Hình 3 .1 Mô hình hệthống máy tính phân cấp
Hình 3.4 Cấu hình HCS với AP và dự phòng tĩnh
Cho các giả định và ký hiệu viết biểu thức tính xác suất của khả năng hoạt động hệ thống không có sự thất bại với cấu hình số 15-20:
𝑃[15] = 𝑝𝑠𝑝2[𝑝3 + 3𝛼1𝐴𝑃 1 − 𝑝 𝑝2]2 ; 𝑃[16] = 𝑝𝑠𝑝2[𝑝4 + 4𝛼2𝐴𝑃 1 − 𝑝 𝑝3 + 6𝛼1𝐴𝑃(1 − 𝑝)2𝑝2]2 ; 𝑃[17] = 𝑝𝑠2𝑝[𝑝3 + 3𝛼1𝐴𝑃(1 − 𝑝)𝑝2]2 ; 𝑃 18 = 𝑝𝑠3[𝑝3 + 3𝛼1𝐴𝑃(1 − 𝑝)𝑝2]2 ; 𝑃[19] = 𝑝𝑠 𝑠3 + 3𝛼1𝐴𝑃 1 − 𝑠 𝑠2 ; 𝑃 20 = 𝑝𝑠[𝑠4 + 4 𝛼2𝐴𝑃 1 − 𝑠 𝑠3 + 6𝛼1𝐴𝑃 1 − 𝑠 2𝑠2] ; 𝑣ớ𝑖 𝑠 = 1 − 𝐶3𝑖(1 − 𝑝)𝑖𝑝3−𝑖 3 𝑖=1
Để hiểu rõ hơn và quan sát đƣợc độ tin cậy của từng phƣơng pháp dự phòng trên mô hình hệ thống máy tính phân cấp HCS thì chúng tôi sẽ tính toán
giá trị độ tin cậy của từng phƣơng pháp dự phòng tƣơng ứng với từng mô hình máy tính phân cấp cụ thể. Từ các thông số đó sẽ đƣa ra các nhận xét, mô hình so sánh các biện pháp và hiệu quả của từng phƣơng pháp sau từng mốc thời gian thực hiện thì độ tin cậy sẽ bị ảnh hƣởng nhƣ thế nào?
Giá trị của xác suất hoạt động không có sự thất bại của HCS đƣợc đƣa ra trong bảng với cấu hình số 1-20. Khi tính toán xác suất P[i] (i = 1 .. 20) đã đƣợc sử dụng các đầu vào sau: thời gian hoạt động phân phối xác suất của mỗi bộ vi xử lý trong hệ thống tƣơng ứng với theo cấp số nhân P(t) = exp(-λt); tỷ lệ thất bại λ = 7*10-7h-1; α1АP =0,8; α2АP =1-(1- α1АP)2=0,96; α1=0,8; thời gian hoạt động HCS - 61.320 giờ (7 năm).
Bảng xác suất thất bại của hệ thống
Cấu hình số
Số bộ vi xử lý dự phòng
1 năm 2 năm 3 năm 4 năm 5 năm 6 năm 7 năm
Số 1 0 0,9580 0,9177 0,8792 0,8422 0,8068 0,7729 0,7405 Số 2 1 0,9615 0,9244 0,8888 0,8545 0,8215 0,7897 0,7591 Số 3 2 0,9650 0,9312 0,8985 0,8669 0,8363 0,8068 0,7783 Số 4 3 0,9686 0,9380 0,9083 0,8795 0,8515 0,8243 0,7979 Số 5 4 0,9721 0,9449 0,9183 0,8923 0,8669 0,8422 0,8180 Số 6 5 0,9757 0,9518 0,9283 0,9053 0,8826 0,8604 0,8386 Số 7 6 0,9793 0,9587 0,9385 0,9184 0,8986 0,8791 0,8598 Số 8 7 0,9829 0,9658 0,9487 0,9318 0,9149 0,8981 0,8814 Số 9 1 0,9779 0,9559 0,9340 0,9121 0,8904 0,8689 0,8476 Số 10 2 0,9745 0,9493 0,9246 0,9003 0,8765 0,8531 0,8301 Số 11 3 0,9771 0,9546 0,9324 0,9106 0,8892 0,8681 0,8474 Số 12 4 0,9798 0,9599 0,9403 0,9210 0,9020 0,8833 0,8649
Cấu hình số
Số bộ vi xử lý dự phòng
1 năm 2 năm 3 năm 4 năm 5 năm 6 năm 7 năm
