Record Details

Moving redundancy of tolerant elements

Dependability

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Moving redundancy of tolerant elements
Скользящее резервирование толерантных элементов
 
Creator S. Tyurin F.; Perm National Research Polytechnic University
С. Тюрин Ф.; Пермский национальный исследовательский политехнический университет
 
Subject dependability; redundancy; sliding redundancy; recovery; failures; fault tolerance; failure rate
надёжность;резервирование;скользящее резервирование;восстановление;отказы;отказоустойчивость;интенсивность отказов
 
Description 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.
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.
 
Publisher LLC Journal Dependability
 
Contributor —
—
 
Date 2017-03-21
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
application/pdf
 
Identifier http://www.dependability.ru/jour/article/view/193
10.21683/1729-2646-2017-17-1-17-21
 
Source Dependability; Том 17, № 1 (2017); 17-21
Надежность; Том 17, № 1 (2017); 17-21
2500-3909
1729-2646
10.21683/1729-2646-2017-17-1
 
Language rus
eng
 
Relation http://www.dependability.ru/jour/article/view/193/355
http://www.dependability.ru/jour/article/view/193/366
ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике Основные понятия. Термины и определения. – М.: Издательство стандартов, 1990. – 42 с.
Надежные отказоустойчивые информационные системы. Методы синтеза/ И.Б. Шубинский. – 2016. – 544 с.
Васильев Н.П., Шубинский И.Б. Аналитическая оценка вероятности успешной адаптации к отказам модульных вычислительных систем с многоуровневой активной защитой. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 1994. Т. 37. № 3-4. С. 47.
Тюрин С.Ф. Проблема сохранения функциональной полноты булевых функций при «отказах» аргументов // Автоматика и телемеханика. 1999. № 9. С. 176-186.
Строгонов А., Цыбин С. Программируемая коммутация ПЛИС: взгляд изнутри [Электронный ресурс]. – URL: http://www.kit-e.ru/articles/plis/2010_11_56.php (дата обращения: 16.10.2016).
Tyurin S.F., Gromov O.A. A residual basis search algorithm of fault-tolerant programmable logic integrated circuits // Russian Electrical Engineering. – 2013. – 84 (11). – P. 647–651. DOI: 10.3103/S1068371213110163
Tyurin S.F., Grekov A.V. Functionally Complete Tolerant Elements // International Journal of Applied Engineering Research. -2015.- Volume 10, №14. pp. 34433- 34442.
Парфентий А.Н., Хаханов В.И., Литвинова Е.И. Модели инфраструктуры сервисного обслуживания цифровых систем на кристаллах // АСУ и приборы автоматики. 2007. Вып. 138. С. 83 – 99.
Carl Carmichael. Triple Module Redundancy Design Techniques for Virtex FPGAs [Электронный ресурс]. https://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp197.pdf (дата обращения: 07.12.2016).
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).