Full Text

Введение. Внутренние войска МВД России в настоящее время широко применяют автоматизированные системы управления и обработки информации, позволяющие эффективно управлять войсковыми соединениями и частями. Немаловажную роль в таких АСУ отводится вопросам повышения надежности локальных вычислительных сетей воинских частей и соединений, использующих современные средства обработки и передачи информации. Под надежностью и безопасностью АСУ ВВ МВД России понимается ее защищенность от случайных или преднамеренных вмешательств в нормальный процесс ее функционирования, выражающийся в хищении или изменении информации (программная надежность), а также в нарушении ее работоспособности из-за отказов (аппаратная надежность). Современное сетевое оборудование находит широкое применение при построении всех уровней системы АСУ ВВ МВД России. Ввиду важности задач, решаемых с их помощью, к надежности предъявляются очень высокие требования. При этом под надежностью понимается способность поддерживать передачу информации с заданной скоростью и с заданной достоверностью в течение требуемого промежутка времени. Рассматриваемые далее варианты повышения надежности сети с привлечением резервирования неизбежно связаны с дополнительными затратами. Поскольку эта процедура может быть выполнена с помощью различных подходов, выбор наиболее эффективного способа - как с технической, так и с экономической точек зрения - приобретает исключительно важное прикладное значение. Анализ факторов, влияющих на надежность локальных вычислительных сетей, показал, что надежность закладывается при проектировании, реализуется при изготовлении и расходуется при эксплуатации. Поэтому естественным является рассмотрение методов повышения надежности на этих трех этапах жизненного цикла [1, 2]. Надежность является комплексным, сложным свойством, состоящим в общем случае из безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Следовательно, и методы повышения надежности должны рассматриваться с позиции повышения этих четырех составляющих свойств надежности [3, 5, 6]. Все методы повышения надежности принципиально могут быть сведены к следующим основным методам: - резервированию (рис. 1); - уменьшению интенсивности отказов элементов сети; - сокращению времени непрерывной работы; - уменьшению времени восстановления; - выбору рациональной периодичности и объема контроля. Математическая модель. Одно из центральных положений - теории надежности состоит в том, что отказы рассматривают в ней как случайные события. Интервал времени от момента включения элемента (системы) до его первого отказа является случайной величиной, называемой временем безотказной работы. Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой (по определению) вероятность того, что время безотказной работы будет менее t, обозначается q(t) и имеет смысл вероятности отказа на интервале 0...t. Вероятность противоположного события - безотказной работы на этом интервале - определяется как р(t) = 1 - q(t). Мерой надежности элементов и систем является интенсивность отказов λ(t), представляющая собой условную плотность вероятности отказа в момент t, при условии, что до этого момента отказов не было. Между функциями λ(t) и р(t) существует взаимосвязь: В период нормальной эксплуатации (после приработки, но еще до того, как наступил физический износ) интенсивность отказов примерно постоянна . В этом случае . Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной для периода нормальной эксплуатации, соответствует экспоненциальное уменьшение вероятности безотказной работы с течением времени. Среднее время безотказной работы (наработки на отказ) находят как математическое ожидание случайной величины - время безотказной работы: (1) Следовательно, среднее время безотказной работы в период нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов: . Оценим надежность некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов. Пусть p1(t), p2(t) ,…, pr(t) - вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени 0...t, r - количество элементов в системе. Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы, то вероятность безотказной работы системы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных ее элементов: (2) где lсист - интенсивность отказов системы, ; - интенсивность отказа i-го элемента. Среднее время безотказной работы системы , ч, находится по формуле (3) К числу основных характеристик надежности восстанавливаемых элементов и систем относится коэффициент готовности: (4) где tв - среднее время восстановления элемента (системы). Он соответствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени. При раздельном резервировании системы, когда она резервируется по узлам, блокам и элементам с замещением отказавших элементов резервными, основным параметром резервирования является его кратность: где l - общее число элементов резервированного устройства; h - число резервируемых элементов, необходимых для нормальной работы устройства; l - h - число резервных элементов. При раздельном резервировании вероятность безотказной работы и вероятность отказа при m-кратном резервировании равнонадежных элементов определяется по формуле Выбор метода исследования. Рассмотрим функциональную схему сети, для которой будут определяться харктеристики надежности (рис. 1). Рис. 1. Функциональная схема сети Для определения характеристик надежности ЛВС воинской части существует несколько способов, из которых можно выделить наиболее часто используемые: аналитический метод, базирующийся на теории систем массового обслуживания (СМО) и теории вероятностей, и метод имитационного моделирования, применяющийся в совокупности с современными программными продуктами, использующими необходимый математический аппарат. Для использования второго метода - имитационного моделирования понадобится наличие современного программного продукта, который позволял бы применить проведение численных экспериментов, базирующихся на теории СМО, планирования экспериментов и теории вероятностей [10]. Для использования второго метода - имитационного моделирования понадобится наличие современного программного продукта, который позволял бы применить проведение численных экспериментов, базирующихся на теории СМО, планирования экспериментов и теории вероятностей [11]. Данный метод исследования сложных систем, в том числе и СМО, представляет собой модель, которая имитирует работу реальной системы. Поэтому во многих случаях имитационное моделирование становится наиболее эффективным, а часто и практически единственно доступным методом исследования систем. Основное преимущество имитационного моделирования перед другими видами моделирования состоит в универсальности. При исследовании систем со стохастическим характером функционирования результаты, полученные при единичном «прогоне» имитационной модели, носят частный характер. Следовательно, для того чтобы найти одну оценку (одно значение) какой-либо характеристики функционирования системы, необходимо многократно «прогонять» имитационную модель (необходимо получить множество результатов) с последующей статистической обработкой полученных данных. Поэтому в имитационной модели должны быть предусмотрены программные средства сбора и средства последующей статистической обработки данных, полученных в ходе моделирования по интересующим характеристикам системы. Выбор инструментальных средств и разработка имитационной модели. В качестве такого современного программного продукта можно предложить программу Simulink пакета MatLab. Simulink - интегрированный с MatLab интерактивный инструмент для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Он дает возможность строить графические блоки - диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем, отлаживать и совершенствовать их. Simulink - это платформа для проектирования и имитации работы динамических систем в различных отраслях [4, 7, 8, 9]. Для проведения численных экспериментов были разработаны имитационные модели сети с резервированием и без резервирования в программе Simulink пакета MatLab. Основными подсистемами имитационной модели являются: подсистема коммутатора, подсистема рабочей станции и подсистема резервирования. Анализ полученных результатов. При проведении численных экспериментов на представленных имитационных моделях были получены графические и аналитические зависимости для определения характеристик надежности ЛВС воинской части (рис. 2-4). Рис. 2. Зависимость р(t) Рис. 3. Зависимость q(t) Рис. 4. Зависимость λ(t) Заключение. Таким образом, средства имитационного моделирования можно использовать для проведения численных экспериментов с целью определения характеристик надежности локальных вычислительных сетей как на этапе предварительных проектных оценок, так и при их эксплуатации. При этом, как показывает практика, погрешность такой оценки находится в пределах 5-10 %.

About the authors

A. N Gladkov

Perm Military Institute of Internal Troops of the Ministry of Internal Affairs of Russia

V. G Perminov

Perm Military Institute of Internal Troops of the Ministry of Internal Affairs of Russia

A. N Pavlov

Perm Military Institute of Internal Troops of the Ministry of Internal Affairs of Russia

References

Statistics

Views

Abstract - 55

PDF (Russian) - 29

Refbacks

• There are currently no refbacks.