

Общая формула проверки будет выглядеть следующим образом:

Рис. 1. График зависимости коэффициента готовности от среднего времени наработки на отказ

(

A c

^x 2,1

x i,1

^x 1,2 0

x i,j -

^x , j

x i 1 'J

^y 2,1

^y i ,1

^y 1,2 0

У.,и

^y 1, j

У -и

A

A

A ( ^A д [ 1 ^- Z - ] == ^B сд [ 1

иД )a( У " A. == У " B& ) = 1, ⁱ           k =1 k     ^ck=1 ^ck

Согласно проведенным исследованиям и расчетам было выяснено, что, следуя рассмотренной методике, можно повысить надёжность и готовность систем, организованных на перепрограммируемых элементах, что является новой и актуальной задачей практики.