课程设计--主从多机通信系统可靠性建模研究

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1、主从多机通信系统可靠性建模研究组号：05姓名：学号：51姓名：学号：摘要：目前的电子器件的可靠性度量非常重要，开发人员必须针对特定的产品或服务给出恰当的界定，以评判其好坏实用性。本文通过研究一个主从式多节点声纳系统中同步时钟机制，以实际应用系统为研究对象，研究其可靠性问题，并针对实际系统做数学建模，模拟电子器件的使用寿命，并做算法研究、仿真实验，得出系统的模拟使用时间，从而为系统设计提供最佳方案。关键词：主从多机，可靠性，使用寿命，算法研究，仿真模拟。1.引言：（研究课题）物理模型：如图1所示，某分布式部署的声纳系统共

2、有n个独立节点构成。各节点内部均是物理同构的。各节点必须保持严格的时钟信号同步才能有效协同工作，使系统发挥作用。所有节点经由时钟信号总线连接，由其中一个节点担当主节点，它的时钟电路工作于主模式，向总线输出时钟信号；其余节点均应担当从节点，节点内部时钟电路工作于从模式，仅从总线获取信号，不向总线输出信号。节点可能发生故障。由于应用场合的特殊性，故障一旦发生就无法修复。图1一个多节点声纳系统中的时钟同步机制示意图2.模型假设：2.1模型中的元件为了降低运算复杂度，这里仅仅将切换器A和切换器B视作不可靠元件，而将系统中的其余

3、元件均视作不失效的可靠元件，这些元件的失效风险已被等效地折算计入不可靠元件的失效风险中。2.2元件的期望寿命和故障在工程中，我们常常假定电子元件使用寿命的概率分布为负指数分布，即。不同元件随机状态的统计特性彼此独立。元件一旦发生故障，故障类型即刻确定，且其后不会发生变化，故障均不可修复。假定切换器A的期望寿命为，切换器B的期望寿命为。为防止模拟过程中出现永远工作的情况，切换器工作寿命最大值定义为。切换器A可能出现3种类型的故障，分别称作A1、A2、A3。l故障A1：切换器A不能正常受控，掷刀无法与触点1脱离。发生概率为

4、：l故障A2：切换器A不能正常受控，掷刀无法与触点2脱离。发生概率为：l故障A3：切换器A不能正常受控，掷刀无法与任何一个触点接合。发生概率为：切换器B可能出现2种类型的故障，分别称作B1、B2。l故障B1：切换器B不能正常受控，掷刀无法与触点脱离。发生概率为：l故障B2：切换器B不能正常受控，掷刀无法与触点接合。发生概率为：3.算法设计：3.1模型失效的情况系统可能发生如下情况归纳如表2：表2可能导致系统失效的条件及其数学表达式条件数学表达式C1即C2即C3即C4即C8即C9即C10即在系统失效时的状态和发生该状态的

5、条件关系如下表所示：表3系统失效时的状态及其条件关系系统失效状态条件关系C1

6、

7、C2

8、

9、C3

10、

11、C4C8&&C9&&C103.2仿真过程固定步长仿真：固定步长仿真的基本思路是，取一小时为基本步长，利用蒙特卡洛算法模拟下一个运行状态，反复运行，观察和统计运行结果。大体步骤如下：1.对每一个节点进行检测，看节点是否失效。若节点已经失效，利用随机数方法模拟节点的失效状态。2.比较所有节点状态，看看系统是否失效。如果系统已经失效，记录下此时系统工作时间（即工作寿命）；若系统未失效，则继续步骤1。3.对10000个系统同时进行模

12、拟，计算它们的平均工作寿命。4.改变n的值，判断在n的值为多少时，系统的有效工作寿命最长。在模拟过程中，我们参考表4对n个节点状态变化进行判断，将每种节点状态细分，目的是保留没有完全损坏的个体，以便再次参与运算。表4状态跳转123456情况组合/w1无++2（A没坏）无无无无3（B没坏）无无无例如，切换器A和B均为正常工作状态。在某一时刻，切换器B不能正常受控，掷刀不能脱离，变为状态。则此时状态从跳转到，变为情况组合。同理，若切换器A不能正常受控，掷刀无法与任何一个触点接合，而切换器B正常工作。此时为状态。在某一时刻切

13、换器B不能正常受控，掷刀无法与触点接合，达到状态。则切换器从跳转到，仍保持为情况组合。对上表中的每一列求和，即为该情况组合的节点个数。在编程过程中，用一个36的矩阵进行数据记录，然后可以判断是否满足系统失效条件。整个系统采用matlab仿真，模拟仿真流程图如图4：给定初始时间t=0模拟下一个时间各个节点状态将各个节点状态记录到矩阵中是否满足失效条件？Nt的值增加1Y记录此时经过时间t，此时t即为系统有效寿命图4模拟仿真流程图3.3仿真结果通过matlab仿真结果如表5：表5matlab仿真结果节点数n(hours)n=

14、466.3%38788n=578.2%46166n=680.3%48379n=783.9%50149n=881.6%49458n=978.8%48524n=1079.2%48241n=1177.0%45742n=1273.6%44480其中表示寿命超过25000小时的概率，表示进行10000次模拟之后有效寿命的平均值。从表格中可以