Пристрій управління підключенням резервних блоків в системі з почасовим резервуванням

Винахід відноситься до автоматики та обчислювальної техніки і може бути використаний для автоматичного підключення в роботу елементів резервованої системи. Резервованими елементами можуть бути функціонально закінчені вузли, блоки апаратури, тракти, канали зв'язку різноманітного призначення і т.п. В автоматизованих системах управління канали передачі даних різноманітного призначення можна вважати напрямками роботи каналів зв'язку, що в свою чергу є резервованими елементами системи передачі даних. Відомий пристрій для управління підключенням резервних блоків, що містить елементи управління підключенням блоків, елементи контролю блоків, комутатори і матрицю логічних осередків з числом рядків і, рівним числу елементів управління підключенням блоків та числом стовпців, рівним числу елементів контролю блоків. Кожний логічний осередок матриці містить елемент І-НІ, вихід якого з'єднаний з комутатором. Вихід 1 - го елементу управління підключенням блоків з'єднаний з першим входом елементу І-НІ логічного осередку 1 - го рядка першого стовпця матриці, вихід j-го елементу контролю блоків з'єднаний з другим входом елементу І-НІ логічного осередку j-го стовпця першого рядка матриці. Пристрій може бути використаний для автоматичного резервування апаратури і здатний при закінчені резервних блоків включити в роботу замість непрацездатних блоків вільні основні блоки [1]. Однак пристрій не забезпечує підключення резервного блоку, як при виникненні відмов (тривких та збійного характеру), так і пошкоджень збійного характеру, що може призвести до зниження безвідмовності резервованої системи. Найбільш близьким по технічній суттєвості до заявляємого, є пристрій для управління підключенням резервних блоків, що містить комутатор, з'єднаний з елементами контролю основних і резервних блоків через матрицю елементів І-НІ з числом стовпців, рівним числу основних блоків та числом рядків, рівним числу резервних блоків. Пристрій здійснює включення в роботу по даному направленню замість несправного основного блоку справний резервний блок [2]. Недолік пристрою полягає в тому, що переключення на резервний блок відбувається при виникненні будь-якої несправності (тривкої відмови, відмови збійного характеру або пошкоджень збійного характеру), а так як перехід на резерв відбувається успішно з деякою імовірністю відмінною від одиниці, то збільшення кількості підключень резервного блоку призведе до зниження надійності резервованої системи. Задачею винаходу являється пристрій підключення резервних блоків в системі з почасовим резервуванням, шляхом введення в пристрій лічильника часу затримки, який забезпечує визначення допустимого часу контролю блоків, після первинної фіксації факту несправності, що призводить до підвищення надійності резервованої системи за рахунок зниження кількості переключень на резервні блоки, викликаних пошкодженнями збійного характеру. Поставлена задача досягається тим, що в запропонованому пристрої для управління підключенням резервних блоків, які містять комутатор, матрицю елементів І-НІ з числом стовпців, рівним числу основних блоків та числом рядків, рівним числу резервних блоків, елементи контролю основних і резервних блоків, згідно винаходу, між елементами контролю та інверторами включені лічильники часу затримки. Протягом часу затримки виробляються операції по усуненню наслідків несправностей викликаних збоями. Причому, збої можуть бути класифіковані, як відмови збійного характеру (події, які полягають в порушенні працездатного стану, викликані збоями), так і пошкодження збійного характеру (події, які полягають в порушенні справного стану при збереженні працездатності, викликаних збоями). Як в першому, так і в другому випадках засоби контролю зафіксують факт несправності. Ця обставина стає надто істотною, коли для підвищення надійності застосовується структурне резервування. В цьому випадку пошкодження збійного характеру є додатковим фактором, що приводить до збільшення числа підключень резервних блоків в основний режим роботи, під час яких, внаслідок неідеальності характеристик перемикача, з деякою відмінною від нуля імовірністю, можливе виникнення відмови резервованої системи. Таким чином, стає цілком очевидним, що пошкодження збійного характеру, які виникають в основних блоках, є однією з причин, що знижує безвідмовність резервованої системи, а включення лічильника часу затримки призведе до зменшення кількості підключень резервних блоків, викликаних пошкодженнями