CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ THỐNG TÍNH TOÁN

CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ THỐNG TÍNH TOÁN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

BÁO CÁO LUẬN VĂN THẠC SĨ

Cán bộ hướng dẫn:

TS Nguyễn Văn Đoàn

CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ THỐNG TÍNH TOÁN

ĐỀ TÀI:

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY

II CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG

III ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ PHÒNG NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG PHÂN TÁN

III ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ PHÒNG NÂNG CAO ĐỘ TIN

CẬY CỦA HỆ THỐNG PHÂN TÁN

IV KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Định nghĩa về hệ thống:

“Hệ thống là một tập hợp gồm nhiều phần tử tương tác, có các mối quan hệ ràng buộc lẫn nhau, tương hỗ nhau và cùng thực hiện hướng tới một mục tiêu nhất định”.

Định nghĩa về độ tin cậy:

Độ tin cậy của phần tử hoặc của hệ thống là xác suất để trong suốt khoảng thời gian khảo sát (t) phần tử đó hoặc hệ thống đó vận hành an toàn.

3

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY

 Độ tin cậy hay còn gọi là xác suất an toàn của hệ thống: P(t)

P(t) = P{τ ≥ t} (0 ≤ P ≤ 1) trong đó: τ là thời gian liên tục vận hành an toàn của phần tử

 Gọi xác suất không an toàn (xác suất hỏng) của hệ thống: Q(t) Q(t) = 1 – P(t)

 P(t) là hàm xác suất có phân bố mũ:

λ là cường độ hỏng của đối tượng đang xét.

 Xác suất không an toàn của phần tử:

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY

Sơ đồ khối tin cậy của hệ thống:

- Cấu trúc hệ thống nối tiếp.

- Cấu trúc hệ thống song song.

 Sơ đồ hệ thống các phần tử nối tiếp:

 Hệ thống nối tiếp hoạt động an toàn khi tất cả các phần tử đều hoạt động tốt.

 Độ tin cậy của hệ thống:

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY

 Xác suất không an toàn của hệ thống:

5

 Sơ đồ hệ thống các phần tử song song:

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY

- Hệ thống hoạt động không an toàn

khi tất cả các phần tử đều bị sự cố

- Phần tử chính gọi là phần tử cơ bản, phần tử khác gọi là phần tử dự phòng

Xác suất không an toàn của hệ thống:

 Độ tin cậy của hệ thống:

 Phương pháp dự phòng: nâng cao độ tin cậy cho hệ thống

- Bổ sung thêm các đối tượng dư thừa vào hệ thống

- Tạo ra cơ hội cần thiết tối thiểu hơn để các đối tượng thực hiện chức năng, nhiệm vụ của mình

- Các phần tử dự phòng không

chịu tải chừng nào chúng chưa

chuyển vào trạng thái làm việc

thay cho phần tử bị hỏng.

1

….

2 3

n

2.1 HỆ THỐNG DỰ PHÒNG KHÔNG TẢI ( hệ thống dự phòng lạnh )

 Độ tin cậy của hệ thống:

 Thời gian hoạt động an toàn trung bình của hệ thống:

- Các phần tử chỉ chịu một phần tải trong khi nó ở trạng thái dự phòng và bắt đầu chịu tải hoàn toàn khi

nó bước vào trạng thái làm việc thay cho phần tử bị hỏng

- Độ tin cậy của hệ thống dự phòng nhẹ tải phụ thuộc thứ tự chuyển các phần tử dự trữ vào chế độ làm việc.

Độ tin cậy của hệ thống:

là các cường độ hỏng của phần tử thứ i ở trạng thái dự phòng

là các cường độ hỏng của phần tử thứ i ở trạng thái làm việc

9

2.1 HỆ THỐNG DỰ PHÒNG NHẸ TẢI ( hệ thống dự phòng ấm )

- Các phần tử cơ bản và các phần tử

dự phòng chịu tải như nhau cả trước

và sau khi chúng bước vào trạng thái

làm việc.

2.3 HỆ THỐNG DỰ PHÒNG CÓ TẢI (hệ thống dự phòng nóng)

- Hệ thống dự phòng có tải bị hỏng khi tất cả các phần tử đều bị hỏng cho tới phần tử cuối cùng

Xác suất không an toàn của hệ thống:

 Độ tin cậy của hệ thống tính bằng biểu thức:

- Hệ thống tự kiểm tra độ tin cậy

của các bộ phận đang được làm

- Hệ thống dự phòng này nâng cao độ tin cậy của hệ thống, nhưng lại tăng tính phức tạp của bộ phận kiểm tra trong hệ thống

 Độ tin cậy của hệ thống tính theo công thức:

R c (t): xác suất không hỏng của cơ cấu chuyển tiếp

R(t) là xác suất không hỏng của phần tử đứng riêng

Nếu cơ cấu chuyển tiếp tin cậy tuyệt đối tức là Rc(t)=1thì:

2.3 HỆ THỐNG DỰ PHÒNG TÍCH CỰC

Xét bài toán thực nghiệm:

 Các phương pháp cải thiện độ tin cậy của hệ thống

- Xét phương pháp lựa chọn để cải thiện độ tin cậy của hệ thống với các phần tử cấu thành không phục hồi:

 Độ tin cậy của một cặp vi xử lý sẽ là P s :

P(X1vX2) = P(X1) + Q(X1).P(X2)

= p + (1 - p).p = 2p - p 2 = 2p(1-p) + p 2 = 2pq + p 2

Với α1 là xác suất thất bại của mỗi cặp nên ta có P s =2α1 pq+p 2

Sau khi chuyển đổi ta có: P s =1 - (1 - p)[1 - p(2α1 - 1)]

 Độ tin cậy của hệ thống:

P i - xác suất độ tin cậy của phần tử thứ i (bộ xử lý) HCS.

