Sisteme de redundanță. Clasificarea metodelor de redundanță a sistemelor

Clasificarea metodelor de backup

CREȘTEREA FIABILITĂȚII

REZERVARE CA METODĂ

Rezervare- acesta este unul dintre mijloacele principale de asigurare a unui anumit nivel de fiabilitate (în special de fiabilitate) a unui obiect cu elemente insuficient de fiabile.

Redundanța este utilizarea de mijloace și (sau) capacități suplimentare pentru a păstra starea operațională a unui obiect în cazul unei defecțiuni a unuia sau mai multor elemente. Acea. Este o metodă de creștere a fiabilității unui obiect prin introducere concedieri... La rândul său, redundanța este mijloace și (sau) capacități suplimentare care sunt extrem de necesare pentru ca obiectul să îndeplinească funcțiile specificate. Sarcina introducerii redundanței este de a asigura funcționarea normală a unui obiect după ce apare o defecțiune în elementele sale.

După tipul de rezervare se adoptă următoarea clasificare a metodelor de rezervare(fig.10.1).

Structural(hardware, element, circuit) prevede utilizarea elementelor de rezervă ale structurii obiectului. Esența redundanței structurale este că minimul opțiunea necesară sunt introduse elemente suplimentare.

Elementele din diagrama structurală sunt împărțite în principalul(un element necesar pentru ca obiectul să îndeplinească funcțiile necesare în absența defecțiunilor elementelor sale și rezervă(un element destinat să îndeplinească funcțiile elementului principal în cazul unei defecțiuni a acestuia din urmă). Definiția elementului principal nu este legată de conceptul de minimalitate a structurii principale a obiectului, deoarece elementul, care este principalul în unele moduri de funcționare, poate servi drept rezerva în alte condiții. Element redundant - elementul principal, în caz de defecțiune al cărui element de rezervă este prevăzut în instalație.

Rezervare de timp asociat cu utilizarea timpului de rezervă. În acest caz, se presupune că timpul necesar obiectului pentru a efectua lucrările necesare este evident mai mare decât minimul necesar. Rezervele de timp pot fi create prin creșterea performanței obiectului, a inerției elementelor acestuia etc. Pentru instalațiile de inginerie chimică, acest tip de redundanță este implementat folosind următoarele tehnici și operațiuni:

1) o creștere a condițiilor de funcționare a timpului de funcționare estimat necesar pentru îndeplinirea scopului stabilit sau pentru producerea unei cantități date de produse chimice;

2) dispozitivele și mașinile sunt dezvoltate pentru o valoare a productivității mai mare decât cea cerută de calcul și, prin urmare, obiectele pot îndeplini sarcina într-o perioadă de timp mai scurtă decât cea stabilită prin plan;

3) introducerea în structura schemei tehnologice a recipientelor intermediare (rezervoare și pubele de acumulare a produsului) între dispozitivele individuale de producție. Această tehnică creează condiții care permit continuarea funcționării schemei tehnologice, chiar dacă o parte din echipament înaintea rezervorului intermediar sau buncărului este oprită. O funcție similară este îndeplinită și de rezervoarele de gaz, depozitele etc.;

4) inerția funcțională a obiectelor, de exemplu, inerția termică a cuptoarelor, cauzată de rețelele de căptușeală, previne o scădere rapidă a temperaturii cuptorului în timpul unei întreruperi a alimentării cu combustibil. Inerția obiectelor permite pentru cea mai scurtă perioadă de timp posibilă eliminarea accidentului prin comutarea procesului la un obiect de rezervă sau efectuarea oricăror alte operațiuni.

Rezervare informatii Este o rezervare folosind redundanța de informații. Exemple de rezervare de informații sunt transmisia multiplă a aceluiași mesaj pe un canal de comunicare; utilizarea diferitelor coduri la transmiterea informațiilor prin canale de comunicație care detectează și corectează erorile care apar ca urmare a defecțiunilor echipamentelor și a influenței interferențelor; introducerea simbolurilor informaționale redundante în procesarea, transmiterea și afișarea informațiilor. Excesul de informații face posibilă compensarea distorsiunilor informațiilor transmise sau eliminarea acestora.

Redundanță funcțională- redundanța, în care o anumită funcție poate fi îndeplinită în diverse moduri și mijloace tehnice.

De exemplu, pentru fabricarea unei piese, se folosește un grup de mașini, fiecare dintre ele putând efectua una dintre operațiile de prelucrare secvențială. În acest caz, introducerea unei mașini universale sau cu mai multe operații în linia de producție va fi redundanță funcțională. Un alt exemplu este crearea de procese combinate structural de reacție-transfer de masă care au loc într-un singur aparat de tehnologie chimică. Redundanța funcțională include și redundanța producției (de exemplu, fabricarea de produse cu o clasă de precizie mai mare), care este adesea folosită pentru a asigura și îmbunătăți fiabilitatea instalațiilor de inginerie chimică. În același timp, sunt create condiții pentru a crește fiabilitatea și durabilitatea, deoarece la început, în procesul de funcționare, obiectul se uzează la clasa tradițională de precizie, iar apoi are loc procesul obișnuit de uzură.

Sarcină redundanță (sau mod) - redundanță cu utilizarea rezervelor de sarcină - prevede utilizarea capacității unității de a percepe sarcini suplimentare sau redundante. În inginerie chimică, se implementează prin introducerea unor factori de siguranță, reducerea parametrilor de funcționare admisi (presiune, turație).

Redundanța în industria chimică este utilizată pe scară largă pentru a crește fiabilitatea sistemelor de alimentare cu energie (electricitate, căldură, alimentare cu apă), dispozitivele care asigură siguranța procesului sunt susținute (mai multe supape de siguranță sunt instalate pe un rezervor de înaltă presiune).

Orez. 10.1 Clasificarea metodelor de backup

Redundanța vă permite să creați obiecte, a căror fiabilitate este mai mare decât fiabilitatea elementelor lor constitutive, cu toate acestea, posibilitățile de utilizare a redundanței sunt limitate din cauza creșterii zonei de masă și producție a sistemului și din cauza creșterii. în costul unei unităţi de produs în comparaţie cu cel neredundant. Aceasta duce la problema alegerii metodei optime de redundanță și a numărului optim de elemente de rezervă.

Pentru analiza fiabilității structurale a sistemelor tehnice, interesează redundanță structurală- introducerea în structura obiectului a unor elemente suplimentare care îndeplinesc funcţiile elementelor principale în cazul defectării acestora.

Clasificare căi diferite redundanța structurală se realizează după următoarele criterii:

1) conform schemei de pornire a rezervei :

- general rezervare, în care obiectul în ansamblu este rezervat;

- separa redundanţă în care elemente individuale sau grupurile lor;

- amestecat rezervare, în care diferite tipuri de rezervare sunt combinate într-un singur obiect;

2) prin metoda pornirii rezervei :

- permanent redundanță, fără a reconstrui structura obiectului în cazul unei defecțiuni a elementului său;

- dinamic redundanță, în care, la defectarea unui element, structura circuitului este refăcută. La rândul său, dinamica subdivizat în A:

a) redundanță prin înlocuire, în care funcțiile elementului principal sunt transferate în rezervă numai după defecțiunea celui principal;

b) redundanță glisantă, în care mai multe elemente principale sunt susținute de unul sau mai multe elemente de rezervă, fiecare dintre ele putând înlocui pe oricare principal (acele grupuri de elemente principale și de rezervă sunt identice).

3) după modul de funcţionare al rezervei :

Redundanță încărcată, în care elementele redundante (sau unul dintre ele) sunt în modul element primar;

Redundanță ușoară, în care elementele de rezervă (cel puțin unul dintre ele) sunt într-un mod mai puțin încărcat față de cele principale;

Redundanță descărcată, în care elementele de rezervă sunt într-un mod descărcat înainte de a începe să-și îndeplinească funcțiile.

4) conform condițiilor de restabilire a capacității de lucru în timpul funcționării:

Redundanță cu restaurare;

Backup fără recuperare.

Caracteristica principală a redundanței structurale este raportul de redundanță - raportul dintre numărul de elemente de rezervă și numărul de elemente (principale) redundante. Rezervarea poate fi cu multiplicitate întreagă și fracțională (cum ar fi 2: 3; 4: 2 etc.).

Redundanța unui element principal cu o rezervă (adică cu o multiplicitate de 1: 1) se numește duplicare.

În cazul redundanței cu multiplicitate fracționară, funcționarea normală a conexiunii redundante este posibilă cu condiția ca numărul de elemente deservite să nu fie mai mic decât cel necesar pentru funcționarea normală. În cazul redundanței cu multiplicitate fracțională, un element de rezervă al sistemului se încadrează pe două sau mai multe elemente principale. Redundanța fracțională include și o rezervă rulantă (plutitoare).

