舰船云平台的系统可靠度研究

舰船云平台的系统可靠度研究

汲万峰，周阳，李程

单位海军航空大学航空基础学院，海航与海上技能教研室 264001

摘要：在国军标中，给出了单任务系统的可靠性和预计和工作方式；传统的系统可靠性计算方法时，也大多是从基础可靠度和单任务可靠度的角度来考虑系统的可靠性，这均与云平台的多任务特点有所差异。而舰船在一个任务周期内，需要考虑可靠性与备品数量之间的关系。因此需要有一种新的面向舰船云平台特点的建模满足其需求。

关键词：舰船云平台；系统；可靠性

1 场景描述

1.1 双冗余系统

舰船电子信息系统包含若干任务系统，当全部任务系统正常运行时，舰船电子信息系统才能正常运行。

传统的业务系统各自独立，每个系统为双冗余系统，如图1a所示。任务计算机分为配置相同的计算机（主）和计算机（备），上面有操作系统和任务软件；正常情况下，任务软件跑在计算机（主）上；当计算机（主）故障时，任务迁移至计算机（备）上，保证业务系统的独立运行。

图1 系统故障迁移示意图 

1.2 虚拟机迁移

云平台主要使用虚拟化技术，在每台服务器上部署云软件，形成一个统一的虚拟资源池，如图1b所示。在平台统一管控下，形成若干的虚拟机，操作系统和任务软件部署在每个虚拟机中。服务器集群分为服务器（主）和服务器（备）；正常情况下，业务系统均运行在服务器（主）中；当某一台或若干台主用服务器出现故障时，业务系统自动迁移至备用服务器中。

1.3 特点比较

与双冗余业务系统相比，云平台具备以下几个关于可靠性的特点：

1）统一资源管理，实现资源共享。双冗余业务系统中，各业务系统独立，假使一个业务系统中两台计算机全部故障，而另一个业务系统中两台计算机全部正常，则整个电子信息系统依然故障。而云平台中，备用资源共享，一定数量内的服务器故障，不影响系统正常运行。

2）设备随时退出，实现在线维护。尽管双冗余业务系统多数也实现了在线维护，但受制于各系统开发问题，其成熟度不统一。而云平台软件实现统一设备加入退出机制，实现设备的在线维护。

3）标准设备研制，减少备件数量。双冗余业务系统中，各系统计算机设备独立研发，标准不统一，备品不能互换。云平台屏蔽了底层硬件的差异性，并且使用统一的服务器，能够有效地减少备件数量。

本文在云平台的基础上，开展研究，其部分前提条件简化如下：

操作系统和任务软件的可靠度为100%;

单任务可以占用一台计算机或一台服务器；

网络的可靠度为100%;

系统维修时间忽略不计。

2 系统可靠性建模

2.1 双冗余条件下系统可靠度

假设在时刻t≥0下，单台计算机或服务器的可靠度为：

则单个双冗余系统的可靠度公式为：

电子信息系统由N个双冗余子系统叠加而成，则其可靠度为：

2.2 基于云平台的系统可靠度

假设由云平台构成的系统由M台服务器构成，则在时刻t中，有N台可用的概率为：

其中RE(t）为服务器的系统可靠度。而在云平台中，每个虚拟机之下由服务器和云软件构成。假设云软件使得基础云平台的可靠度有所降低，其系数为α，则云平台中单台设备的可靠度为：

将式（5）代入（4），则得到云平台中可靠度：

2.3 基于系统可靠度的备品量

在舰船电子信息系统设计时，需要考虑在系统目标可靠度已知的情况下，如何根据系统的规格和运行时间，确定备品的数量。

假设云平台下，系统要求在N个目标时刻tA的系统可靠度大于RA，则根据式（6），得：

可以反推出在没有备品下，坚持时间的最小值t0。当t0≥tA时，系统能够满足需求，不需要备品；当t0

设备的平均寿命为MTBF，则需要备品数量为：

其中，「骎表示向上取整。

3 结束语

本文在云平台的基础上，开展了面向舰船电子信息系统云平台的可靠度研究，通过系统建模，能够计算出系统可靠度和备品数据。经过数据计算验证，在相同可靠度的约束条件下，云平台的设备数量能够比传统的双冗余系统减少约30%。同时，也能根据任务的需求选择备品的数量，使系统达到合理的保障效能。

参考文献

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[3]徐勇．全舰计算环境及信息化总体概念方案研究[J]．舰船电子工程，2016,36(11):12-20