збійного характеру і, відповідно, до підвищення безвідмовності резервованої системи. З цією метою виходи елементів контролю кожного i-го основного блоку з'єднані з входами k-го лічильники часу затримки. Виходи кожного k-го лічильника, через інвертори, з'єднані з першими входами елементів І-НІ відповідного i-го стовпця матриці, а виходи елементів контролю кожного j-го резервного блоку з'єднані з другими входами елементів І-НІ відповідного j-го рядка матриці. Вихід кожного елементу І-НІ матриці з'єднаний з відповідними входами комутатора і з входами всіх елементів І-НІ j-го рядка та i-го стовпця матриці. Суттєвість винаходу поясняється графічними матеріалами, на яких зображені: на фіг.1 - блоксхема пристрою управління підключенням резервних блоків в системі з почасовим резервуванням для випадку резервування трьох основних блоків трьома резервними; на фіг.2 залежність відношення середнього наробітку до відмови резервованої системи до середнього наробітку між відмовами елементу для нормального закону розподілу часу підключенням резервного блоку; на фіг.3 - те ж, що і на фіг.2 для виродженого закону розподілу часу підключенням резервного блоку. Пристрій містить елементи контролю 1 - 3 основних блоків, лічильники часу затримки 4, інвертори 5, елементи І-НІ 6, елементи контролю 7 - 9 резервних блоків та комутатор 10. Виходи елементів контролю 1 - 3 підключені до входів лічильників часу затримки 4. Виходи лічильників 4 через інвертори 5 (якщо сигнал "відмова" представлена логічним "0")" або безпосередньо (якщо сигнал "відмова" - логічна "1)" на входи елементів І-НІ 6 стовпців матриці. Виходи елементів контролю 7 - 9 безпосередньо (якщо сигнал "відмова" - логічний "0") або через інвертор 5 (якщо сигнал "відмова" - логічна "1") підключені до входів елементів І-НІ 6 рядків матриці. Вихід кожного елементу І-НІ 6 з'єднаний з комутатором 10 та входами всіх елементів І-НІ 6, які знаходяться в загальних з цим елементом рядку та стовпці матриці. Число входів кожного елементу І-НІ 6 рівно сумарному числу основних та резервних блоків. Пристрій працює наступним чином. При справності всіх основних та резервних блоків на виходах всіх елементів І-НІ 6 присутні сигнали "1". Від елементів контролю 7 - 9 на елементи І-НІ 6 надходять сигнали "1" ("справний"). Від елементів контролю 1 - 3 сигнали справності "1", через лічильники 4, інверторами 5 перетворюються в "0". В кожного елементу І-НІ 6 в цьому випадку на всіх входах, крім одного, зв'язаного з інверторами 5, присутні сигнали "1". При відмові будь-якого основного блоку на виході елементу контролю з'являється сигнал "відмова" "0", що надходить на вхід лічильника 4, в якому протягом часу затримки будуть вироблятися операції по визначенню типу несправностей. Якщо за час затримки, буде підтверджений факт несправності основного елементу, то на виході елементу контролю з'явиться сигнал "відмова" "0", і після інвертора 5 - сигнал "1", що надходить на входи елемента І-НІ 6 відповідного стовпця матриці. При цьому на всіх входах всіх елементів І-НІ 6 позначеного стовпця є сигнал "1", елементи І-НІ 6 прагнуть спрацювати, але ланцюги взаємної заборони (вихід кожного елементу І-НІ зв'язаний з входами інших елементів І-НІ, стоячих з цим елементом в загальному стовпці) допускають можливість спрацювання тільки одного елементу І-НІ 6. Спрацювання певного елементу І-НІ 6 зумовлене випадковими параметрами: чутливістю елементів, завадам в ланцюгах, амплітудам сигналів і т.п. Після спрацювання одного з елементів І-НІ 6 встановлюється стан, при якому на його виході присутній сигнал "0", а на виходах Інших елементів І-НІ 6 стовпця - сигнал "1". При появі сигналу "0" на виході елементу І-НІ 6 спрацьовує виконавчий пристрій комутатора 10, який переключає зовнішні ланцюги непрацездатного основного блоку на відповідний резервний блок. В цьому стані при відмові ще будь-якого з основних блоків відбувається його автоматичне заміщення резервним, аналогічно. При цьому резервний блок, вже працюючий замість непрацездатного основного, не може бути використаний для заміщення іншого основного блоку за рахунок того, що вихід кожного елементу І-НІ 6 зв'язаний з входами інших елементів І-НІ 6, які стоять з цим елементом в загальному рядку матриці. Сигнал "0" з виходу спрацьованого елементу І-НІ 6 забороняє спрацьовування інших елементів І-НІ 6 цього рядка. Аналогічно пристрій працює при відмові третього, четвертого і т.