Разработка методов синтеза информационно-управляющих систем специального назначения со структурным резервированием
Диссертация
Проведена функциональная декомпозиция вычислительной системы с резервированием, выделены подсистемы, решающие отдельные задачи, обоснована структура связей между подсистемами. Предложена модель для представления структур информационно-управляющих систем с резервированием, позволяющая анализировать процессы распространения отказов в вычислительной системе и выявлять условия, необходимые для… Читать ещё >
Содержание
- СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ТЕРМИНОВ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
- ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
- 1. 1. Анализ требований к надежности и безопасности систем
- 1. 1. 1. Терминология надежности и безопасности
- 1. 1. 2. Основные показатели качества резервированных вычислительных систем
- 1. 2. Основные методы повышения надежности вычислительных систем
- 1. 2. 1. Классификация методов резервирования
- 1. 2. 2. Методы структурного резервирования
- 1. 2. 3. Методы голосования
- 1. 3. Основные методы анализа надежности вычислительных систем и устройств
- 1. 3. 1. Потоки отказов, используемые при анализе надежности
- 1. 3. 2. Логико-вероятностные методы расчета показателей надежности
- 1. 3. 3. Определение показателей надежности с использованием теории случайных процессов
- 1. 4. Архитектуры вычислительных систем со структурным резервированием
- 1. 4. 1. Отказоустойчивый вычислительный кластер
- 1. 4. 2. Архитектура с раздельным резервированием процессора
- 1. 5. Основные методы решения задачи синтеза вычислительной системы
- 1. 5. 1. Применение точных методов для решения задачи синтеза
- 1. 5. 2. Применение эвристических методов для решения задачи синтеза
- 1. 6. Этапы решения задачи синтеза вычислительной системы с резервированием
- 1. 1. Анализ требований к надежности и безопасности систем
- Выводы
- ГЛАВА 2. ФОРМАЛИЗОВАННАЯ МОДЕЛЬ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ СО СТРУКТУРНЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ
- 2. 1. Анализ функциональной организации системы
- 2. 1. 1. Основные задачи информационно-управляющей системы со структурным резервированием
- 2. 1. 2. Функциональный состав системы и ее окружения
- 2. 1. 3. Принципы функционирования подсистемы коммутации и контроля
- 2. 2. Основные предпосылки и примципы построения модели структуры информационно-управляющей системы со структурным резервированием в виде динамического типизированного графа
- 2. 2. 1. Идея использования модели. Требования к модели, основные принципы ее построения
- 2. 2. 2. Иллюстрация представления структуры вычислительной системы графом
- 2. 2. 3. Разбиение вершин па классы и типы
- 2. 2. 4. Изменение состояний вершин и графа
- 2. 3. Правила построения и модификации динамического типизированного графа
- 2. 3. 1. Правила представления системы в виде динамического типизированного графа (группа I)
- 2. 3. 2. Правила соединений вершин динамического типизированного графа (группа II)
- 2. 3. 3. Правила введения типов вершин (группа III)
- 1. > 2.3.4. Правила изменения состояний вершин (группа IV)
- 2. 3. 5. Правила распространения отказа (группа V)
- 2. 3. 6. Правила изменения состояния динамического типизированного графа (группа VI)
- 2. 4. Задача синтеза информационно-управляющей системы специального назначения с использованием динамических типизированных графов
- 2. 4. 1. Общая постановка задачи синтеза
- 2. 4. 2. Представление задачи синтеза в терминах динамических типизированных графов
- 2. 4. 3. Необходимость упорядочения динамических типизированных графов при синтезе
- 2. 1. Анализ функциональной организации системы
- ГЛАВА 3. УПОРЯДОЧЕНИЕ МНОЖЕСТВА ДИНАМИЧЕСКИХ ТИПИЗИРОВАННЫХ ГРАФОВ ПО КРИТЕРИЯМ НАДЕЖНОСТИ, БЕЗОПАСНОСТИ И СТОИМОСТИ
- 3. 1. Отношения порядка на множестве динамических типизированных графов
- 3. 1. 1. Отношения порядка па множестве типов вершин
- 3. 1. 2. Принципы построения графов состояний системы, но динамическому типизированному графу
- 3. 1. 3. Определение отношений порядка на множестве динамических типизированных графов
- 3. 2. 1. Распространение отказа из решающих вершин, лемма
- 3. 2. 2. Состояние динамического типизированного графа при аварии решающей вершины, лемма
- 3. 2. 3. Распространение отказа из формирующих вершин, лемма
- 3. 2. 4. Максимальные элементы по критерию безопасности, теорема
- 3. 2. 5. Динамические типизированные графы с несколькими решающими вершинами
- 3. 3. 1. Устранение избыточных дуг, лемма
- 3. 3. 2. Устранение связей между однотипными вершинами, лемма
- 3. 3. 3. Устранение связей между независимыми участками графа, лемма
- 3. 3. 4. Разбиение на узлы доменов, теорема
- 3. 3. 5. Параметризация доменных структур
- 3. 3. 6. Распространение отказа из парных вершин, лемма
- 3. 3. 7. Распространение отказа из вершин одного типа, теорема
- 3. 3. 8. Варианты оптимальных структур
- 3. 3. 9. Упорядочение множества динамических типизированных графов по комбинированному критерию
- 4. 1. Программа расчета вероятности безотказной работы по динамическому типизированному графу
- 4. 1. 1. Принцип автоматизированного расчета вероятности безотказной работы
- 4. 1. 2. Краткое описание программы расчета
- 4. 1. 3. Расчет показателей надежности варианта масштабируемой системы с резервированием
- 4. 1. 4. Расчет показателей надежности двухдоменной системы
- 4. 2. Сравнительный анализ вариантов доменной организации резервированных систем
- 4. 2. 1. Зависимость показателей надежности и стоимости устройств коммутации и контроля от числа их входов
- 4. 2. 2. Сравнительный анализ структур с изменяющейся устойчивостью доменов
- 4. 2. 3. Сравнительный анализ структур с изменяющимся размером доменов
- 4. 2. 4. Сравнительный анализ структур с изменяющимся числом доменов
- 4. 2. 5. Сравнительный анализ структур с различным распределением устройств между доменами
- 4. 3. Синтез структуры системы с доменной организацией
- 4. 3. 1. Сводка полученных при анализе рекомендаций
- 4. 3. 2. Методика синтеза структур вычислительных систем с доменной организацией
- 5. 1. Функциональный состав и надежностные характеристики узлов системы-прототипа
- 5. 1. 1. Относительные надежностные характеристики компонентов вычислительной системы
- 5. 1. 2. Функциональный состав системы-прототипа
- 5. 1. 3. Подсистема коммутации и контроля
- 5. 1. 4. Функциональный состав высоконадежной платы
- 5. 2. Синтез структуры системы с использованием разработанного подхода
- 5. 2. 1. Выбор количества доменов в системе
- 5. 2. 2. Распределение устройств между доменами
- 5. 2. 3. Структура системы с одним доменом
- 5. 2. 4. Структура системы с двумя доменами
- 5. 2. 5. Обобщенная структура системы с большим количеством доменов
- 5. 2. 6. Структурная схема системы-прототипа
- 5. 3. Требования к устройствам системы-прототипа
- 5. 3. 1. Доменная шина
- 5. 3. 2. Доменный коммутатор
- I. 5.3.3. Контроллер связи
- 5. 4. Основные проблемы доменной организации системы и подходы к их решению
- 5. 4. 1. Проблема синхронизации вычислений
- 5. 4. 2. Проблема конфигурации и реконфигурации системы
- 5. 4. Основные проблемы доменной организации системы и подходы к их решению
Список литературы
- ГОСТ 27.002−89. Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1989. — 39 с.
- ГОСТ ЕН 1070−2003. Межгосударственный стандарт. Безопасность оборудования. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 2003. -23 с.
