Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Дисертаційні роботи України
Технічні науки
Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Диссертационная работа:

16. Асідех Фатхі Алі. Моделі та методи підвищення надійності інформаційно-управляючих систем критичного застосування з використанням багатоканального дублювання: дис... канд. техн. наук: 05.13.06 / Національний аерокосмічний ун-т ім. М.Є.Жуковського "Харківський авіаційний ін-т". - Х., 2005. , табл.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальність теми дослідження. Комп’ютеризовані інформаційні та інформаційно-управляючі системи (КІС) є важливим чинником підвищення ефективності технічних і організаційно-технічних комплексів різного призначення. Для критичних і бізнес-критичних застосувань (КБКЗ), до яких відносяться аерокосмічні, енергетичні, нафтогазові комплекси, а також системи е-комерції, банківські системи та інш., поряд з високою функціональністю, визначальним є рівень надійності КІС та її складових – безвідмовності, відмовостійкості, готовності. Це обумовлено двома основними причинами. По-перше, відмови таких систем спричиняють великі матеріальні втрати. Відмова бортової КІС ракети-носія “ARIANE – 5” призвела до майже півмільярдних збитків, а середня вартість відмови (збою) КІС банківських систем, тобто збитків від них, за даними британського департаменту фінансів складає 100-150 тис. доларів. По-друге, відмови КІС є небезпечними для критичних застосувань і можуть призвести до аварії, загибелі людей, екологічного лиха. Внаслідок цього вимоги до надійності таких КІС, не зважаючи на розширення їх функцій, підвищення складності, невпинно зростають. Імовірність їх безвідмовної роботи не повинна бути меншою 0,95-0,99 для кількох років безперервної роботи, а коефіцієнт готовності КІС, що обслуговуються (це стосується, насамперед бізнес-критичних систем), повинен перевищувати 0,999-0,99999.

Забезпечення таких вимог неможливо без застосування сучасних методів резервування, впровадження відмовостійких архітектур розподілених КІС, стратегій відновлення та відповідних технологій. Конкуруючими, серед найбільш поширених, є так звані технології високої (High Availability (HA)) і продовженої (Continuous Availability (CA)) готовності, які реалізуються на базі мажоритарно-резервованих (МРА) і багатоканальних дубльованих (БДА) архітектур. Перевагою останніх (які складаються з двох або більше однотипних підсистем з дубльованими каналами) є простота організації контролю та реконфігурації, прозорість програмування функцій підтримки відмовостійкості та готовності. Підтвердженням цього є реалізація наприкінці 90-х років комерційних відмовостійких мережних рішень та серверів фірми Hewlett Packard (Continium та FT Server), які узагальнені у технології Stratus.

Питаннями розвитку теорії відмовостійких систем, методів оцінки та забезпечення безвідмовності та готовності КІС на протязі останніх десятиліть активно займалися А.Авіженіс, Г. Андерсен, Ж.-К. Лапрі, О. Лонгботтом, Б. Рєндел, П. Пархоменко, Е. Согомонян, І. Шубинський, О. Романкевич, В. Тоценко, Г. Кривуля, А Кривоносов, В. Краснобаєв, В.Харченко та інш. Що стосується досліджень, пов’язаних з розробкою та впровадженням КІС з БДА, то вони обмежувались аналізом безвідмовності її класичного варіанту, виконаного за СА-технологією без детального урахування режимів обслуговування, адаптації при відмовах, впливу надійності програмних засобів. Це суттєво обмежує область доцільного використання КІС з БДА, оскільки розрахунки показують, що базові рішення таких систем не завжди забезпечують потрібний рівень надійності для КБКЗ.

Таким чином, актуальною науковою задачею є розробка моделей надійності і методів резервування та відновлення КІС з багатоканальною дубльованою архітектурою з урахуванням відмов апаратних і програмних засобів (АЗ і ПЗ).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, результати яких викладені в дисертації, проводилися відповідно до державних планів НДР, програм і договорів, що виконувалися в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського "ХАІ":

“Розробка науково-методичних основ й інформаційних технологій оцінки та забезпечення відмовостійкості та безпеки комп'ютеризованих систем аерокосмічних комплексів, інших комплексів критичного застосування” (Національний Аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, №Г503-42/2003, 2003);

“Розробка науково-методичного забезпечення відмовобезпеки цифрових систем контролю та управління АЕС при використанні програмованих ВІС”, шифр «Надійність – Д» (НПВМП “АСУ ХАІ”, ЗАТ "Радій", Д2/2002, № 0104U003502, 2002).

