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.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРАТЕГИЧЕСКИ ПЕРЕЛОМНЫХ МОМЕНТОВ В КОНТЕКСТЕ АНТИКРИЗИСНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Статья в формате PDF 273 KB...

01 07 2026 19:34:58

АНАТОМИЯ ПОЯСНИЧНЫХ СТВОЛОВ БЕЛОЙ КРЫСЫ

Статья в формате PDF 115 KB...

30 06 2026 11:46:27

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ УРОВЕНЬ ОТВЕТСТВЕННОСТИ БУДУЩИХ ИНЖЕНЕРОВ ЗА СОБСТВЕННОЕ ЗДОРОВЬЕ

Статья в формате PDF 361 KB...

29 06 2026 0:49:27

ИЗМЕНЕНИЕ РЕГИОНАРНОЙ СОКРАТИМОСТИ ЛЕВОГО ЖЕЛУДОЧКА У БОЛЬНЫХ ОСТРЫМ ИНФАРКТОМ МИОКАРДА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАННИХ ВЕЛОЭРГОМЕТРИЧЕСКИХ ТРЕНИРОВОК НА СТАЦИОНАРНОМ ЭТАПЕ РЕАБИЛИТАЦИИ

Статья в формате PDF 121 KB...

28 06 2026 23:56:15

РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СПЛАВОВ ТЕРБИЙ-МАГНИЙ С Р-ЭЛЕМЕНТАМИ III-ГРУППЫ

Статья в формате PDF 115 KB...

27 06 2026 12:14:43

ГИДРОЛИЗОВАННЫЙ КОЛЛАГЕН – АНАЛОГ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Статья в формате PDF 284 KB...

26 06 2026 10:44:19

ХРОНИЧЕСКИЙ АЛКОГОЛЬНЫЙ ГЕПАТИТ КАК ФОРМА АЛКОГОЛЬНОЙ БОЛЕЗНИ ПЕЧЕНИ

Статья в формате PDF 112 KB...

25 06 2026 18:58:23

ЭКСПРЕССНЫЙ КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ НАСЫЩЕННОЙ МЕЛАССЫ САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Статья в формате PDF 96 KB...

24 06 2026 18:48:44

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ЛАНДШАФТЫ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ СЕХИ

Статья в формате PDF 292 KB...

23 06 2026 5:33:35

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГРАВИЛАТА ГОРОДСКОГО И ГРАВИЛАТА РЕЧНОГО В КАЧЕСТВЕ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Благодаря образованию сплошных посадок во многих районах Белгородской области и повсеместному произрастанию преимущественно на нарушенных местообитаниях, гравилаты могут стать хорошим подспорьем в заготовке трав на корма, особенно в неурожайные засушливые годы. Гравилат городской и гравилат речной имеют следующие хаpaктеристики по питательности кормов: протеин 10,50, 8,31 % соответственно, жир – 2,81, 373 %, редуцирующие сахара – 1,11, 2,39 %, каротин – 37,44, 24,13 мг/кг, витамин Е – 278, 250 мг/кг, витамин С – 352,0, 394,0 мг/кг, витамин А – 18,5, 25,71 мг/кг, основные микроэлементы в достаточно большом объёме. Железа у гравилата городского – 52,2 мг/кг, гравилата речного – 34,72 мг/кг, марганца – 14,53; 6,7 мг/кг соответственно, меди – 2,1; 1,35 мг/кг, цинка – 10,03; 4,7 мг/кг. Кроме этих микроэлементов содержатся другие минеральные вещества в следующих соотношениях: гравилат городской – массовая доля кальция – 0,40 %, фосфора – 0,074 %, магния – 0,15 %, натрия – 0,009 %, калия – 0,57 %, серы – 0,072 %; гравилат речной – кальций – 0,73 %, фосфор – 0,06 %, магний – 0,13 %, натрий – 0,011 %, калий – 0,62 %, сера – 0,08 %. ...

22 06 2026 1:14:37

КОРРЕКЦИЯ ЗВУКОПРОИЗНОШЕНИЯ У ДЕТЕЙ С ПАТОЛОГИЕЙ ЗРЕНИЯ И РЕЧИ

Статья в формате PDF 125 KB...

21 06 2026 21:11:37

Математические методы анализа экономических кризисов

Статья в формате PDF 113 KB...

20 06 2026 9:37:57

АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО И ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ 2010 г. НА ТЕРРИТОРИИ ИВАНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Статья в формате PDF 267 KB...

19 06 2026 13:48:13

СОЦИАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ПРИЕМНЫХ СЕМЕЙ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОГО РЕГИОНА

Статья в формате PDF 139 KB...

18 06 2026 12:34:44

Состояние иммуно-гормональных показателей у больных ревматоидным артритом

Статья в формате PDF 104 KB...

17 06 2026 0:41:39

ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕЛЕВОЙ ФУНКЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА

Статья в формате PDF 156 KB...

16 06 2026 2:32:53

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТИВОПОЖАРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

Статья в формате PDF 262 KB...

15 06 2026 19:52:13

ПАРАМЕТР АСИММЕТРИИ ЗОНТООБРАЗНОГО ТЕЛА

Измерены коэффициенты аэродинамического сопротивления и параметры асимметрии тонких полых конусообразных тел. ...

14 06 2026 19:28:59

ПРОБЛЕМА ПО УТИЛИЗАЦИИ ИЛИ ПЕРЕРАБОТКИ ЭПОКСИДНОГО ПОРОШКОВОГО ПОКРЫТИЯ И РАСТВОРИТЕЛЯ, ЗАГРЯЗНЕННОГО ЭПОКСИДНОЙ КРАСКОЙ

Статья в формате PDF 216 KB...

13 06 2026 6:51:22

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ЭМИССИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В РЕГИОНЕ (НА ПРИМЕРЕ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ)

Статья в формате PDF 225 KB...

12 06 2026 13:32:43

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АКТИВНЫХ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ В ВУЗЕ (НА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ ПО ФИЗИКЕ)

Статья в формате PDF 109 KB...

11 06 2026 14:10:24

РОЛЬ ВНУШЕНИЯ И ПЛАЦЕБОТЕРАПИИ ПРИ ЛЕЧЕНИИ БОЛЬНЫХ АЛКОГОЛИЗМОМ ВО ВРЕМЯ ИХ ОБРАЩЕНИЯ К ХИРУРГУ ЗА ХИРУРГИЧЕСКОЙ ПОМОЩЬЮ

Статья в формате PDF 123 KB...

10 06 2026 18:27:24

ВОДНЫЙ ЭКСТРАКТ МОЖЖЕВЕЛЬНИКА В ТЕХНОЛОГИИ ПАШТЕТА ИЗ МЯСА ИНДЕЙКИ

Статья в формате PDF 296 KB...

09 06 2026 7:56:57

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ РЕЧНОЙ ВОДЫ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ВРЕМЕНИ РОСТА КОРНЕЙ РАСТЕНИЯ

В статье рассмотрено техническое решение инженерной экологии, которое может быть использовано при мониторинге качества проб речной воды тестированием роста корней определенных видов тестовых растений. ...