Một Số Thuật Toán Đánh Giá Độ Tin Cậy Của Hệ Thống.pdf

®¹i häc th¸i nguyªn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http //www lrc tnu edu vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT&TT MỘT SỐ THUẬT TOÁN ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐÀO TUẤN HIỆP LUẬN VĂN[.]

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT&TT MỘT SỐ THUẬT TOÁN ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐÀO TUẤN HIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUN 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học viết luận văn này, tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình q thầy trường Đại học Công nghệ thông tin truyền thông - Đại học Thái Ngun Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Văn Đoàn, TS Lê Quang Minh hướng dẫn thực luận văn Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy cô giáo, người đem lại cho tơi kiến thức bổ trợ vơ có ích năm học vừa qua Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện cho tơi q trình học tập Cuối xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, người ln bên tơi, động viên khuyến khích tơi q trình thực đề tài nghiên cứu Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 MỤC LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG 1.1 Khái niệm độ tin cậy 1.1.1 Ý nghĩa độ tin cậy hệ thống 1.1.2 Định nghĩa độ tin cậy: 1.1.3 Những yếu tố ảnh hưởng độ tin cậy 1.2 Các tiêu độ tin cậy 10 1.2.1 Phần tử không phục hồi .10 1.2.2 Phần tử phục hồi 18 1.2.3 Cường độ hỏng: 21 1.3 Độ tin cậy hệ thống qua cấu trúc hệ thống 23 1.4 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy hệ thống 30 1.4.1 Phương pháp dự phịng nóng 31 1.4.2 Phương pháp dự phòng lạnh 31 1.4.3 Phương pháp dự phòng hỗ hợp 31 1.4.4 Phương pháp dự phịng tích cực: 31 1.5 Kết luận 31 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY 33 2.1 Tổng quan toán đánh giá độ tin cậy hệ thống 33 2.2 Bài tốn tìm đường đồ thị hệ thống .34 2.2.1 Một số khái niệm: .34 2.2.2 Thuật tốn tìm tất đường ma trận liên kết .35 2.2.3 Thuật tốn tìm tất đường ma trận liên kết lý thuyết đồ thị 39 2.2.4 Kết luận 41 2.3 Bài toán tối thiểu toán tử logic .44 2.3.1 Biến đổi đại số 45 2.3.2 Phương pháp tối thiểu hóa theo thuật toán .46 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 2.4 Bài tốn xác định trực giao hóa toán tử logic .50 2.4.1 Phương pháp giảm thiểu hàm đại số logic hình thức trực giao trực giao khơng lặp .50 2.4.2 Các quy tắc chuyển đổi sang dạng xác suất dạng chuẩn tắc tuyển 53 2.4.3 Xây dựng chương trìnhtrực giao hóa hàm đại số logic 54 2.4.4 Kết luận: 56 CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 3.1 Phát biểu toán 58 3.2 Mơ hình dự phịng nâng cao độ tin cậy .60 3.2.1 Đặc tả hệ thống 60 3.2.2 Mơ hình tốn dự phịng nhân đơi ( Duplicate): 63 3.3 Kết luận: 68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 Kết luận .69 Hướng phát triển 