一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，涉及工程系统容错性分析技术领域。该基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，其特征在于，包括如下步骤：建立系统模型：建立由异构节点组成的大规模多状态系统模型，大规模多状态系统的异构组件抽象成有相同数量状态属性，状态占用不同概率的不同节点，每个节点表现出相同数量的状态表示为1,2,…,m状态变量Xi对应节点Ni，Xi是一个多值变量。该基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，采用引用SPL规范进行SPL建模，同时综合使用多值决策图模型的方式进行综合计算，极大程度上避免了对计算空间的使用以及减少了计算的时间，在保证计算科学性的基础上提高了工作效率。

A Fault Tolerant Performance Analysis Method for Multi-State System Based on Multi-Value Decision Graph

【技术实现步骤摘要】
一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法
本专利技术涉及工程系统容错性分析
，具体为一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法。
技术介绍
大多计算系统经常使用大量的计算节点并行执行一组计算任务，每个计算节点的组成部件(处理器、磁盘等)可以是不相同的，例如，他们可以是同一个系列中不同代产品或者来自不同供应商的不同型号同类产品(例如来自英特尔或AMD的处理器，来自Seagate或IBM的磁盘)，此外，这些计算节点对应不同的计算能力通常表现出多于两个的性能水平或状态，一个大型计算系统的状态可以定义为其组成计算节点的状态的组合。因此，随着节点数量或节点状态的增加，系统状态的数量会大幅增加。通常，在实际大规模系统的分析中，系统状态被大致分类成几个具有代表性的容错性能水平，并进行容错性能分析来计算系统在特定容错性能水平上执行的概率。在现有技术中，采用基于状态空间的方法进行计算系统的性能分析，如马尔可夫和半马尔可夫链，但当分析中型或大型系统时，此类方法会遇到状态空间爆炸问题，而且受限于负指数故障时间分布模型的假设，离散事件仿真也可用于处理任意类型的分布，但只能提供近似结果并需要大量的计算时间。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，解决了在现有技术中，对中型或大型系统进行性能分析时，容易遇到状态空间爆炸以及计算时间过长的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，包括如下步骤：S1、建立系统模型：建立由异构节点组成的大规模多状态系统模型，大规模多状态系统的异构组件抽象成有相同数量状态属性，状态占用不同概率的不同节点，每个节点表现出相同数量的状态表示为1,2,…,m状态变量Xi对应节点Ni，Xi是一个多值变量，值从1,2,…,m，Xi＝j表示Ni处于j状态，其中X＝(X1,X2,...,Xn)是随机的系统状态向量。S2、引入SPL规范：引入自定义的原子规范和基于原子规范的SPL规范，具有n个节点，每个节点有m种状态的系统可能有mn种状态，系统状态被分组或分类成几个有代表性的容错性能水平，引入原子规范来指定系统容错性能水平，通过对自定义原子规范的逻辑操作提出了SPL规范并指出系统在SPL规范下系统在特定容错性能水平的计算。S3、SPL建模：基于多值决策图进行SPL建模。S4、多值决策图模型构建：构建原子规范和SPL规范的多值决策图模型。S5、容错性能分析：通过步骤S3中得到的SPL模型和S4中得到的多值决策图模型计算多状态系统的容错性能水平。优选的，在步骤S2中，针对某个任务时间t具有n个不相同，其中原子规范的设定为：A1(≥k,≥s)＝“至少k个节点处于状态s或以上”；A2(≤k,≥s)＝“不超过k个节点处于状态s或以上”；A3(≥k,≤s)＝“至少k个节点处于状态s或以下”；A4(≤k,≤s)＝“不超过k个节点处于状态s或以下”。优选的，在步骤S2中，将系统的容错性能水平作为逻辑的“与”(×)和“或”(+)运算的组合来定义SPL规范，具体情况如下：SPL1＝A1(≥k,≥p)×A2(≤l,≥q)＝“至少k个节点处于状态p或以上且不超过l个节点处于状态q或以上”；SPL2＝A1(≥k,≥p)×A3(≥l,≤q)＝“至少k个节点处于状态p或以上且至少l个节点处于状态q或以下”；SPL3＝A1(≥k,≥p)+A4(≤l,≤q)＝“至少k个节点处于状态p或以上，或者不超过l个节点处于状态q或以下”；SPL4＝A2(≤k,≥p)+A3(≥l,≤q)＝“不超过k节点处于状态p或以上，或者至少l个节点处于状态q或以下”。优选的，在步骤S4中，基于MDD的由非同一、多状态节点构成的大规模系统首先构建原子规范下的多值决策图模型，然后构建SPL规范下的多值决策图模型，具体情况如下：构建原子规范的MDD模型：原子规范A1(≥k,≥s)＝“至少k个节点处于状态s或以上”，A1(≥k,≥s)的MDD模型具有良好的晶格结构，并且有序的MDD中的每个源到汇聚路径都以升序访问变量，在原子规范的MDD模型中有两种类型的汇聚节点(用方块表示)：汇聚节点“1”表示A1(≥k,≥s)是满足的，相反汇聚节点“0”表示A1(≥k,≥s)是不满足的(少于k个节点在状态s或以上)；SPL规范下的MDD模型构建：考虑特殊情况下的参数为p和q的SPL规范情形下的MDD构造，其次是更一般情况下MDD的构造，依据SPL1＝A1(≥k,≥s)×A2(≤l,≥s)的物理意义，即“至少k个节点处于状态s或以上且不超过l个节点处于状态s或以上”，对于的情况，SPL1＝A1(≥k,≥s)×A2(≤l,≥s)的MDD模型具有定义良好的结构。优选的，在步骤S5中，将在SPL规范下构建的多值决策图中每条满足SPL规范的路径的概率值相加得到系统的概率，即得到系统的容错性能水平，在生成MDD模型之后，通过任务时间t的SPL来评估所产生的MDD计算特定容错性能水平系统的概率，从根到汇聚节点的每个路径表示基本事件的不相交组合。如果路径从节点Ni引出到其第j条边，然后在任务时间t事件呈现节点Ni处于状态j，并且那条路径发生的概率是Pij。(三)有益效果本专利技术提供了一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法。具备以下有益效果：该基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，采用引用SPL规范进行SPL建模，同时综合使用多值决策图模型的方式进行综合计算，极大程度上避免了对计算空间的使用以及减少了计算的时间，在保证计算科学性的基础上提高了工作效率。附图说明图1为本专利技术计算节点的状态概率示意图表；图2为n＝4,m＝3,(a)A1(≥2,≥2),(b)A1(≤3,≥3)的MDD模型示意图；图3为SPL＝A1(≥2,≥2)×A2(≤3,≥3),n＝4，m＝3的MDD模型示意图；图4为节点1在10000小时内状态概率分布数据图；图5为10000小时内的系统容错性能数据图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-5，本专利技术提供一种技术方案：一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，包括如下步骤：S1、建立系统模型：建立由异构节点组成的大规模多状态系统模型，大规模多状态系统的异构组件抽象成有相同数量状态属性，状态占用不同概率的不同节点，每个节点表现出相同数量的状态表示为1,2,…,m状态变量Xi对应节点Ni，Xi是一个多值变量，值从1,2,…,m，Xi＝j表示Ni处于j状态，其中X＝(X1,X2,...,Xn)是随机的系统状态向量。S2、引入SPL规范：引入自定义的原子规范和基于原子规范的SPL规范，具有n个节点，每个节点有m种状态的系统可能有mn种状态，系统状态被分组或分类成几个有代表性的容错性能水平，引入原子规范来指定系统容错性能水平，通过对自定义原子规范的逻辑操作提出了SPL规范并指出系统在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立系统模型：建立由异构节点组成的大规模多状态系统模型，大规模多状态系统的异构组件抽象成有相同数量状态属性，状态占用不同概率的不同节点，每个节点表现出相同数量的状态表示为1,2,…,m状态变量Xi对应节点Ni，Xi是一个多值变量，值从1,2,…,m，Xi＝j表示Ni处于j状态，其中X＝(X1,X2,...,Xn)是随机的系统状态向量；S2、引入SPL规范：引入自定义的原子规范和基于原子规范的SPL规范，具有n个节点，每个节点有m种状态的系统可能有mn种状态，系统状态被分组或分类成几个有代表性的容错性能水平，引入原子规范来指定系统容错性能水平，通过对自定义原子规范的逻辑操作提出了SPL规范并指出系统在SPL规范下系统在特定容错性能水平的计算；S3、SPL建模：基于多值决策图进行SPL建模；S4、多值决策图模型构建：构建原子规范和SPL规范的多值决策图模型；S5、容错性能分析：通过步骤S3中得到的SPL模型和S4中得到的多值决策图模型计算多状态系统的容错性能水平。

