доктор технических наук, профессор, Заслуженный изобретатель Российской Федерации, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета, Пермь, Россия
Doctor of Engineering, Professor, Honored Inventor of the Russian Federation, Professor of Automation and Remote Control, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia
Одним из основных путей повышения надёжности является резервирование. В частности, используется структурное резервирование. В таком случае может обеспечиваться отказоустойчивость элементов, устройств и систем. Отказоустойчивость может обеспечивать парирование как сбоев, так и отказов. Исследуется повышение надёжности путём так называемого скользящего резервирования, обеспечивающего работоспособность систем из n элементов с резервом из m элементов, которые могут заменить любой основной элемент. Предлагается усовершенствование скользящего резервирования путём восстановления элементов из нескольких отказавших элементов, но сохранивших некоторую функциональность (базис). Например, базис логической (булевой) функции в смысле теоремы Поста обеспечивается в случае, если эта функция является не сохраняющей константу нуля, не сохраняющей константу единицы, не самодвойственной, не линейной, не монотонной. Ранее автором предложены так называемые функционально-полные толерантные логические функции (ФПТФ), не только обладающие функциональной полнотой, но и сохраняющие её при заданной модели отказов. Тогда даже неисправный элемент остаётся функционально полным, но с меньшими возможностями, например, становится элементом 2ИЛИ-НЕ, хотя сама ФПТФ может быть реализована элементом 2И-2ИЛИ-НЕ. В этом случае для восстановления исходной функции необходимо несколько элементов 2ИЛИ-НЕ. Однако проблемой является диагностика этих элементов и их реконфигурация в случае отказов. Такой подход может быть интерпретирован восстановлением логики программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), которая реализована на так называемых LUT (Look Up Table), представляющих собой запоминающие устройства на основе мультиплексоров 16-1. Причём схема представляет собой дерево передающих транзисторов. При их отказах возможно использование работоспособной половины LUT. Из таких «половинных» LUT можно путём реконфигурации на основе штатных средств ПЛИС, содержащих матрицы локальных и глобальных связей, восстановить LUT, функции которых эквиваленты исходным. Это равносильно увеличению количества резервных элементов. Скользящее резервирование с восстановлением элементов из нескольких отказавших, но сохранивших базис, может быть использовано в областях критического применения систем, когда ремонт либо замена элементов невозможны. В статье предлагается формула, учитывающая такое восстановление, анализируются особенности такого резервирования и оценивается выигрыш в надёжности.
Redundancy is one of the primary ways of improving dependability. In particular, structural redundancy is used. In such cases fail-safe operation of elements, devices and systems can be ensured. Fail-safety can enable mitigation of both faults and failures. The paper examines the matter of increasing dependability by means of the so-called sliding redundancy that ensures the health of systems of n elements with m redundant elements that can replace any of the main elements. It is proposed to improve sliding redundancy through recovery of elements out of a number of failed elements that have retained some functionality (basis). For example, the basis of the logical (Boolean) function in terms of Post’s theorem is available if such function is not a zero-preserving function, not a one-preserving function, not a self-dual function, not a line function, not a monotone function. Previously, the author proposed the so-called functionally complete tolerant logical functions (FCTF) that do not only possess functional completeness but retain it under the specified failure model. Then even a failed element remains functionally complete, yet with reduced capabilities, e.g. becomes a 2OR-NOT, though the FCTF can be implemented with an element 2AND-2OR-NOT. In this case the recovery of the original function requires several 2OR-NOT elements. However, the diagnostics of such elements and their reconfiguration in case of failure are problematic. This approach can be interpreted with logic recovery of programmable logic devices (PLD) that is based on the so-called Look Up Tables (LUT) that are memory devices based on 16:1 multiplexers. The circuit is a transmitting transistor tree. If they fail, the healthy half of LUT can be used. By means of reconfiguration using standard PLD facilities that contain local and global connections matrix, such “semi-LUTs” can be transformed into LUTs whose functions are equivalent to initial ones. That equals to an increase of the number of redundant elements. Sliding redundancy with recovery of elements out of several failed ones that retained the basis can be used in critical system applications when repair or replacement of elements is impossible. The article proposes a formula that takes such recovery into consideration, analyzes the special features of such redundancy and evaluates the advantages for dependability.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.