CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ THỐNG TÍNH TOÁN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG
BÁO CÁO LUẬN VĂN THẠC SĨ
Cán bộ hướng dẫn:
TS. Nguyễn Văn Đoàn
CÁC PHƯƠNG PHÁP
NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ THỐNG TÍNH TOÁN
ĐỀ TÀI:
NỘI DUNG TRÌNH BÀY
2
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG
III. ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ PHÒNG NÂNG CAO ĐỘ TIN
CẬY CỦA HỆ THỐNG PHÂN TÁN
III. ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ PHÒNG NÂNG CAO ĐỘ TIN
CẬY CỦA HỆ THỐNG PHÂN TÁN
IV. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
IV. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Định nghĩa về hệ thống:
“Hệ thống là một tập hợp gồm nhiều phần tử tương tác, có các mối
quan hệ ràng buộc lẫn nhau, tương hỗ nhau và cùng thực hiện
hướng tới một mục tiêu nhất định”.

Định nghĩa về độ tin cậy:
Độ tin cậy của phần tử hoặc của hệ thống là xác suất để trong suốt
khoảng thời gian khảo sát (t) phần tử đó hoặc hệ thống đó vận
hành an toàn.
3

I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY

Độ tin cậy hay còn gọi là xác suất an toàn của hệ thống: P(t)
P(t) = P{
τ
≥ t} (0 ≤ P ≤ 1)
trong đó:
τ
là thời gian liên tục vận hành an toàn của phần tử.

Gọi xác suất không an toàn (xác suất hỏng) của hệ thống: Q(t)
Q(t) = 1 – P(t)

P(t) là hàm xác suất có phân bố mũ:

λ
là cường độ hỏng của đối tượng đang xét.

Xác suất không an toàn của phần tử:
4
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY

Sơ đồ khối tin cậy của hệ thống:
- Cấu trúc hệ thống nối tiếp.
- Cấu trúc hệ thống song song.

Sơ đồ hệ thống các phần tử nối tiếp:

Hệ thống nối tiếp hoạt động an toàn khi tất cả các phần tử đều
hoạt động tốt.


Độ tin cậy của hệ thống:
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY

Xác suất không an toàn của hệ thống:
5

Sơ đồ hệ thống các phần tử song song:
6
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY
- Hệ thống hoạt động không an toàn
khi tất cả các phần tử đều bị sự cố.
- Phần tử chính gọi là phần tử cơ bản, phần tử khác gọi là phần tử dự
phòng.

Xác suất không an toàn của hệ thống:

Độ tin cậy của hệ thống:

Phương pháp dự phòng: nâng cao độ tin cậy cho hệ thống
- Bổ sung thêm các đối tượng dư thừa vào hệ thống
- Tạo ra cơ hội cần thiết tối thiểu hơn để các đối tượng thực hiện
chức năng, nhiệm vụ của mình.

Mục đích phương pháp dự phòng:
- Đảm bảo cho hệ thống được hoạt động bình thường sau khi xuất
hiện những từ chối hoạt động trong các thành phần của nó.

Các phương pháp dự phòng:
- Hệ thống dự phòng không tải (dự phòng lạnh)

- Hệ thống dự phòng nhẹ tải (dự phòng ấm)
- Hệ thống dự phòng có tải (dự phòng nóng)
- Hệ thống dự phòng tích cực 7
II. PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG
- Các phần tử dự phòng không
chịu tải chừng nào chúng chưa
chuyển vào trạng thái làm việc
thay cho phần tử bị hỏng.
8
1
….
2
3
n
2.1 HỆ THỐNG DỰ PHÒNG KHÔNG TẢI (hệ thống dự phòng lạnh)

Độ tin cậy của hệ thống:

Thời gian hoạt động an toàn trung bình của hệ thống:
- Các phần tử chỉ chịu một phần tải trong khi nó ở trạng thái dự phòng và bắt đầu chịu tải hoàn toàn khi
nó bước vào trạng thái làm việc thay cho phần tử bị hỏng
- Độ tin cậy của hệ thống dự phòng nhẹ tải phụ thuộc thứ tự chuyển các phần tử dự trữ vào chế độ làm
việc.

Độ tin cậy của hệ thống:
là các cường độ hỏng của phần tử thứ i ở trạng thái dự phòng
là các cường độ hỏng của phần tử thứ i ở trạng thái làm việc
9
2.1 HỆ THỐNG DỰ PHÒNG NHẸ TẢI (hệ thống dự phòng ấm)
- Các phần tử cơ bản và các phần tử

dự phòng chịu tải như nhau cả trước
và sau khi chúng bước vào trạng thái
làm việc.
10
2.3 HỆ THỐNG DỰ PHÒNG CÓ TẢI (hệ thống dự phòng nóng)
- Hệ thống dự phòng có tải bị hỏng khi tất cả các phần tử đều bị hỏng
cho tới phần tử cuối cùng.

Xác suất không an toàn của hệ thống:

Độ tin cậy của hệ thống tính bằng biểu thức:
- Hệ thống tự kiểm tra độ tin cậy
của các bộ phận đang được làm
việc và thay thế bộ phận dự
phòng theo từng khoảng thời
gian xác định.
11
2.3 HỆ THỐNG DỰ PHÒNG TÍCH CỰC
- Hệ thống có n phần tử, trong đó hệ thống được coi là làm việc đúng
nếu có m phần tử làm việc đúng (n >m);
- Hệ thống này có k = n – m phần tử để dự phòng và k phần tử này
được xác định sẵn để thay thế m phần tử chính .
- Hệ thống dự phòng này nâng cao độ tin cậy của hệ thống, nhưng lại
tăng tính phức tạp của bộ phận kiểm tra trong hệ thống.
12

Độ tin cậy của hệ thống tính theo công thức:
R
c
(t): xác suất không hỏng của cơ cấu chuyển tiếp.

