Программно-аппаратная поддержка резервирования.

С целью повышения надежности работы АИС применяется резервирование. Термин резервирование согласно ГОСТ 27.002–83 определяется следующим образом: резервирование – применение дополнительных средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

Термин резерв определяется как «совокупность дополнительных средств и (или) возможностей, используемых для резервирования». Резервируемые системы отличаются одна от другой в первую очередь реакции системы на появление отказа. С этой точки зрения различаются следующие два метода резервирования: постоянное резервирование и динамическое резервирование.

Постоянное резервирование – резервирование без перестройки структуры объекта при возникновении отказа его элементов.

Динамическое резервирование – резервирование с перестройкой структуры объекта при возникновении отказа его элемента.

Постоянное резервирование заключается в том, что отказ одного элемента или нескольких элементов резервированной системы, в целом, не влияет на её работу. Элементы соединены постоянно, перестроения схемы не происходит. При создании таких систем необходимо учитывать различные последствия, к которым приводит отказ элементов.

Схема этого метода резервирования представлена на рис. 17.

Рис.17. Схема общего резервирования

Резервируемые элементы соединены параллельно с основным источником в течение всего периода работы. Элементы соединены постоянно. Отказавшие элементы не отключаются. Перестройки схемы не происходит.

Преимуществом данной схемы является простота и отсутствие перерывов в работе.

Недостатком – повышенный расход ресурса резервных элементов, т.к. они находятся в рабочем режиме постоянно.

Такой метод наиболее целесообразен при резервировании небольших элементов (реле, сопротивлений, небольших схем и т.д.).

Различают общее и раздельное резервирование.

Общее резервирование – это резервирование, при котором резервируемым элементом является объект в целом. Схема общего резервирования показана на рис. 18.а.

Раздельное резервирование – это резервирование, при котором резервируемыми являются отдельные элементы или их группы. Схема раздельного резервирования представлена на рис.18.б.

б)

а)

Рис. 18. Схемы общего а) и раздельного б) резервирования

 

В первом случае для отказа основной системы достаточно, чтобы в каждой цепи отказал один элемент. Во втором случае отказ системы наступает при отказе, какого либо элемента из основной цепи и всех резервных.

С целью сравнения различных методов резервирования и выбора оптимального с точки зрения получения наиболее надежной системы, либо количества элементов, либо другого критерия производится расчет и сравнение различных видов резервирования.

Сравним два вида резервирования системы, общее и раздельное. Примем, что все элементы одинаковые и имеют вероятность отказа равную q.

Тогда для общего резервирования.

Вероятность отказа основной системы определяется следующим образом:

= 1 – P₀= 1 – Pⁿ = 1 – (1- q) ⁿ.

Вероятность отказа резервированной системы будет равна

= () ^k= .

В случае раздельного резервирования

_уч = q^k : P_уч= 1 – _уч= 1- q^k,

= (1 – ) = (1 – _уч) = (1- q^k) ⁿ.

Если вероятность отказа очень мала то, разложив правые части форму в ряды по степеням n и пренебрегая членами с q в степени выше единицы, получим

_,

_.

Определим выигрыш, по надежности получаемой при различных видах резервирования

.

Таким образом, раздельное резервирование дает больший выигрыш, чем общее в раз (по вероятности отказа).

Динамическое резервирование – это такое резервирование, когда при появлении отказа элемента системы перестраивается и восстанавливает свою работоспособность. Происходит как бы «саморемонт» системы. Такой метод связи с применением переключателей, которые отключают поврежденный участок и включает резервный.

Схема этого резервирования приведена на рис. 19.

Рис. 19. Схема динамического резервирования

 

Резервные элементы до момента включения могут находится в различных состояниях. При отказе основного элемента, резервный подключается в работу с помощью переключателя. При таком методе резервирования также может быть как общее, так и раздельное резервирование.

Преимущество – более высокая надежность системы по сравнению с постоянным резервированием.

Недостаток – наличие переключателей имеющих определенную надежность, которую необходимо учитывать.

В системах динамического резервирования определенное значение имеют условия работы резерва до появления отказа. Различают следующие условия работы резерва:

- Нагруженный резерв – резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в режиме основного элемента;

- Облегченный резерв – резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной;

- Ненагруженный резерв – резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функций основного элемента.

Одним из видов динамического резервирования является скользящее резервирование. Скользящее резервирование – это резервирование, при котором группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший элемент в данной группе.

Скользящее резервирование применяется в системах, состоящих из одинаковых элементов. Оно заключается в том, что используется небольшое число резервных элементов, которые могут подключаться взамен любого из отказавших элементов основной системы.

Схема скользящего резервирования представлена на рис. 20

Рис. 20. Скользящее резервирование

 

Таким способом резервируют либо отдельные элементы, либо блоки, либо всю систему в целом.