În inginerie chimică, fiabilitatea dispozitivelor redundante nerecuperabile și a liniilor tehnologice, de regulă, este crescută datorită:

- concediere generala si separata cu rezerva inclusa permanent;

- concediere generala si separata prin inlocuire;

- redundanță sistem cu rezervă glisante (plutitoare).

Utilizarea acestui tip de redundanță structurală ca alunecare este posibilă numai dacă există un dispozitiv special de diagnosticare care vă permite să găsiți un element defect și să conectați unul de rezervă. În acest caz, elementele de rezervă trebuie să fie de același tip. Cu toate acestea, acest tip de redundanță oferă cel mai mare câștig de fiabilitate.

Cantitativ, creșterea fiabilității sistemului ca urmare a redundanței sau a utilizării unor elemente foarte fiabile poate fi estimată prin coeficientul de câștig de fiabilitate, definit ca raportul indicatorului de fiabilitate înainte și după transformarea sistemului.

Schema structurală a grupului de rezervă, formată dintr-un principal și m elementele de rezervă este prezentată în Fig. 20.3.3.1.

Orez. 10.2. Schema bloc a sistemului de la o principală și m elemente de rezervă

Dacă un sistem este dat cu o rezervă permanent pornită, constând din două elemente de operare paralele (Fig.10.2, m= 1) cu probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a elementului principal R 1, rezerva - R 2, atunci probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a unui astfel de sistem este

P(t) = 1 – (1 – p 1 (t)) (1 – p 2 (t))

În cazul elementelor la fel de fiabile:

P(t) = 1 – (1 – p 1 (t)) 2 = 2R 1 – R 1 2 = R 1 (2 – R 1). (10.1)

Pentru o distribuție exponențială a defecțiunilor fiecăruia dintre cele două elemente de operare paralele p 1 (t) = p 2 (t) = exp (–l t) ținând cont de (10.1), probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a sistemului este definită ca P(t) = 2e-l t – e-2 l t.

Deoarece MTBF al unui element neredundant este:

timpul mediu de funcționare a sistemului va fi:

Apoi, fiabilitatea câștigă pentru sistem. constând din două elemente de lucru paralele, în comparație cu un element neredundant este egal cu:

Probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a unui sistem format dintr-un principal și m elemente redundante care nu sunt la fel de fiabile (Figura 10.2), este determinată de formula:

În cazul elementelor la fel de fiabile, această formulă va lua forma:

Pentru o distribuție exponențială a probabilității de funcționare fără defecțiuni a elementelor, i.e. p(t) = e-l t, primim:

Pentru mici t există o limită inferioară simplă:

Unde i- Rata de eșec i al-lea element.

Cu elemente identice, formula anterioară ia forma:

Câștig de fiabilitate W T(2) prin timpul mediu de funcționare fără defecțiuni a sistemului, constând din ( m+ 1) elemente la fel de fiabile care funcționează în paralel, în comparație cu timpul mediu de funcționare fără defecțiuni a unui element neredundant, cu condiția ca legea de distribuție a probabilității funcționării fără defecțiuni a fiecărui element să fie exponențială, este egală cu:

Timpul mediu până la defecțiunea sistemului T(Fig.10.2) în cazul general poate fi găsit doar prin integrare numerică prin formula

Pentru elemente identice, timpul mediu până la defecțiune cu probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a elementelor R(t) = exp (–l t) dat este definit ca:

Pentru valori mari m :

10.2.1 Conform schemei de pornire a rezervei la rezerva generala obiectul în ansamblu este rezervat. La rezervare separata elementele individuale (subsistemele) ale obiectului sau grupurile acestora sunt rezervate.

Exemple de redundanță generală (Fig. 10.3, a) sunt liniile tehnologice de așteptare sau unitățile de capacitate unitară mare. În cazul rezervării separate (Fig. 10.3, b), sunt rezervate elemente individuale ale obiectului.

Orez. 10.3. Scheme de redundanță pentru un sistem format din n elemente principale: a) redundanţă generală cu rezervă inclusă permanent (numărul de circuite de rezervă m= 1); b) duplicare separată (element cu element) cu o rezervă inclusă permanent

Pentru un sistem cu conexiune serială n elemente cu redundanță generală (duplicare) (Figura 10.3, a), probabilitatea de funcționare fără defecțiuni este egală cu:

Cu redundanță separată (duplicare) (Figura 10.3, b):

Câștigurile de fiabilitate a sistemului în ceea ce privește probabilitatea de funcționare fără defecțiune pentru aceste două cazuri sunt, respectiv, egale:

Rezultă că redundanța separată este mai eficientă decât redundanța generală: de exemplu, pentru un sistem de trei elemente identice ( n= 3) pentru R = 0,9 R = 0,9 3 = 0,729; R (1) = 0,729(2 – 0,729) = 0,9266, R(2) = 0,729 (2 - 0,9) = 0,9703. Atunci: G p (1) = 1,27; G p (2) =1,33.

Redundanța separată, toate celelalte lucruri fiind egale, oferă un câștig mai mare în fiabilitate decât redundanța generală. Redundanța separată este benefică în special atunci când există un număr mare de elemente în sistem și când rata de redundanță este crescută.

Probabilitatea de defectare a unui sistem format din n elemente (unul principal și ( n- 1) rezervă), fără a ține cont de fiabilitatea comutatoarelor se calculează prin formula

Sistem de conectare în serie n elemente cu redundanță comună ( m circuite de rezervă) vor funcționa normal, menținând operabilitatea a cel puțin unuia dintre ele.

Pentru o schemă generală de redundanță cu o rezervă pornită constant, probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a sistemului (Figura 10.4), FBG este egală cu (elementele sunt la fel de fiabile, probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a fiecărui element este p(t)):

La rândul său, funcționare fără probleme i-al-lea lanț ( i = 1, ..., m) va avea loc în timpul funcționării fără probleme a fiecăruia dintre n elemente. Atunci:

Aici: p ij- probabilitatea de funcționare fără defecțiuni j al-lea element i-al-lea lanț ( j = 1, ..., n); n- numărul de elemente de circuit conectate în serie.

Orez. 10.4. Schema bloc a redundanței partajate cu sistem de redundanță mereu activ cu conexiune în lanț n elemente

Pentru cazul în care toate elementele sunt la fel de fiabile (cu probabilitatea de funcționare fără defecțiuni egală cu R), probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a sistemului principal din n elemente (defecțiuni aleatoare și independente) este egal cu:.

În consecință, probabilitatea de defecțiune a întregului sistem constând dintr-un principal și m sistemele de rezervă vor fi egale cu:

Atunci probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a sistemului cu redundanță partajată este egală cu:

Dacă rata de eșec este constantă, de ex. R(t) = exp(–L t), apoi folosind (10.5), putem găsi câștigul de fiabilitate W T(3) prin timpul mediu de funcționare fără defecțiuni în timpul funcționării sistemului constând din ( m+ 1) sisteme redundante care funcționează în paralel (Figura 10.4) în comparație cu timpul mediu de funcționare al unui sistem neredundant:

Câștig de fiabilitate W T(4) prin timpul mediu de funcționare fără defecțiuni în timpul funcționării sistemului, constând din ( m+ 1) sisteme de backup de operare paralelă (Fig.10.4), în comparație cu timpul de funcționare mediu al unui element:

Luați în considerare cazul unui sistem cu redundanță separată cu o rezervă inclusă în mod constant, presupunând că toate elementele sunt la fel de fiabile cu probabilități de funcționare fără defecțiuni p(t) (fig.10.5).

Orez. 10.5. Diagrama bloc a redundanței divizate cu sistem de redundanță Always On cu Daisy Chain n elemente

Pentru un sistem cu redundanță separată, folosind formula (10.14), pot fi determinate probabilitățile de funcționare fără defecțiuni a elementelor redundante individuale. Apoi, probabilitatea globală de funcționare fără eșec a sistemului split-redundant este determinată de formula:

Pentru cazul în care toate elementele sunt la fel de fiabile, probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a sistemului cu redundanță separată este egală cu:

Câștig de fiabilitate în ceea ce privește timpul mediu de funcționare atunci când sistemul redundant funcționează în comparație cu timpul de funcționare mediu al sistemului principal cu o lege de distribuție exponențială:

10.2.2 Prin metoda pornirii rezervei. Elementele redundante pot fi pornite constant pe toată perioada de funcționare - pentru a aplica redundanță permanentă (redundanță cu o rezervă pornită permanent fără comutare) sau numai în cazul defectării celor principale - redundanță prin înlocuire.

Cu redundanță constantă, elementele de rezervă sunt conectate la cele principale pe toată durata de funcționare și se află în același mod de funcționare cu acestea. Pornirea continuă a rezervei este singura posibilă în sistemele în care chiar și o scurtă întrerupere a funcționării este inacceptabilă (de exemplu, în sistemele de control al proceselor tehnologice). Deși este simplu (nu există întrerupătoare și opriri scurte în funcționarea dispozitivelor), principalul dezavantaj al redundanței permanente este consumul crescut de resurse al elementelor de rezervă. În acest fel, pompele, filtrele etc. sunt de obicei susținute.

