Надежность информационных систем

Надежность информационных систем
Автор курса лекций:
Шегал Анна Айзиковна, канд.техн.наук, доцент кафедры «Технологии и средства связи» УГТУ-УПИ
Екатеринбург 2008

Расчет аппаратурной надежности ИС на этапе проектирования

Цели изучения
Определение понятия логическое соединение элементов в системе.
Изучение основ расчета надежности нерезервированной невосстанавливаемой системы.
Рассмотрение классификации резервированных систем ( структурная избыточность).
Изучение основ расчета надежности резервированной невосстанавливаемой системы.
Рассмотрение основ расчета надежности восстанавливаемой системы.

Логические схемы соединения элементов в системе
Логическая схема является логической моделью безотказной работы системы.
Предполагается:
отказы элементов независимы,
элементы и система могут находиться только в двух состояниях: работоспособном или неработоспособном.
Перед составлением логической схемы производится анализ функционирования системы и элементов в течение заданной наработки. Определяется содержание термина «безотказная работа системы». Перечисляются и описываются возможные отказы элементов и системы. Оценивается влияние отказа каждого элемента на работоспособность системы.
Функциональные (электрические) связи между элементами заменяются логическими, характеризующими безотказную работу системы в зависимости от работоспособности или отказа каждого компонента.

Последовательное соединение элементов
Соединение элементов в системе называется последовательным, если отказ любого из элементов приводит к отказу системы или относительно противоположного события: работоспособное состояние системы имеет место только в одном случае, когда работоспособны все элементы системы.
При последовательном соединении элементов Р(t) – вероятность безотказной работы системы на отрезке времени [0, t] определяется произведением вероятностей безотказной работы всех элементов соединения:
(4.1),
где Pj(t) – вероятность безотказной работы j-го элемента последовательного соединения (j=1,…,n).

Параллельное соединение элементов в систему
Соединение элементов в системе называется параллельным, если работоспособное состояние системы имеет место, когда работоспособен хотя бы один элемент соединения или относительно противоположного события: отказ системы наступает только в том случае, когда откажут все элементы соединения.
При параллельном соединении элементов Q(t) – вероятность отказа системы на отрезке времени [0, t] определяется произведением вероятностей отказа всех элементов соединения:
(4.2) ,
где Qj(t) – вероятность безотказной работы j-го элемента последовательного соединения (j=1,…,n).
Параллельное по надежности соединение называется также резервированным соединением.

Расчет надежности нерезервированной невосстанавливаемой системы
Рассмотрим вычислительную систему (ВС) состоящую из n элементов (функциональных узлов).
Допустим, что отказ любого из элементов не зависит от состояния других элементов, не вызывает изменения характеристик (не нарушает работоспособности) остальных элементов и приводит к отказу всей системы. Это допущение может быть принято в случае, когда отказ любого элемента является внезапным , мгновенно приводящим к отказу системы. Следовательно, ВС имеет последовательное по надежности соединение элементов, а вероятность безотказной работы определяется как
Вероятность отказа системы – Q(t) как вероятность противоположного события:
(4.3).
При произвольном законе распределения времени наработки до отказа для каждого из элементов вероятность безотказной работы системы определится так:

Расчет надежности нерезервированной невосстанавливаемой системы
Для наиболее часто применяемого экспоненциального распределения времени наработки до отказа элементов, при котором = const (период нормальной эксплуатации элементов), выражение (4.4) примет вид:
(4.4)
, (4.5)
где λi – интенсивности отказа i – компонентов ВС приводятся в специальных отраслевых справочниках по комплектующим элементам. Можно представить сумму интенсивностей отказов одним эквивалентным элементом, имеющим интенсивность
(4.7)
а среднее время наработки до отказа
, (4.6)