Л екция 5. Резервирование, как метод повышения надежности систем автоматизации.

 

Создать надежную систему из ненадежных элементов можно, применив избыточность, одним из видов которой - резервирование. Существует множество схем резервирования. Все они отличаются по следующим главным параметрам:

1.Временем переключения на резерв, включая время обнаружения отказа,

2.Достигаемому значению ВБР.

Самые высокие значения ВБР обеспечиваются в схемах резервирования замещением с холодным резервом, но эти схемы страдают самым большим временем переключения на резерв.

Но во многих приложениях жесткого реального времени, где желательно поддерживать непрерывную работу системы в том числе и при отказах составляющих систему элементов, время переключения на резерв - важный параметр и должен укладываться в «работу в реальном времени». При этом перед переходом на резерв надо убедится в наличии отказа и провести его локализацию. Все это делает выбор схемы резервирования непростым делом.

Включение резервного оборудования замещением. Холодное и горячее резервирование.

 

При вариантах «холодного» резервирования резервное оборудование находится в выключенном состоянии и включается только при подключении резерва в работу. До включения резервного оборудования его ресурс не расходуется, и «холодное» резервирование дает самую большую ВБР.

Недостаток холодного резервирования – включение резервной аппаратуры проходит за некоторое время, в течение которого система не управляется или неработоспособна. На этом интервале ввода в строй «холодной» резервной аппаратуры источники питания выходят на режим, аппаратура тестируется, прогревается. В нее загружается необходимая информация.

В случае «горячего» резервирования все резервные элементы ЦВМ включены и готовы сразу после команды включиться в работу. Это может обеспечить меньшее время переключения на резерв. Однако ресурс включенной резервной «горячей» аппаратуры расходуется и достижимая ВБР в этом методе меньше, чем в случае «холодного» резервирования. Время переключения на резерв – важный параметр, и допустимые его значения определяются конкретной прикладной задачей.

Для системы дублированной замещением с холодным резервом ВБР равна:

Данное приближение справедливо для ВБР . Использование дублирования с холодным замещением в нашем примере ЦВМ из 100 БИС с

на каждую ВБР за один год непрерывной работы будет равна

Рдуб.х = 1 – 0, 01 = 0, 99. Вместо 0.9 для нерезервированной системы.

Таким образом, простое дублирование ЦВМ приводит значение её ВБР в желаемые рамки.

Для системы троированной замещением с холодным резервом ВБР равна:

И для нашего примера ЦВМ будет иметь значение ВБР

Ртр.х.= 0, 995

Для системы дублированной замещением с горячим резервом ВБР равна:

И для нашего примера ЦВМ будет иметь значение ВБР

Рдб.г.= 0, 99

Для системы троированной замещением с горячим резервом ВБР равна:

На графике приведены изменения Р(t) для трех случаев:

1) нерезервированная система

2) система дублированная с холодным резервом

3) система дублированная с горячим резервом

 

Сравнительный анализ схем резервирования по ВБР. Относительное время t

 

 

 

Изменение ВБР представлены в относительном времени . Это удобно, так как графики справедливы для любого . Здесь –

интенсивность отказов системы Для последовательной надежностной схемы.

интенсивность отказа элементов, составляющих систему.

Красным цветом отмечено изменение ВБР по t для нерезервированной системы.

Горячее резервирование троированием с восстанавливающими органами (с мажоритарными элементами).

Этот метод реализует горячее резервирование с восстановлением информации на мажоритарных элементах с голосованием по большинству.

Мажоритарный элемент – логическое устройство, работающее по большинству. Если у него на входе 011, 110, 101, 111, то на выходе у него1. Если у него на входе 001, 010, 100, 000, то на выходе у него 0.

Мажоритарный элемент (МЭ) одновременно решает задачи обнаружения отказа - выход одного из элементов отличается от двух других и подключения резервного. В случае последовательно соединения таких мажорированных троек элементов обеспечивается восстановление информации во всех элементах после отказавшего.

Система работоспособна, когда или все каналы работоспособны, или два из трех любых (таких сочетаний три) каналов работоспособны.

 

Здесь Р1 – ВБР каждого канала троированной системы.

Данная схема хороша не своей высокой ВБР (ВБР у систем с холодным и горячим резервированием замещением выше), а тем, что функции контроля и подключения резерва выполняются одновременно и автоматически на уровне МЭ. Специализированный мажоритарный контроль идет побитно над результатом каждой машинной операции. Здесь сами МЭ не резервированы и это недостаток примененной схемы.

В ЦВМ, резервированных по схеме троирования с мажоритарными органами, мажорированию подвергаются все разряды (поразрядно) передаваемого по шине данных числа, выбираемого из памяти или записываемого в память числа и т.п. По данным нашего примера ВБР ЦВМ с одним мажоритарным органом после выходного регистра имеет значение

Ртр.мж = 0, 972

 

Горячее резервирование троированием с резервированными

мажоритарными органами

 

Часто применяется схема с резервированием также и МЭ.

 

 

Здесь Р₁ – ВБР узлов системы.

На самом деле в данной схеме ВБР несколько выше, так как возможна следующая ситуация: один канал застрял в 0, другой в 1, третий работает и все нормально, так как мажорирование происходит то с одним отказавшим каналом, то с другим. Такая возможность работы при отказе двух каналов из трех в расчетной формуле не предусмотрена.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: