Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK
Статья посвящена проблеме моделирования отказоустойчивых цифровых систем. Предложена имитационная модель двухканальной резервированной отказоустойчивой системы с реконфигурацией. Стаття присвячена проблемі моделювання відмовостійких цифрових систем. Запропонована імітаційна модель двоканальної резер...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Математичні машини і системи |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83528 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK / А.В. Федухин, Ар.А. Муха // Мат. машини і системи. — 2011. — № 2. — С. 178-181. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-83528 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Федухин, А.В. Муха, Ар.А. 2015-06-20T08:53:34Z 2015-06-20T08:53:34Z 2011 Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK / А.В. Федухин, Ар.А. Муха // Мат. машини і системи. — 2011. — № 2. — С. 178-181. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83528 621.3.019.3 Статья посвящена проблеме моделирования отказоустойчивых цифровых систем. Предложена имитационная модель двухканальной резервированной отказоустойчивой системы с реконфигурацией. Стаття присвячена проблемі моделювання відмовостійких цифрових систем. Запропонована імітаційна модель двоканальної резервованої відмовостійкої системи з реконфігурацією. The paper deals with the problem of modeling fault-tolerant digital systems. A simulation model of double-channel reservation fault-tolerant system with reconfiguration is proposed. ru Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Якість, надійність і сертифікація обчислювальної техніки і програмного забезпечення Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK Імітаційне моделювання відмовостійкої резервованої двоканальної системи в інтегрованому середовищі MATLAB SIMULINK Simulation modeling of fault-tolerant dual reservation system in the MATLAB SIMULINK integrated tool environment Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK |
| spellingShingle |
Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK Федухин, А.В. Муха, Ар.А. Якість, надійність і сертифікація обчислювальної техніки і програмного забезпечення |
| title_short |
Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK |
| title_full |
Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK |
| title_fullStr |
Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK |
| title_full_unstemmed |
Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK |
| title_sort |
имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде matlab simulink |
| author |
Федухин, А.В. Муха, Ар.А. |
| author_facet |
Федухин, А.В. Муха, Ар.А. |
| topic |
Якість, надійність і сертифікація обчислювальної техніки і програмного забезпечення |
| topic_facet |
Якість, надійність і сертифікація обчислювальної техніки і програмного забезпечення |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Математичні машини і системи |
| publisher |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Імітаційне моделювання відмовостійкої резервованої двоканальної системи в інтегрованому середовищі MATLAB SIMULINK Simulation modeling of fault-tolerant dual reservation system in the MATLAB SIMULINK integrated tool environment |
| description |
Статья посвящена проблеме моделирования отказоустойчивых цифровых систем. Предложена имитационная модель двухканальной резервированной отказоустойчивой системы с реконфигурацией.
Стаття присвячена проблемі моделювання відмовостійких цифрових систем. Запропонована імітаційна модель двоканальної резервованої відмовостійкої системи з реконфігурацією.
The paper deals with the problem of modeling fault-tolerant digital systems. A simulation model of double-channel reservation fault-tolerant system with reconfiguration is proposed.
|
| issn |
1028-9763 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83528 |
| citation_txt |
Имитационное моделирование отказоустойчивой резервированной двухканальной системы в интегрированной инструментальной среде MATLAB SIMULINK / А.В. Федухин, Ар.А. Муха // Мат. машини і системи. — 2011. — № 2. — С. 178-181. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT feduhinav imitacionnoemodelirovanieotkazoustoičivoirezervirovannoidvuhkanalʹnoisistemyvintegrirovannoiinstrumentalʹnoisredematlabsimulink AT muhaara imitacionnoemodelirovanieotkazoustoičivoirezervirovannoidvuhkanalʹnoisistemyvintegrirovannoiinstrumentalʹnoisredematlabsimulink AT feduhinav ímítacíinemodelûvannâvídmovostíikoírezervovanoídvokanalʹnoísistemivíntegrovanomuseredoviŝímatlabsimulink AT muhaara ímítacíinemodelûvannâvídmovostíikoírezervovanoídvokanalʹnoísistemivíntegrovanomuseredoviŝímatlabsimulink AT feduhinav simulationmodelingoffaulttolerantdualreservationsysteminthematlabsimulinkintegratedtoolenvironment AT muhaara simulationmodelingoffaulttolerantdualreservationsysteminthematlabsimulinkintegratedtoolenvironment |
| first_indexed |
2025-11-24T05:53:56Z |
| last_indexed |
2025-11-24T05:53:56Z |
| _version_ |
1850841204077363200 |
| fulltext |
178 © Федухин А.В., Муха Ар.А., 2011
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 2
ЯКІСТЬ, НАДІЙНІСТЬ І СЕРТИФІКАЦІЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ
ТЕХНІКИ І ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
УДК 681.32.019.3
А.В. ФЕДУХИН, Ар.А. МУХА
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОЙ РЕЗЕРВИРО-
ВАННОЙ ДВУХКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ В ИНТЕГРИРОВАННОЙ ИНСТРУ-
МЕНТАЛЬНОЙ СРЕДЕ MATLAB SIMULINK
Анотація. Стаття присвячена проблемі моделювання відмовостійких цифрових систем. Запропо-
нована імітаційна модель двоканальної резервованої відмовостійкої системи з реконфігурацією.
Ключові слова: імітаційна модель, відмовостійкість, реконфігурація, функціональна безпека.
Аннотация. Статья посвящена проблеме моделирования отказоустойчивых цифровых систем.
Предложена имитационная модель двухканальной резервированной отказоустойчивой системы с
реконфигурацией.
Ключевые слова: имитационная модель, отказоустойчивость, реконфигурация, функциональная
безопасность.
Abstract. The paper deals with the problem of modeling fault-tolerant digital systems. A simulation model
of double-channel reservation fault-tolerant system with reconfiguration is proposed.
Keywords: simulation model, fault tolerance, reconfiguration, functional security.
1. Введение
Современные ЭВМ, вычислительные комплексы и сети являются мощными средствами
исследования сложных систем с использованием технологий имитационного моделирова-
ния. Общими тенденциями, реализуемыми при разработке современных инструменталь-
ных средств и систем имитационного моделирования сложных динамических систем, яв-
ляются:
– обеспечение визуального конструирования;
– совмещение средств и систем имитационного моделирования с интеллектуальны-
ми системами поддержки принятия решений (экспертными системами, САПР и т.п.);
– конструирование многоуровневых моделей систем в рамках методологии струк-
турного системного анализа [1].
В работе рассматриваются возможности интегрированной инструментальной среды,
построенной на основе Matlab Simulink, и применение ее для моделирования отказоустой-
чивой резервированной двухканальной системы. Описан способ изменения структуры мо-
делей в процессе симуляции.
Целью работы является имитационное моделирование работы двухканальной отка-
зоустойчивой системы с поблочным резервированием и способностью к реконфигурации.
2. Описание структуры системы
Для достижения поставленной задачи система [2] сконструирована таким образом, чтобы
быть всегда остается готовой к работе при любых отказах или сбоях в работе функцио-
нальных блоков (ФБ) [3].
Такое свойство системы (рис. 1) достигается за счет организации двухканальной
структуры с поблочным дублированием, перекрестными связями и восстанавливающим
органом (ВО), выполняющим функцию И (&).
Для моделирования работоспособности данной структуры предлагается использо-
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 2 179
Рис. 2. Имитационная модель системы
вать пакет математической логики Matlab Simulink + Stateflow. Этот математический аппа-
рат, построенный на алгебраически-логических выражениях, можно применить для моде-
лирования дискретной динамики реактивных систем, в том числе и рассматриваемой в
данной работе. Выбранный аппарат моделирования повышает степень наглядности модели
благодаря использованию анимации, отображающей изменения в системе, сопровождаю-
щиеся переходами от одного состояния к другому [4]. Для этого используются предложен-
ные Д. Харелом [5] визуально форматизированные диаграммы – Statechart (диаграммы со-
стояний и переходов). Основные неграфические компоненты таких диаграмм – это собы-
тия и действия, основные графические компоненты – состояния и переходы.
Рис. 1. Схема резервированной двухканальной системы с реконфигурацией
Напомним некоторые определения из этой области.
Событие – нечто, происходящее в системе и вне ее, а также некоторые ответные
действия.
Действие – это реакция моделируемой системы на мгновенные события.
Состояние – условие, в котором моделируемая система пребывает некоторое вре-
мя.
Переход – изменение состояния, обычно вызываемое событием.
Каждому переходу могут быть сопоставлены условия, при выполнении которых он
осуществляется.
Таким образом, с использованием приведенной формализации была синтезирована
следующая идеализированная имитационная модель двухканальной резервированной сис-
темы (рис. 2).
На рис. 2 име-
ются следую-
щие обозначе-
ния:
Random Number
– нормальное
распределение;
Scope1 – ото-
бражение коли-
чества отказов в
системе;
Scope – ото-
бражение отка-
зов ФБ во вре-
мени при воз-
действии влия-
ющих факто-
ров, а также от-
каз всей системы в целом;
Pulse generator – задание тактов логических вычислений;
Saturation – ограничение сигналов в пределах [0,1].
во
и y
ФБ1
ФБ3
ФБ4
x
ФБ2
К
или
К
или
180 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 2
Рис. 3. Блок логики
Рис. 4. Результаты моделирования системы
Блок logic (рис. 3) отображает логику системы, где b1, c1, b2, c2 – состояния ФБ
системы.
Каждый ФБ
имеет два сос-
тояния on и off –
работоспособен и
неработоспособен
соответственно.
По умолчанию ФБ
выполняет безус-
ловный переход в
состояние on. Пе-
реход из состоя-
ния on в состояние
off происходит
при выполнении
условия [en1= =1].
Одновременно происходит проверка другого условия [en1= =0] и [en1<1], при истинности
которого система, не выполняя действий, подтверждает работоспособное состояние.
Для каждого состояния системы возможно предписать определенные действия, ко-
торые будут выполняться:
– entry – при входе в состояние;
– during – в течение нахождения в состоянии.
В данном случае на примере ФБ1 entry:f1=1 – при входе ФБ1 в состояние off на вы-
ход f1 подается сигнал со значением 1, что свидетельствует об отказе ФБ. В свою очередь,
during:r_1=1 – при входе ФБ1 в состояние off на выход r_1 подается сигнал со значением 1,
что в общем случае означает наличие отказа в системе. Восстановление отказавшего блока
длится 0,4 с, время задержки регулируется счетчиками v1, v2, v3, v4. Состояние swich опи-
сывает логику отказа всей системы. Далее, используя возможности Simulink, диаграмма
Stateflow может быть интегрирована в любую сложную систему обработки сигналов. При
этом могут использоваться источники сигналов Simulink для входов диаграмм, средства
отображения и анализа значений выходов, средства преобразования сигналов и другие
многочисленные инструменты.
Таким образом, приняв во внимание процессы, протекающие во всей системе, в
блоке scope можно
просмотреть результа-
ты моделирования (рис.
4).
Для удобства
анализа поведения сис-
темы графики входных
воздействий отобра-
жаются в одном поле с
графиками реакции
системы на них. Таким
образом, черным цве-
том изображены сигна-
лы, которые приводят к
отказу ФБ при дости-
жении им уровня 1.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2011, № 2 181
Серым цветом изображены графики отказов блоков и системы в целом (значение 0
– ФБ работает, значение 1 – ФБ отказал).
Так, например, в ФБ1 отказы начинаются на 4 секунде, когда уровень воздействия
превышает значение 1. При этом на графике реакции ФБ1 приобретает значение 1, которое
свидетельствует о его отказе. Затем происходит сброс счетчика, выполняется регенерация,
которая длится до тех пор, пока значение сигнала воздействия не снизится и ФБ вернется в
рабочее состояние (на сером графике уровень 0).
Из результатов моделирования видно, что система остается в работоспособном со-
стоянии до тех пор, пока одновременно не откажут ФБ1 и ФБ4 или ФБ2 и ФБ3-блоки.
Возможность быстрого восстановления ФБ значительно увеличивает время безотказной
работы системы.
Необходимо также отметить, что, подставив в данную имитационную модель ре-
альные данные о надежности составных частей системы и характеристиках процессов,
протекающих в них, возможно получение прогнозируемых параметров работоспособности
всей системы в целом.
5. Выводы
Синтезированная имитационная модель представляет собой обобщенную структуру резер-
вированной двухканальной системы с реконфигурацией. Данная модель может быть ис-
пользована для детального моделирования работоспособности системы, построенной на
основе предложенной в работе [4] схемы. В ходе синтеза установлено, что инструменталь-
ная среда Matlab + Simulink + Stateflow имеет неоспоримый потенциал для моделирования
сложных реактивных систем и применима для моделирования надежности отказоустойчи-
вых систем различной структуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сирота А.А. Компьютерное моделирование и оценка эффективности сложных систем / А.А. Си-
рота // Учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. "Прикладная информатика (по обл.)". – М.:
Техносфера, 2006. – 279 с.
2. http:// automation-drives.ru/as/.../doc/.../01_Fault-TolerantPLC_r.pdf.
3. Basic Concepts and Taxonomy of Dependable and Secure Computing / A. Avizienis, J.-C. Laprie,
B. Randell [et al.] // IEEE Transactions on dependable and secure computing. – 2004. – Vol. 1, N 1. –
P. 4.
4. Федухин А.В. К вопросу об аппаратной реализации избыточных структур: резервированная
двухканальная система с реконфигурацией / А.В. Федухин, Ар.А. Муха // Математичні машини і
системи. – 2010. – № 3. – С. 100 – 113.
4. Harel D. Statecharts: A Visual Formalism for Complex Systems / D. Harel // Science of Computer Pro-
gramming. – 1987. – N 8. – Р. 231 – 274.
5. Рогачев Г.Н. Гибридно-автоматный метод анализа и синтеза систем автоматического управления
/ Г.Н. Рогачев // Вестник Сам. гос. техн. ун-та. – (Серия «Технические науки»). – 2006. – № 41. –
C. 43 – 47.
Стаття надійшла до редакції 15.04.2011
|