容错实时计算机系统的可靠性模型及相关参数的研究

摘要

随着计算机技术的快速发展，以计算机为基础的实时系统越来越被广泛的应用。由于实时系统要求及时响应外部发生的随机事件，并以足够快的速度完成对外部事件的处理，所以实时系统的可靠性至关重要。 本文详细阐述容错实时系统的基本概念，介绍系统可靠性的基本理论并分析影响系统可靠性的各种因素，研究马尔可夫建模的基础。在此基础上，以基于时间触发结构的汽车控制系统为例来研究潜在故障对系统可靠性的影响。用马尔可夫模型为嵌入潜在故障的容错实时系统建模，并确定相关参数，研究各参数对可靠性模型的影响。 本文认为以下参数是必须考虑的： 首先，单个元件的失效率对系统可靠性的影响； 其次，故障覆盖率和故障修复率对系统可靠性的影响，以及潜在故障比例和切换速率对系统可靠性的影响； 最后考虑在系统即将失效时带到安全状态的速率，这是保证不发生灾难性事件的最后措施。 因此，为容错实时系统建立高效、简单、实用的可靠性模型是需要解决的首要问题。 本文首先运用各常用参数为系统建立可靠性模型，计算系统的平均故障前时间，并分析各参数对系统可靠性的影响。 在此基础上，本文提出另一个参数：系统处理紧急事件所需时间。这是在系统即将失效时必须考虑的重要参数。 接着本文又在原有可靠性模型中增加一个冷备份，使得系统对故障覆盖率的要求降低，从而使系统更容易达到预定的可靠性标准，同时减小由备份耗尽导致系统失效的风险。

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第一章 绪论

1.1概述

1.2本文的研究背景

1.3本文的安排

第二章 容错实时计算机系统的基本概念

2.1实时系统

2.1.1实时系统的分类

2.1.2实时系统的结构

2.1.3分布式实时系统的特点

2.2容错实时系统

2.2.1容错

2.2.2系统的容错设计

2.3基于时间触发结构的容错实时系统

2.3.1时间触发协议(Time-Triggered Protocol简称TTP)

2.3.2基于时间触发结构(TTA)的容错实时系统结构

2.4小结

第三章 可靠性的基本概念及马尔可夫模型的数学基础

3.1可靠性理论概述

3.1.1可靠性及相关概念

3.1.2系统可靠性指标

3.2系统的马尔可夫模型

3.2.1马尔可夫过程的定义

3.2.2可修系统的马尔可夫一般模型

3.2.3马尔可夫模型的可靠性数学指标

3.3小结

第四章 嵌入潜在故障的实时系统的可靠性分析

4.1故障的定义和分类

4.2潜在故障

4.2.1潜在故障的概念

4.2.2潜在故障对实时系统可靠性的危害

4.3系统可靠性模型分析

4.3.1系统可靠性模型参数

4.3.2汽车控制系统的可靠性分析

4.4小结

第五章 永久性故障时系统可靠性的分析

5.1永久性故障对系统可靠性的影响

5.2系统可靠性模型分析

5.3可靠性模型的改进思路

5.4引入新参数后的系统可靠性分析

5.5增加冗余资源后系统的可靠性分析

5.6小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致 谢

参考文献