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI NĨI ĐẦU Đặt vấn đề: Vai trị quan trọng hệ thống thông tin số quan, tổ chức hệ thống điều khiển đối tượng bay, hệ thống điều khiển nhà ga, sân bay, hệ thống điều khiển nhà máy điện, hệ thống giao dịch ngân hàng khẳng định, hệ thống thơng tin có cố ngun nhân dẫn đến tai nạn thảm khốc, tổn thất lớn người của, ngày người áp dụng nhiều biện pháp nâng cao độ tin cậy cho hệ thống thơng tin, có biện pháp dự phòng, bổ sung thêm thành phần dư thừa (dự phòng) hệ thống, bổ sung thêm chế quản lý để tăng độ tin cậy, tính sẵn sàng cho hệ thống Để nâng cao độ tin cậy hệ thống thông tin, cách tiếp cận ngày thường xuất phát từ việc bổ sung thêm số thành phần dư thừa, đảm bảo đáp ứng độ tin cậy hệ thống theo phương pháp dự phòng truyền thống nhiều nghiên cứu đề cập đến Với khả cho phép phần cứng chế kiểm tra, quản lý phần mềm, cuối năm kỷ XX đầu kỷ XXI có số nghiên cứu liên quan đến chế dự phịng Với mục tiêu tìm hiểu nghiên cứu việc tính tốn độ tin cậy hệ thống thông tin, cách thức tổ chức hệ thống, chúng tơi lựa chọn đề tài “Một số thuật toán đánh giá độ tin cậy hệ thống” làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu đề tài tìm hiểu, nghiên cứu chế tổ chức, phương pháp dự phịng, thuật tốn đánh giá độ tin cậy hệ thống thông tin Từ kết nghiên cứu áp dụng cho hệ thống thông tin xử lý tin nhắn phân tích, so sánh, đánh giá kết nâng cao độ tin cậy hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Nhiệm vụ nghiên cứu: Xuất phát từ mục đích trên, nhiệm vụ đề tài đặt sau: - Tìm hiểu khái niệm liên quan đến độ tin cậy hệ thống, phương pháp tính độ tin cậy hệ thống tính tốn - Các phương pháp dự phịng, số thuật tốn tính tốn độ tin cậy hệ thống Cơ chế tổ chức hệ thống thông tin theo phương pháp dự phịng Các thuật tốn đánh giá độ tin cậy hệ thống theo cấu trúc hệ thống - Ứng dụng thuật toán đánh giá độ tin cậy hệ thống cho hệ thống thực tế Xây dựng chương trình thử nghiệm, phân tích đánh giá kết Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phối hợp phương pháp: - Phương pháp phân tích, tổng hợp lý luận: Nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích tài liệu có liên quan đến độ tin cậy hệ thống phương pháp tính, đánh giá độ tin cậy hệ thống - Phương pháp sử dụng toán học: Sử dụng phương pháp xác suất thống kê, xử lý kết xây dựng đồ thị trực quan Ý nghĩa khoa học: Đề tài đưa phương án dự phịng truyền thơng Đồng thời phân tích, đánh giá thuật tốn nhằm nâng cao độ tin cậy hệ thống thông tin giúp cho hệ thống tránh rủi ro cố lỗi xảy Cấu trúc luận văn: Chương - Tổng quan độ tin cậy hệ thống Chương – Thuật toán đánh giá độ tin cậy hệ thống Chương 3– Bài toán thực nghiệm đánh giá hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG 1.1 Khái niệm độ tin cậy 1.1.1 Ý nghĩa độ tin cậy hệ thống Những sản phẩm kỹ thuật chế tạo sử dụng thời đại chúng ta, động cơ, máy, thiết bị q trình sản xuất khí hóa tự động