Надежность систем автоматизации
..pdfционных потоков и массивов, осуществляемой в условиях близких к предельным интеллектуальных, физиологических, физических, эмоциональных и нервно-психических нагрузок.
Главная профессиональная обязанность заключается в приобретенной способности длительное время сохранять интенсивное (концентрированное) внимание вопреки усталости и действию постоянных раздражителей (цветовые пятна, звуковые помехи и др.).
В связи со значительными суммами ущерба и катастрофическими последствиями допущенных отказов и сбоев в системе человек – машина особое значение приобретают
социально-психологические особенности профессиональной мотивации человека-оператора.
С позиции включения ЧО в процесс управления системы делятся следующим образом:
–автоматические (человек контролирует, устанавливает критерии эффективности);
–неавтоматические/ручные;
–автоматизированные.
Задачу управления можно представить:
–как восприятие (обнаружение, опознание);
–оценку информации (идентификацию);
–выбор стратегии управления (решение о ситуации, решение о методе);
–выработку управляющего воздействия (выбор действия, действие).
221
14. ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
Краткосрочная перспектива:
–дальнейшее повышение качества аппаратных и программных средств;
–увеличение доли самодиагностируемых систем;
–упрощение и удешевление различного рода резервирования;
–повышение надежности на основе систем с элементами искусственного интеллекта.
Долгосрочная перспектива:
–резкое повышение надежности на основе существенной интеллектуализации СА;
–самовосстанавливающиеся и даже самовоспроизводящиеся СА на основе сочетания микро- и наноэлектроники, нанокомпьютинга, наномеханики.
Новые, нетрадиционные подходы:
–самосинхронная схемотехника (ИПИ РАН);
–структурно-устойчивые системы (профессор В.А. Харитонов, завкафедрой ПНИПУ);
– многоверсионное программирование (профессор В.С. Харченко, ХАИ, Украина);
–конечно-автоматное программирование (профессор В.А. Шалыто, Санкт-Петербург);
–диагностирование автоматов на основе геометрических образов (профессор В.А. Твердохлебов, А.С. Епифанов, Саратов);
–функционально полная толерантная схемотехника (профессор С.Ф. Тюрин, ПНИПУ);
–оценка надежности с использованием аппарата нечеткой логики;
–контроль и диагностика с использованием экспертных систем, систем с элементами искусственного интеллекта.
222
14.1. Экспертные системы
Экспертная система (ЭС, expert system) – компьютер-
ная программа, способная заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации, в нашем случае – при поиске и устранении отказов. ЭС начали разрабатываться исследователями интеллекта в 1970-х гг., а в 1980-х получили коммерческое подкрепление.
Структура ЭС:
–интерфейс пользователя;
–пользователь;
–интеллектуальный редактор базы знаний;
–эксперт;
–инженер по знаниям;
–рабочая (оперативная) память;
–база знаний;
–решатель (механизм вывода);
–подсистема объяснений.
База знаний состоит из правил анализа информации от пользователя по конкретной проблеме.
ЭС анализирует ситуацию и в зависимости от своей направленности дает рекомендации по разрешению проблемы.
Как правило, база знаний ЭС содержит факты (статические сведения о предметной области) и правила – набор инструкций, применяя которые к известным фактам можно получать новые факты.
14.2. Надежность СА в смысле информационной безопасности
Такая надежность находится в ведении других дисциплин.
Информационная безопасность – состояние защищен-
ности информационной среды, обеспечивающее ее формирование, использование и развитие в организации, предприятии.
223
AAA (компьютерная безопасность)
AAA (от англ. authentication, authorization, accounting)
используется для описания процесса предоставления доступа и контроля за ним.
Authentication (аутентификация) – сопоставление персоны (запроса) существующей учетной записи в системе безопасности. Осуществляется по логину, паролю, сертификату, смарт-карте и т.д.
Authorization (авторизация, проверка полномочий, проверка уровня доступа) – сопоставление учетной записи в системе (и персоны, прошедшей аутоидентификацию) и определенных полномочий (или запрета на доступ). В общем случае авторизация может быть «негативной» (пользователю А запрещен доступ к серверам компании).
