Оцінювання надійності каналу зв’язку із трикратним резервуванням та подвійною оболонкою

Abstract

Функціонування сучасних комп’ютерних систем неможливе без обміну інформацією, який відбувається з використанням каналів зв’язку різноманітної фізичної природи. Вихід з ладу каналу зв’язку, особливо в системах, які відповідають за функціонування критичних об’єктів, може спричиняти як матеріальні, так і людські втрати. Тому забезпечення надійності каналів зв’язку – актуальна проблема. Ця публікація входить як складова в цикл публікацій, які стосуються надійності каналів зв’язку. Її метою є розроблення методів та моделей для оцінювання надійності каналу зв’язку із трикратним резервуванням та подвійною захисною оболонкою. Для побудови математичних моделей на етапі формалізації використано блок-схеми та динамічні дерева відмов. З їх допомогою отримано діаграми станів та переходів, які стали основою для розроблення статичних та динамічних моделей. Статичні моделі записано за допомогою логіко-ймовірнісних виразів. Динамічні моделі одержано як системи диференціаль- них рівнянь із використанням марковського аналізу. Наявність у складі каналу трьох жил та подвійної захисної оболонки дає змогу сформувати шість різних структурних схем каналу, з яких три є симетричними, а три – несиметричними. Найнадійніша структура із окремими для кожної із трьох жил зовнішніми та внутрішніми оболонками, найменш надійна – коли три жили містяться в спільних зовнішній та внутрішній оболонках. Показники надійності для структур із різними комбінаціями кабельних оболонок набувають проміжних значень між цими крайніми випадками. Надійність таких структур зростає зі збільшенням кількості роздільних оболонок. Показники надійності, отримані з використанням статичних моделей, занижені й менш точні порівняно з показниками, обчисленими за допомогою динамічних моделей. Однак у зв’язку з простішою побудовою статичних моделей їх рекомендовано використовувати для первинної оцінки показників надійності каналів зв’язку. Удосконалено підхід до оцінювання надійності каналів зв’язку із багатократним резервуванням жил та довільною кількістю захисних оболонок, а саме отримано моделі для каналу зв’язку із трикратним резервуванням жил та подвійною захисною оболонкою. За- пропонований підхід буде корисним для оцінювання надійності під час проєктування сучасних технічних, зокрема й комп’ютерних, систем, особливо тих, які відповідають за функціонування критичних об’єктів, втрата працездатності яких може спричиняти мате- ріальні збитки та становити небезпеку для персоналу, що їх обслуговує. Подальші дослі- дження полягатимуть у встановленні закономірностей в отриманих моделях. Знайдені законо- мірності стануть основою спеціалізованого програмного забезпечення для автоматизованого оцінювання надійності для каналів зв’язку із довільною кількістю жил і захисних оболонок.

Modern computer systems rely heavily on the exchange of information through various physical communication channels. The failure of a communication channel, particularly in systems responsible for critical facilities, can result in significant material and human losses. Therefore, ensuring the reliability of communication channels is a pressing issue. This paper is part of a series of publications dedicated to evaluating the reliability of communication channels. The purpose is to develop methods and models for assessing the reliability of a communication channel with tripled wired redundancy and doubled protective reinforcement. Block diagrams and dynamic fault trees were used to create mathematical models during the formalization stage. These models were used to develop both static and dynamic models based on state and transition diagrams. The static models are expressed using logical-probabilistic expressions, while the dynamic models are represented as systems of differential equations using Markov analysis. The channel’s structure can form six different schemes due to the presence of three cores and a double protective reinforcement. Three of these schemes are symmetrical, and the other three are asymmetrical. The most reliable structure is the one with separate outer and inner protective reinforcements for each of the three cores. The least reliable structure is when the three cores share common outer and inner reinforcements. Reliability indicators for structures with various combinations of cable reinforcements take intermediate values between the extreme cases. The reliability of such structures increases with an increase in the number of separate reinforcements. It is important to note that reliability indicators obtained using static models are underestimated and less accurate compared to indicators calculated using dynamic models. However, it is recommended to use static models for the initial assessment of the reliability indicators of communication channels due to their simpler construction. Models have been developed to improve the reliability assessment of communication channels with multiple redundancies of cores and an arbitrary number of protective reinforcements. Specifically, models have been created for a communication channel with triple redundancy of cores and double protective reinforcement. The proposed approach will be useful for assessing reliability in the design of modern technical systems, particularly computer systems responsible for critical facility operations. Failure of these systems can result in material damage and endanger service personnel. Further research will involve establishing regularities in the obtained models. These regularities will form the basis of specialised software for automated reliability assessment of communication channels with any number of cores and protective reinforcements.