- ГОСТ ИСО/ТО 12 100−1-2001. Межгосударственный стандарт. Безопасность оборудования. Основные понятия, общие принципы конструирования. Часть 1. Основные термины, методика. М.: Изд-во стандартов, 2001. — 17 с.
- Надежность в технике. Выбор способов и методов резервирования. * Рекомендации Р50−54−82−88. М.: Изд-во стандартов, 1988. — 94 с.
- Авен О.И., Гурин Н. Н., Коган А. Я. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем. М.: Наука, 1982.-464 с.
- Акимов О.Е. Дискретная математика: логика, группы, графы. М.: Лаборатория базовых знаний, 2003. — 376 с.
- Алексеев В.Б., Ложкин С. А. Элементы теории графов, схем и автоматов: Учебное пособие. М.: МГУ, 2000. — 59 с.
- Антонов А.П. Язык описания цифровых устройств AlteraHDL. СПб.: Радиософт, 2001.-224 с.
- Антонов А.П., Мелехин В. Ф., Филиппов А. С. Обзор элементной базы фирмы Altera. СПб.: ЭФО, 1997. — 142 с.
- Ю.Артамонов Г. Т., Тюрин В. Д. Топология сетей ЭВМ и микропроцессорных систем. М.: PC, 1991.-248 с.
- Берж К. Теория графов и ее применения: Пер. с франц. М.: ИЛ, 1962. -(320 с.
- Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные системы. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. — 600 с.
- Ганнетт Дж., Томич А., Катевенис М. и др. Электроника СБИС. Проектирование микроструктур: Пер. с англ. / Под ред. Н. Айспрука. М.: Мир, 1989.-256 с.
- М.Глухих М. И. Расчет показателей надежности по модели структуры вычислительной системы // Вычислительные, измерительные и управляющие системы: сборник научных трудов / под ред. Ю. Б. Сениченкова. СПб.: СПбГПУ, 2005. — С. 57−64.
- Глухих М.И., Максименко С. Л., Мелехин В. Ф. Методология и инструментальные средства создания специализированных процессоров // XXIX неделя науки СПбГТУ. Часть V: Материалы межвузовской научной конференции. СПб.: СПбГТУ, 2000. — С. 36−38.
- Глухих М.И., Мелехин В. Ф. Разработка и исследование * специализированного процессора для отказоустойчивой системы // XXXюбилейная неделя науки СПбГТУ. Часть VII: Материалы межвузовской научной конференции. СПб.: СПбГТУ, 2001. — С. 152.
- Глухих М.И., Мелехин В. Ф. Методика анализа эффективностиархитектуры процессора // XXXII неделя науки СПбГПУ. Часть V:
- Материалы межвузовской научно-технической конференции. СПб.: СПбГПУ, 2003.-С. 76−78.
- Гнеденко Б.В., Беляев Ю. К., Соколов А. Д. Математические методы теории надежности. М.: Наука, 1965. — 524 с.
- Головкин Б.А. Вычислительные системы с большим числом процессоров. М.: PC, 1995.-320 с.
- Горский JI.K. Статистические алгоритмы исследования надежности. М.: Наука, 1970.-400 с.
- Евстигнеев В.Н., Касьянов В. А. Толковый словарь по теории графов. -Новосибирск: НГУ, 1996.-291 с.
- Иванова А.П., Сигал И. Х. Введение в прикладное дискретное программирование. М.: Физматлит, 2002. — 240 с.
- Иыуду К.А. Оптимизация устройств автоматики по критерию надежности. -М.: Энергия, 1966.
- Колесников Е.Д., Мирончиков Е. Т. Декодирование циклических кодов. -М.: Связь, 1968.-251 с.
- Колмогоров А.Н. Об аналитических методах в теории вероятностей // УМН.- 1938. № 5.-С. 5−41.
- Колосов В.Г., Мелехин В. Ф. Проектирование узлов и систем автоматики и вычислительной техники. JL: Энергоатомиздат, 1983. — 256 с.
- Кузьмин Ф.И. Задачи и методы оптимизации показателей надежности. -М.: Сов. радио, 1972. 224 с.