Dacă nu este posibil să se aplice funcționarea constantă în paralel a dispozitivelor în inginerie chimică, atunci este necesar să se utilizeze rezervare de înlocuire („Înlocuire cu rezervă descărcată”). Înlocuirea se realizează automat sau manual.

În caz de redundanță prin înlocuire (sau „înlocuire cu o rezervă descărcată”), sistemul este proiectat în așa fel încât la defectarea unui element, acesta să fie reconstruit și să-și restabilească operabilitatea prin înlocuirea elementului defect cu unul de rezervă. În acest caz, reglarea nu este necesară în momentul pornirii elementului de rezervă; Dispozitivul de rezervă poate fi într-o stare „caldă” sau „rece” înainte de a fi pus în funcțiune - aceasta păstrează resursa de fiabilitate a fiecăruia dintre dispozitive și crește fiabilitatea generală a întregului sistem. In cazul aceluiasi tip de elemente se pot folosi mai multe rezerve (sau una) pentru inlocuirea elementelor principale in caz de defectare.

Redundanța continuă este o rezervare de înlocuire în care un grup de elemente primare este susținut de unul sau mai multe elemente redundante, fiecare dintre acestea putând înlocui oricare dintre elementele eșuate ale acestui grup.

Redundanța glisantă este folosită pentru a rezerva mai multe elemente de sistem identice sau interschimbabile cu unul sau mai multe redundante, iar redundanța poate fi atât încărcată, cât și descărcată. Sistemul va eșua dacă numărul de elemente primare eșuate depășește numărul de elemente redundante. Cu o rezervă glisantă (plutitoare), oricare dintre elementele de rezervă poate înlocui orice element principal al sistemului (de exemplu, frigidere, pompe). Rezerva de alunecare oferă cel mai mare câștig în creșterea fiabilității, dar dezavantajul său semnificativ este că este posibilă numai pentru elemente de același tip (subsisteme).

Schema de redundanță de alunecare în unitatea de purificare a monoetanolaminei este prezentată în Figura 10.6.

Orez. 10.6. Schema redundanței glisante în unitatea de purificare a monoetanolaminei:

1 - absorbant; 2, 3 - pompe; 4 - unitate de regenerare; 5 - pompă de rezervă

Cu o redundanță de glisare încărcată cu comutatoare ideale, calculul fiabilității sistemului este similar cu calculul unui sistem de tip " m din n". Dacă ratele de eșec ale elementelor principale și de rezervă sunt constante și aceleași, atunci probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a sistemului constând din n major şi m elementele de rezervă în modul de rezervă încărcate pot fi determinate prin formula:

Dacă probabilitatea funcționării fără defecțiuni a elementelor respectă o lege exponențială, atunci se poate calcula și timpul mediu dintre defecțiuni ale sistemului:

În cazul redundanței glisante fără sarcină, în cazul general, caracteristicile fiabilității sistemului sunt exprimate prin formule complexe. Cu toate acestea, dacă ratele de eșec ale elementelor principale și de rezervă sunt constante și aceleași, adică probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a elementelor respectă o lege exponențială, atunci probabilitatea de funcționare fără defecțiuni a unui sistem constând din n major şi m elementele de rezervă, în modul de rezervă fără încărcare, pot fi determinate prin formula Poisson:

Deoarece cu redundanța de alunecare fără încărcare, rata totală de eșec este n iar sistemul va eșua în momentul defecțiunii ( m+ 1) elementul, timpul mediu dintre defecțiunile sistemului:

10.2.3 După modul de funcţionare al rezervei. Calculul sistemelor cu redundanță încărcată se realizează după formulele secvenţiale şi conexiune paralelă elemente. În acest caz, se consideră că defecțiunea grupului de rezervă, format din elementele principale și de rezervă, va avea loc atunci când ultimul său element eșuează, iar elementele de rezervă funcționează în modul principal atât înainte, cât și după defecțiunea lor, prin urmare, fiabilitatea elementelor de rezervă nu depinde de momentul defectării acestora.trecerea de la starea de aşteptare la starea principală.

La salvarea prin înlocuire, sunt posibile trei tipuri de condiții de funcționare pentru elementele de rezervă până la punerea lor în funcțiune:

A) rezerva încărcată (fierbinte). ... Condițiile externe ale rezervei coincid complet cu condițiile în care se află aparatul de lucru. Elementele de rezervă funcționează în același mod ca și elementul principal, fiabilitatea lor (probabilitatea de funcționare fără defecțiuni) nu depinde de momentul în care s-au pornit în locul elementului principal. In acest caz, resursa elementelor de rezerva ale obiectului incepe sa fie consumata din momentul in care intregul sistem este pornit;

b) rezerva descărcată (la rece). ... Elementele de rezervă sunt oprite și prin condiție (până când sunt pornite în locul celui principal) nu pot defecta. Conditiile externe in care se afla rezerva sunt atat de usoare decat muncitorii incat practic elementele de rezerva incep sa isi consume resursele abia din momentul in care sunt puse in functiune in locul elementului defectat.

v) rezervă uşoară (caldă). ... Condițiile externe care afectează dispozitivul înainte de a fi pus în funcțiune sunt ușoare. Elementele de rezervă sunt într-un mod de lumină până când sunt pornite în locul celui principal. În așteptarea în rezervă, ele pot eșua, dar cu o probabilitate mai mică decât probabilitatea de defectare a elementului principal (rezerva fiind în condiții mai uşoare decât elementul principal).

Sistem MTBF cu m- Rezerva totală încărcată poate fi găsită din expresia:

În cazul unei legi exponențiale a fiabilității elementelor, obținem:

unde L = 1 / LA Este rata de defecțiune a circuitului.

După integrare, reprezentăm (10.27) sub forma unei diferențe finite:.

Înlocuind secvenţial în această ecuaţie m= 1, 2, 3, ..., obținem:

Când redundanța nu este încărcată prin înlocuire, elementele de rezervă sunt puse în funcțiune atunci când se defectează principalul, apoi primul de rezervă etc., prin urmare, fiabilitatea elementelor în fiecare moment de timp depinde de momentul trecerii lor de la starea de așteptare la cea principală. În acest caz, se consideră că înlocuirea unui element defect cu unul de rezervă are loc instantaneu, defecțiunea sistemului urmând să apară atunci când ultimul element defectează. Într-o stare nefuncțională, elementul nu poate defecta și fiabilitatea acestuia nu se modifică.

Redundanța descărcată este obișnuită, deoarece este similară cu înlocuirea elementelor defecte (piese, ansambluri, ansambluri) cu altele de rezervă.

Există patru modalități principale de a îmbunătăți fiabilitatea sistemelor complexe și a obiectelor individuale:

1) creșterea fiabilității elementelor sistemului. Aceasta este modalitatea obișnuită, ușoară, dar pentru a profita de ea, aveți nevoie de componente mai fiabile. Dar chiar dacă sunt disponibile, sunt întotdeauna mult mai scumpe decât precedentele și este nevoie de un calcul economic;

2) măsuri constructive de îmbunătățire a fiabilității (de exemplu, amortizarea eventualelor vibrații, trecerea de la o structură static nedeterminată la una static determinată, tot felul de acoperiri de protecție cu metal dur, polimeri etc.). Această cale este asociată cu tehnologia ingineriei mecanice și poate face, de asemenea, obiectul unui studiu special în teoria fiabilității;

3) o schimbare radicală a principiului de funcționare a sistemului în acest scop. Asociat cu creația tehnologie nouă, acesta este un salt calitativ în dezvoltarea acestei industrii - rezultă din inutilitatea economică a soluțiilor de inginerie anterioare.

4) introducerea diferitelor tipuri de redundanță.

Redundanţă- acestea sunt instrumente și capacități suplimentare care depășesc minimul necesar pentru ca obiectul să îndeplinească funcțiile specificate

Metoda de creștere a fiabilității unui obiect prin introducerea redundanței este rezervare.

Sunt câteva metode creşterea fiabilităţii datorită redundanţei. Distingeți redundanța:

Structural (redundanță în structură - în numărul de elemente ale sistemului);

Mod (redundanță în moduri de operare - în numărul de elemente ale sistemului);

Temporar,

Funcţional,

informație

Și un număr de altele.

De cel mai mare interes este redundanța structurală, sau de circuit, care implică utilizarea elementelor redundante ale structurii obiectului.

1) De altfel redundanța poate fi partajată sau separată (Figura 6.1).

Figura 6.1 - Clasificarea metodelor de backup

1.1) General redundanță - se face o copie de rezervă a întregului obiect, dispozitiv sau sistem în ansamblu (Figura 6.2):

Figura 6.2 - Redundanță generală

1.2) Separa redundanță - elementele individuale ale sistemului sunt rezervate (Figura 6.3). Redundanța separată este benefică cu un număr mare de dispozitive și creșterea frecvenței.