Accounting (учет) – слежение за потреблением ресурсов (преимущественно сетевых) пользователем.
224
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.ГОСТ 27.002–89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. – М.: Изд-во стандартов, 1990. – 42 с.
2.Иыуду К. Надежность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем. – М.: Высш. шк., 1989. – 219 с.
3.Белоусов В.В. Локальные системы управления. Надежность локальных систем / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2000. – 99 с.
4.Белоусов В.В. Варианты заданий для практических заданий по курсу «Надежность технических систем» / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 1996. – 31 с.
5.Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. – М: Энергоатомиздат, 1987. – 496 с.
6. Надежность и эффективность в технике: справ. в 10 т. Т. 1. Методология. Организация. Терминология / под ред. А.И. Рембезы. – М.: Машиностроение, 1989. – 224 с.
7. Надежность и эффективность в технике: справ. в 10 т. Т. 2. Математические методы в теории надежности
иэффективности / под ред. Б.В. Гнеденко. – М.: Машино-
строение, 1987. – 280 с.
8.Аляев Ю.А., Тюрин С.Ф. Дискретная математика
иматематическая логика. – М.: Финансы и статистика, 2006. – 357 с.
9.Тюрин С.Ф. Дискретные устройства (автоматы) систем автоматизированного управления и контроля: рук. для лаб. раб. / ПВВКИКУ. – Пермь, 1994. – 93 с.
10.Потемкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.
11.Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учеб. пособие для вузов. – 2–е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-
Петербург, 2007. – 800 с.
225
12.Тюрин С.Ф. Дискретные устройства (автоматы) систем автоматизированного управления и контроля: конспект лекций / ПВВКИКУ. – Пермь, 1996. – 361 с.
13.Тюрин С.Ф. Системы контроля технического состояния и диагностирования ракетных комплексов: конспект лекций. Ч. 1. Техническая диагностика / ПВВКИКУ. – Пермь, 1995. – 148 с.
14.Тюрин С.Ф., Олейников А.В., Белых А.А. Основы технической диагностики: рук. для лаб. раб. / ПВВКИКУ. –
Пермь, 1995. – 72 с.
15.Благодатских В.А. Стандартизация разработки программных средств: учеб. пособие. – М.: Финансы и статисти-
ка, 2003. – С. 125–156.
16.Основи надійності цифрових систем: підручник / за ред. В.С. Харченка, В.Я. Жихарева / Міністерство освіти та науки. – Харків, 2004. – 572 c.
17.Харченко В.С., Лысенко И.В. Надежность, контроль
идиагностика ЭВМ: метод. пособие. – Харьков: Изд-во ХАИ, 2001. – 65 с.
18.Вычислительная техника и информационные технологии. Цифровые автоматы и микроконтроллеры: рук. к лаб. раб. в сист. Proteus 7.2 SP6. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн.
ун-та, 2010. – 122 с.
19.Тюрин С.Ф., Аляев Ю.А. Дискретная математика: практическая дискретная математика и математическая логика. – М.: Финансы и статистика, 2010. – 394 с.
20.Надежность электрорадиоизделий: электрон. справ.: утв. Решением Правительства Рос. Федерации № 980-66 от
16.12.92 г.
21.ГОСТ 27.301–95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения.
22.Лукьянов В.С., Кузнецова Е.С. Электронный курс лекций по дисциплине «Надежность АСОИУ»: учеб. пособие. – Волгоград: РПК «Политехник», 2007. – 80 с.
226
23.Интернет-университет информационных технологий [Электронный ресурс]: база данных. – URL: http://www.intuit.ru/department/mathematics/mathprog/11/#sect2
24.Харченко В.С., Лысенко И.В., Тарасюк О.М. Надежность и отказоустойчивость компьютерных средств и систем: учеб. пособие. – Харьков: Изд-во ХАИ, 2007. – 44 с.
227
Приложение 1
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ БАЗ ДАННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ
Надежность сетей
Под надежностью сети чаще всего понимается сохранение ее связности [3]. Надежность сети оценивается через вероятность сохранения связи между парой ЭВМ или между всеми ЭВМ сети. Для расчета может быть применен метод путей и сечений, а также метод статистического моделирования.
