动态故障树分析方法在容错计算机系统中的应用new

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1、●动态故障树分析方法在容错计算机系统中的应用+程明华姚一平(北京航空航天大学自动控制系，北京，100083)捕蔓关键应用中的窖错计算机系统，为了获得高的可靠性-经常采用动态余度管理、储备及复杂的故障，错误恢复技术．使计算机系统呈现出很强的动态性和实时性，而这些特性是用一般的故障树分析方法所不能描述的．本文介绍了一种新的动态故障树建模分析方法，用来解决这些困难，并给出了一个具体的例子，以说明这种方法的应用。关键词动态故障树分析(DI一／A)容错计算机系统Mm-kov状态转移链1概述故障树分析方法经常被用来对关键系统进行可靠性分析，故障树模型及其相应的处理方法已经广为人们所接收。但是，对于

2、复杂系统的故障树，由于含有较多的基本事件，进行精确的综合分析花费是很大的。并且，在高级的容错系统中，一些重要动态行为，如故障恢复、时序相关的故障和冷储备的应用等，无法用一般的故障树模型来描述。Markov模型具有足够的灵活性，可以用来描述几乎所有的动态系统的状态转移过程，但是，应用Markov模型，对即使是一个相对简单的系统，其建模过程都是烦琐的，并且容易出现错误。动态故障树是在一般故障树分析方法的基础上，结合Markov状态转移链方法而发展起来的一种新的可靠性分析方法。我们可以在故障树的基础上建立一些新的逻辑符号(动态逻辑门)，在故障树模型中，利用这些新的符号表示底事件和顶事件间的动

3、态、时序的逻辑关系。动态系统故障行为可以由动态故障树直接地表示出来，在进行系统的可靠性分析计算时，将动态故障树转换为相应的Markov状态转移链，利用Markov状态状态转移过程来表示系统中的动态和时序的过程，并利用Markov状态转移过程分析计算系统的可靠性，一这样即避免了建立Markov状态转移链图过程中复杂且容易出错的困难，也应用了Markov状态转移链的图解方法取代了Markov状态过程解析求解的计算机算法的繁琐工作。动态故障树分析方法结合了故障树分析方法和Markov状态转移链方法两者的优点，同时克服了各自的缺点，具有广泛的应用前景。2动态逻辑门及其向Markov状态转移链的

4、转换对于一个动态系统，为了能够用动态故障树对其进行分析，必须建立系统的动态故障树模型。实际上，在系统的动态故障树模型中，很大部分是由一般的故障树分析方法就可以描述的，对这部分可以用一般的故障树方法处理；对于一般故障树所不能描述的动态、时序过程，我们介绍几种新的动态逻辑门来处理，并给出其向Markov状态转移链的转换：·本文由国防科技预研基金和航空科学基金资助2．1功能触发门如图1所示，功能触发门由一个触发输入(既可以是一个基本事件，也可以是故障树中其它门的输出)，一个不相关的输出(反映触发事件的状态)和若干个相关的基本事件组成。相关基本事件与触发事件功能相关，当触发事件发生时，相关事件

5、被迫笈生，相关·事件以后的故障对系统没有进一步的影响，可以不再考虑。根据触发事件和相关基本事件之间的关系，对图1所示包含两个基本事件的功能触发门，可以得到与之相对应的Markov状态转移链，如图2所示。图l功能触发门图2功能触发门的Markov状态转移链2．2优先与门如果～个与门，它的两个输入基本事件必须按照特定的顺序发生，它的输出事件才发生，这样的与门就称为优先与门，如图3所示。优先与门有两个输入A和B。如果事件A和B都发生，并且A事件在B事件之前发生，输出事件才会发生。如果两个输入没有全部发生，或事件B在事件A之前发生了，输出事件也不会发生。对于事件A在事件B之前发生，而B叉在事件

6、C之前发生的系统行为，可以用图4的优先与门的组合来表示。对于更多基本事件间的这种顺序发生关系，可以依此类推，也可以用下面介绍的顺序门来表示。图3优先与门2．3顺序门图4优先与门的组合表示顺序门强迫门下面的事件以从左到右的次序发生。与优先与门相比，优先与门检测事件是否以一定的顺序发生(事件可能以任何顺序发生)，而顺序门强制事件只能以特定的。顺序发生。顺序门包含两个或两个以上的输入，如图5所示。顺序门和优先与门都可以表示系统事件的时序性，一个顺序门表示的时序关系，可以由几个优先与门的组合来表示，因此这两个门在Markov状态转换时是相同的，如图6即●算多舭。酉巍●为图4所示的优先与门的组合

7、和图5所示顺序门的Markov状态转移链。2．4冷储各门冷储备门用来表示系统中的冷储备情况。冷储备门包括一个主输入事件和若干个储备输入事件，如图7所示。由于储各在主输入运行期间不通电、不运行，其储备故障率为0，储备期的长短不影响其以后的工作寿命。只有当主输入故障后，储备输入才通电运行，替代主输入，第一个储备输入故障后，才启动第二个储备输入；依此类推。当所有的输入都故障后，门的输出事件才发生。由以上所述的逻辑关系，可以得到冷储备门的Markov状