АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ МУЛЬТИВЕРСИОННЫХ АРХИТЕКТУР АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Авторы
Файлы

Антамошкин О.А. Дегтерев А.C. Русаков М.А. Усольцев А.А. Статья в формате PDF 122 KB На сегодняшний день достаточно сложно с большой точностью оценить надежность какого-либо информационно управляемого аппаратно - программного комплекса. Сбои происходящие в аппаратном обеспечении не могут быть заменены функциями программного обеспечения и наоборот. Анализируя бортовые аппаратно-программные комплексы, следует отметить, что механизмы распространения сбоев оказываются достаточно сложными, а последствия, как правило, трудными или невозможными для прогнозирования [1].

Существует множество моделей оценки как надежности аппаратного, так и надежности программного обеспечения [1-4]. В статье рассматривается одна из моделей, объединяющая в себе мультиверсионную избыточность аппаратной и программной части, используемую для повышения надежности аппаратно-программного комплекса (АПК) в целом.

Иерархическое представление АПК приведено на рисунке 1. Программная система состоит из набора программных модулей. Программные модули выполняют функции посредством выполнения наборов инструкций микропроцессора (или микропроцессоров). Аппаратные компоненты - микропроцессоры, память и другие устройства, непосредственно участвующие в выполнении инструкций.

Рисунок 1. Иерархическое представление АПК

Предполагается, что во время простоя системы сбоев не происходит. Кроме того, когда уровни сбоя аппаратных компонент постоянны и в программном обеспечении отсутствуют сбои, то уровень сбоя одной инструкции может быть определен как произведение суммы уровней сбоя аппаратных компонент на время выполнения инструкции [1]:

, (1)

где - время необходимое для выполнения j-й инструкции.

Уровень сбоя в программном модуле можно определить как:

, (2)

где - вероятность использования модуля, - общее количество инструкций j в k-м модуле. Здесь определяется операционным профилем архитектуры ПО [2].

Уровень сбоя всей системы определим по формуле:

. (3)

Как известно ПО, функционирующего без сбоев, пpaктически не бывает. Поэтому формула (3) может быть легко преобразована в выражение, учитывающее сбои в программном обеспечении (без использования отказоустойчивости в аппаратном обеспечении).

. (4)

Это значение может быть определено путем тестирования ПО.

Более того, формула (4) может быть расширена до следующего вида:

, (5)

где коэффициент С определяется как отношение количества сбоев, устраненных отказоустойчивой системой, к общему количеству сбоев в системе. Данный коэффициент не имеет математического описания и получается опытным путем, например, с использованием имитации сбоев и ошибок в системе [2].

Анализ результатов

В заключение в качестве иллюстрации рассмотрим следующий пример.

Предположим, что в АПК возможно применение аппаратной избыточности (дублирования) и мультиверсионной избыточности ПО.

Исходные данные имеют следующие обозначения:

количество процессоров: M;
количество версий ПО: N;
надежность одного аппаратного модуля: Pi , (i=1,..., M);
стоимость одного аппаратного модуля: Срi , (i=1,..., M);
надежность одной версии ПО: Rj, (j=1,..., N);
стоимость одной версии ПО: Сrj, (j=1,..., N);
среднее время появления сбоя [3] MTTF= max(MTTFj), (j=1,..., N).

Надежность аппаратно-программного комплекса:

(6)

Стоимость аппаратно-программного комплекса:

(7)

Таблица 1. Пример расчета надежности АПК для разных вариантов архитектур ПО

	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3	Вариант 4
M	1	3	1	3
Pi	0,9	0,9	0,9	0,9
Cpi	500	500	500	500
N	1	1	3	3
Rj	0,8	0,8	0,8	0,8
Crj	200	200	200	200
W	0,720	0,799	0,893	0,991
C	700	1700	1100	2100

Из приведенной таблицы видно, что самый надежный вариант - последний, однако, очевидно, он же обладает и максимальной стоимостью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Jong Gyun Choi, Hyun Gook Kang. "Reliability Estimation of Nuclear Digital I&C System using Software Functional Block Diagram and Control Flow". FastAbstract ISSRE Copyright 2000.
Telmo Menezes, Diamantino Costa. "On the Extention of Exeption to Support Software Fault Models". FastAbstract ISSRE Copyright 2000.
Ковалев И.В., Юнусов Р.В. Оценка надежности аппаратно-программного информационно-управляющего комплекса. САКС-2002: Тез. докл. Междунар. науч.-пpaкт. конф. (6-7 дек. 2002, Красноярск)/ СибГАУ. Красноярск, 2002. С. 352-353.
Ковалев И.В., Алимханов А.М., Юнусов Р.В. Мультиверсионный метод повышения качества программно-информационных технологий для корпоративных структур//Россия в III тысячелетии: Сборник научных трудов по материалам Всероссийской научной конференции/ Изд-во АМБ, Екатеринбург, 2002. С. 171-173.

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕВОДЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ В ДИАХРОНИЧЕСКОМ ПЕРЕВОДЕ (НА МАТЕРИАЛЕ ТЕКСТОВ СРЕДНЕАНГЛИЙСКОГО И РАННЕНОВОАНГЛИЙСКОГО ПЕРИОДОВ)

Статья в формате PDF 303 KB...

10 08 2026 14:30:30

Структурный анализ и описание прострaнcтвенного смесительного механизма

Статья в формате PDF 301 KB...

