基于三元决策图的容错系统通用分析方法技术方案

本发明专利技术公开了基于三元决策图的容错系统通用分析方法，将无关性组件的检测与一般的故障(覆盖故障)检测两者有机的结合，提出了一种通用的三元决策图既可以针对无关性覆盖模型又可以应用于传统的不完全错误覆盖模型。本发明专利技术与现有技术相比优点在于：解决了传统不完全覆盖模型无法隔离无关性组件的问题，并可以处理含非事件，大大降低了系统面临的风险，提高了系统的可靠性。本发明专利技术具有更好的普适性，其三元决策图的基本事件可以扩充至6种，既可以针对无关性覆盖模型也可以对传统的不完全覆盖模型也可以做出精准的分析，即是一个通用的解决方案。

General analysis method of fault tolerant system based on three dimensional decision diagram

The invention discloses a general analysis method based on fault tolerant system three yuan decision diagram, component will not detect and general fault (fault coverage) combined with the detection of both, proposed a $three generic decision diagram either for independent coverage model and can be used for incomplete error traditional coverage model. Compared with the prior art, the invention has the advantages of solving the traditional incomplete coverage model cannot isolate the independent components, and can deal with non event, greatly reducing the risk of facing the system, improves the reliability of the system. The invention has better universality, the basic event ternary decision diagrams can be expanded to 6, either for independent coverage model can also on the traditional incomplete coverage model can also make precise analysis, which is a general solution.

【技术实现步骤摘要】
基于三元决策图的容错系统通用分析方法
本专利技术涉及一般容错系统的可靠性分析领域，具体来说是一种基于无关覆盖模型的三元决策图可靠性分析方法
技术介绍
容错系统被广泛应用于可靠性领域，常用于关键领域例如核电站，空间站，航天器和大型数据存储系统等。然而，在传统的覆盖模型中，如果某些故障组件没有能被检测出，那么该系统就无法针对该故障进行替换，系统也无法通过重构进行自我修复。除此之外，这些未被检测出来的故障组件可能会污染(比如软件病毒感染，缺陷指令)或影响其他正常的组件从而导致整个系统的故障。于对覆盖模型完整性的考虑，当对容错系统进行可靠性分析时有必要去考虑这种没有被检测到位的故障组件。因此，不完全错误覆盖模型应运而生。这是一种包含未检测出的故障组件的覆盖模型，它将故障分为两种：一种为覆盖的故障(能够被检测的)，另一种为未覆盖的故障(无法被检测的)。在发生覆盖的故障时系统会自动用备件替换进行自我修复，除非备件被完全消耗或无备件替换时才会导致整个系统的故障；一旦未覆盖的故障发生则直接导致整个系统故障。经过多年的发展，不完全错误覆盖(以下称不完全覆盖模型)被广泛的认可并应用于实践。但是，不完全覆盖模型过度关注于系统组件的故障问题而忽略了系统中组件之间的关联性问题(以下称为系统关联性)。系统关联性是指系统中的组件相互关联共同影响系统。但是在大量的实际应用中，很多初始关联的系统在运行过程中由于某些组件的覆盖故障导致另一些组件与系统失去关联，例如对图4的故障树模型F＝(x1+x2)(x3+x4)，当组件x1发生覆盖故障时，组件x2与系统失去关联F(x1＝1)＝(1+x2)(x3+x4)＝x3+x4。如果放任这些无关性组件，则会对当前系统留下一定的隐患。无关性组件也有发生未覆盖故障的风险，而传统的不完全覆盖模型并不能规避这些风险根据不完全覆盖模型，任何组件发生未覆盖的故障则直接导致系统失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有不完全覆盖模型无法检测系统无关性组件的缺陷，提出一种通用的三元决策图在兼顾传统的不完全覆盖模型的基础上适用于无关性覆盖模型，这种方法还能适用于各种条件下的覆盖模型并能在一定程度上提高系统的可靠性，加快系统可靠性的分析效率。为实现上述目的，本专利技术所设计的基于三元决策图的容错系统通用分析方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：1)构建基于系统的故障树布尔表达式模型f，其中包括n个系统组件xi，i、n为自然数，且i＝1～n；2)构建所述每个系统组件xi的最小无关触发布尔表达式G(xi)；3)构建所述最小无关触发布尔表达式G(xi)的二元决策图；4)根据所述二元决策图计算每个系统组件xi的无关触发布尔表达式的最小蕴含式PI(xi)；5)构建故障树布尔表达式模型f的最小割集6)根据所述系统组件xi的无关触发布尔表达式的最小蕴含式PI(xi)和最小割集求每个系统组件xi发生故障时导致的无关组件为系统组件xi发生覆盖故障；7)将所述步骤6)的结果代入系统无关性覆盖模型ICM，得到无关性覆盖表达式ficm；8)根据所述无关性覆盖表达式构建三元决策图，并根据所述三元决策图对系统做定性与定量分析。优选地，所述步骤6)中系统组件xi发生故障时导致出现的系统无关组件的计算方法为从所述系统组件xi的无关触发布尔表达式的最小蕴含式PI(xi)中去除与所述最小割集中相同的元素，并去除含非式子，得到系统组件xi发生故障时导致出现的系统无关组件优选地，所述系统无关性覆盖模型为其中ficm为系统无关性覆盖表达式，最小割集为系统组件xi发生覆盖的故障,xi为系统组件xi发生未覆盖的故障。优选地，所述系统无关性覆盖模型ICM的构建方法为：71)取系统表达式f的最小割集72)取由系统组件xi发生覆盖故障导致的无关性组件73)对所述步骤72)的结果做取非操作得到非无关组件74)取系统组件xi未覆盖的故障xi和所述步骤73)中非无关组件的合取式75)取整个系统中所有组件的析取式76)将所述步骤71)的结果与步骤75)的结果析取即为无关性覆盖模型表达式优选地，所述步骤8)中构建三元决策图的方法如下：81)确定三元决策图的三个逻辑分支依次代表：无故障的状态、发生覆盖失效状态和发生未覆盖的失效状态；82)确定三元决策图有三个基本事件分别对应无关性覆盖模型表达式的三种状态：覆盖故障，未覆盖故障和非覆盖故障；83)对三元决策图的故障树做深度优先搜索，得到故障树结点的排列顺序并从左到右赋索引值0，1，2....n，根据索引值合并三元决策图。优选地，所述步骤83)中合并三元决策图的规则为普通布尔与或运算。本专利技术的主要思想如下：在对某个容错系统进行可靠性分析时，既要考虑未覆盖的故障也需要兼顾整个系统的关联性(在系统某一状态下是否存在无关性组件)，这样才能较为完整的分析整个系统从而提高系统的可靠性。然而无关性组件的检测与一般的故障(覆盖故障)检测是完全不同的，如果不能用一种有效的通用方法兼顾，则在很大程度上降低系统的可靠性分析的效率。因此，本专利技术将其两者有机的结合，提出了一种通用的三元决策图既可以针对无关性覆盖模型又可以应用于传统的不完全错误覆盖模型。本专利技术与现有技术相比优点在于：(1)本专利技术应用于容错系统的可靠性分析，解决了传统不完全覆盖模型无法隔离无关性组件的问题，并可以处理含非事件，大大降低了系统面临的风险，提高了系统的可靠性。(2)现有的三元决策图一般都是基于不完全错误覆盖模型，其基本事件(叶子结点)并不能完整的描述无关性覆盖模型，且无法描述含非事件，例如：无关性覆盖模型表达式中的非覆盖故障，本专利技术运用集合论将含非事件做等价转化为一系列不含非事件的组件，从而有效的解决了这一实际问题，并能完美的分析无关性覆盖模型。(3)本专利技术具有更好的普适性，其三元决策图的基本事件可以扩充至6种，涵盖系统组件所有可能的状态如图5所示(正常、覆盖故障、非覆盖故障、未覆盖故障、非未覆盖故障，故障＝覆盖故障+非覆盖故障)，既可以针对无关性覆盖模型也可以对传统的不完全覆盖模型也可以做出精准的分析(当系统处于一直关联状态即)，即是一个通用的解决方案。附图说明图1为本专利技术中三元决策图，图中三个基本事件从左到右依次表示：覆盖故障基本事件、未覆盖故障基本事件和非覆盖故障基本事件。图2为本专利技术中三元决策图的中间事件的一般表达式。图3为本专利技术中三元决策图中的运算规则。图4为实施例中系统的故障树模型。图5为本专利技术中三元决策图能够扩展的6个基本事件第一排从左到右依次为：覆盖故障基本事件、未覆盖故障基本事件和非覆盖故障基本事件。第二排从左到右依次为：完全故障基本事件(覆盖+未覆盖)、非故障基本事件和非未覆盖故障基本事件。图6为实施例中系统基于无关性覆盖模型的三元决策图。图7为实施例中基于不完全错误覆盖模型的三元决策图。具体实施方式为了能够更好的理解本专利技术，首先对本专利技术中涉及的概念作简单的介绍：三元决策图：二元决策图的一种扩展，含有三条互斥的边，包含中间结点与叶子结点并由叶子结点按照一定的逻辑规则自底向上构造而成。故障树：一种表达系统失效的倒立树形模型，通过对系统失效原因向下逐层展开、直至无需或无法继续展开的基本部件为止而建立的模型。最小割集：可靠性统计的基本概念，通常指导致系统整体失效的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于三元决策图的容错系统通用分析方法，其特征在于：包括如下步骤：1)构建基于系统的故障树布尔表达式模型f，其中包括n个系统组件x

【技术特征摘要】
1.基于三元决策图的容错系统通用分析方法，其特征在于：包括如下步骤：1)构建基于系统的故障树布尔表达式模型f，其中包括n个系统组件xi，i、n为自然数，且i＝1～n；2)构建所述每个系统组件xi的最小无关触发布尔表达式G(xi)；3)构建所述最小无关触发布尔表达式G(xi)的二元决策图；4)根据所述二元决策图计算每个系统组件xi的无关触发布尔表达式的最小蕴含式PI(xi)；5)构建故障树布尔表达式模型f的最小割集6)根据所述系统组件xi的无关触发布尔表达式的最小蕴含式PI(xi)和最小割集求每个系统组件xi发生故障时导致的无关组件为系统组件xi发生覆盖故障,；7)将所述步骤6)的结果代入系统无关性覆盖模型ICM，得到无关性覆盖表达式ficm；8)根据所述无关性覆盖表达式构建三元决策图，并根据所述三元决策图对系统做定性与定量分析。2.根据权利要求1所述的基于三元决策图的容错系统通用分析方法，其特征在于：所述步骤6)中系统组件xi发生故障时导致出现的系统无关组件的计算方法为从所述系统组件xi的无关触发布尔表达式的最小蕴含式PI(xi)中去除与所述最小割集中相同的元素，并去除含非式子，得到系统组件xi发生故障时导致出现的系统无关组件3.根据权利要求1所述的基于三元决策图的容错系统通用分析方法，其特征在于：所述系统无关性覆盖模...

【专利技术属性】
技术研发人员：向剑文，周四维，叶璐瑶，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42