Роль автора в зазначених НДР, у яких дисертант був безпосереднім виконавцем, полягає в розробці моделей, методів, алгоритмічних, програмних і апаратних засобів моделювання, оцінки та вибору варіантів побудови відмовостійких КІС і стратегій їх відновлення при використанні методів багатоканального дублювання.

Мета і задачі. Метою дисертаційної роботи є підвищення надійності комп’ютеризованих інформаційно-управляючих систем критичного та бізнес-критичного призначення шляхом удосконалення методу багатоканального дубльованого резервування, розробки архітектур, стійких до відмов АЗ і ПЗ, і обгрунтування вибору їх параметрів і параметрів відновлення.

Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі:

аналіз сучасних методів і засобів забезпечення відмовостійкості та готовності КІС для критичних і бізнес-критичних застосувань, зокрема, з використанням багатоканальних дубльованих архітектур;

розробка узагальненої моделі КІС з БДА для формування систематизованої множини архітектур, стійких до відмов апаратних і програмних засобів;

розробка та дослідження моделей відмовостійкості невідновлюваних КІС з БДА та методу її підвищення шляхом адаптації архітектури до відмов;

розробка та дослідження стратегій відновлення та моделей готовності відновлюваних одно- та багатоверсійних КІС з БДА;

розробка обґрунтованих науково-практичних рекомендацій щодо вибору структурних параметрів і стратегій відновлення КІС з БДА для різних КБКЗ;

розробка алгоритмічних і апаратно-програмних засобів забезпечення відмовостійкості КІС з БДА та елементів інформаційної технології підтримки прийняття рішень при їх виборі.

Об'єкт дослідження – процеси проектування, функціонування та відновлення працездатності резервованих КІС в умовах відмов АЗ і ПЗ.

Предмет дослідження – моделі надійності, методи резервування, алгоритмічні та апаратно-програмні засоби забезпечення відмовостійкості та готовності, методики вибору параметрів відновлюваних КІС з БДА.

Методи дослідження. При дослідженнях використовувались методи системного аналізу, теоретико-множинного та автоматного опису КІС, теорії імовірностей, теорії марковських процесів з дискретними станами та безперервним часом.

Наукова новизна отриманих результатів:

1) вперше одержані:

- модель КІС з БДА, що визначає системні зв’язки функціональних та надійнісних ознак відмовостійких архітектур і дозволяє синтезувати їх систематизовану множину з урахуванням кількості та розподілу по каналах програмних версій, повноти дублювання, здатності до адаптації;

- метод адаптації КІС з БДА до відмов АЗ і ПЗ, який базується на динамічній реконфігурації та процедурі послідовної фіксації та аналізі синдромів відмов і забезпечує збереження працездатності при відмовах двох довільних каналів;

2) удосконалені:

- марковські моделей готовності відновлюваних КІС з БДА, які ураховують параметри стратегій відновлення, варіанти введення версійної надмірності та організації міжпідсистемного контролю, і забезпечують можливість розрахунку показників надійності одно- та багатоверсійних систем;

- комплекс стратегій відновлення КІС з БДА, які ураховують моменти початку, обсяг і пріоритетність відновлюваних елементів після відмов АЗ і ПЗ і дозволяють визначати множину варіантів обслуговування та ремонту систем;

3) набув подальший розвиток:

- метод вибору архітектур і стратегій відновлення КІС з БДА, що забезпечує частково спрямований пошук раціональних структурних та експлуатаційних параметрів за критеріями готовності та відмовостійкості, дозволяє скоротити час відновлення і терміни проектування в умовах певних обмежень.

Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці:

- принципів і патентоспроможних засобів системотехнічної реалізації нового класу відмовостійких КІС з використанням методу багатоканального дублювання, що дозволяють створювати високонадійні інформаційно-управляючі системи (ІУС);

- методик оцінки надійності (відмовостійкості та готовності) різних типів КІС з БДА, що базуються на запропонованих моделях і дозволяють визначити її показники залежно від параметрів каналів, числа версій, стратегій відновлення;

- елементів інформаційної технології підтримки вибору параметрів відновлюваних і невідновлюваних КІС з БДА залежно від вимог і обмежень, обумовлених сферою їх використання.

Результати досліджень впроваджені в:

Сертифікаційному центрі АСУ Держцентрякості Державного комітету ядерного регулювання України при розробці проектів інструментальних систем і нормативних документів, що регламентують методики оцінки критичних інформаційно-управляючих систем (акт впровадження від 6.09.2004);

Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” при вивченні дисциплін “Методи дослідження й моделювання комп'ютерних систем і мереж”, “Надійність, контроль і діагностика ЕОМ” (акт впровадження від 17.09.2004);

ЗАТ “Радій” при розробці варіантів побудови автоматизованих систем управління, важливих для безпеки АЕС (акт впровадження від 8.10.2004).

Достовірність нових наукових положень і висновків дисертаційної роботи підтверджується:

- результатами практичного впровадження запропонованих моделей і методів при реалізації КІС з БДА для критичних і бізнес-критичних додатків, що призвели до реального збільшення їх відмовостійкості та готовності;

- зведенням розроблених моделей надійності КІС з БДА до загальновідомих при граничних значеннях їх параметрів (кількості версій, процедур відновлення та інш.);

- працездатністю та високими технічними характеристиками апаратно-програмних рішень підтримки відмовостійкості КІС, що базуються на запропонованому методі резервування та адаптації при відмовах.

Особистий внесок здобувача полягає у розробці нових моделей, методів і архітектурних рішень, що забезпечують вирішення поставлених у дисертації задач. Всі основні результати отримані автором особисто. Роботи [3,6] були опубліковані без співавторів. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачу належать: аналітичні залежності для визначення безвідмовності адаптивних КІС з БДА з урахуванням відмов програмних засобів та виду багатоверсійності [1]; базові положення інформаційної технології гарантованої готовності [2]; обґрунтування стратегій відновлення КІС з БДА та марковські моделі одноверсійних КІС з БДА [4]; розробка елементів структурно-компонентної моделі, формулювання та доказ тверджень щодо властивостей КІС з БДА з міжпідсистемним контролем [5]; аналіз особливостей сучасних технологій забезпечення відмовостійкості та готовності бізнес-критичних систем та пропозиції щодо можливості впровадження технології гарантованої готовності [7]; обґрунтування можливості використання апарату марковських процесів для опису відновлюваних КІС з БДА [8]; пропозиції щодо розробки процедур і побудови засобів реалізації аналізу синдромів відмов каналів і реконфігурації структури системи [9].

Апробація результатів. Результати досліджень обговорювалися на міжгалузевому семінарі “Критичні комп’ютерні технології та системи” на кафедрі комп'ютерних систем і мереж Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” (м. Харків, 2004 р.), науково-технічних конференціях: «Мікропроцесорні системи в задачах автоматизації виробництва» (м. Хмельницький, 2002р.), “Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні” (м. Харків, 2002р.), «Проблеми формування та розвитку фінансово-кредитної системи України» (м. Харків, 2002 р.), “Перспективні ІУС на залізничному, промисловому й міському транспорті” (м. Алушта, 2002 р.), “Сучасні інформаційні та електронні технології” (м. Одеса, 2003 р.).

Публікації. Основні результати дисертації відображені у 9 роботах, серед яких 5 статей у наукових журналах і збірниках наукових праць, що включені до переліку фахових видань ВАК України, а також 3 тези доповідей у збірниках матеріалів наукових конференцій. За матеріалами досліджень отримано патент на винахід.

Подобные работы
Ю.С. Манжос
Семантичні моделі, методи та інформаційна технологія підвищення надійності програмного забезпечення інформаційно-управляючих систем
Манжос Юрій Семенович
Семантичні моделі, методи та інформаційна технологія підвищення надійності програмного забезпечення інформаційно-управляючих систем
Деренько Микола Семенович
Моделі та методи підвищення безвідмовності системи обробки інформації турбоагрегату АЕС
Дідковська Марина Віталіївна
Методи оцінки та засоби підвищення надійності програмного забезпечення
Дьоміна Вікторія Михайлівна
Методи та моделі оцінювання знань в автоматизованих системах тестування.
Цивільський Федір Миколайович
Методи та моделі керування системою "Оператор-АСУ" з урахуванням психофізіологічних характеристик оператора.
Пелевін Станіслав Леонідович
Моделі та методи інтелектуальної підтримки прийняття рішень на основі реєстрових систем
Іванов Олексій Валентинович
Математичні моделі та методи конфігурування телекомунікаційного середовища
Замірець Олег Миколайович
Моделі та методи інформаційної підтримки організаційних структур управління створенням виробів приладобудування
Білощицький Андрій Олександрович
Методи та моделі комплексного інформаційно-освітнього середовища в умовах розвитку вищого навчального закладу.

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net