Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2021

Идентификатор DOI: 10.18698/0236-3933-2021-4-41-58

Ключевые слова: аппаратно-программный комплекс, модель, надежность, системы управления реального времени, теория массового обслуживания, мультиверсионное программирование

Аннотация: Надежность является критически важным параметром систем управления реального времени. На практике надежность аппаратно-программных комплексов, входящих в подобные системы, обеспечивается за счет создания избыточности аппаратных компонентов и мультиверсионного подхода к разработке программного обеспечения. Но избыточное резервирование аппаратных устройств и слишком большое число версий программного обеспечения могут привести к неоправданному росту стоимости создания и эксплуатации проектируемой системы управления. Рациональный подход к проектированию требует создания модели, позволяющей оценить надежность различных конфигураций аппаратно-программного комплекса на этапе проектирования. Предложена математическая модель надежности аппаратно-программных комплексов систем управления реального времени, построенная с использованием математического аппарата теории массового обслуживания и представляющая собой систему дифференциальных уравнений для вероятностей нахождения состояний системы, в которых неисправны те или иные компоненты аппаратно-программного комплекса. Из системы дифференциальных уравнений получена система линейных алгебраических уравнений для вероятностей состояний в установившемся режиме. Приведено аналитическое решение данной системы, что позволяет оценить надежность многопроцессорных аппаратно-программных комплексов с мультиверсионным программным обеспечением без существенных затрат вычислительных ресурсов. Приведены возможности использования полученных результатов для оптимизации надежности многопроцессорных аппаратно-программных комплексов с мультиверсионным программным обеспечением и предложены направления дальнейших исследований Reliability is a critical parameter of real-time control systems. In practice, the reliability of hardware and software complexes included in such systems, is ensured by creating redundancy of hardware components and a multi-version approach to software development. But the redundant reservation of hardware devices and too many versions of software can lead to unjustified growth in the cost of creating and operating the projected control system. A rational approach to the design requires the creation of a model, which allows evaluating the reliability of different hardware and software complex configurations at the design stage. We proposed a mathematical reliability model of hardware and software complexes of real-time control systems, built with the use of mathematical apparatus of the queueing theory, which is a system of differential equations for the probability of finding states in the system, in which one or another component of the hardware and software complex is faulty. From the system of differential equations, the system of linear algebraic equations for probabilities of states in a steady-state mode was obtained. An analytical solution of this system is given, which allows us to evaluate the reliability of multiprocessor hardware-software complexes with multi-version software without significant expenditure of computational resources. Possibilities of using the results obtained to optimize the reliability of multiprocessor hardware-software complexes with multi-version software are presented and directions for further research are proposed

Журнал: Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Приборостроение

Выпуск журнала: № 4

Номера страниц: 41-58

ISSN журнала: 02363933

Место издания: Москва

Издатель: Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

• Ефимов С.Н. (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
• Терсков В.А. (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
• Галушин П.В. (СибЮИ МВД России)
• Ярков К.В. (КрИЖТ ИрГУПС)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК