ДОСЛІДЖЕННЯ ГІБРИДНІ НАДЛИШКОВОСТІ В ВИДМОВОСТОЙКИХ СИСТЕМАХ

Autor: Tyurin, S. F.
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Radio Electronics, Computer Science, Control; № 2 (2019): Radio Electronics, Computer Science, Control; 23-33
Радиоэлектроника, информатика, управление; № 2 (2019): Радиоэлектроника, информатика, управление; 23-33
Радіоелектроніка, iнформатика, управління; № 2 (2019): Радіоелектроніка, інформатика, управління; 23-33
ISSN: 1607-3274
2313-688X
Popis: Context. Structural redundancy is one of the main ways to create highly reliable devices and systems for critical applications.The object of the study was hybrid redundancy in the Fault-Tolerant Systems, for example in aerospace hardware exposed toradiation.Objective. The goal of the work is the calculation of the complexity and probability of failure-free operation of digital circuitswith hybrid redundancy combining tripling, deep tripling, and quadding. The comparison shows that tripling is not always better thana circuit without redundancy over a sufficiently large time interval. Good results are obtained by tripling with three majority votersand deep tripling, but the latter significantly increases the time delay of the signal. The greatest gain in reliability provides quaddingat the transistors level, but it is not always possible due to the restrictions of Mead-Conway, in addition, the delay at least is doubled.The article describes proposed method of the combined redundancy taking into account the necessary hardware costs and time delay.Method. Determining the complexity in the units of the conditional number of transistors and maximum signal path from theinput to the output in the number of transistors, as well as using the Weibull distribution to estimate the probability of failure-freeoperation. Simulation of proposed hybrid redundancy in the system NI Multisim by National Instruments Electronics WorkbenchGroup. The failure-free operation probability estimation in the computer mathematics system MathCad.Results. Expressions are obtained for the estimates of complexity, time delay and probability of failure-free operation ofredundant digital circuits; curves are built in the Mathcad. Simulation confirms the performance of the proposed redundancy options.Conclusions. The conducted studies allowed us to establish the effectiveness of hybrid redundancy to improve the reliability andthe radiation resistance of the digital circuits.
Актуальность. Структурное резервирование является одним из основных способов создания высоконадежныхустройств и систем для критически важных приложений. Объектом исследования была гибридная избыточность вотказоустойчивых системах, например, в аэрокосмическом оборудовании, подверженном воздействию радиации.Задача. Целью данной работы является расчет сложности и вероятности безотказной работы цифровых схем сгибридным резервированием, сочетающих троирование (мажоритирование), глубокое мажоритирование и расчетверение.Сравнение показывает, что троирование не всегда лучше, чем схема без избыточности в конце достаточно большогоинтервала времени. Хорошие результаты достигаются путем троирования с тремя мажоритарами и глубокоемажоритирование, но последнее значительно увеличивает временную задержку сигнала. Наибольший выигрыш внадежности достигается за счет расчетверения на уровне транзисторов, но это не всегда возможно из-за ограничений Мида-Конвей, кроме того, задержка, как минимум, удваивается. В статье описан предложенный метод комбинированногорезервирования с учетом необходимых аппаратных затрат и времени задержки.Метод. Определение сложности в единицах условного числа транзисторов и максимального пути прохождения сигналаот входа к выходу по количеству транзисторов, а также использование распределения Вейбулла для оценки вероятностибезотказной работы. Моделирование предполагаемой гибридной избыточности в системе NI Multisim от National InstrumentsElectronics Workbench Group. Оценка вероятности безотказной работы в системе компьютерной математики MathCad.Результаты. Получены выражения для оценки сложности, временной задержки и вероятности безотказной работырезервированных цифровых схем; графики строятся в Mathcad. Моделирование подтверждает эффективностьпредложенных вариантов резервирования.Выводы. Проведенные исследования позволили установить эффективность гибридного резервирования для повышениянадежности и радиационной стойкости цифровых схем
Актуальність. Структурне резервування є одним з основних способів створення високонадійних пристроїв та системдля критично важливих додатків. Об’єктом дослідження була гібридна надмірність в відмовостійких системах, наприклад, ваерокосмічному обладнанні, яке знаходиться під впливом радіації.Завдання. Метою даної роботи є розрахунок складності і ймовірності безвідмовної роботи цифрових схем з гібриднимрезервуванням, що поєднують троїрування (мажоритування), глибоке мажоритування і розчетверування. Порівнянняпоказує, що троїрування не завжди краще, ніж схема без надмірності в кінці чималого інтервалу часу. Хороші результатидосягаються шляхом троїрування з трьома мажоритуваннями і глибоке мажоритування, але останнє значно збільшує часовузатримку сигналу. Найбільший виграш в надійності досягається за рахунок розчетверування на рівні транзисторів, але це незавжди можливо через обмеження Міда-Конвей, крім того, затримка як мінімум подвоюється. У статті описанийзапропонований метод комбінованого резервування з урахуванням необхідних апаратних витрат і часу затримки.Метод. Визначення складності в одиницях умовного числа транзисторів і максимального шляху проходження сигналувід входу до виходу за кількістю транзисторів, а також використання розподілу Вейбулла для оцінки ймовірностібезвідмовної роботи. Моделювання передбачуваної гібридної надмірності в системі NI Multisim від National InstrumentsElectronics Workbench Group. Оцінка ймовірності безвідмовної роботи в системі комп’ютерної математики MathCad.Результати. Отримані вирази для оцінки складності, з невеликою затримкою і ймовірністю безвідмовної роботирезервованих цифрових схем; графіки будуються в Mathcad. Моделювання підтверджує ефективність запропонованихваріантів резервування.Висновки. Проведені дослідження дозволили встановити ефективність гібридного резервування для підвищеннянадійності і радіаційної стійкості цифрових схем.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: