Phát triển các phương pháp dự phòng nâng cao độ tin cậy của hệ thống

Độ tin cậy có vai trò then chốt trong sự phát triển kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy giúp tránh được các sự cố có thể xảy đối với hệ thống. Trong lý thuyết về độ tin cậy của hệ thống đã có nhiều phương pháp khác nhau được đưa ra nhằm giải một bài toán duy nhất – tăng độ tin cậy của một hệ thống từ những thành phần không tin cậy: dự phòng truyền thống, dự phòng bảo vệ tích cực … Trong bài báo này, chúng tôi đưa ra giải pháp kết hợp hai cấu trúc dự phòng để đem lại độ tin cậy cao hơn của hệ thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phát triển các phương pháp dự phòng nâng cao độ tin cậy của hệ thống Lê Quang Minh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 59 - 66 PHÁT TRIỂN CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ PHÒNG NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG Lê Quang Minh1, Triệu Xuân Hòa2*, Trần Thanh Thương3 1Viện Công nghệ thông tin – Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội 2Trường Đại học Nông Lâm – ĐH Thái Nguyên, 3Đại học Thái Nguyên TÓM TẮT Độ tin cậy có vai trò then chốt trong sự phát triển kỹ thuật, nâng cao độ tin cậy giúp tránh được các sự cố có thể xảy đối với hệ thống. Trong lý thuyết về độ tin cậy của hệ thống đã có nhiều phương pháp khác nhau được đưa ra nhằm giải một bài toán duy nhất – tăng độ tin cậy của một hệ thống từ những thành phần không tin cậy: dự phòng truyền thống, dự phòng bảo vệ tích cực … Trong bài báo này, chúng tôi đưa ra giải pháp kết hợp hai cấu trúc dự phòng để đem lại độ tin cậy cao hơn của hệ thống. Từ khóa: độ tin cậy, dự phòng truyền thống, bảo vệ chủ động tích cực. ĐẶT VẤN ĐỀ* Độ tin cậy là đặc tính then chốt trong sự phát triển kỹ thuật, đặc biệt là khi xuất hiện những hệ thống phức tạp nhằm hoàn thành những chức năng quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau. Dựa vào độ tin cậy của hệ thống giúp chúng ta có được kế hoạch bảo trì, dự phòng, nâng cao độ tin cậy tránh được các sự cố có thể xảy ra. Hiện nay, các hệ thống tính toán kỹ thuật đang dần được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của đời sốngxã hội.Các hệ thốngnày được biết đến trong nhiều lĩnh vực: hệ thống kiểm soát nhà máy điện hạt nhân, hệ thống máy tính trong hệ thống ngân hàng, các công ty chứng khoán, hệ thống máy tính trên máy bay, hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh,.. Những hệ thống trên cần phải có khả năng phục hồi và khả năng tồn tại trong suốt thời gian hoạt động của hệ thống. Lý do là vì những thất bại của hệ thống có thể gây tổn thất lớn về kinh tế, để lại những hậu quả nghiêm trọng.. Trong lý thuyết về độ tin cậy của hệ thống đã có nhiều phương pháp khác nhau được đưa ra nhằm giải một bài toán duy nhất – tăng độ tin cậy của một hệ thống từ những thành phần không tin cậy. Tài liệu [3] và [4] đã xét đến * Tel: 0944 550007 các cấu trúc khác nhau của hệ thống với các thành phần dự phòng, nhằm bổ sung độ tin cậy như: cấu trúc dự phòng truyền thống; cấu trúc dự phòng bảo vệ tích cực – còn gọi là cấu trúc dự phòng bảo vệ chủ động. Trong nội dung bài báo này, chúng tôi nghiên cứu đưa ra giải pháp kết hợp hai cấu trúc dự phòng đểđem lại độ tin cậy của hệ thống cao hơn việc sử dụng cấu trúc dự phòng truyền thống. NỘI DUNG Xét một mô hình hệ thống mạng máy tính có cấu trúc dạng cây gồm 3 cấp: ở cấp độ đầu tiên có một bộ vi xử lý kiểm soát, cấp độ thứ hai có hai bộ vi xử lý điều khiển, cấp độ thứ ba có năm bộ vi xử lý dữ liệu như trong hình 1. Hình 1: Mô hình hệ thống mạng máy tính Để thuận lợi cho việc quan sát mô hình máy tính trên, giả định mỗi vị trí bộ vi xử lý dự phòng được coi là một node trên mô hình thực nghiệm. Ký hiệu: : node gốc (vi xử lý của hệ thống) : node dự phòng (vi xử lý dự phòng) Chúng ta xem xét ba phương pháp lựa chọn để cải thiện độ tin cậy của hệ thống “không phục hồi” [2] trong khi duy trì hiệu quả của nó: 59 Lê Quang Minh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 59 - 66 1) Sử dụng một biến thể của phần cứng theo phương pháp dự phòng truyền thống. 1: khả năng phát hiện chính xác xác suất thất bại của các cặp. 2) Lựa chọn với sự ra đời của chi nhánh bổ sung trong cấu trúc của hệ thống cho việc tổ chức hoạt động bảo vệ: Dự phòng bảo vệ tích cực (Actice Protection - AP). Theo định nghĩa độ tin cậy của hệ thống [1] ta có: p = p(t); q = 1-p. Với ký hiệu trên biểu hiện cho khả năng của hệ thống, do mỗi cặp có thể coi là một hệ thống gồm hai phần tử độc lập mắc song song X1, X2 với xác suất hoạt động an toàn cùng là p. Khi đó ta có độ tin cậy (sơ cấp và sao lưu) [5] của một cặp vi xử lý sẽ là Ps: 3) Sử dụng phương pháp lựa chọn kết hợp. Mô hình bài toán sử dụng dự phòng truyền thống Với mô hình bài toán hệ thống máy tính được trình bày ở trên chúng ta sẽ sử dụng các mô hình dự phòng để đánh giá mức độ tin cậy của hệ thống máy tính. Cấu hình hệ thống tương ứng với tùy chọn nghiên cứu phương pháp dự phòng truyền thống [5] thể hiện trong hình 2. Giả định rằng tất cả các bộ vi xử lý của kiểm soát và xử lý hệ thống là đồng nhất, trùng lặp được tất cả các tải: P(X1vX2) = P(X1) + Q(X1).P(X2) = p + (1 p).p = 2p - p2 = 2p(1 - p) + p2 = 2pq + p2 Với 1 là xác suất thất bại của mỗi cặp nên ta có: Ps=21pq + p2 (1) Sau khi chuyển đổi (1) ta có: Từ các cấu hình hệ thống với bộ vi xử lý dự phòng biểu thị cho khả năng hoạt động không có sự thất bại hệ thống viết như sau: Ký hiệu: p: khả năng hoạt động không có sự thất bại của mỗi bộ xử lý. q: xác suất thất bại của một bộ xử lý. 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình 2: Cấu hình hệ thống với dự phòng 1: Cấu hình ban đầu; 2-9: Cấu hình với dự phòng 60 9 Lê Quang Minh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ Trong đó: Pi - xác suất thất bại của phần tử thứ i (bộ xử lý) trong hệ thống N - số lượng các bộ vi xử lý trong hệ thống d - số lượng các cặp vi xử lý bản sao trong hệ thống. Từ biểu thức (2), chúng ta sẽ nhận được biểu thức xác suất hoạt động không có sự thất bại của mỗi một cấu hình của hệ thống cho trên hình 2. ; 122(08): 59 - 66 không được bảo vệ chủ động là 5. Do đó, xác suất thất bại của hệ thống phần này – p5. Tính toán xác suất hoạt động không thất bại cho phần bị bắt bởi lớp AP và bao gồm bốn bộ vi xử lý. Nguyên tắc linh hoạt nhất của AP - tức là bằng cách AP xác định lại bộ vi xử lý kiểm soát và kiểm soát ưu tiên thấp được sử dụng. Rõ ràng khả năng hoạt động không có sự thất bại này là một phần của hệ thống Рh bằng tổng xác suất hoạt động của cả bốn bộ vi xử lý (р4) và xác suất hoạt động của ba trong số bốn bộ vi xử lý. Trong đó: α1AP - phát hiện xác suất thất bại một tầng AP khi xảy ra. Biểu thức cuối cùng biểu thị cho khả năng hoạt động không có sự thất bại của hệ thống với cấu hình s ...