Figura 6.3 - Redundanță împărțită

Multiplicitatea redundanței se numește raportul dintre numărul elementelor de rezervă și numărul elementelor principale ale obiectului.

2) Distingeți între redundanță cu multiplicitate întreg și fracționar:

2.1) redundanță întreg se numește o astfel de redundanță, în care, pentru funcționarea normală, conexiunea este suficientă pentru ca cel puțin un dispozitiv să fie funcțional (adică unul sau mai multe redundante sunt alocate pompei principale);

Figura 6.4 - Rezervare cu multiplicitate întreagă

2.2) redundanță fracțională Aceasta se numește redundanță în care un singur dispozitiv poate fi defect pentru funcționarea normală a conexiunii (adică există un singur standby pentru mai multe pompe).

Figura 6.5 - Redundanță fracțională

Numărul multiplicității rezervari:

unde m este numărul total de elemente din grup;

r este numărul de elemente necesare pentru funcționarea normală a sistemului.

De exemplu, să analizăm circuitele (Figura 6.6).

Figura 6.6 - Scheme cu redundanță

Conform schemei din Figura 6.6, și avem o dublare și un număr de multiplicitate

Multiplicitatea întregului.

Diagrama din figura 8.6, b prezintă o diagramă cu o multiplicitate

Multiplicitatea întregului.

Diagrama din Figura 8.6, c prezintă sistemul „2 din 3”.

Multiplicitate fracționată.

3.1) Când rezervare permanenta dispozitivele de rezervă sunt conectate la cele principale pe toată durata de funcționare și funcționează simultan cu acestea.

3.2) Pentru rezervare prin înlocuire dispozitivele de rezervă le înlocuiesc pe cele principale după defecțiunea acestora.

4) Sunt trei tip de rezervare structurată: rezervă încărcată, rezervă uşoară, rezervă descărcată.

4.1) Rezervă încărcată- o astfel de rezervă, atunci când elementele de rezervă funcționează în același mod de încărcare ca și elementul principal, i.e. elementul principal și cel de rezervă își pierd fiabilitatea în același ritm.

4.1) Rezervă ușoară- o astfel de rezerva, atunci cand elementele functioneaza intr-un regim de sarcina mai slab decat elementul principal, i.e. elementele redundante își pierd fiabilitatea mai lent în comparație cu elementul principal.

4.1) Rezervă descărcată- când elementul de rezervă practic nu suportă nicio sarcină și fiabilitatea acestuia nu scade deloc. Acestea sunt piese de schimb aflate in stoc.

Figura 6.7 examinează fiabilitatea cu rezerve încărcate, ușoare și descărcate pentru un sistem de 1 element principal și 1 standby.

Figura 6.7 - Tipuri de redundanță

Rezervă încărcată (Figura 6.7a). La 0< t < t 0 функционируют оба элемента и их надежность падает одинаково. После отказа при t >t 0 primul nu mai funcționează, iar al doilea continuă să funcționeze cu aceeași fiabilitate de-a lungul aceleiași curbe.

Rezervă ușoară (Figura 6.7b). La 0< t < t 0 функционируют оба, но основной (кривая 1) теряет надежность быстрее, чем второй (кривая 2) при пониженной нагрузке. При t >t 0 al doilea element funcționează la sarcină maximă, fiabilitatea sa scade de-a lungul curbei 2.

Rezervă descărcată (Figura 6.7c). La 0< t < t 0 работает только 1-й элемент (кривая 1), а при t >t 0 doar a doua (curba 2), dar nu începe de la t = 0, ci de la t = t 0.

Astfel, fiabilitatea rezervei de lumină este mai mare decât cea încărcată, iar cea descărcată este mai mare decât cea ușoară.

Cursul 6

Tema: Redundanța structurală și tipurile acesteia

Plan

1. Clasificarea redundanței structurale, definiții de bază.

2. Principalele scheme de calcul al fiabilității prin metoda pornirii elementelor de rezervă: constant, separat, înlocuire, alunecare.

3. Tipuri de elemente de rezervă și moduri de funcționare cu rezerve încărcate, ușoare și descărcate.

4. Decontarea și diagrama logică a redundanței structurale a unui sistem complex.

5. Organizarea unei rezerve la nivel de elemente, dispozitive si sisteme IS.

Cuvinte cheie

Redundanță, redundanță, schemă de calcul, dispozitiv digital, redundanță permanentă, redundanță separată, redundanță de înlocuire, rezervă încărcată, rezervă descărcată, moduri de funcționare, rezervă glisante, circuit de comutare, fiabilitate, fiabilitate.

Redundanța este o metodă de creștere a fiabilității unui obiect prin introducerea redundanței. Sarcina introducerii redundanței este de a asigura funcționarea normală a sistemului după apariția defecțiunilor la elementele sale.

Rezervarea poate fi structurală, informațională, temporară, programatică. Rezervarea informațiilor prevede utilizarea informațiilor redundante. Rezervare temporară– folosirea timpului în exces. Redundanță software - programe redundante.

Redundanța structurală înseamnă că în versiunea minimă necesară a sistemului sunt introduse elemente și dispozitive suplimentare, ale cărei elemente sunt numite de bază sau, în locul unui singur sistem, se are în vedere utilizarea mai multor sisteme identice. În același timp, elementele structurale redundante redundante preiau îndeplinirea funcțiilor de lucru în cazul defectării elementelor principale.

Tipurile de redundanță enumerate pot fi aplicate fie sistemului ca întreg, fie elementelor sale individuale sau grupurilor acestora.

În practică, redundanța structurală a devenit larg răspândită (Fig. 1).

Orez. 1. Modalități de rezervare a unui COP

Conform schemei de pornire a elementelor de rezervă, există redundanță permanentă, separată, redundanță cu înlocuire și redundanță glisantă.

Redundanță permanentă - aceasta este o astfel de rezervare, în care elementele de rezervă participă la funcționarea instalației în mod egal cu cele principale (Fig. 2).

Pentru redundanță permanentă în cazul unei defecțiuni a elementului principal, nu sunt necesare dispozitive speciale pentru activarea elementului de rezervă, deoarece acesta este pus în funcțiune simultan cu cele principale.

Principalul parametru al rezervării este ea multiplicitate(grad de redundanță). Sub numărul de redundanțămse înțelege raportul dintre numărul de obiecte de rezervă și numărul de obiecte rezervate (principale).

Redundanță separată se numește metoda de creștere a fiabilității, în care sunt rezervate părți separate ale obiectului (Fig. 2.3).

Orez. 2. Redundanță generală și pornire continuă a rezervei cu rezervă întotdeauna inclusă.

Orez. 3. Redundanță separată cu rezervă permanentă

Rezervare prin înlocuire - aceasta este redundanța, în care funcțiile elementului principal sunt transferate la backup numai după defecțiunea celui principal (Fig. 4 a, b). Când se utilizează redundanța prin înlocuire, sunt necesare dispozitive de monitorizare și comutare pentru a detecta faptul defecțiunii elementului principal și a-l comuta de la principal la cel de rezervă.

Orez. 4. a) Redundanţă generală cu includerea unei rezerve prin înlocuire.

b) concediere separată cu includerea unei rezerve prin înlocuire.

Rezervare rulanta - Aceasta este redundanță prin înlocuire, în care un grup de elemente principale ale unui obiect este susținut de unul sau mai multe elemente redundante, fiecare dintre acestea putând înlocui orice element eșuat din acest grup.

Redundanța glisantă este întotdeauna activă, există întotdeauna un dispozitiv de comutare care detectează prezența unei defecțiuni și pornește elementul redundant (Fig. 5).

Orez. 5. Schema de rezervare continuă

Tipuri de elemente de rezervă în funcție de modul de funcționare

În funcție de modul de funcționare, se face o distincție între:

Rezervă încărcată - elementul de rezervă este în același mod de funcționare ca și cel principal. În același timp, se presupune că caracteristicile de fiabilitate ale elementelor de rezervă pe perioada șederii lor ca rezervă și pe perioada de utilizare în locul celor principale după defecțiunea acestora din urmă, rămân neschimbate.

Rezervă ușoară - elementul de rezervă este într-un mod mai puțin încărcat decât cel principal. Se presupune că caracteristicile de fiabilitate ale elementelor de rezervă în timpul șederii lor ca elemente de rezervă sunt mai mari decât pe perioada utilizării lor în locul celor principale după defectarea acestora din urmă.

Rezervă descărcată - elementul de rezerva practic nu suporta sarcina. Un astfel de element de rezervă, fiind în rezervă, nu ar trebui să cedeze, adică. posedă fiabilitatea ideală în această perioadă. În perioada de utilizare a acestui element în locul celui principal după defecțiunea celui din urmă, fiabilitatea devine egală cu fiabilitatea celui principal.

Distingeți redundanța cu multiplicitate întreagă și fracțională. Pentru a le distinge, multiplicitatea redundanței este indicată pe diagramăm(Fig. 6, a, b).

Orez. 6. Redundanță: a) redundanță permanentă cu multiplicitate fracțională (m=4/2);

b) rezervare separată cu multiplicitate fracțională (m=2/4)

Când rezervați cu multipli întregi, valoarea m există un număr întreg, atunci când este rezervat cu un multiplu fracționarmeste un număr ireductibil fracționar. De exemplu,mDacăm= 4/2 = 2, aceasta înseamnă că există o redundanță întreagă, în care numărul de elemente de rezervă este 2, iar numărul total este 3.

Pentru a face copii de rezervă ale obiectelor cu aceleași elemente, puteți utiliza un număr mic de articole de rezervă pentru a înlocui orice elemente principale eșuate (backup-uri rulante).

Majoritate și redundanță combinată

Un caz special de redundanță a multiplicității fracționale este redundanța majoritară, care este adesea folosită în dispozitivele cu acțiune discretă (Fig. 7). În cazul rezervării majoritare, în loc de un element (canal), sunt pornite trei elemente identice, ale căror ieșiri sunt alimentate organismului majoritar M(element de vot). Dacă toate elementele acestui grup de rezervă sunt în stare bună de funcționare, atunci la intrare M sunt primite trei semnale identice și același semnal intră în circuitul extern de la ieșire M.

Orez. 7. Rezervare majoritară (alegere majoritară)

Dacă unul dintre cele trei elemente de rezervă a eșuat, atunci intrarea M sunt primite două semnale identice (adevărat) și un semnal fals. La iesire M va exista un semnal care se potrivește cu majoritatea semnalelor la intrarea sa, adică organ majoritar, efectuează operațiunea de vot sau alegere cu majoritate. Astfel, condiția pentru funcționarea fără probleme a grupului sub rezerva majoritară este funcționarea fără probleme a oricăror două elemente din trei și organismul majoritar într-un timp dat.

Rezerva combinată este prezentată în Fig. 8 prezintă un grup redundant care combină avantajele unei rezerve încărcate (continuitatea funcționării) și a unei rezerve descărcate (asigurând un câștig mare în fiabilitate). În acest caz, două elemente formează un grup duplicat (rezervă încărcată), iar al treilea se află într-o rezervă descărcată. O astfel de rezervă se numește combinată.

Toate tipurile de redundanță structurală pot fi utilizate în dispozitivele IC critice (Fig. 9).

Orez. 8. Rezervă combinată

Orez. 9. Decontarea și diagrama logică a redundanței structurale a unui subsistem complex TS

Teoretic, prin introducerea redundanței în structura sistemului și alegerea modurilor optime, este posibil să se creeze un CS arbitrar de încredere. Dar acest lucru nu este întotdeauna practic fezabil. Analizând toate tipurile de redundanță, trebuie trasă o concluzie practică: nu este posibil să se asigure o fiabilitate ridicată a stației de compresor prin intermediul unei rezerve comune încărcate din motive economice. Cel mai mare efect este dat de rezervarea element cu element [ 1, 2, 3, 6].

Comparând tipurile de redundanță cu o rezervă încărcată și descărcată, se poate observa că, toate celelalte lucruri fiind egale, un sistem cu o rezervă descărcată este mai fiabil decât un sistem cu o rezervă încărcată.

Organizarea unei rezerve la nivel de calculator si CS

Redundanță la nivel de computer. În hardware-ul computerelor de uz general, redundanța are loc la diferite niveluri. La nivel de computer, redundanța constă în disponibilitatea un numar mare mașini de același tip, care este necesar pentru rezolvarea sarcinilor atribuite. În acest caz, fiabilitatea sistemului este evaluată ca și pentru sistemele cu redundanță de alunecare. În cazul computerelor de uz general, este recomandabil să folosiți performanța tuturor procesoarelor disponibile. Atunci este mai convenabil să caracterizați proprietatea sistemului prin performanța eficientă a sistemului.

unde P i- productivitate (numărul de sarcini efectuate de mașină pe unitatea de timp)i mașina;

n- numarul de utilaje din sistem;

LA i - factor de disponibilitatei masina.

Dacă sistemele informatice individuale sunt conectate prin adaptoare între canale pentru dispozitiv periferic, printr-un câmp de memorie comun sau în alt mod, formează un CS multi-mașină (multiprocesor), apoi performanța efectivă a unui astfel de sistem

Unde m - numărul de stări ale sistemului;

Pijamale - probabilitatea ca sistemul să fie j -a stare;

NS j- performanța sistemului în j -a stare.

Probabilitate Pijamaledeterminat prin metoda lanţurilor Markov. Deoarece configurația unor astfel de sisteme poate fi foarte diferită, pentru a evalua probabilitatea menținerii conectivității sistemului ar trebui utilizate metode de calculare a fiabilității sistemelor cu o structură complexă, de exemplu, metoda căilor și secțiunilor minime.

Redundanță la nivel de dispozitiv ... La nivelurile inferioare ale ierarhiei structurii în calculatoare universale redundanța apare la nivelul dispozitivelor periferice (PU). Pentru a rezolva probleme, este necesar un anumit număr minim de PU.

Redundanță la nivel de cod - calculatoarele folosesc coduri de detectare și corectare a erorilor pentru a îmbunătăți fiabilitatea RAM și ROM. Utilizarea acestor coduri face posibilă corectarea unui anumit număr de erori în canalele de transmisie sau restabilirea informațiilor în cazul defecțiunii unor celule din RAM și ROM sau piste (adică, amplificatoare de citire-scriere) în unitățile de disc magnetice. Fiabilitatea unor astfel de dispozitive este evaluată ca fiabilitatea sistemelor redundante cu rezerve de alunecare.

Redundanță în calculatoare specializate și de control ... În mașinile specializate, și mai ales în mașinile de control, redundanța este utilizată mult mai pe scară largă datorită cerințelor ridicate de fiabilitate a unor astfel de sisteme.

La nivel de computer, și uneori la nivel de software, se folosește tripletarea. Există, de asemenea, sisteme în care sunt utilizate mai multe mașini de rezervă. Pentru a îmbunătăți fiabilitatea, unele dintre ele pot funcționa în modul de rezervă încărcat, altele în modul descărcat. Cu toate acestea, redundanța la nivel de computer nu este cea mai economică. Pentru a crește fiabilitatea limitând în același timp masa, costul și dimensiunile generale ale stației de compresor, redundanța dispozitivelor individuale ale mașinii este utilizată prin declanșarea sau utilizarea mai multor rezerve încărcate sau descărcate. Pentru a crește fiabilitatea celor mai critice noduri, se utilizează logica de tripletare sau întrețesere (reprezentată ca un circuit logic redundant, unde erorile dintr-un strat sunt corectate în același strat sau în următorul strat de elemente logice).

Toate metodele de redundanță luate în considerare în CS se referă la redundanță pasivă, deoarece nu prevăd reconfigurarea sistemului. Metodele de redundanță care asigură reconfigurarea automată a sistemului sunt utilizate în sistemele computerizate cu toleranță la erori (OCS). OCS folosește mijloacele de detectare, localizare a defecțiunii și mijloace de reconfigurare.

Defecțiunile din ACS sunt detectate cu ajutorul instrumentelor de control și localizate cu ajutorul instrumentelor de diagnosticare și eliminate prin reconfigurarea automată a sistemului. Reconfigurarea constă în reconstruirea structurii instalațiilor de calcul în așa fel încât părțile eșuate să fie eliminate de la participarea la lucru.

Controlați întrebările și sarcinile

1. Ce este o rezervare?

2. Ce tipuri de redundanță structurală sunt utilizate pe scară largă în practică?

3. Ce sunt backup-urile persistente (partajate)?

4. Care este valoarea ratei de redundanță la duplicare?

5. Dați un exemplu de rezervă combinată de elemente CT?

6. Realizați o diagramă structurală a fiabilității unui dispozitiv format din patru elemente principale incluse conform unei scheme de redundanță separată cu o rezervă încărcată (m = 1).

7. Cum se evaluează UBR în caz de rezervare majoritară?

8. Unde este folosită cel mai des rezervarea dinamică?

9. Alcătuiți fiabilitatea structurală a dispozitivului CS format din 4 elemente principale incluse conform schemei generale de redundanță cu o rezervă încărcată lam = 2.

10. Sub ce metodă de redundanță a dispozitivelor IC sunt întotdeauna prezente dispozitivele de comutare (comutator)?

Literatură: 1,2,3,5,6,7.

