Методика и средства обеспечения отказоустойчивости бортовых вычислительных систем реального времени

• Автор: Ле Куанг Минь
• Шифр специальности: 05.13.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
1.1. Анализ методов, обеспечения отказоустойчивости и живучести вычислительных систем

1.2. Воздействие ионизирующих излучений на элементы бортовых вычислительных систем

1.3. Применение метода активной защиты от отказов в задаче обеспечения отказоустойчивости вычислительных систем

1.4. Математическая модель оценки надежности вычислительных систем

1.5. Формальная постановка задач исследования

1.6. Выводы
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
2.1. Оценка вероятности безотказной работы системы в условиях воздействия ионизирующих излучений

2.2Влияние ионизирующих излучений на надежность традиционных схем резервирования

2.2.1. Резервирование з ненагруженном режиме
2.2.2. Резервирование в нагруженном режиме
2.2.3. Резервирование в сеансовом режиме
2.3.Организация режима принудительного переключения в системах резервирования в нагруженном режиме
2.4. Анализ и оценка эффективности резервирования
2.5. Оптимальное резервирование в отказоустойчивых вычислительных системах
2.6. Методика построения ОУВС, использующая резервирование и режим принудительного переключения резервных элементов
2.7. Выводы
ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ АКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОТКАЗОВ В БОРТОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
3.1. Организация активной защиты от отказов в бортовых вычислительных системах
3.2. Организация режима принудительного переключения в системах активной защиты от отказов
3.3. Оценка эффективности активной защиты от отказов в иерархических вычислительных системах
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТЕЙ И ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
4.1. Разработка модели надежности и методики построения ОУВС
4.1.1. Выбор количества структурных параметров системы каноническим методом
4.1.2. Модель системы в ненагруженном режиме работы с учетом полноты контроля и восстановления
4.1.3. Модель системы в нагруженном режиме без аппаратной деградации с учетом полноты контроля и восстановления
4.1.4. Модель системы в ненагруженном режиме без аппаратной деградации с учетом полноты контроля и восстановления
4.1.5. Методика построения ОУВС, использующая механизм активной защиты и режим принудительного переключения резервных моду
4.2. Исследование показателей надежности и отказоустойчивости на
модели ОУВС
4.3. Разработка алгоритма расчета надежности систем
4.4. Оценка показателей надежности ОУВС бортового Фурьеспектрометра
4.5. Выводы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Методы исследования, использованные в процессе выполнения диссертационной работы имитационное моделирование, применение аппарата теории вероятностей, комбинаторного анализа, теории графов, теории случайных процессов марковские и полумарковские процессы, теории надежности технических систем. ВБР активной защиты от отказов в общем случае для любого числа основных и дополнительных вычислительных модулей, позволяющие обосновано выбирать структуру системы исходя из заданного значения вероятности безотказной работы. Практическая ценность Ценность полученных в работе результатов состоит в том, что разработанная методика и средства организации активной защиты от отказов и принудительного переключения резервных комплектов в бортовых вычислительных системах могут быть приняты при разработке отказоустойчивых вычислительных систем, при проектировании и построении бортовых вычислительных систем для космического аппарата в условиях водействия низкоинтенсивных ионизирующих излучений. Внедрение результатов работы Полученные в диссертации результаты использованы в НИИ информатики и систем управления МГТУ им. Н.Э. Баумана при выполнении работы по созданию отказоустойчивой цифровой вычислительной системы для бортового Фурьеспектрометра, предназначенного для длительного использования в составе научной аппаратуры космического аппарата Метеор3 М. Исходя из заданных требований надежности ко всему прибору, путем моделирования с использованием разработанных в диссертации методов и алгоритмов были выработаны рекомендации по построению отказоустойчивой цифровой вычислительной системы для бортового Фурьеспектрометра. Апробация работы и публикации. Тема и содержание диссертации отражены в 5 научных работах, из них по списку ВАК 1 работа. Основные положения и результаты работы заслушивались и обсуждались на научнотехнических семинарах и заседаниях секции кафедры Компьютерные системы и сети МГТУ им. Н.Э. Баумана, на научнотехнической конференции в МГТУ им. Н.Э. Объем и структура диссертации. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, список литературы из 3 наименований. Основная часть диссертационной работы изложена на 4 страницах и содержит рисунки и таблиц. Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, обоснованы научная новизна и практическая ценность исследований. В первой главе были проанализированы концепции обеспечения отказоустойчивости вычислительных систем и метод применения АЗ. Проведен анализ методов обеспечения отказоустойчивости и живучести вычислительных систем, приведший к необходимости динамической реконфигурации систем. Рассмотрены проблемы воздействия ИИ на ИМС КМОПструктуры, в результате чего была показана необходимость разработки методов обеспечения отказоустойчивости на основе реконфигурации для предотвращения сбоя или отказа элементов системы, вызванных воздействием ИИ. В третьей главе проведены организации активной защиты от отказов в бортовых вычислительных системах реального времени. Рассмотрены разные способы формирования пар вычислительных модулей. Рассмотрены и даны оценки эффективности применения ЛЗ в иерархической вычислительной системе. В четвертой главе проведены моделирования и оценки показателей надежности ОУВС. Были разработаны модели, описывающие надежность различных систем с учетом влияния степени полноты контроля и восстановления. На базе этих моделей был разработан комплекс алгоритмов и программ, позволяющих исследовать влияние параметров системы на ее надежностные характеристики. Получены аналитические выражения для вероятности безотказной работы ВБР системы АЗ в общем случае для любых количеств основных и дополнительных вычислительных модулей, позволяющие обосновано выбирать структуру системы исходя из заданной ВБР. На основе предложенных моделей и алгоритмов в результате моделирования были выработаны рекомендации по построению отказоустойчивой цифровой вычислительной системы Фурьеспектрометра. В Заключении делаются выводы о проведенной работе обобщаются полученные в работе научные результатов. Даются рекомендации по возможности использования результатов работы при построении ОУВС.