ПРИМЕНЕНИЕ MatLab/Simulink ДЛЯ СОЗДАНИЯ МОДЕЛИ ОЦЕНИВАНИЯ СБОЕУСТОЙЧИВОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

На современном этапе развития систем управления функционированием управляют вычислительные системы, к которым в плане эффективности функционирования в свою очередь предъявляются повышенные требования. Для обеспечения надежной работы вычислительных систем необходимо, чтобы аппаратура обладала возможностью прореживать возникающие сбои внутри самой вычислительной системы и в конечном итоге выдавать верные управляющие решения. Для обеспечивания задачи оценивания сбоеустойчивости вычислительной системы предлагается модель, позволяющая оценить любой вариант ее построения в условиях аппаратных сбоев.

Автор - Ковалев Артем Александрович.

Известно, что на современном этапе развития систем управления функционированием управляют вычислительные системы, к которым в плане эффективности функционирования в свою очередь предъявляются повышенные требования. В таких условиях отказ вычислительной системы (ВС) во время выполнения задач управления может привести к отказу всей управляемой системы в целом [1].

К основным особенностям ВС можно отнести:

1. сложный симбиоз аппаратуры и алгоритма обработки информации;
2. рассмотрение алгоритмов обработки информации невозможно без учета среды выполнения алгоритма – аппаратуры;
3. «ненадежность» аппаратуры приводит к неправильному решению задачи управления;
4. неверные управляющие решения вырабатываемые ВС при управлении могут привести к катастрофическим последствиям.

При этом, в процессе работы управляющих ВС наряду с устойчивыми отказами возникают отказы сбойного характера (ОСХ), которые на порядок превосходят устойчивые отказы [2], соответственно определяющую роль при выдаче управляющих воздействий будут играть отказы сбойного характера (ОСХ) ВС.

Под ОСХ ВС понимаются сбои ВС, но из-за особенностей их устранения на этапе выдачи управляющих решений данные сбои приравниваются к отказам ВС.
Учитывая то, что в процессе эксплуатации на ВС действует большое количество как внутренних, так и внешних дестабилизирующих факторов, приводящих к тому, что с течением времени под их влиянием, а также в ходе естественного старения аппаратуры, интенсивность ОСХ, происходящих в ВС начинает расти. К основным направлениям борьбы с ОСХ ВС относятся
(рисунок 1):

• недопущение сбоев;
• прореживание сбоев (маскирование);
• снижение тяжести последствий ОСХ.

Рисунок 1 – Направления борьбы со сбоями (отказами)

Недопущение сбоев в ВС главным образом обеспечивается использованием высоконадежной элементной базы.

Для обеспечения надежной работы ВС необходимо чтобы аппаратура обладала возможностью прореживать (в зарубежной литературе masking – маскирование [3]) возникающие сбои внутри самой ВС, и в конечном итоге выдавать верные управляющие решения.

По этой причине при создании сбоеустойчивой ВС наиболее перспективным направлением является прореживание сбоев, которое традиционно осуществляется резервированием. Под резервированием понимается применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов, т. е. повышения надёжности за счёт введения избыточности. Под избыточностью понимают дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения ВС заданных функций.

Для решения задачи оценивания сбоеустойчивости ВС предлагается модель, позволяющая оценить любой вариант построения ВС в условиях аппаратных сбоев (рисунок 2) [4].

Рисунок 2 – Модель оценивания сбоеустойчивости вычислительной системы с различными архитектурами избыточности

Блоком «устройство управления» координируется работа элементов модели.

Для оценивания необходимы  две идентичные (№ 1 и № 2) модели функционирования анализируемого варианта построения ВС на основе последовательностных и комбинационных схем, входящих в ее состав.

Процедура построения этих двух идентичных моделей должна включать: получение сведений о номенклатуре, серии и количестве интегральных микросхем; поиск в базе данных или построение их булевых моделей последовательностных и комбинационных схем элементов ВС.

На обе модели подаются тестовые воздействия, по команде устройства управления сформированные генератором тестовых воздействий таким образом, чтобы имитировать работу ВС во всех основных режимах, а в модель №2 в каком-либо из узлов по определенному алгоритму генератором сбоев вносятся сбои, представляющие собой замену одного из значений в разрядах обрабатываемых слов битовой информации на противоположное. Сбои вносятся в наиболее вероятные по статистике места. Для сокращения времени анализа, имитация сбоев происходит при отработке каждого тестового воздействия.

Сравнение эталонных откликов модели №1 с откликами модели №2 на тестовые воздействия выполняется устройством сравнения, и при совпадении откликов принимается решение о прореживании внесенного в модель № 2 сбоя, то есть о его обнаружении и исправлении за счет внесенной исследуемой в состав ВС избыточности. Несовпадение откликов означает, что внесенный сбой не перехвачен, и имеет место ОСХ. Обработка в модели всех возможных тестовых воздействий в условиях сбойных ситуаций дает количественную оценку λосх для данной конфигурации ВС с анализируемой избыточностью.

Полный текст работы Вы можете найти ниже в разделе Файлы.