Mulți oameni știu diverse sisteme crearea de imagini de disc și Rezervă copie date, cum ar fi Acronis True Image, Pagaron Drive Backup, Ghost, Time Machine pentru computere compatibile cu Mac etc. Microsoft a implementat, de asemenea, un sistem de backup a datelor în sistemele sale de operare, care este disponibil atât pentru utilizatorii obișnuiți, cât și pentru administratorii de sistem... Înainte de lansarea sistemului de operare Windows Vista Microsoft a oferit utilizatorilor NTBackup și System Restore, care aveau o mulțime de defecte. Odată cu lansarea Windows Vista și tranziția la formatul de stocare a imaginilor VHD, a devenit posibil să se facă mai ușor copii de rezervă ale datelor și să se creeze imagini ale sistemului de operare folosind un nou set de utilități pentru numele Windows Backup și restaurare. După lansarea noilor sisteme de operare, această componentă a fost îmbunătățită și modificată. În acest articol, ne vom uita la ce oferă Microsoft utilizatorului final pentru realizarea de copii de siguranță a datelor în Windows 8 lansat recent. Dar mai întâi, să vorbim pe scurt despre principalele tipuri de backup care sunt implementate în numeroase produse de la diverse companii.

Tipuri de backup

Backup-ul este împărțit în diferite tipuri, în funcție de sarcinile care sunt stabilite înainte ca persoana care o implementează. software... În unele cazuri, utilizatorii trebuie doar să creeze copii ale fișierelor importante stocate pe disc; în altele, trebuie să creeze imagini cu drepturi depline ale sistemului de operare cu posibilitatea de a anula toate modificările anterioare. În același timp, administratorilor de sistem li se oferă posibilitatea de a stoca centralizat backup-urile de date, ceea ce facilitează controlul versiunilor de backup și restaurarea sistemelor după cum este necesar. Desigur, în funcție de tipul de backup selectat, se folosește unul sau altul algoritm de comparare și salvare a fișierelor - fie copiere octet cu octet, fie copiere sector cu sector din sursa de date, când informația este înregistrată exact pe suportul de rezervă . Pentru a restaura fișiere și date, puteți utiliza, de asemenea, funcțiile sistemelor de fișiere care acceptă jurnalizarea și înregistrarea în jurnal a modificărilor - mai întâi se face o captură completă a sistemului de fișiere și se face o copie de rezervă a datelor după cum este necesar dacă fișierele individuale sunt marcate ca modificate. Sistemele de fișiere cu control îmbunătățit al versiunilor sunt cele mai potrivite pentru acest caz, deoarece economisesc semnificativ spațiu pe mediul de rezervă. Pe lângă crearea tradițională de copii de rezervă ale fișierelor care nu sunt utilizate în prezent, există algoritmi de backup în timp real. În acest caz, backup-ul are loc chiar și atunci când fișierul este deschis în orice program. Această oportunitate este obținută prin utilizarea unor instantanee ale sistemelor de fișiere și este utilizată în mod activ, de exemplu, în sistemele de virtualizare pentru lucrul cu unități de disc virtuale. Procesul de backup al datelor poate avea loc în mai multe moduri. Să luăm în considerare cele mai comune.

Clonarea partițiilor și crearea de imagini

Clonarea înseamnă copierea unei partiții sau partiții ale unui disc cu toate fișierele și directoarele și sisteme de fișiere pe un mediu de rezervă, adică crearea unei copii complete a datelor pe un alt mediu. Necesita un numar mare spațiu pe mediul de rezervă, dar, în același timp, vă permite să realizați cea mai completă copie de rezervă a unui computer separat sau a unui disc de date. De asemenea, trebuie făcută o mențiune specială despre clonarea sistemului sub forma unei imagini speciale - o unitate virtuală, adică un dosar separat, care poate conține mai multe partiții de disc. O astfel de imagine poate fi creată prin intermediul sistemului de operare însuși. Vă permite să reduceți cantitatea de date și, de asemenea, vă oferă posibilitatea de a lucra ulterior cu ele ca cu un disc obișnuit sau de a le conecta la mașini virtuale, care simplifică transferul sistemelor de operare de la un server sau computer la altul. Astăzi, imaginile virtuale câștigă popularitate datorită flexibilității conexiunii, precum și transferului multiplatform și ușor de la un computer la altul. De regulă, clonarea sau crearea unei imagini pentru backup este destul de rară, deoarece spațiul ocupat copie de rezervă, foarte mare. Proceduri similare sunt folosite în majoritatea cazurilor pentru a crea o copie a sistemului de operare cu toate fișierele și nu pentru a face copii de rezervă ale datelor individuale de pe disc. Pentru a face copii de rezervă ale datelor utilizator care sunt modificate sau utilizate frecvent în muncă, este utilizat pe scară largă un alt tip de copie de rezervă - backup complet al fișierului.

Backup complet al fișierului

Acest tip de backup implică crearea de duplicate ale tuturor fișierelor de pe suport. metoda simpla- copierea dintr-un loc în altul. Datorită duratei procesului, backup-urile complete ale fișierelor sunt de obicei efectuate în afara orelor de lucru din cauza cantităților prea mari de date. Acest tip de rezervare vă permite să economisiți Informații importante, dar din cauza timpilor lungi de backup, nu este foarte potrivit pentru recuperarea datelor care se schimbă rapid. Se recomandă să efectuați o copiere a fișierului complet cel puțin o dată pe săptămână și este și mai bine să o alternați cu alte tipuri de copiere a fișierelor: diferențială și incrementală.

Redundanță diferențială

Copiile de rezervă diferențiale copiază numai fișierele care s-au modificat de la ultima copie de rezervă completă. Acest lucru vă permite să reduceți cantitatea de date de pe suportul de rezervă și, dacă este necesar, să accelerați procesul de recuperare a datelor. Deoarece backup-urile diferențiate sunt de obicei efectuate mult mai frecvent decât backup-urile complete, este foarte eficient, deoarece vă permite să recuperați cele mai recente date modificate și să urmăriți istoricul modificărilor fișierelor de la backup-ul complet.

Backup incremental

Backup-urile incrementale sunt ușor diferite de backup-urile diferențiale. Se presupune că la prima lansare, se face copii de rezervă numai pentru fișierele care s-au schimbat de la ultima data o copie de rezervă completă sau diferențială era în curs. Backup-urile incrementale ulterioare adaugă numai fișiere care s-au modificat de la backup-ul precedent. În acest caz, fișierele modificate sau noi nu le înlocuiesc pe cele vechi, ci sunt adăugate la mediu independent. Desigur, în acest caz, istoricul modificărilor fișierelor crește cu fiecare etapă a copiei de rezervă, iar procesul de restaurare a datelor pentru acest tip de backup durează mult mai mult, deoarece este necesar să se restabilească întregul istoric al modificărilor fișierelor, pas cu Etapa. Cu toate acestea, cu o copie de rezervă diferențială, procesul de restaurare este mai simplu: copia principală este restaurată și cele mai recente date de backup diferențial sunt adăugate la aceasta.

Multe pachete software de backup folosesc diferite tipuri de backup și adesea le combină pentru o mai mare eficiență și economisire de spațiu. Sistemică Utilitare Windows, despre care vom discuta în acest articol, folosesc și diverse tipuri de backup, ceea ce vă permite să restaurați mai dinamic și mai rapid datele utilizatorului, în funcție de situație. Pentru sălile de operație de server sisteme Windows Există mai multe utilitare de recuperare disponibile decât pentru sistemele de operare desktop Windows, dar aici le vom lua în considerare doar pe cele care sunt disponibile pentru utilizatorii obișnuiți. Mai mult, pentru diferite ediții de Windows, setul de componente este diferit, ceea ce se datorează împărțirii sistemelor de operare în corporate și home. Pentru sistemele de operare Windows, există două utilitare principale pentru copierea de rezervă a datelor, care diferă în funcție de tipul de backup.

Backup și restaurare Windows

Componenta Windows Backup And Restore a devenit disponibilă utilizatorilor de la lansarea sistemului de operare Windows Vista și este responsabilă pentru crearea unei copii de rezervă complete a sistemului de operare cu opțiunea de copii de siguranță incrementale. Odată cu lansarea sistemului de operare Windows 8, această componentă și-a schimbat numele în Windows 7 File Recovery. Deși nu și-a pierdut nimic din funcționalitate, Microsoft recomandă utilizarea noului utilitar File History pentru backup-ul datelor, care este inclus în sistemele de operare Windows 8 și Server 2012, dar despre asta vom vorbi puțin mai târziu. Windows Backup And Restore vă permite să creați o copie de rezervă completă automată pe medii amovibile, discuri optice sau într-o locație specială pe un server la distanță.

Ultima caracteristică este disponibilă doar pentru anumite ediții de Windows 7/8, deoarece este poziționată ca o soluție pentru administratorii IT ai companiilor. O copie de rezervă completă a sistemului în cazul utilizării acestei componente presupune nu numai salvarea fișierelor utilizator, ci și capacitatea de a crea o imagine a întregului sistem de operare și de a face backup pentru discurile individuale ale computerului. Utilizatorul este, de asemenea, disponibil pentru a crea o imagine exclusiv de sistem, care poate fi ulterior nu numai eliminată pe un nou suport al acestui computer, ci și folosită ca disc virtualîn sistemele de virtualizare. Dacă se folosește această componentă, utilizatorul poate specifica folderele care trebuie să facă backup, precum și acele discuri de sistem care trebuie salvate cu o copie de rezervă completă. Când faceți copii de rezervă numai pentru fișierele utilizatorului, Windows Backup And Restore utilizează copii de siguranță ale datelor incrementale, ceea ce vă permite să obțineți mai multe instantanee ale fișierelor în momente diferite. De obicei, o copie de rezervă completă este efectuată o dată pe săptămână și implică nu numai copierea de rezervă a fișierelor utilizator, ci și crearea unei imagini de sistem și copierea datelor pentru punctele de restaurare a componentelor Windows System Recovery. Procesul de restaurare a fișierelor utilizator poate avea loc direct din sistemul de operare - este destul de simplu și direct pentru majoritatea utilizatorilor. Recuperarea sistemului în cazul unei defecțiuni grave poate fi efectuată folosind utilitățile încorporate Recuperare Windows... Pentru a face acest lucru, trebuie fie să creați un nou disc special de recuperare, fie să utilizați imaginea de instalare a sistemului de operare de pe care a fost instalat anterior pe computer. Când este încărcat în modul Recuperare Windows Recuperarea va oferi utilizatorului o alegere dintre următoarele moduri de recuperare: recuperare fișier, mergeți la un anumit punct de recuperare, extrageți o imagine de rezervă a sistemului pe unitatea principală a sistemului. În acest caz, datele pentru recuperare pot fi preluate de pe medii optice, stocare externă sau internă, precum și din stocarea în rețea. Ediția sistemului de operare nu joacă un rol în acest caz. Din păcate, în ciuda faptului că Windows Backup And Restore este o componentă destul de puternică și convenabilă a sistemului de operare, Microsoft a spus că, conform cercetărilor, 5% dintre utilizatori folosesc cel mai bine acest utilitar. În acest sens, pentru o copie de rezervă a datelor mai ușoară și mai eficientă, Microsoft a dezvoltat pentru utilizatori următoarea generație de backup de sistem - Fișier Windows Istorie.

Istoricul fișierelor Windows

Istoricul fișierelor Windows, o nouă componentă a sistemelor de operare Windows 8 și Server 2012, înlocuiește într-un fel predecesorul său - Windows Backup And Restore. Este destinat să înlocuiască doar copiile de siguranță incrementale ale fișierelor, în timp ce imaginile de sistem și backupurile complete pot fi efectuate numai cu folosind Windows 7 Recuperare fișier. Istoricul fișierelor Windows a fost conceput de la zero pentru a fi o soluție convenabilă și practică pentru utilizatorii care au nevoie de o modalitate transparentă de a face copii de rezervă ale datelor lor importante. La dezvoltarea acestui utilitar, s-a acordat o atenție deosebită ușurinței inițializării procesului, combinată cu posibilitatea unui sistem convenabil și vizualizare rapidă toate datele salvate. Procesul de backup cu ajutorul noului utilitar trece neobservat pentru utilizator în modul automat și nu necesită acțiuni suplimentare din partea acestuia. De remarcat faptul că rezervarea a fost modificată de dispozitive de rețea, ceea ce face ușor și convenabil să lucrați cu fișierele salvate dacă sunt utilizate conexiuni mobile sau canale de comunicare slabe.

Utilitarul Windows File History s-a bazat pe o parte din funcționalitatea de bază a Windows Backup And Restore, în care componenta vizuală responsabilă de prezentarea datelor salvate de utilizator a fost reproiectată. Datele salvate anterior pot fi acum vizualizate din manager de fișiere Windows Explorer folosind o filă separată Istoric. Acest lucru vă permite să găsiți rapid fișierele necesareși restaurați-le în orice locație din sistem. În ciuda faptului că procesul de backup se bazează pe o copie de rezervă incrementală, atunci când se lucrează cu acesta, nu se gândește că aceasta este o copie de rezervă, este mai degrabă un istoric al creării, modificării sau ștergerii fișierelor utilizator, disponibil în orice moment. Această abordare a backup-ului datelor, desigur, se va potrivi celor mai mulți utilizatori neexperimentați, deoarece procesul este convenabil și mai intuitiv de utilizat decât lucrul cu Windows Backup și restaurare.

Pentru a face copii de rezervă ale datelor utilizând Istoricul fișierelor Windows, puteți utiliza medii optice, unități externe sau stocare atașată la rețea. Desigur, stocarea datelor pe medii optice este mai mult un tribut adus tradiției decât o metodă reală de utilizare a backup-urilor incrementale, deoarece datele se pot schimba foarte des. Cea mai buna alegere pentru utilizatorii obișnuiți, copia de rezervă pe o unitate externă sau internă este opțiunea.

Pentru ușurință în utilizare în Windows 8, fiecare unitate externă conectabilă poate fi folosită ca instrument de rezervă folosind Istoricul fișierelor Windows. Deci, dacă unitatea este conectată, acum există o filă separată în opțiunile meniului derulant la pornire automată, care vă permite să atribuiți unitatea conectată ca unitate pentru backup cu un singur clic. În acest caz, chiar dacă discul a fost ulterior deconectat de la sistem, backupul datelor se va relua imediat ce este reinstalat. O abordare similară este utilizată în cazul copierii de rezervă a datelor în stocarea în rețea. Deconectați-vă de la retea locala nu va afecta în niciun fel funcționarea sistemului și atunci când apare un mediu de rețea sistem de operare va începe automat un nou ciclu de rezervă conform programului. Sistem de activare transparent Funcții Windows Istoricul fișierelor este un avantaj foarte mare pentru utilizator.

În mod implicit, backup-urile prin utilitarul Windows File History au loc la fiecare oră, totuși, dacă este necesar, utilizatorul poate alege intervalele de timp dintre fiecare backup de date. Utilizatorul are posibilitatea de a seta intervale între rezervări de la 10 minute la 1 zi. Pentru Istoricul fișierelor Windows, poate fi setată o singură locație curentă de rezervă, totuși, dacă adăugați mai multe unități la locațiile de rezervă, acestea pot fi utilizate alternativ, în funcție de disponibilitatea lor. Acest lucru este convenabil atunci când utilizați stocarea în rețea și o unitate separată. Astfel, datele vor fi salvate în mai multe locații în funcție de configurația curentă. De asemenea, nu se poate nu remarca funcția de selectare a numărului de adâncimi de copii salvate. De exemplu, după una sau mai multe luni, sistemul poate suprascrie automat datele vechi, înlocuindu-le cu altele noi. Acest lucru economisește spațiu în care se face backup pentru datele. În plus, utilizatorul poate folosi până la 25% din spațiul de stocare pentru copii de siguranță ale datelor.

Utilitarul Windows File History face copii de rezervă ale folderelor cele mai frecvent utilizate în mod implicit, și anume Contacte, Favorite și Desktop. În plus, rezervarea se aplică automat tuturor dosarelor Bibliotecilor folosite. Utilizatorul își poate crea propriile biblioteci de date, care sunt, de fapt, legături simbolice către foldere reale ale computerului. Adică, dacă utilizatorul trebuie să rezerve un anumit folder pe PC, înainte instalarea Windows Istoricul fișierelor trebuie să adăugați acest folder în biblioteci. În plus, dacă unele foldere trebuie excluse din rezervare, atunci utilizatorul poate exclude selectiv toate bibliotecile utilizatorului sau un set de foldere utilizate frecvent. Ținând cont de integrarea activă cu funcția de stocare a datelor „cloud”. Windows Skydrive utilizarea acestui serviciu „cloud” poate avea ca scop realizarea de copii de rezervă a datelor importante ale utilizatorilor stocate în „cloud”. Pentru ca un astfel de pachet să funcționeze, trebuie doar să instalați Skydrive - după aceea va fi adăugat automat în biblioteci și va fi făcută o copie de rezervă după cum este necesar. Din păcate, funcția de copiere de rezervă a datelor în „cloud” nu este încă disponibilă utilizatorilor, dar Microsoft intenționează deja să adauge o anumită opțiune pentru salvarea datelor în stocarea de date „în nor” în versiunile viitoare ale sistemului său de operare.

Prin urmare, sistem nou Backup-ul din Istoricul fișierelor Windows este excelent pentru majoritatea utilizatorilor. O interfață simplă și intuitivă, cu capacitatea de a adăuga și restaura rapid fișiere, este mult mai aproape de un utilizator modern decât versiunea anterioara copii de rezervă incrementale în Windows Backup And Restore.

În acest articol, vom familiariza cititorul cu semnificația redundanței în sensul larg al acestui termen. De asemenea, va lua în considerare tipurile sale, prezentarea generală, relația cu fenomenele naturale și multe altele.

Introducere

Redundanța este un principiu universal care asigură fiabilitatea oricărui tip de sistem. Aceste tipuri de sisteme sunt distribuite pe scară largă și utilizate în natură, tehnologie și inginerie.

Tipurile de redundanță includ:

forma hardware de backup, un exemplu principal al căruia este duplicarea;
tipul informației de redundanță, de exemplu, o tehnică care detectează erori și le corelează;
redundanță temporară, care poate fi observată în metodologia unui tip alternativ de logică;
rezervare tip de program reprezentate prin programe echivalente din punct de vedere funcțional.

Sisteme tehnice

Prin definiție, redundanța ar trebui să fie considerată o metodă care crește performanța și fiabilitatea unui anumit dispozitiv sau mecanism. Și tot cu ajutorul acestui fenomen, puteți menține dispozitivul la un anumit nivel, necesar, prin includerea unui set de elemente de rezervă și comunicare. Cu toate acestea, aceasta este o măsură suplimentară de întreținere impusă suplimentar.

Acest concept poate fi considerat atât în sens restrâns, de exemplu, rezervarea biletelor, cât și într-un sens larg, de exemplu, utilizarea mecanismelor de rezervă la unitățile industriale. Cu toate acestea, în ambele cazuri, aceasta va fi o modalitate de a preveni eventualele defecțiuni în dezvoltarea viitoare a evenimentelor, care ar duce la o încălcare a integrității sistemului pe termen lung. Motivul principal pentru necesitatea unor metode de rezervă pentru a menține sistemul într-o stare normală este dictat de un set de cerințe pentru stat. siguranță industrială... Rezervarea este, de asemenea, de mare importanță în echipamentele destinate ambarcațiunilor militare.

Cu ajutorul acestui fenomen se asigură securitatea centralelor nucleare, care sunt plasate la un nivel cu separări fizice și o varietate de tipuri de echipamente menite să pună în aplicare cele mai importante principii ale unei singure forme de defecțiune.

Sistemele de siguranță pentru instalații atât de importante precum centralele nucleare au o opțiune de redundanță triplă. Ultimele proiecte rusești implementate în timpul construcției în RPC au o rezervă de patru ori.

Elementul dispozitivului legat de structurile minimizate, care îi asigură capacitatea de a efectua lucrări, se numește principal. Elementele redundante sunt piese al căror scop este asigurarea operabilității mecanismului din cauza defecțiunii pieselor principale.

Într-un sistem tehnologic, redundanța poate fi clasificată în funcție de un set de atribute, printre care principalele se numără înălțimea nivelului de redundanță, multiplicitatea, starea elementelor de rezervă înainte de a fi puse în funcțiune, capacitatea principalului și de rezervă. piese să lucreze împreună.

Defecțiunea unei părți a sistemului dintr-un produs destinat pentru backup poate apărea numai după ce dispozitivul principal și toate elementele de rezervă ale sistemului nu funcționează. Un grup de elemente poate fi numit redundant, în care defecțiunea unuia dintre ele sau chiar mai mult nu va duce la o defecțiune a întregului sistem. Toate părțile mecanismului capabile să își îndeplinească funcțiile vor continua să le facă, iar munca pieselor de schimb lipsă este preluată de dispozitivul de rezervă. Această metodă de înlocuire se numește redundanță funcțională.

În conformitate cu scara și unitatea de calcul, se disting următoarele tipuri de rezervare:

general, în care este necesară o rezervă pentru a continua lucrul numai în cazurile de defectare a întregului obiect;
separată, în care are loc rezervarea unor părți separate ale obiectului;
privat, prevăzând rezervarea unui grup din același set de elemente.

Analizând sistemele de rezervă, persoana a ajuns la concluzia că nivelul ratei de eșec a obiectului redundant crește odată cu creșterea timpului. O structură neredundantă are același efect al timpului asupra probabilității de defecțiune în conformitate cu cea redundantă. Totuși, acest lucru nu indică faptul că absența unei defecțiuni în sistem și, prin urmare, neutilizarea stocului poate justifica absența acestuia până în momentul defecțiunii sistemului. Pe baza înțelegerii acestui fenomen, putem concluziona că redundanța are sens să fie aplicată în sistemele necesare funcționării pe termen scurt, iar sistemul critic trebuie securizat folosind alte metode fiabile.

Este important să luați în considerare specificul scopului sistemului de rezervă. Acest lucru se datorează faptului că metoda folosită pentru sistem digital cu un tip de activitate continuu, va fi de putin folos pentru un sistem cu un dispozitiv de tip analogic. Datorită tuturor acestor probleme, apare problema cu crearea unei metode de backup pentru toate sistemele simultan.

Există o metodă de evaluare a eficacității redundanței, în care, folosind coeficientul responsabil pentru creșterea fiabilității, se calculează indicatorii de fiabilitate ai rapoartelor:

yp = P (t) p / P (t)

γQ = Q (t) / Q (t) p

În astfel de calcule, P (t) și Q (t) - indică posibilitatea de funcționare fără defecțiuni și șansa de defecțiune a sistemului de rezervă.

P (t) și Q (t) - înălțimea probabilității de funcționare fără defecțiuni și probabilitatea la care se va produce o defecțiune a unui tip de sistem neredundant.

Tip general

Într-o rezervare generală, stocul se face dintr-o dată pentru întregul sistem. În funcție de modul în care a fost introdus dispozitivul de rezervă, redundanța totală poate fi luată în considerare în mod continuu și în înlocuire. În cazul utilizării unui tip general de rezervă, dispozitivele de rezervă sunt conectate la cele principale și rămân incluse în acestea pe toată durata modului de funcționare.

Redundanță de tip constant

O rezervare permanentă este o formă de stoc în care există relativ circuit simplu constructie, nu exista intreruperi in lucru chiar si in cazurile de defectare a unui element.

Dezavantajul evident al unei rezerve încărcate este creșterea consumului de energie și „îmbătrânirea” elementelor de rezervă alături de cele principale. Ca urmare, necesitatea înlocuirii elementelor compoziției principale va determina disponibilitatea înlocuirii și a celor de rezervă.

Substituţie

La rezervarea fondurilor, a oricăror obiecte care pot fi folosite pentru a relua funcționarea sistemului în caz de defecțiune, acest proces se poate produce prin înlocuire.

Rezervarea prin substituire poate fi efectuată de un alt sistem de tip automat sau de o mână umană. În cazul utilizării intervenției automate, este necesar ca mașina care efectuează lucrul să fie foarte fiabilă. Utilizarea înlocuirii manuale a elementelor crește timpul petrecut la comutare. Cu toate acestea, fiabilitatea ridicată a operatorului care înlocuiește piesa poate fi luată în considerare atunci când se compară munca unei persoane și a unei mașini.

Împărțit în rezervări

Tipul separat de redundanță prevede introducerea unei rezerve individuale destinate tuturor părților sistemului de tip neredundant. Este împărțit în general și substitut. Substituția separată este caracterizată de probabilitatea unei defecțiuni în sistem numai dacă defecțiunea are loc într-un loc de două ori. Analizele matematice ne arată că utilizarea redundanței divizate va oferi o rată mai mare de fiabilitate a sistemului.

Relația cu biologia

În biologie, rezervațiile pot fi urmărite prin observarea animalelor. De exemplu, un organism situat la începutul lanțului trofic folosește redundanța pentru a asigura reproducerea speciei la plural cu ajutorul fertilității ridicate. Erbivorul, în numărul predominant al cazurilor, are mai mulți descendenți decât prădătorul.

Rezervarea este o măsură de precauție care este utilizată pe scară largă și de organismul nostru. Un exemplu este duplicarea organelor externe (doi ochi, mâini, urechi și nări). Amintind organele interne, se pot observa dublarea glandelor sexuale și a rinichilor. Prezența acestui fenomen în organism poate crește setul său funcțional de capacități. Ochii umani dublați fac posibilă realizarea vederii în formă stereoscopică.

Știința care studiază redundanța în sistemele vii se numește bionică.

Sisteme de rezervare și organizare

Într-un sistem organizatoric, rezervarea reprezintă prezența unei entități capabile să îndeplinească atribuțiile conducătorului unui întreg obiect, proiect sau întreprindere, în momentul absenței șefului. Pentru aceasta sunt numiți deputați în funcții de răspundere. În cele mai multe cazuri, există mai mulți adjuncți responsabili de diferite funcții manageriale.

Sistemele organizaționale precum armata folosesc conceptul de rezervă, care este, de fapt, o rezervă de personal.

Concluzie

Rezerva poate fi numită sinonim pentru cuvântul „rezervare”. Acest fenomen este utilizat pe scară largă de toate tipurile de sisteme vii și mecanizate și stă la baza multor dintre cele mai importante fenomene și procese biologice. Există multe modalități de a efectua acțiunea în cauză, fiecare dintre ele având specificul și sensul său. Rezervarea are o diagramă de dimensiuni neobișnuit de mare a spectrului de părți ale tuturor viețuitoarelor la care se poate răspândi.