- Курочкин Ю.А., Смирнов А. С., Степанов В. А. Надежность и диагностирование цифровых устройств и систем. СПб.: Издательство СПбГТУ, 1993.-320 с.
- Макаров С.В. Вероятностные расчеты однотактных схем // * Вычислительные системы. 1962. Вып. 4.
- Марков А.А. Исследование замечательного случая зависимых испытаний // Известия Петербургской академии наук. 1907. Том 1. № 3. С. 61−80.
- Мелехин В.Ф. Вычислительные машины, системы и сети: Учебник для вузов / В. Ф. Мелехин, Е. Г. Павловский. М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 555 с.
- Мерекин Ю.В. Решение задач вероятностного расчета однотактных схем методом ортогонализации // Вычислительные системы. 1962. Вып. 5.
- Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях / Под ред. Нечепуренко М. И. Новосибирск: Наука, 1990. — 520 с.
- Нечипоренко В.И. Структурный анализ систем. М.: Сов. радио, 1977. -216с.
- Новиков Ф.А. Дискретная математика для программистов. СПб.: Питер, > 2000.-301 с.
- Носов В.А. Комбинаторика и теория графов: Учебное пособие. М.: МГТУ, 1999.- 116 с.
- Ope О. Теория графов: Пер. с англ. М.: Наука, 1980. — 336 с. 44.0ре О. Графы и их применение: Пер. с англ. М.: Мир, 1965. — 175 с.
- Парфенов Ю.М. Надежность, живучесть и эффективность корабельных энергетических систем. Л.: ВМА, 1989. — 324 с.
- Пирс У. Построение надежных вычислительных машин. М.: Мир, 1968. -270 с.
- Половко A.M. Основы теории надежности. М.: Наука, 1964. — 447 с.
- Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем. М.: Энергия, 1964.-368 с.
- Поспелов И.Г. Разработка и исследование методов анализа и обеспечения отказоустойчивости управляющих иерархических вычислительных систем реального времени. Дис.. канд. техн. наук. М.: 2002. — 156 с.
- Рудометов Е., Рудометов В. Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа. СПб.: Питер, 2000. — 416 с.
- Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. -СПб.: Политехника, 2000. 248 с.
- Рябинин И.А. Основы теории и расчета надежности судовых энергетических систем. Л.: Судостроение, 1967. — 362 с.
- Рябинин И.А., Парфенов Ю. М. Определение «веса» и «значимости» * отдельных элементов при оценке надежности сложной системы // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. — 1978. № 6. — С. 22−32.
- Рябинин И.А., Смирнов А. С. Схемно-логический метод исследования структурной надежности сложных невосстанавливаемых систем // Электричество. 1971. № 5.
- Рябинин И.А., Черкесов Г. Н. Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно-сложных систем. М.: Радио и связь, 1981. — 264с.
- Сенин Д. Использование технологии кластеризации в сетях хранения данных // RM magazine. 2004. #4/5. — С. 66−69.
- Трайон Д. Четырехкратная логика / Методы введения избыточности для вычислительных систем: Пер. с англ. / Под ред. В. С. Пугачева. М.: Сов. радио, 1966.-С. 241−265.
- Федотов Я. Проблемы интегральной электроники // Электронные компоненты. 2000. № 3. — С. 8−11.
- Финк JT.M. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. радио, 1963.-576 с.бО.Французов Д. Оценка производительности вычислительных систем // Открытые системы. 1996. № 2. — С. 58−66.
- Черкесов Т.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. СПб.: Питер, 2005.-480 с.
- Черкесов Т.Н., Можаев А. С. Логико-вероятностные методы расчета надежности структурно-сложных систем // Качество и надежность изделий. Вып. 3 (15).-М.: Знание, 1991.-С. 3−65.
- Черкесов Т.Н., Степанов Ю. В. Логико-вероятностный анализ надежности сложных систем на основе общего решения систем логических уравнений // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2003. № 2. — С. 149−158.
- Черноруцкий И.Г. Методы принятия решений. СПб.: БХВ-Петербург, 2005.-416 с.