Большое внимание уделяется надежности баз данных в компьютерах, серверном оборудовании. Серверное оборудование, как правило, комплектуется более надежными элементами: памятью с повышенной устойчивостью к сбоям, например оперативная память, предназначенная для серверов, имеет технологию коррекции ошибок (от англ. ECC – error сhecking and сorrection).
ECC (error-correcting code – код коррекции ошибок) –
данные, присоединяемые к каждому передаваемому сигналу, позволяющие принимающей стороне определить факт сбоя и (в некоторых случаях) исправить несущественную ошибку.
ECC используется в устройствах хранения данных (в том числе и для оперативной памяти). Кроме того, используется резервированием, в том числе блоков питания (а также с горячим подключением), жестких дисков (RAID, в том числе с горячими подключением и заменой).
RAID (redundant array of independent/inexpensive disks –
избыточный массив независимых/недорогих жестких дис-
ков) – массив из нескольких дисков, управляемых контроллером, взаимосвязанных скоростными каналами и воспринимаемых внешней системой как единое целое. В зависи-
228
мости от типа используемого массива может обеспечивать различные степени отказоустойчивости и быстродействия. Служит для повышения надежности хранения данных и/или для повышения скорости чтения/записи информации
(RAID 0).
Аббревиатура RAID изначально расшифровывалась как redundant array of inexpensive disks (избыточный (резервный)
массив недорогих дисков), так как они были гораздо дешевле
RAM.
Со временем RAID стали расшифровывать как redundant array of independent disks (избыточный (резервный) массив независимых дисков), потому как для массивов приходилось использовать и дорогое оборудование (под недорогими дисками подразумевались диски для ПЭВМ).
Калифорнийский университет в Беркли представил следующие уровни спецификации RAID, которые были приняты как стандарт:
–RAID 0 представлен как неотказоустойчивый дисковый массив;
–RAID 1 определен как зеркальный дисковый массив;
–RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга;
–RAID 3, 4, 5 используют четность для защиты данных от одиночных неисправностей;
–RAID 6 используют четность для защиты данных от двойных неисправностей.
JBOD (just a bunch of disks – «просто куча дисков») – RAID-массив дисков, в которых дисковое пространство распределено по жестким дискам последовательно. В некоторых контроллерах режимом JBOD назван режим, при котором контроллер работает как обычный с выключенным RAID.
Втаком случае каждый диск будет виден как отдельное устройство в операционной системе.
229
Характеристики JBOD-массива:
–емкость массива равна сумме емкостей составляющих дисков;
–вероятность отказа приблизительно равна сумме вероятностей отказа каждого диска в массиве (избыточность не предусмотрена);
–скорость чтения и записи зависит от области данных;
она не выше, чем у самого быстрого диска в массиве,
ине ниже, чем у самого медленного;
–нагрузка на процессор при работе минимальная (сравнимая с нагрузкой при работе с единичным диском).
Особенности JBOD-массива:
–отказ одного диска позволяет восстановить файлы на остальных дисках (если их начало/конец не принадлежат поврежденному диску);
–в ряде случаев возможно обеспечение высокой скорости работы нескольких приложений (при условии, что приложения работают с областями данных на разных дисках);
–массив может состоять из дисков различной емкости
искорости;
–массив легко расширяется дополнительными дисками по мере надобности.
Hot Spare (spare – запасная часть) – технология горячего резервирования вышедшего из строя электронного оборудования (например, дисковода), т.е. быстрая замена вышедшего из строя элемента аналогичным устройством. Технология Hot Spare иногда рассматривается как альтернатива Hot Swap.
Недостатком этой технологии является то, что требуется дополнительный дисковод, который большую часть времени не участвует в работе системы. Применительно к технологии RAID это означает, что при создании массива необходимо иметь в наличии еще хотя бы один запасной жесткий диск для обеспечения быстрой замены вышедшего из строя диска БЕЗ потери данных. Некоторые варианты RAID позволяют
230