РАЗДЕЛ 2
ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ
СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
2.1. Особенности оценки надежности УУР
Процесс функционирования УУР в информационных сетях представляет собой совокупность действий отдельных объектов, направленных на выполнение определенного круга задач. При этом можно говорить о качестве работы УУР и оценивать его показателями качества, представляющими собой некоторую совокупность численных характеристик, определяющих степень приспособленности указанного устройства к выполнению возложенных на него задач.
Один из важнейших показателей УУР в информационных сетях ? надежность.
Надежность ? свойство, обеспечивающее возможность выполнения какой-либо системой (устройством, объектом, элементом) заданных функций с заданными характеристиками в течение заданного интервала времени при заданных эксплуатационных условиях.
Как показывает анализ сложных технических систем, к которым относятся УУР, задача обеспечения необходимого уровня надежности носит, в основном, экономический характер [18, 34]. При этом одной из основных является задача правильного распределения вкладываемых средств с точки зрения обеспечения желаемого результата [17].
Следует отметить, что пути обеспечения надежности далеко не очевидны и требуют проведения ряда исследований, связанных с особенностями функционирования рассматриваемых систем управления [27], оценкой влияния надежности на функционирование этих систем [28], оценкой влияния надежности отдельных составляющих на надежность системы в целом [29]. Определяющим фактором в оценке надежности является правильный учет последствий с точки зрения конечного эффекта функционирования управляющей системы, к которым приводят отказы тех или иных ее объектов [30, 31].
Особенности УУР как одного из основных объектов, обеспечивающего функционирование информационной сети, проявляются в определенной степени и при решении вопроса обеспечения необходимого уровня надежности [44...48, 50...52] самих УУР, причем эти особенности проявляются как на этапе оценки аппаратной надежности, так и при расчете функциональной надежности [49, 54]. Остановимся на этом вопросе более подробно.
В связи с развитием процессорной техники и расширением ее использования в системах управления в виде отдельных устройств, стало возможным рассматривать информационные сети как программируемые многофункциональные системы и, следовательно, значительно расширить круг задач, решаемых одними и теми же аппаратными средствами [53]. Все это в конечном итоге делает возможным построение вычислительных систем, обеспечивающих высокую надежность, производительность и эффективность использования оборудования. Такие системы относятся к классу высоконадежных и рассчитаны на длительное функционирование, в течение которого возможны многократные сбои, отказы, восстановления и замена практически всех элементов системы, что и обеспечивает УУР [55].
К сбоям относятся любые искажения информации, перерабатываемой в УУР [56, 57]. В зависимости от типа применяемых аппаратных средств, а также от характера программного обеспечения и перерабатываемой информации сбои могут быть самыми разнообразными по форме проявления и влиянию на работу УУР. Подробную классификацию сбойных явлений в сложных устройствах можно получить, проанализировав [56, 101...103].
Из всех сбойных явлений непосредственному учету в показателях надежности подлежат только отказы сбойного характера.
К отказам сбойного характера относятся такие нарушения хода управляющей программы, которые, несмотря на применение соответствующих средств, приводят к срыву решения задачи или снижению эффективности ее выполнения ниже допустимого уровня. Это связано с тем, что вычислительные комплексы представляют собой многофункциональные многоканальные технические системы, способные функционировать не только в состоянии полной работоспособности с номинальной эффективностью, но и в других работоспособных состояниях с пониженной эффективностью, в состояниях так называемых частичных отказов. Простота изменения структуры системы позволяет в случае отказа отдельных модулей организовать перераспределение нагрузки между работоспособными, обеспечив тем самым выполнение наиболее важных для системы функций [56, 60].
Следует иметь в виду, что надежность УУР определяется надежностью аппаратной части и надежностью программного обеспечения, зависящего от числа не выявленных в программах ошибок. Программная и аппаратная компоненты системы подвержены случайным отказам и являются независимыми. Поэтому результирующая надежность системы представляется произведением надежностей аппаратной и программной частей [58, 62].
Для рассматриваемых систем управления резервом характерны еще некоторые особенности, обусловленные характером выполняемых функций. Так, в частности, системы, относящиеся к классу систем защиты и автоматики, функционируют в режиме длительного ожидания прихода случайных дискретных требований на переключение [58, 59, 66]. При этом ставится задача обеспечения не только требуемой степени надежности переключения УУР при возникновении аварийных ситуаций в защищаемой зоне, но и высокой надежности несрабатывания системы. К этой категории относится отсутствие излишних переключений при коротких замыканиях в сети электропитания, внешних по отношению к защищаемой зоне, отсутствие ложных переключений в нормальных режимах работы информационной сети и другие параметры, характерные для сети в целом, но не для УУР в частности. Это создает возможность путем реализации периодических тестовых программных проверок выявлять отказы переключения, а также несрабатывания УУР до прихода соответствующих требований. При этом в системе автоматически перераспределяются функции между элементами, оставшимися в работе, с целью обеспечения выполнения необходимых функций такой системой, а отказавший элемент выводится из работы для последующего восстановления.
2.2. Методы оценки надежности
Как было раньше отмечено, применяющи