hóa, máy tính điện tử, người máy, kết cấu cơng trình mặt đất biển, phương tiện giao thông vận tải viễn thông, phương tiện thiết bị bay đảm nhận nhiệm vụ chức ngày cao đứng trước u cầu hồn thiện khơng ngừng tính chất khả làm việc chúng Những sản phẩm kỹ thuật thường bao gồm số phần tử điện Trong mối liên kết chặt chẽ ngành sản xuất xã hội với trình độ tự động hóa cao ngày nay, hư hỏng phần tử khơng gây thiệt hại riêng to lớn cho người Việc nâng cao khả làm việc sản phẩm kỹ thuật, khả chịu tải, chịu nhiệt, tốc độ, độ xác, hiệu xuất làm việc, mức độ tự động hóa, tuổi thọ, tính an tồn, đồng thời giảm kích thước, khối lượng v v, điều kiện định, trở thành vấn đề cấp bách cách mạng khoa học kỹ thuật thể giới nước Vấn đề độ tin cậy ngày quan tâm nghiên cứu lý thuyết ứng dụng rộng lớn nhà khoa học, kỹ sư, nhà kinh tế nhà tổ chức quản lý sản xuất lĩnh vực từ điện tử, khí, xây dựng, nghành nông nghiệp, giao thông vận tải, tới sinh học y học Giải vấn đề độ tin cậy trở thành nhiệm vụ có ý nghĩ quan trọng hàng đầu, nhằm khai thác nguồn dự trữ lớn lao, nâng cao hiệu lao động, lực sản lao động sức sản xuất xã hội Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Với đặc thù phương pháp luận mình, nghiên cứu độ tin cậy làm xuất lĩnh vực khoa học kỹ thuật bên cạnh khoa học khác: khoa học độ tin cậy 1.1.2 Định nghĩa độ tin cậy: Độ tin cậy P(t) của hệ thống xác suất để suốt khoảng thời gian khảo sát t hệ thống vận hành an toàn P(t) định nghĩa biểu thức sau: P(t) = P{ ≥ t} (1.1) Trong đó: -  thời gian liên tục vận hành an toàn phần tử Biểu thức phần tử muốn vận hành an toàn khoảng thời gian t giá trị t phải bé giá trị quy định  Đồng thời biểu thức phần tử vận hành an toàn với xác suất (0 ≤ P ≤ 1) suốt khoảng thời gian t Khi bắt đầu vận hành nghĩa thời điểm t = 0, phần tử hoạt động tốt nên P(0)= Ngược lại thời gian kéo dài, khả vận hành an toàn phần tử giảm tới t∞ theo quy luật phát triển vật chất tác động tàn phá thời gian, định phần tử phải hỏng đó P(∞) = 1.1.3 Những yếu tố ảnh hưởng độ tin cậy Phân biệt theo loại: Các yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy phân thành yếu tố kỹ thuật yếu tố kinh tế-kỹ thuật Các yếu tố Kỹ thuật trình vật lý khác hư hỏng Các q trình dẫn tới biến đổi kích thước, hình dạng, trật tự hình học tương đối phận Về chất lượng bề mặt tính chất khác sản phẩm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Các yếu tố kinh tế - kỹ thuật yếu tố làm giảm giá trị sản phẩm kỹ thuật, tiến khoa học kỹ thuật tạo sản phẩm kỹ thuật mới, có suất cao, chất lượng tốt v v…Yếu tố kinh tế - kỹ thuật làm giảm thông số làm việc hay tính chất sử dụng; làm cho sản phẩm trở lên cũ, lỗi thời Phân biệt theo dạng biểu hiện: Về mặt hình thức biểu hiện, yếu tố gây hư hỏng chia thành ba nhóm: dùng hỏng, tải lão hóa Dùng hỏng khái niệm chung mài mòn, mỏi ăn mòn (gỉ) – dạng hỏng chủ yếu sản phẩm kỹ thuật Khó loại trừ yếu tố này, sử dụng cách Sự