[发明专利]冗余多阶段任务系统动态任务的可靠性建模与评估方法

说明书

本申请涉及一种冗余多阶段任务系统动态任务的可靠性建模与评估方法。所述方法包括：根据建立冗余多阶段任务系统的阶段级任务成功路径模型，模型包括基础阶段任务实体、冗余阶段任务实体和实体关系弧。对成功路径模型中的冗余阶段任务实体的任务状态进行不交化处理。分别建立基础阶段任务实体和冗余阶段任务实体的阶段内任务可靠性模型。根据部件可靠性参数、阶段级任务成功路径模型和阶段内任务可靠性模型，得到冗余多阶段任务系统的可靠性评估结果。本申请建立的描述阶段任务执行过程各阶段内的部件任务可靠性逻辑的双层模型，能够解决描述多个可执行阶段路径且阶段非2状态的问题，且通过将可靠性计算划分到各个阶段能够显著提高计算效率。

技术领域

本申请涉及系统可靠性评估技术领域，特别是涉及一种冗余多阶段任务系统动态任务的可靠性建模与评估方法。

背景技术

多阶段任务系统(PMS)已经被广泛用作描述许多可以将其任务分为多个阶段的系统的任务可靠性模型。为提高任务可靠性，PMS可能在整个任务中增加阶段冗余(一种时间冗余)来执行在前序阶段失败的任务，因此，这类系统具有如下特点：

(1)阶段任务失败不一定引起系统任务失败。由于存在阶段任务冗余，当某一阶段任务失败后，该任务可以被安排到其后续冗余阶段重新执行，若执行成功，阶段任务仍可判定为成功。

(2)系统任务执行序列不唯一。由于系统存在阶段冗余，系统的任务执行序列会随着系统部件的状态变化而动态变化。因此，系统的可靠度是具有离散分布的函数而非一个固定值。

(3)系统的阶段任务执行序列集合依赖于不同的冗余调度策略。一个阶段任务可以有多个冗余备份阶段，相同失效阶段在不同的冗余调度策略下将优先选择不同的冗余阶段，进而产生不同的系统阶段执行序列。

目前用于评估冗余多阶段任务系统的可靠性的方法主要有以下四类：

(1)组合方法：PMS可靠性分析中的一个关键问题是处理同一个部件在不同阶段被使用所产生的依赖关系，组合方法就是运用可靠性框图、故障树模型等对PMS进行建模，再运用其它方法处理阶段依赖并对模型求解。组合方法是一种静态模型，考虑到具有阶段冗余的系统任务执行序列的不确定性，单纯使用组合方法难以之间用于描述具有阶段冗余的PMS。

(2)基于状态空间的方法：该类方法通过描述系统所有部件状态构成的状态空间及状态转移矩阵，计算状态向量中成功状态的概率和作为系统的可靠度。由于系统的状态随部件数量增加成指数增长，因此，该方法会面临状态空间爆炸问题。

(3)模块化方法，包括两种：一是将静态组合方法与Markov方法进行组合，用组合方法描述阶段间的状态转移，用状态空间的方法描述阶段内部件的状态转移，缓解状态空间爆炸问题；二是使用动态故障树，将动态故障树分为独立的静态子树与动态子数，再分别使用静态组合模型方法和状态空间的方法。已有公开文献将静态组合模型方法与事件树相结合，使用事件树对任务与阶段间的可靠性关系进行建模，使用故障树或动态故障树对阶段与设备间的可靠性关系进行建模，虽然这些方法考虑了阶段冗余，但是上述方法都是假定调度策略已经给定的前提下，并未考虑调度策略。

(4)仿真方法：仿真方法具有适用范围广，模型约束少的优点，但是仿真方法的缺陷也很明显：仿真运行中需要对部件故障、修复实际进行反复抽样，对于高可靠性部件的系统需要很高的仿真次数才能达到满意的精度。基于Petri网的建模与仿真方法结合了仿真方法与状态空间方法的优点，被广泛使用，但是，该方法对建模者的要求很高，需要建模者十分熟悉Petri网以及待建模系统的任务流程，建模后难以评估模型的逻辑正确性，非常依赖个人主观经验；随着系统复杂程度增加，部件与阶段数量的增加，建模难度与出错率极大增加，此外，目前没有被广泛使用的建模工具，计算机实现困难。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够适用于冗余多阶段任务系统动态任务的可靠性建模与评估方法。