09 08 2026 10:43:50

ЗЕМЕЛЬНЫЕ ОТНОШЕНИЯГЛАВНЫЙ ВОПРОС АГРАРНОЙ РЕФОРМЫ В КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ

Аграрная реформа высветила многие проблемы, носящие хаpaктер долговременного действия на экономику России и, в частности, на ее агропромышленный комплекс, от успешного развития которого зависит продовольственная безопасность страны и жизненный уровень населения. К их числу относится и проблема земельных отношений. ...

08 08 2026 6:10:30

СТРУЙНОЕ ДЕМПФИРОВАНИЕ

Статья в формате PDF 125 KB...

07 08 2026 11:58:18

ВТОРИЧНЫЕ ПРОДУКТЫ УБОЯ ЖИВОТНЫХ В ПРОЕКТИРОВАНИИ КИСЛОРОДНЫХ КОКТЕЙЛЕЙ КАК ИННОВАЦИОННЫХ ПРОДУКТОВ

Статья в формате PDF 253 KB...

06 08 2026 17:17:27

ВЛИЯНИЕ КЛИНИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ ИЗОЛЯТОВ CANDIDA SPP. НА АКТИВНОСТЬ ФАГОЦИТИРУЮЩИХ КЛЕТОК ЗДОРОВЫХ ЛИЦ

Статья в формате PDF 147 KB...

05 08 2026 23:29:10

Структурные особенности лимфангионов некоторых органов пищеварительной системы овцы в постнатальном онтогенезе

Статья в формате PDF 120 KB...

04 08 2026 21:39:58

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ГЕМОСТАЗА И СОСТОЯНИЯ МИОКАРДА ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА В СИСТОЛУ И В ДИАСТОЛУ У БОЛЬНЫХ ГИПЕРТОНИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНЬЮ И СТЕНОКАРДИЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ III ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КЛАССА

Статья в формате PDF 126 KB...

03 08 2026 6:18:50

ДИНАМИЧЕСКАЯ ЭХОГИСТОГРАФИЯ РАНЕВОГО ПРОЦЕССА В ПРЕДУПРЕЖДЕНИИ И ГЕНЕРАЛИЗАЦИИ ИНФЕКЦИОННЫХ ОСЛОЖНЕНИЙ В ПОСЛЕОПЕРАЦИОННОЙ РАНЕ

Статья в формате PDF 112 KB...

02 08 2026 13:36:57

ВОДА – НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ В ВОЛНОВОЙ ГЕНЕТИКЕ

Статья в формате PDF 101 KB...

01 08 2026 22:50:35

Нарушения фагоцитарного звена системы антиинфекционной защиты при экспериментальном холангите и панкреатите

Статья в формате PDF 123 KB...

31 07 2026 4:27:55

КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ПОКАЗАТЕЛЯМИ ГЕМОСТАЗА, ЛИПИДНОГО ОБМЕНА И КАРДИОГЕМОДИНАМИКИ У БОЛЬНЫХ ГИПЕРТОНИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНЬЮ 3 СТАДИИ, СОЧЕТАЮЩЕЙСЯ СО СТЕНОКАРДИЕЙ 3 ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КЛАССА, ОСЛОЖНЕННОЙ ПОСТОЯННОЙ ФОРМОЙ ФИБРИЛЛЯЦИИ ПРЕДСЕРДИЙ

Статья в формате PDF 109 KB...

30 07 2026 19:24:50

КОРПОРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В НЕПУБЛИЧНЫХ КОМПАНИЯХ

Статья в формате PDF 141 KB...

29 07 2026 22:54:49

САМОСТОЯТЕЛЬНОСТЬ СТУДЕНТОВ КАК ФАКТОР УСПЕШНОСТИ В БУДУЩЕЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Статья в формате PDF 257 KB...

28 07 2026 19:17:23

ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА МЯСНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ПОСЛЕ «ШОКОВЫХ» УСЛОВИЙ ЗАМОРАЖИВАНИЯ

Статья в формате PDF 219 KB...

27 07 2026 3:43:18

Концепция ноосферы вернадского и проблемы коэволюции

Статья в формате PDF 334 KB...

26 07 2026 23:21:53

Кристаллографические методы исследования cпepматозоидов крыс при воздействии несимметричного диметилгидразина (НДМГ)

Для определения возможности использования кристаллографического метода в оценке нарушений cпepматогенеза при действии химических факторов были изучены кристаллограммы лизата cпepматозоидов крыс после введения НДМГ в дозах 5, 25, 40 и 70 мг/кг. Экспериментальные исследования проводились на белых крысах-самцах. Анализ тезиограмм показал превалирование нарушений с увеличением введенной дозы НДМГ, начальные нарушения выявляются на ранних сроках, во всех диапазонах доз НДМГ. Максимальные нарушения прослеживаются при острой интоксикации в дозе 70 мг/кг и сроке 24 часа, о чем свидетельствует увеличение центров кристаллизации, формированием грубых монокристаллов и поликристаллов. Изменения кристаллоографической картины в тезиограммах лизата cпepмы крыс свидетельствуют о метаболических изменениях в cпepматозоидах, развивающихся в ответ на действие НДМГ, что позволяет рекомендовать кристаллографические методы для оценки действия репродуктивных токсикантов и они могут служить индикаторами функционального состояния организма. ...