tải xẩy sử dụng sai quy định, dùng hỏng khiến cho tải trọng tăng lên vượt giá trị giới hạn Nó trực tiếp dẫn tới hư hỏng làm tăng dùng hỏng Sự lão hóa q trình biến đổi (không ngược) vật liệu làm thay đổi độ bền Nó thuộc vào yếu tố gây hư hỏng, xuất ngồi q trình cơng nghệ chế tạo Phân biệt theo trình tác dụng Xét theo khoảng thời gian tác dụng nhanh hay chậm mà yếu tố gây ra, tương ứng, hỏng đột ngột (chẳng hạn gẫy tải) hay hỏng (chẳng hạn giảm công suất, tăng mức tiêu hao nhiên liệu mài mịn) Phân biệt theo ngun nhân Các yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy chia thành hai loại theo nguồn gốc sinh chúng: khách quan chủ quan Nguyên nhân khách quan gây hư hỏng thường hiểu ngun nhân bên ngồi khơng biết trước, chẳng hạn mơi trường, nguyên nhân người cụ thể chẳng hạn khơng hồn thiện phương pháp thiết kế hay quy trình cơng nghệ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Nguyên nhân chủ quan nguyên nhân sai lầm chủ yếu người gây mệnh lệnh kỹ thuật sai người quản lý, sai lầm thiết kế hay cơng nghệ (trong quy trình thiết kế hay công nghệ đúng, vi phạm quy định sử dụng, sơ suất thao tác….v v… Cần nói thêm rằng, vai trị người việc nâng cao đô tin cậy, ngăn ngừa hư hỏng khắc phục hư hỏng xảy vô lớn lao Cần phải xem người phần tử hệ thống, để tránh nguyên nhân chủ quan gây hư hỏng, góc độ kỹ thuật, biện pháp nâng cao độ tin cậy bao gồm vấn đề tâm lý lao động: chống ồn, chống rung, thông hơi, ánh sáng, tạo tư lao động thuận lợi cho người khác thao v.v… Hệ thống hóa phân loại kiện hư hỏng sản phẩm cần thiết cho việc tìm kiếm biện pháp sửa chữa thích hợp Một cách phân loại kiện hư hỏng sơ đồ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 58 CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG Hiện nay, hệ thống tính tốn kỹ thuật dần ứng dụng rộng rãi lĩnh vực hoạt động khác đời sống người Đặc biệt ngày nhiều hệ thống máy chủ sử dụng để quản lý, xử lý chịu trách nhiệm đối tượng làm việc theo thời gian thực Các hệ thống biết đến nhiều lĩnh vực: hệ thống kiểm soát nhà máy điện hạt nhân, hệ thống máy tính hệ thống ngân hàng, cơng ty chứng khốn, hệ thống máy tính máy bay, hệ thống thông tin liên lạc vệ tinh,… Những hệ thống cần phải có tính chất: khả phục hồi khả sống sót suốt thời gian hoạt động hệ thống thất bại tốn để lại hậu nguy hiểm Tuy nhiên với phát triển Internet, máy tính nay, bên cạnh số người sử dụng dịch vụ mạng gia tăng đồng nghĩa với việc máy chủ phải hoạt động với cường độ lớn Mặc dù máy chủ cấu hình tự động để chia tải theo thuật toán định tuyến nhiên việc tải máy chủ hồn tồn xảy với số lượng truy cập tăng đột biến hacker thực công DDOS vào máy chủ thời gian cao điểm, dịch vụ cung cấp cho người dùng ngưng trệ Do cần thiết phải đưa phương án dự phòng phù hợp để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống máy chủ Dựa vào lý thuyết độ tin cậy để phân tích, tính tốn đưa phương án dự phịng thích hợp, đồng thời sử dụng thuật tốn để tính tốn độ tin cậy cho hệ thống với phương án dự phòng 3.1 Phát biểu toán Trong thực tế cấu trúc hệ thống mạng công ty HOYA phức tạp gồm nhiều tầng, nhiều lớp máy chủ khác Tuy nhiên khuân khổ luận văn tác giả xét hệ thống Production Server ( Hệ thống máy chủ sản xuất) với máy chủ đóng vai trị – Primary server, máy chủ đóng vai Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 59 trò san tải cho máy chủ – Secondary server máy chủ giữ vai trò dự phòng cho hai máy chủ Trong trình hoạt động hệ thống, máy chủ hoạt động tải gặp trục trặc vận hành, theo chế cân tải cấu hình mặc định hệ thống, máy chủ dự phòng thực san tải thay thế, làm việc máy chủ Trường hơp hai máy chủ máy chủ dự phịng không đáp ứng nhu cầu yêu cầu tải tăng cao gặp công DOS/DDOS với quy mơ lớn Có nhiều phương pháp sử dụng để đảm bảo độ tin cậy khuân khổ luận văn đưa hai phương pháp tiêu biểu dự phịng tích cực dự phịng nhân đơi Hình 5: Sơ đồ hệ thống cơng ty HOYA Trong đó: - 1,2: máy chủ - 3: máy trạm Giải pháp: Phương án dự phịng tích cực: thêm 01 máy chủ Phương án dự phịng nhân đơi: thêm 02 máy chủ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 60 3.2 Mơ hình dự phịng tích cực 3.2.1 Đặc tả hệ thống Sử dụng phương pháp dự phịng tích cực để thêm 01 máy chủ vào hệ thống máy chủ sản xuất cơng ty HOYA trình bày chương – Phần 3.1 Khi hệ thống mơ tả sau: Hình 3.1: Đồ thị liên kết hệ thống Trong đó: - 1,2,3: server - 4: client Yêu cầu đặt tốn: Tính xác suất hệ thống hoạt động an tồn thời gian t Sử dụng thuật tốn tìm kiếm theo chiều sâu, nút tìm kiếm qua đỉnh cịn lại đồ thị hệ thống ta có: F(1,4) = 1 12  12 3  1  4 1  F(2,4) = 4   2314 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 61 214  3 4 F(3,4) = 3 324  1  314 Để nút số nhận tín hiệu từ máy chủ số 1, số số hàm đánh giá độ tin cậy hệ thống có dạng: F(x) = F(1,4) ˅ F(2,4) ˅ F(3,4) Sử dụng thuật tốn trực giao hóa để chuyển đổi mơ hình logic sang đại số F(1 4) = x1.x4 ( x2 ˅ x2.x3 ˅ x3.x2 ˅ x3) = x1.x4 ( x2 ˅ x3 ˅ x2.x3 ) Áp dụng thuật toán Poresky chương mục 2.4.1 để đưa dạng chuẩn tắc tuyển sau: K1 = x2 K2 = x3 K3 = x2.x3 K4 = x1.x4 => F(14) = [ K1 ˅ K2 ˅ K3 ] K4 ̅̅̅̅2 K3 ] K4 = [ K1 ˅ ̅K̅̅1̅.K2 ˅ ̅K̅̅1̅ K = [ x2 ˅ x̅̅̅.x ̅̅̅ x3 2.x3] x1.x4 3˅x ̅̅̅.x = x1.x4 (x2 ˅ x̅̅̅.x 3) (I) Áp dụng tương tự với F(24) F(34) ta có: F(2  4) = x2.x4 (x3 ˅ x̅̅̅.x 1) F(3  4) = x3.x4 (x1 ˅ x̅1 x2 ) (II) (III) Từ (I), (II) và(III) ta có: F(x) = x1.x4 (x2 ˅ x̅̅̅.x ̅̅̅.x ) ˅ x2.x4 (x3 ˅ x ) ˅ x3.x4 (x1 ˅ x̅1 x2 ) = x4 (x1.x2 ˅ x1.x̅̅̅.x ̅̅̅3 ˅ x1.x3 ˅ x̅1 x2.x3 ) ˅ x2.x3 ˅ x1.x2 x = x4 (x1.x2 ˅ x1.x̅̅̅.x ̅̅̅3 ˅ x2.x3 ˅ x1.x3 ) ˅ x̅1 x2.x3 ˅ x1.x2 x = x4 (x1.x2 ˅ x2.x3 ˅ x1.x3 ) (IV) Ta giả định độ tin cậy máy chủ P Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 62 Khi đó: P(x1) =P( x2 = P(x3) = P Độ tin cậy hệ thống từ (IV) là: Psystem = P1 = P (P2 + P2 + P2 ) = 3P3 (V) Theo lý thuyết chương – [1.3] hệ thống quy hai sơ đồ khối đơn giản nối tiếp ho ặc song song Qua sơ đồ hình 3.1 ta thấy sơ đồ hoạt động máy chủ cơng ty HOYA theo mơ hình nối tiếp – hệ thống nối tiếp hoạt động an toàn phần tử độc lập không phục hồi hoạt động an toàn, phần tử ngừng làm việc hệ thống thất bại, độ tin cậy hệ thống nối lý thuyết chương 1, phần 1.3 là: 𝑡 P system (t) = P = P x1 (t).P x2 (t)…P xn (t) = 𝑒 − ∫0 𝜆(𝑡).