[发明专利]动态重构系统故障重构过程的任务可靠性建模方法

说明书

技术领域

本发明属于可靠性技术领域，涉及一种动态重构系统故障重构过程的任务可靠性建模方法。

背景技术

伴随着数字技术、微电子技术、计算机技术和信息处理技术的迅猛发展，航空武器装备的结构、功能日趋复杂。新一代综合航空电子系统大量采用以微电子器件为基础的外场可更换模块（LRM）,实现了模块化和通用化；通过功能分区简化了系统结构，实现了综合化；在模块化和综合化的基础上结合高速数据总线，实现了功能重构。功能重构是新一代综合航空电子系统的重要特征，通过功能重构，使系统发生故障时性能缓慢降级，最大限度地保证任务完成和系统安全。

大量新技术、新理念的应用，使航空电子系统变得空前复杂。系统越复杂，越容易隐藏潜在的设计缺陷，其可靠性问题也就越受到重视。对于航空电子系统一类的复杂系统来说，任务可靠性比基本可靠性更能反映系统的可靠性水平。因此，建立复杂系统的任务可靠性模型并进行分析，尽早发现薄弱环节从而指导改进，是系统设计过程中的重要工作之一。

在可靠性建模技术方面，国内外学者做了大量的研究，并对一系列可靠性建模方法进行了探索，如可靠性框图、网络图、马尔可夫模型等等，但是这些方法在用于复杂系统的可靠性建模时均存在这样或那样的困难。可靠性框图是用方框表示的各组成部分的故障和它们的故障如何导致产品故障的逻辑图，采用串联、并联、表决等基本形式的组合表述系统各组成部分之间的功能关系，但是可靠性框图无法描述各组成单元之间的复杂动态逻辑关系。网络图在本质上同可靠性框图是等价的，两者可以互相转换。连续时间马尔可夫模型（CTMC）是分析容错系统常用的方法，也可用于重构系统的可靠性分析。但是状态爆炸是采用马尔可夫建模面临的最大困难，以一个四模块组成的两态系统为例，其状态已达24=16种，因此不适用于规模较大系统的建模。

Petri网是Carl Adam Petri于1962年在他的博士论文<<用自动机通信>>中作为网状结构的信息流首次提出的用来模拟通信系统的一种模型，它以研究模型系统的组织结构和动态行为为目标，着眼于系统中可能发生的各种状态变化以及变化之间的关系。由于Petri网建模方法具有直观、形象等优点，又具有良好的数学性质，可以较好地描述复杂系统中常见的同步、并发、冲突、资源共享等现象。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于规模较大系统的建模的动态重构系统故障重构过程的任务可靠性建模方法。本发明的技术解决方案是：

（一）对Petri网进行扩展

Petri网定义：三元组N＝(P,T;F)若满足以下条件，则称为Petri网，简称网：

1)网非空P∪T≠Φ

2)二元性P∩T＝Φ

3)流元素只存在于P和T之间，只能从P→T或T→P，不允许P→P或T→T；

4)没有孤立元素dom(F)∪cod(F)＝P∪T，

其中P是位置的集合，T是变迁的集合，F为流关系，P∩T＝Φ为空集。

排队随机Petri网定义：一个排队随机Petri网是一个七元组QSPN=(P,T,F,W,Q,λ,pri)，其中：

1)P与Petri网定义相同；

2)F流关系；

3)QSPN中的标记带有属性；

4)W为弧权函数，选择输入/输出标记的类型，并改变标记的属性；

5)T为变迁的集合，

T＝T_d∪T_i∪T_e,T_d∩T_i∩T_e＝Φ；

当同时有瞬时变迁、确定变迁和指数变迁满足发生条件时，他们发生的优先级次序为：T_i>T_d>T_e；

其中，Td为确定变迁集合、Ti为瞬时变迁集合、Te为指数变迁集合。

6)Q为排队网集合；

7)λ是与指数变迁相关联的平均变迁实施速率集合，λ＝{λ₁,λ₂,…λ_k}；

pri＝T_i→R为自然数，表示瞬时变迁的优先级关系，优先级高的变迁具有优先发生权。

（二）任务可靠性建模方法

1）事件的描述