Số 13 3 0,9824 0,9641 0,9453 0,9259 0,9061 0,8860 0,8657 Số 14 6 0,9907 0,9811 0,9710 0,9605 0,9495 0,9381 0,9263 Số 15 3 0,9780 0,9563 0,9347 0,9134 0,8924 0,8716 0,8511 Số 16 5 0,9834 0,9669 0,9506 0,9344 0,9184 0,9025 0,8867 Số 17 4 0,9816 0,9633 0,9450 0,9267 0,9086 0,8905 0,8725 Số 18 5 0,9852 0,9703 0,9553 0,9402 0,9250 0,9098 0,8945 Số 19 4 0,9747 0,9479 0,9201 0,8913 0,8619 0,8321 0,8021 Số 20 7 0,9944 0,9883 0,9816 0,9744 0,9667 0,9585 0,9496 Phân tích các giá trị trong bảng cho thấy ƣu điểm của việc sử dụng AP so với dự phòng truyền thống với cùng một số bộ vi xử lý cần thiết. Với cùng một số lƣợng thiết bị dự phòng mà khi nhân bản, AP kiểm soát bao gồm hầu hết các phần của hệ thống (hoặc phát hiện lỗi nhiều khả năng), do đó làm tăng khả năng quan sát của hệ thống và cung cấp cái gọi là phòng ảo - phòng bộ vi xử lý chính với ít nhất một phần tử dự phòng nâng cao khả năng kiểm soát của hệ thống. Cấu hình số 18 với năm bộ vi xử lý dự phòng, cung cấp các khả năng thất bại của hệ thống: 0,8945 là một trong những cấu hình hiệu quả nhất.
Hình 3.6 cho thấy đồ thị của xác suất khả năng hoạt động không có sự thất bại HCS cấu hình số 1, số 14, số 18, số 20 theo thời gian.
Xem xét các trƣờng hợp nhân bản ba trong cấu hình số 18 trong hình 3.5. Cấu hình HCS với các ứng dụng dự phòng ba đƣợc thể hiện trong hình 3.6.
Hình 3.6. Đồ thị xác suất độ tin cậy của HCS cấu hình số 1, số 14, số 18, số 20 theo thời gian
18 21 22
Hình 3.7. Cấu hình HCS với AP và dự phòng nhân bản ba.
Biểu thị РТР - xác suất của các bộ vi xử lý ba trong trƣờng hợp dự phòng ba; 2- phát hiện xác suất thất bại trong 3 bộ vi xử lý trong trƣờng hợp dự phòng ba. Chúng tôi tin rằng sau khi phát hiện sự thất bại của một bộ xử lý trong dự phòng ba sẽ đƣợc chuyển đến trùng lặp với khả năng phát hiện chính xác của sự thất bại trong một cặp 1.
Cho các giả định và ký hiệu, tƣơng tự:
𝑃𝑇𝑃 = 1 − 3 1 − 𝛼1 𝑝𝑞2 − 3 1 − 𝛼2 𝑝2𝑞 − 𝑞3
Biểu hiện cho khả năng hoạt động không có sự thất bại của HCS với cấu hình số 21-22 sẽ tính nhƣ sau: 𝑃[21] = 𝑝𝑇𝑃𝑝𝑠2 𝑝3 + 3𝛼1𝐴𝑃 1 − 𝑝 𝑝2 2 ; 𝑃 22 = 𝑝𝑇𝑃3 [𝑝3 + 3𝛼1𝐴𝑃(1 − 𝑝)𝑝2]2 ; 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1 2 3 4 5 6 7 năm Số 1 Số 14 Số 18 Số 20
Hình 3.6 cho thấy đồ thị của xác suất hoạt động không có sự thất bại HCS với cấu hình số 1, số 18, số 21, số 22 lần.
Hình 3.8. Đồ thị xác suất độ tin cậy của HCS cấu hình số 1, số 14, số 21, số 22 theo thời gian
Cấu hình số 14, số 18, số 20, số 21, số 22, cung cấp khả năng thất bại của hệ thống trong suốt bảy năm hoạt động không nhỏ hơn 0,9. Do đó, khả năng thất bại của hệ thống mà không sử dụng bất kỳ phƣơng pháp để cải thiện độ tin cậy (số cấu hình 1 - hình 1) bằng 0,7405.
Trong khi, độ tin cậy của hệ thống mà không sử dụng bất kỳ phƣơng pháp để cải thiện độ tin cậy (cấu hình số 1 - hình 2) bằng 0,7405 (tăng 21,6%)
3.4 Kết luận
Trong khuân khổ của của chƣơng ba này chúng ta đã có cái nhìn khái quát về sử dụng các phần tử dự phòng để nâng cao độ tin cậy của hệ thống máy tính phân cấp. Luận văn đã đƣa ra phƣơng pháp tiếp cận hợp lý nhất để nâng cao độ tin cậy của HCS là sử dụng phƣơng pháp dự phòng truyền thống và phƣơng pháp dự phòng tích cực (nhân bản ba) ở bộ vi xử lý kiểm soát kết hợp với bộ vi xử lý bảo mật dữ liệu hoạt động cấp độ cao. Kết quả đánh giá cho thấy xác suất độ tin cậy của hệ thống trong suốt 7 năm (61.320 giờ) không nhỏ hơn 0.9 đảm bảo độ tin cậy hệ thống.
Việc phân tích hiệu quả độ tin cậy của hệ thống và ứng dụng phƣơng pháp bảo vệ chủ động nhằm chống lại những thất bại trong việc kiểm soát phân cấp
các hệ thống tính toán thời gian thực - thể hiện cho khả năng hoạt động không có sự thất bại của hệ thống với các cấu hình khác nhau.
Trong lý thuyết về độ tin cậy của hệ thống đã có nhiều phƣơng pháp khác nhau đƣợc đƣa ra nhằm giải một bài toán duy nhất – tăng độ tin cậy của một hệ thống từ những thành phần không tin cậy. Trong chƣơng 2 tôi đã trình bày xem xét đến các cấu trúc khác nhau của hệ thống với các thành phần dự phòng, nhằm bổ xung độ tin cậy nhƣ: 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 chƣơng 3 chúng tôi đƣa ra giải pháp kết hợp hai cấu trúc dự phòng đã đem lại độ tin cậy của hệ thống cao hơn việc sử dụng cấu trúc dự phòng truyền thống.
KẾT LUẬNVÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 1. Kết luận
Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu và làm luận văn dƣới sự hƣớng dẫn của thầy TS. Lê Quang Minh tôi đã hoàn thành luận văn với đề tài ”Nghiên
cứu các phương pháp nâng cao độ tin cậy cho hệ thống tính toán qua cấu trúc hệ thống”. Luận văn đã đạt đƣợc kết quả sau:
- Tìm hiểu, nghiên cứu về cơ sở đánh giá độ tin cậy của hệ thống
- Từ kết quả đánh giá độ tin cậy của hệ thống thì luận văn đã nghiên cứu các phƣơng pháp dự phòng nhằm tăng độ tin cậy cho hệ thống.
- Dựa trên lý thuyết về các phƣơng pháp dự phòng nâng cao độ tin cậy cho hệ thống thì luận văn đã áp dụng các phƣơng pháp dự phòng vào mô hình máy tính phân cấp không an toàn và đƣa ra đƣợc các kết quả so sánh các phƣơng pháp dự phòng với nhau.
- Từ kết quả về độ tin cậy của hệ thống thì tôi đã đƣa ra phƣơng pháp cải tiến so với các phƣơng pháp truyền thống và đạt đƣợc kết quả tốt.
2. Hƣớng phát triển
Với nghiên cứu đề tài trên tôi đã áp dụng với mô hình có độ phức tạp chƣa cao và độ phân cấp mới là ba cấp nên hƣớng phát triển tiếp theo của đề tài là ứng dụng với nhiều mô hình hệ thống máy tính phân cấp phức tạp hơn và với độ phân cấp cao hơn, gần với thực tế hơn nữa để giúp các nhà quản lý có thể lựa chọn các phƣơng án dự phòng giúp cho hệ thống máy tính phân cấp của công ty, cơ quan,.. có thể đảm bảo vận hành an toàn hơn.
Do thời gian nghiên cứu có hạn cộng với năng lực bản thân còn hạn chế, luận văn chắc chắn sẽ không tránh khỏi một số sai sót nhất định. Tôi rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp của các Thầy Cô, các bạn đồng nghiệp cùng các cá nhân quan tâm để nội dung luận văn đƣợc hoàn thành với chất lƣợng tốt hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1]. Đỗ Đức Giáo (2008), Toán rời rạc, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, tr.492-495, 496-498.