𝑑𝑡 Như chưa có phần tử dự phịng hệ thống máy chủ cơng ty HOYA có độ tin cậy là: Psystem(t) = Px1(t).Px2(t) = P2 (VI) Mà theo Poisson: P = 𝜀 −𝜆𝑡 Giả sử : λ=10-5(1/giờ) cường độ hỏng hóc máy chủ, từ (V), (VI) ta tính tốn xác suất hệ thống hoạt động an tồn skhi máy chủ chưa có dự phịng, kí hiệu P(t) có máy chủ dự phịng kí hiệu P1(t) t(giờ) 1.000 P(t) 1.000 P1(t) 1.000 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN (P1(t)-P(t))*100/P(t) Ghi 0% http://www.lrc.tnu.edu.vn 63 100 0.998 1.000 0.17% 500 0.961 0.998 0.85% 1000 0.946 0.997 1.70% 4000 0.924 0.985 6.63% 8760 0,839 0.959 14.28% năm 17520 0.704 0.897 27.32% năm 26280 0.591 0.823 39.29% năm 35040 0.496 0.746 50.25% năm 43800 0.416 0.668 60.29% năm Hình 3.2 Bảng giá trị xác suất P(t) Hình 3.3 thể liên quan P(t) thời gian t: 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 P(t) P1(t) 1.0 100 500 1000 4000 8760 17520 26280 35040 43800 Hours Hình 3.3 Sự phụ thuộc P(t) vào thời gian t Từ Bảng giá trị hình 3.2, ta thấy với việc sử dụng thêm máy chủ dự phịng nâng cao độ tin cậy cho hệ thống lên tới 14.28% hệ thống hoạt động liên tục năm chí 60.29% hoạt động năm Điều với thực tế kỳ vọng 3.2.2 Mơ hình tốn dự phịng nhân đơi ( Duplicate): Với tốn sử dụng máy chủ dự phịng cơng ty HOYA, ngồi phương án dự phịng tích cực cịn dư dụng phương án dự phịng khác – Dự phịng nhân đơi ( Duplicate) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 64 Cơ chế dự phịng nhân đơi: - Với máy chủ chính, xây dựng máy chủ dự phịng kết nối trực tiếp với máy chủ - Các máy chủ dự phịng thay cho máy chủ xác định trước thay cho máy chủ khác hệ thống Như với toán sử dụng máy chủ dự phịng cho cơng ty HOYA sơ đồ máy chủ có dạng: Hình 3.4: Sơ đồ dự phịng nhân đơi u cầu tốn: Tính xác suất để hệ thống hoạt động khoảng thời gian t Trong đó: - X1, X2: máy chủ - X1’, X2’: máy chủ dự phòng Giả sử để máy trạm nhận tín hiệu từ server có trường hợp xảy Máy trạm nhận tín hiệu từ máy chủ x1, x2 Khi máy chủ x1 có máy chủ dự phịng x1’, x2 có máy chủ dự phịng x2’ Khi máy trạm nhận tín hiệu từ máy chủ x1, x2 với hàm đánh giá độ tin cậy có dạng: F(x) = x x ˅ x x ’ ˅ x ’.x ˅ x ’.x ’ Theo Poreskey mô tả chương 2, mục 2.4.2 chuyển dạng chuẩn tắc tuyển sau: F(x) = K1 ˅ K2 ˅ K3 ˅ K4 ̅̅̅2 𝐾 ̅̅̅3 K = K1 ˅ ̅̅̅ 𝐾1 K ˅ ̅̅̅ 𝐾1 ̅̅̅ 𝐾2 K3 ˅ ̅̅̅ 𝐾1 𝐾 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN (*) http://www.lrc.tnu.edu.vn 65 Trong đó: K = x x K = x x ’ K = x ’.x K = x ’.x ’ ̅K̅̅1̅’ = x̅1 ˅ x1 x̅̅̅2 ̅̅̅̅2 = x̅̅̅2 ˅ x1 x̅̅̅’ K ̅̅̅̅3 = x̅1 ′ ˅ x1 ′ x̅̅̅2 K Từ (*) ta có: ̅K̅̅1̅.K = ( x̅̅̅2 ˅ x x )(x x ’) = x x̅̅̅2 x2’ ̅K̅̅1̅ K ̅̅̅̅2 K3 = ( x̅1 ˅ x1 x̅̅̅2 )( x̅1 ˅ x1 x̅̅̅’ ) x1’.x2 = { [ (x̅1 ˅ x1 ̅̅̅ x2 ) x̅1 ] ˅ [ ( x̅1 ˅ x1 ̅̅̅ x2 ).x1 x̅̅̅’] } x1’ x2 = ( x̅1 ˅ x1 ̅̅̅ x2 x̅̅̅2 ′ ).x1’.x2 = x̅1 x1’ x2 ̅K̅̅1̅ K ̅̅̅̅2 K ̅̅̅̅3 K = ( x̅1 ˅ x1 ̅̅̅ x2 x̅̅̅2 ′ ).