п. основних блоків, до використання всіх резервних блоків. В стані, коли всі резервні блоки використані, відмова основного блоку із-за присутності сигналів "0" на входах елементів І-НІ 6 в усіх рядках матриці не призводить до змін їхніх вихідних сигналів і відповідно до заміни зазначеного основного блоку резервним. Відновлення основного блоку і поява сигналу справності, "1" призводить до зміни стану відповідного елементу І-НІ 6, та перекомутації виконавчим пристроєм комутатора 10 зовнішніх ланцюгів цього елементу в основний стан і завдяки цьому, до звільнення резервного блоку. Якщо при цьому серед основних блоків виявляються непрацездатності та незамінені, то один з них зразу ж таки заміщається працездатним резервним. Відмова будь-якого резервного блоку супроводжується появою на елементі контролю сигналу "0", який надходить на вхід елементів І-НІ 6 рядків матриці і, завдяки цьому, забороняє використання цього резервного блоку. Відмова резервного блоку, коли він знаходиться в резерві, не викликає зміни вихідних потенціалів елементів І-НІ 6. Якщо ж відмова резервного блоку відбувається, коли їм замінений будь-який непрацездатний блок, то сигнал, який з'являється "0", призводить до відпускання спрацьованого елементу І-НІ 6 та забороняє спрацювання всіх І-НІ 6 рядків матриці. При одночасній відмові двох або більш резервних блоків пристрій управління працює по кожному з таких блоків, в залежності від їхнього стану ("в роботі", "в резерві") аналогічно описаному вище. При наявності резерву кожний з основних блоків замінюється резервним. Ланцюги взаємної заборони в рядках матриці не допускають включення одного резервного блоку замість двох або більше основних, а ланцюги взаємних заборон в стовпцях матриці не допускають включення замість одного блоку більше ніж одного резервного. Пристрій управління підключення резервних блоків не вимагає жодної настройки для роботи і має високу швидкодію, яка визначається швидкодією елементу І-НІ, що використовується в матриці. Ефективність пристрою можна розрахувати по наступній формулі, що після неважких перетворень прийме наступний вигляд Z = [q 0(I + kQ) + 2r]-1, де Z - коефіцієнт який показує, в скільки разів середній наробіток до відмови резервованої системи перевищує середній наробіток до відмови елементу; де q0 - імовірність виникнення відмови резервованої системи при підключені; k = l пзх/l; l пзх - інтенсивність пошкоджень збійного характеру; l - інтенсивність відмов; tзат - час, протягом якого виконується операція по усуненню наслідків збоїв; m зб - інтенсивність усунення наслідків збоїв; r = l/m m - інтенсивність відновлення елементу. Для ілюстрації впливу на надійність резервованої системи часу tзат, побудовані графіки для випадку з нормальним (фіг.2) та виродженим (фіг.3) законами розподілу часу підключенням резервних блоків. Розглядається резервована система, яка має один основний (n =1) і один (m = 1) навантажений (a = 1) резервний блок. Значення інтенсивностей відмов (l = 0,01ч-1) та відновлення (m= 1ч-1) елементів відповідають тим показникам, які часто зустрічаються в реальних умовах. Відновлення резервованої системи обмежене. На фіг.2 видно, що tзат виявляє сильний вплив на надійність резервованої системи. Так, при k = 10 (таке значення параметру k характерно для сучасних ЕОМ) та sп = 0,25, збільшення tзат призведе до підвищення надійності резервованої системи, так як система контролю дозволить визначити, яка подія відбулася (відмова збійного характеру або пошкодження збійного характеру) і завдяки цьому зменшити число спрацьовувань перемикача. В точці tзат = 1,3 вона досягає свого максимального значення. Подальше збільшення tзат призводить до різкого зменшення надійності, а в точці tзат = 2,3 досягає свого мінімуму в зв'язку з тим, що резерв часу вичерпаний і всі подальші переключення на резервний блок призведуть до непрацездатності системи. Якщо і далі збільшувати tзат, надійність резервованої системи підвищується та прагне до одиниці (надійності елемента), за рахунок зменшення числа спрацьовувань перемикача викликаних пошкодженнями збійного характеру. Для випадку з виродженим законом розподілу (фіг.3) вплив tзат на надійність резервованої системи, аналогічно, на відміну від нормального закону розподілу складається лише в тому, що за рахунок зменшення дисперсії помилки (sп ® 0) графік має більш різкі переходи в місцях пониження та підвищення надійності резервованої системи. Таким чином, використання лічильника часу затримки в пристрої, що пропонується, дозволить підвищити надійність резервованої системи за рахунок зниження кількості переключень на резервні блоки викликаних пошкодженнями збійного характеру.