[2]. Trần Diên Hiển, Vũ Viết Yên (2005), Nhập môn lý thuyết xác suất và thống kê toán, Nhà xuất bản Đại học Sƣ phạm, Hà Nội, tr16, 31.
[3]. PGS.TS Phan Văn Khôi (2001), Cơ sở đánh giá độ tin cậy, Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật, tr169-174, tr188-195
[4]. Trần Đình Long, Trần Việt Anh (2007) ,”Sử dụng phương pháp cây sự
cố trong phân tích và đánh giá độ tin cậy của hệ thống điều khiển bảo vệ hệ thống điện”, tạp chí Khoa học và Công nghệ, tập 45 số 2, tr19-21.
[5]. TS. Lê Quang Minh, ThS. Phan Đăng Khoa, Vũ Thị ThủyĐảm (06/2011), “Bảo độ tin cậy của hệ thống bằng các phương pháp dự
phòng truyền thống và ngắt luân phiên”, bài báo tham dự FAIR, tr2-5.
[6]. TS. Nguyễn Duy Việt (4/2011), “Tính độ tin cậy của hệ thống không
phục hồi”, tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, tr2-4.
[7]. TS. Nguyễn Duy Việt (8/2009), “Độ tin cậy của hệ thống điều khiển tín
hiệu”, Tạp chí Giao thông vận tải, tr5-7.
Tiếng Anh
[8]. Carlo Kopp (1996), System Reliability and metrics of Reliability, Peter
Harding & Associates Pty Ltd, pp.5-7, 8,9.
[9]. Dana Crowe, Alec Feiberg, Design for Reliability, CRC Press, 2001. [10]. Gary Marshall , David Chapman (2002), Resilience, Reliability and
Redundancy, WSP Communications Ltd and Copper Development
Association- United Kingdom, pp 35-48
[11]. Irene Eusgeld, Falk Fraikin, Matthias Rohr, Felix Salfner, Ute Wappler, (2008), Software Reliability, pp 106-107, 110-111
[12]. Malte Lenz & Johan, (2011), Reliability calculations for complex systems, pp 34-36.
[13]. Mahesh Pandey, Mikko Jyrkama (2008), System Reliability Analysis,University of Waterloo, pp.2-5, 23.
[14]. MIL-STD-756B, Military Standard, (Nov, 1981),Reliability Modeling
and Prediction,Department of Defense Washington DC,pp 102-6.
[15]. Thoft-Christensen, (March1984), Reliability of Structural Systems,
University of Aalborg, Denmark, pp 214-216
[16]. Ramakumar.R, (2000), Reliability Engineering,CRC Press LLC, pp 4-9 [17]. Roy Billiton, Ronald N.Allan, (2002), Reliability Evaluation of
Engineering Systems, University of Manchester Institure of Sclence
Technology, United Kingdom, pp 82-87, 90-94.
Tiếng Nga
[18]. Александр Майер, Разработка методов повышения надежности
процесса эксплуатации вычислительных систем, 2008. -31c, (Xây
dựng các phƣơng pháp nâng cao độ tin cậy của quá trình vận hành hệ thống máy tính).
[19]. Шубин, Р.А, Надёжность технических систем и техногенный риск,2012. 15-18c, (Độ tin cậy của hệ thống kỹ thuật và các nguy cơ
công nghệ).
[20].LeQuangMinh(2007),“Анализ методов обеспечения
отказоустойчивости и живучести вычислительных систем”, Естественные науки и технологии- №5. (Phântíchcácphƣơngphápbảo đảm độtincậyvà độhoạt độngcủahệthốngtínhtoán, Tạpchí “Khoahọctựnhiênvà côngnghệ”, số 5 – 2007). [21].LeQuangMinh (2007),“Анализ эффективности применения методов повышения отказоустойчивости ИВС реального времени”, Микроэлектроники и информатики, Тез. докл. Всероссийской конференции. (Phântíchhiệuquảcủaviệcứngdụngcácphƣơngphápnângcao
độtincậychohệthốngthờigianthựccó cấutrúcdạngcây. Hội thảo khoa học toàn LB Nga, Mátxcơva).