【技术特征摘要】
1.一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立系统模型：建立由异构节点组成的大规模多状态系统模型，大规模多状态系统的异构组件抽象成有相同数量状态属性，状态占用不同概率的不同节点，每个节点表现出相同数量的状态表示为1,2,…,m状态变量Xi对应节点Ni，Xi是一个多值变量，值从1,2,…,m，Xi＝j表示Ni处于j状态，其中X＝(X1,X2,...,Xn)是随机的系统状态向量；S2、引入SPL规范：引入自定义的原子规范和基于原子规范的SPL规范，具有n个节点，每个节点有m种状态的系统可能有mn种状态，系统状态被分组或分类成几个有代表性的容错性能水平，引入原子规范来指定系统容错性能水平，通过对自定义原子规范的逻辑操作提出了SPL规范并指出系统在SPL规范下系统在特定容错性能水平的计算；S3、SPL建模：基于多值决策图进行SPL建模；S4、多值决策图模型构建：构建原子规范和SPL规范的多值决策图模型；S5、容错性能分析：通过步骤S3中得到的SPL模型和S4中得到的多值决策图模型计算多状态系统的容错性能水平。2.根据权利要求1所述的一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，其特征在于：在步骤S2中，针对某个任务时间t具有n个不相同，其中原子规范的设定为：A1(≥k,≥s)＝“至少k个节点处于状态s或以上”；A2(≤k,≥s)＝“不超过k个节点处于状态s或以上”；A3(≥k,≤s)＝“至少k个节点处于状态s或以下”；A4(≤k,≤s)＝“不超过k个节点处于状态s或以下”。3.根据权利要求2所述的一种基于多值决策图的多状态系统容错性能分析方法，其特征在于：在步骤S2中，将系统的容错性能水平作为逻辑的“与”(×)和“或”(+)运算的组合来定义SPL规范，具体情况如下：SPL1＝A1(≥k,≥p)×A2(≤l,≥q)＝“至少k个节点处于状态p或以上且不超过l个节点处于状态q或以上”；SPL2＝A1(≥k,≥p)×A3(≥l,≤q)＝“至少k个节点处于...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫毓昌，
申请(专利权)人：莫毓昌，
类型：发明
国别省市：福建,35