N - số lượng các bộ vi xử lý trong HCS.

d - số lượng các cặp vi xử lý bản sao trong hệ thống.

3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG SỬ DỤNG DỰ PHÒNG TĨNH

 Từ biểu thức (1) nhận được biểu thức tính độ tin cậy của HCS tương ứng với từng cấu hình trên:

…

3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG SỬ DỤNG DỰ PHÒNG TĨNH

3.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG DỰ PHÒNG CHỦ ĐỘNG

 Mô hình HCS với các cấu hình tương ứng với lựa chọn hai: với sự

ra đời của chi nhánh bổ sung trong cấu trúc phân cấp của hệ thống làm dự phòng chủ động

Cấu hình HCS với dự phòng tích cực

 Xét cấu hình số 9:

Số bộ xử lý không dự phòng trong hệ thống

mà không được bảo vệ chủ động là 5 Do

đó, độ tin cậy của hệ thống phần này: p 5

3.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG DỰ PHÒNG CHỦ ĐỘNG

 Tính độ tin cậy cho phần bị bắt bởi lớp AP:

α 1AP : khả năng phát hiện xác suất thất bại một tầng AP khi xảy ra

Biểu thức biểu thị cho độ tin cậy HCS với cấu hình số 9 có thể viết:

3.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG DỰ PHÒNG CHỦ ĐỘNG

 Biểu thức tính độ tin cậy của HCS với cấu hình số 10:

 Biểu thức độ tin cậy của hệ thống với cấu hình số 11-14

giả sử α 2АP - khả năng phát hiện xác suất thất bại cho hai cấp AP.

…

 Mô hình HCS sử dụng phương án ba:

Cấu hình tương ứng với kết hợp xây dựng phương án chịu lỗi HCS

3.3 MÔ HÌNH HỆ THỐNG KẾT HỢP DỰ PHÒNG TĨNH VÀ DỰ PHÒNG CHỦ ĐỘNG

Cấu hình HCS với dự phòng tích cực và dự phòng tĩnh

 Khảo sát mô hình hệ thống phân cấp không an toàn sử dụng các

dữ liệu đầu vào.

 Tính toán xác suất độ tin cậy của từng hệ thống với số bộ vi xử

lý khác nhau P(i), (i=1 20)

 Thời gian hoạt động của mỗi bộ vi xử lý luật phân phối xác suất theo hàm mũ:

 Giả định cường độ hỏng hóc:

 Khả năng phát hiện xác suất thất bại:

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN CÁC CẤU HÌNH HCS

BẢNG GIÁ TRỊ ĐỘ TIN CẬY CỦA HCS THEO TỪNG CẤU HÌNH

Cấu hình HCS với các phương pháp dự phòng

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN CÁC CẤU HÌNH HCS

Đồ thị xác suất độ tin cậy của HCS với cấu hình số 1,

số 14, số 18, số 20 theo thời gian Cấu hình HCS với các phương pháp dự phòng

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN CÁC CẤU HÌNH HCS

Cấu hình HCS với dự phòng tích cực và nhân bản dự phòng ba

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN CÁC CẤU HÌNH HCS

Quan sát đồ thị nhận thấy:

- Với cấu hình số 14, số 18, số 20, số 21, số 22, cung cấp khả năng cho phép độ tin cậy của hệ thống trong suốt thời gian 61.320h (7 năm) hoạt động không nhỏ hơn 0,9

- Hệ thống không dùng bất cứ phương pháp dự phòng nào để cải thiện độ tin cậy (cấu hình số 1) thì độ tin cậy chỉ là: 0,7405

- Dùng phương pháp dự phòng tăng được hiệu xuất lên được 21,6%

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN CÁC CẤU HÌNH HCS

Luận văn đã đạt được kết quả sau:

Tìm hiểu, nghiên cứu về cơ sở đánh giá độ tin cậy của hệ thống

Nghiên cứu các phương pháp dự phòng nhằm tăng độ tin cậy cho hệ thống.

Dựa trên lý thuyết thì luận văn đã áp dụng các phương pháp dự phòng vào mô hình máy tính phân cấp không an toàn và đưa ra được các kết quả so sánh các phương pháp dự phòng với nhau.

Từ kết quả về độ tin cậy của hệ thống thì đã đưa ra phương pháp cải tiến so với các phương pháp truyền thống và đạt được kết quả

KẾT LUẬN

EM XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN !

29