- Шеннон К. Математическая теория связи // Работы по теории информации и кибернетике: Пер. с англ. / Под ред. Р. Л. Добрушина и О. В. Ляпунова. -М.: ИЛ, 1963.-С. 243−332.
- Avalon bus interface // Altera corporation, 2005. 90 p.
- Nios development board. Reference manual, Stratix edition // Altera corporation, 2004. 52 p.
- Nios II processor reference handbook // Altera corporation, 2004. 212 p.
- Stratix device handbook (complete two-volume set) // Altera corporation, 2004.- 866 p.
- Armstrong D.B. A General Method of Applying Error Correction to Synchronous Digital Systems // Bell Systems Technical Journal. 1961. #40. Pp. 577−593.
- Chatelet E., Chu C., Yalaoui A. A new dynamic programming method for reliability and redundancy allocation in a parallel-series system // IEEE Transactions on Reliability, Vol. 54, #2, Jun. 2005. Pp. 254−261.
- Forney G.D., Jr. Convolutional codes I: Algebraic structure // IEEE Trans. Inform. Theory. Vol. IT-16, Sept, 1970. — Pp. 720−738.
- Glover F., Laguna M. Tabu search // Kluwer Academic Publishers, Boston, Hardbound. July 1997. — 408 pp.
- Golay, Marcel J.E. Notes on Digital Coding // Proceedings of the IRE. Vol. 37, June, 1949.-Pp. 657.
- Hamming R.W. Error Detecting and Error Correcting Codes // The Bell System
- Technical Journal. 1950. #29. — Pp. 147−161.
- Heimendinger W., Weinstock C. A conceptual framework for system fault tolerance. Pittsburgh (PA): Carnegie Melon University, 1992. — 36 p.
- Johnson Y. The analysis of two fault-tolerant architectures using safety related metrics // International conference on dependable systems and networks. -2003.
- Kuo W., Rajendra Prasad V. An Annotated Overview of System-Reliability Optimization // IEEE Transactions on Reliability, Vol. 49, #2, Jun. 2000. Pp. 176−187.
- Levitin G. Consecutive k-Out-of-r-From-n Systems With Multiple Failure Criteria // IEEE Transactions on Reliability, Vol. 53, #3, Sep. 2004. Pp. 394 400.
- Levitin G., Lisnianski A., Ben-Haim H., Elmakis D. Redundancy Optimization I for Series-Parallel Multi-State Systems // IEEE Transactions on Reliability,
- Vol. 47, #2, Jun. 1998. Pp. 165−172.
- Liang Y., Smith A. An ant colony optimization algorithm for the redundancy allocation problem // IEEE Transactions on Reliability, Vol. 53, #3, Sep. 2004. -Pp. 417−423.
- Single/dual LVDS line receivers with in-path fail-safe // Maxim integrated products. 2002. — 11 p.
- A general design guide for national’s low voltage differential signaling (LVDS) and bus LVDS products: LVDS owner’s manual, 2nd edition // National semiconductor, 2000.- 101 p.
- Pierce W.H. A Proposed System of Redundancy to Improve the Reliability of Digital Computers: Technical Report #1552−1 // Stanford University, Stanford Electron. Labs. 1960.
- Pierce W.H. Improving Reliability of Digital Systems by Redundancy and Adaptation. PhD thesis. Electrical Engineering, Stanford University. 1961.
- Pierce W.H. Interwoven Redundant Logic // J. Franklin Institute. 1964. #277. -Pp. 55−85.
- Rennels D. Fault-Tolerant Computing Concepts and Examples // IEEE Transactions on Computers C-33. #12. Dec. 1984. — Pp. 1116−1129.
- Rodrig M., LaMarca A. Decentralized weighted voting for P2P data management // MobiDE, 2003. Pp. 85−92.
- Scheuer E.M. Reliability of an m-out-of-n System When Component Failure Induces Higher Failure Rates in Survivors // IEEE Transactions on Reliability, Vol. 37, #1, Apr. 1988.-Pp. 73−74.