( x̅1 ′ ˅ x1’ ̅̅̅ x2 ).x1’.x2’ = [ (x̅1 ˅ x1 x̅̅̅ ̅̅̅2 ′ ) x̅1 ′ ˅ ( x̅1 ˅ x1 x̅̅̅ ̅̅̅2 ′ ).x1’ x̅̅̅2 ′ ].x1’.x2’ x x = [x̅1 x̅1 ’ ˅ x1 ̅̅̅ x2 x̅̅̅2 ′ x̅1 ’ ˅ x̅1 ’.x1’ x̅̅̅2 ′ ˅ x1 x̅̅̅.x x2 ′ ].x1’.x2’ 1’ ̅̅̅ = x1’ x2’ x̅1 x̅̅̅2 ′ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 66 Vậy: F(x) = x1.x2 ˅ x x̅̅̅.x ̅̅̅2 ′ 2’ ˅ x̅1 x1’ x2 ˅ x1’ x2’ x̅1 x Ta giả định độ tin cậy máy chủ P Khi đó: P(x1) = P(x2) = P(x1’) = P(x2’) = P P(𝑥 ̅̅̅) ̅̅̅) 𝑥1 ′ ) = P( ̅̅̅ 𝑥2 ′ ) = 1- P = P(𝑥 = P( ̅̅̅ Khi độ tin cậy hệ thống là: Psystem = P + P (1 - P) + P (1 - P) + P (1 - P) = P + 2P – 2P + P (1 - 2P + P ) = 3P – 2P + P – 2P + P = 4P – 4P + P (I) Mà theo lý thuyết chương – [1.3], qua sơ đồ hình 3.4 ta thấy sơ đồ hoạt động máy chủ cơng ty HOYA theo mơ hình song song – hệ thống song song thất bại tất phần tử ngừng làm việc, độ tin cho hệ song song là: 𝑛 𝑃𝐻 (𝑡) = − 𝑄𝐻 (𝑡) = − ∏(1 − 𝑒 −𝜆𝑖 𝑡 ) 𝑖=1 = − (1 − 𝑃1 )(1 − 𝑃2 ) … (1 − 𝑃𝑛 ) = 2P – P2 (II) Ta xử lý tiếp kết thu sau sử dụng hàm trực giao hoá cách thay Pi = exp(-λi *t) Trong λi cường độ hỏng hóc máy chủ thứ i Giả sử: i = 10-5 (1/giờ) Theo Poisson: P = 𝜀 −𝜆𝑡 Vậy ta phải tính xác suất hệ thống hoạt động an tồn máy chủ chưa có dự phịng, kí hiệu P(t) có máy chủ dự phịng kí hiệu P1(t) Hình 3.5 thể giá trị xác suất hệ thống phần trăm giá trị độ tin cậy sử dụng máy chủ dự phòng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 67 t(giờ) P(t) P1(t) ((P1(t)P1(t))*100/P(t) Ghi 1.0 1.0 1.0 0% 100 0.998 0.999 0.16% 500 0.994 0.998 0.79% 1000 0.989 0.997 1.57% 4000 0.959 0.992 5.84% 8760 0.909 0.985 11.61% Năm 17520 0.817 0.948 19.00% Năm 26280 0.727 0.896 23.09% Năm 35040 0.642 0.832 24.58% Năm 43800 0.563 0.763 26.32% Năm Hình 3.5 Bảng giá trị xác suất P(t), P1(t) phần trăm giá trị độ tin cậy tăng lên sử dụng phần tử dự phịng Sơ đồ hình 3.6 thể liên quan P(t), P1(t) thời gian t: 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 P(t) 0.3 P1(t) 0.2 0.1 0.0 1.0 100 500 1000 4000 8760 17520 26280 35040 43800 Hours Hình 3.6: Sự phụ thuộc P(t) vào thời gian t Dựa vào biểu đồ ta thấy sử dụng phần tử dự phịng độ tin cậy hệ thống tăng 11.61% cho năm đầu 26.32% cho năm Điều với thực tế kỳ vọng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 68 Theo số nghiên cứu linh kiện điện tử sử dụng để cấu thành lên thiết bị máy tính có chu kì vịng đời khoảng năm, tức sau thời gian đó, thiết bị không hoạt động với hiệu suất mong muốn cần thiết phải thay Với chi phí kinh tế cho việc vận hành thêm máy chủ, kèm theo phí quyền phần mềm máy chủ, lượng điện tiêu thụ cho thiết bị, chi phí vận hành, bảo trì, quản trị việc áp