R(t) là xác suất không hỏng của phần tử đứng riêng

Nếu cơ cấu chuyển tiếp tin cậy tuyệt đối tức là R
c
(t)=1thì:
2.3 HỆ THỐNG DỰ PHÒNG TÍCH CỰC

Xét bài toán thực nghiệm:
Hệ thống HCS (Hierarchical Computing
Systems) ba lớp ban đầu với một cấu
trúc 1-2-2.

13
III. XÂY DỰNG NHỮNG PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ
THỐNG MÁY CHỦ DỰ PHÒNG

Các phương pháp cải thiện độ tin cậy của hệ thống
- Xét phương pháp lựa chọn để cải thiện độ tin cậy của hệ thống với
các phần tử cấu thành không phục hồi:
1. Sử dụng phần tử cấu thành làm dự phòng tĩnh.
2. Sử dụng phần tử cấu thành làm chi nhánh trong cấu trúc phân cấp
làm dự phòng chủ động.
3. Kết hợp cả hai phương pháp trên làm dự phòng tích cực
ký hiệu:
p = p(t) khả năng hoạt động không có sự thất bại của mỗi bộ xử lý.
q = 1- p xác suất thất bại của một bộ xử lý.

14
3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG SỬ DỤNG DỰ PHÒNG TĨNH
Cấu hình HCS với dự phòng (1: Cấu hình ban đầu;

2-8: Cấu hình với dự phòng)

Mô hình HCS sử dụng phương án một:
15

Độ tin cậy của một cặp vi xử lý sẽ là P
s
:
P(X1vX2) = P(X1) + Q(X1).P(X2)
= p + (1 - p).p = 2p - p
2
= 2p(1-p) + p
2
= 2pq + p
2
Với
α
1
là xác suất thất bại của mỗi cặp nên ta có P
s
=2
α
1
pq+p
2
Sau khi chuyển đổi ta có: P
s
=1 - (1 - p)[1 - p(2
α
1

- 1)]

Độ tin cậy của hệ thống:
P
i
- xác suất độ tin cậy của phần tử thứ i (bộ xử lý) HCS.
N - số lượng các bộ vi xử lý trong HCS.
d - số lượng các cặp vi xử lý bản sao trong hệ thống.
3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG SỬ DỤNG DỰ PHÒNG TĨNH
16

Từ biểu thức (1) nhận được biểu thức tính độ tin cậy của HCS
tương ứng với từng cấu hình trên:
…
3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG SỬ DỤNG DỰ PHÒNG TĨNH
17
3.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG DỰ PHÒNG CHỦ ĐỘNG

Mô hình HCS với các cấu hình tương ứng với lựa chọn hai: với sự
ra đời của chi nhánh bổ sung trong cấu trúc phân cấp của hệ thống
làm dự phòng chủ động
Cấu hình HCS với dự phòng tích cực
18

Xét cấu hình số 9:
Số bộ xử lý không dự phòng trong hệ thống
mà không được bảo vệ chủ động là 5. Do
đó, độ tin cậy của hệ thống phần này: p
5
.

3.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG DỰ PHÒNG CHỦ ĐỘNG

Tính độ tin cậy cho phần bị bắt bởi lớp AP:
α
1AP
: khả năng phát hiện xác suất thất bại một tầng AP khi xảy ra.

Biểu thức biểu thị cho độ tin cậy HCS với cấu hình số 9 có thể
viết:
19
3.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG DỰ PHÒNG CHỦ ĐỘNG

Biểu thức tính độ tin cậy của HCS với cấu hình số 10:

Biểu thức độ tin cậy của hệ thống với cấu hình số 11-14
giả sử α
2АP
- khả năng phát hiện xác suất thất bại cho hai cấp AP.
…
20

Mô hình HCS sử dụng phương án ba:
Cấu hình tương ứng với kết hợp xây dựng phương án chịu lỗi HCS
3.3 MÔ HÌNH HỆ THỐNG KẾT HỢP DỰ PHÒNG TĨNH VÀ DỰ PHÒNG CHỦ ĐỘNG
Cấu hình HCS với dự phòng tích cực và dự phòng tĩnh
21

Với các giả thiết như trên tính độ tin cậy của từng cấu hình theo
công thức:
….

3.3 MÔ HÌNH HỆ THỐNG KẾT HỢP DỰ PHÒNG TĨNH VÀ DỰ PHÒNG CHỦ ĐỘNG

Khảo sát mô hình hệ thống phân cấp không an toàn sử dụng các
dữ liệu đầu vào.

Tính toán xác suất độ tin cậy của từng hệ thống với số bộ vi xử
lý khác nhau P(i), (i=1 20).

Thời gian hoạt động của mỗi bộ vi xử lý luật phân phối xác suất
theo hàm mũ:

Giả định cường độ hỏng hóc:

Khả năng phát hiện xác suất thất bại:

Thời gian khảo sát hoạt động của hệ thống là 61.320 giờ (7 năm)

22
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN CÁC CẤU HÌNH HCS
23
BẢNG GIÁ TRỊ ĐỘ TIN CẬY CỦA HCS THEO TỪNG CẤU HÌNH
24
Đồ thị xác suất độ tin cậy của HCS với cấu hình số 1,
số 5, số 12, số 17 theo thời gian
Cấu hình HCS với các phương pháp dự phòng
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN CÁC CẤU HÌNH HCS
25
Đồ thị xác suất độ tin cậy của HCS với cấu hình số 1,
số 14, số 18, số 20 theo thời gian
Cấu hình HCS với các phương pháp dự phòng

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN CÁC CẤU HÌNH HCS