dụng phương án tùy thuộc vào điều kiện yêu cầu đơn vị 3.3 Kết luận: Với việc xây dụng thành cơng tốn tính độ tin cậy ta nghiên cứu độ tin cậy khả sống sót hệ thống, thơng qua kết tốn thấy kết hồn tồn phù hợp với mong đợi chúng ta, điều có nghĩa tốn ta phát triển làm việc cách xác sở cho việc phát triển phần mềm tính toán độ tin cậy hệ thống phức tạp Qua ví dụ cụ thể chứng minh điều thành phần hệ thống đóng vai trị vơ quan trọng, độ tin cậy khả sống sót hệ thống phụ thuộc vào chúng Việc loại bỏ bớt thành phần hệ thống làm cho hệ thống hoạt động an tồn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 69 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Luận văn đưa phân tích lý thuyết liên quan đến độ tin cậy hệ thống xây dựng thành cơng tốn ứng dụng giải số liên quan đến độ tin cậy hệ thống, bao gồm việc xây dựng toán, giai đoạn giải toán, thuật toán phát triển trình tìm đường đồ thị, tối thiểu hoá toán tử logic, phương pháp trực giao hoá quy tắc để chuyển đổi hàm xác suất để tính tốn giá trị cần tìm Hướng phát triển Nghiên cứu tốn để xây dựng phần mềm giải tốn tính tốn độ tin cậy hệ thống đáp ứng yêu cầu với hệ thống ngày phức tạp cần có đầu tư nghiên cứu sâu Có thể phát triển phần mềm theo số hướng sau: Giao diện phần mềm xây dựng theo hướng đồ hoạ để tăng hiệu tương tác người hệ thống làm việc File liệu output input lớn hệ thống lớn nên nghiên cứu hướng lưu trữ sở liệu SQL, Oracle sở liệu khác Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO I.Tiếng Việt Đỗ Đức Giáo (2008), Toán rời rạc, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, tr.492-495, 496-498 Trần Diên Hiển, Vũ Viết Yên (2005), Nhập môn lý thuyết xác suất thống kê toán, Nhà xuất Đại học Sư phạm, Hà Nội, tr16, 31 Phạm Thị Thanh Hồng, Phạm Minh Tuấn (2006), Hệ thống thông tin quản lý, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, tr.23, 24 Phan Văn Khôi (2001), Cơ sở đánh giá độ tin cậy, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, tr9, tr13, tr33-37, tr180-185, tr188-196 Lê Quang Minh, Lê Khánh Dương, Phạm Anh Khiêm (06/2014), “Đảm bảo độ tin cậy hệ thống phương pháp dự phòng truyền thống dự phịng bảo vệ tích cực”, báo cáo tham dự Hội nghị Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thơng tin (FAIR) 2014 Nguyễn Duy Việt (4/2011), “Tính độ tin cậy hệ thống không phục hồi”, tạp chí Khoa học Giao thơng Vận tải, tr2-4 Lê Thị Hải Yến (2012), Các phương pháp đánh giá độ tin cậy hệ thống tính tốn qua cấu trúc hệ thống, Luận văn Thạc sĩ Công nghệ phần mềm, Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 71 II Tiếng Anh Carlo Kopp (1996), System Reliability and metrics of Reliability, Peter Harding & Associates Pty Ltd, pp.5-7, 8,9 Mahesh Pandey, Mikko Jyrkama (2008), System Reliability Analysis,University of Waterloo, pp.2-5, 23 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 72 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn