Дипломная работа - Линия конфидециальной связи с использованием дельта-модуляции. Передающая часть - файл n1.doc

Дипломная работа - Линия конфидециальной связи с использованием дельта-модуляции. Передающая часть
скачать (2806 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2806kb.03.11.2012 16:11скачать

n1.doc

1   2   3
регистр максимальной длины можно сделать только в том случае, если число отводов будет больше 2. В таблице 2.1 перечислены все значения т до 18, при которых регистр максимальной длины реализуется с использованием двух отводов, т.е. с обратной связью от n-го и m-го (последнего) разрядов регистра, приведенного ранее. Предопределены также значения п и длина цикла по числу тактов. В некоторых случаях подойдут и другие значения, и во всех случаях n можно заменить на т - n; таким образом, для предыдущего примера можно использовать отводы т = 1 и n = 4.


Таблица 2.1.

Варианты реализации регистра максимальной длины

т

n

Длина псевдослучайной последовательности

3

2

7

4

3

15

5

3

31

6

5

63

7

6

127

9

5

511

10

7

1023

11

9

2047

15

14

32767

17

14

131071

18

11

262143


Псевдослучайную последовательность двоичных символов мы получаем путем тактирования одного из таких регистров и наблюдения последовательных выходных двоичных символов. Выход можно взять от любого разряда регистра; обычно в качестве выхода используют последний (m-й) разряд. Последовательность максимальной длины обладает следующими свойствами:

1. В полном цикле тактов) число «1» на единицу больше, чем число «0». Добавочная «1» появляется за счет исключения состояния «все нули». Это свидетельствует о том, что «орлы» и «решки» равновероятны (дополнительная «1» большой роли не играет; 17-разрядный регистр будет вырабатывать 65 536 «1» и 65 535 «0» за один цикл).

2. В одном цикле тактов) половина серий из последовательных «1» имеет длину 1, одна четвертая серий – длину 2. одна восьмая – длину 3 и т. д. Такими же свойствами обладают и серии из «0» с учетом пропущенного «0». Это говорит о том, что вероятности «орлов» и «решек» не зависят от исходов предыдущих «подбрасываний» и поэтому вероятность того, что серия из последовательных «1» или «0» закончится при следующем подбрасывании равна 1/2 (вопреки обывательскому пониманию «закона о среднем»).

3. Если последовательность полного цикла тактов) сравнить с этой же последовательностью, но циклически сдвинутой на любое число символов п (п не является нулем или кратным К), то число несовпадений будет на единицу больше, чем число совпадений.

Для того чтобы разработать модель регистра сдвига необходимо выбрать элемент, который будет выполнять функцию триггера, т. е. выполнять задержку дискретного входного сигнала на один такт. В качестве такого элемента применим блок Unit Delay рисунок 2.25, он выполняет задержку входного сигнала на один шаг модельного времени.

Рисунок 2.25. Блок единичной дискретной задержки Unit Delay

Рисунок 2.26. параметры блока Unit Delay
Initial condition – Начальное значение для выходного сигнала.

Sample time – Шаг модельного времени.

Входной сигнал блока может быть как скалярным, так и векторным. При векторном входном сигнале задержка выполняется для каждого элемента вектора. Блок поддерживает работу с комплексными и действительными сигналами.

Рисунок 2.27. Пример использования блока Unit Delay с задержкой дискретного сигнала на один временной шаг, равный 0.1с
Согласно данным, приведенным в таблице 2.1, необходимо сделать регистр сдвига 7-разрядным, т. е собрать из семи блоков Unit Delay и управляющие выводы взять с шестого и седьмого отводов. В программе Matlab регистр сдвига выглядит так, как показано на рисунке 2.28.

Рисунок 2.28. Регистр сдвига
Для удобства наглядности и использования данного регистра сдвига, объединим все его элементы в одну подсистему (subsystem) ( рисунок 2.29).

Рисунок 2.29. Подсистема регистра сдвига
Принцип работы регистра сдвига основан на запоминании предшествующего значения, а с приходом следующего происходит смещение того значения на один такт.

Для того чтобы этот регистр начал работать, на его вход необходимо подать хотя бы одну «1», или единичный импульс. После этого он будет работать как циклическая система, или как генератор псевдослучайной последовательности. Чтобы подать «1» на его вход воспользуемся генератором ступенчатого сигнала Step (см. рисунок 2.30).

Рисунок 2.30. Генератор ступенчатого сигнала Step

Рисунок 2.31. Параметры блока генератора ступенчатого сигнала Step
Step time – Время наступления перепада сигнала (с).

Initial value – Начальное значение сигнала.

Final value – Конечное значение сигнала.

Перепад может быть как в большую сторону (конечное значение больше чем начальное), так и в меньшую (конечное значение меньше чем начальное). Значения начального и конечного уровней могут быть не только положительными, но и отрицательными (например, изменение сигнала с уровня –5 до уровня –3).

Sample time (такт дискретности).

Interpret vector parameters as 1-D (интерпретировать вектор как массив скаляров).

Enable zero crossing detection (определять прохождение сигнала через нулевой уровень). С помощью данной опции устанавливается режим проверки смены знака переменной. Примером необходимости такого определения может служить моделирование мяча, падающего на пол. В момент касания производная перемещения (скорость) меняет знак. Этот момент может попасть между расчетными точками, и тогда результат моделирования существенно исказится. Повышение точности в этом случае может быть достигнуто за счет существенного уменьшения шага интегрирования, однако это приведет к увеличению времени моделирования. Для исключения этого Simulink на каждом шаге проверяет смену знака переменными, и, если такое изменение обнаружено, то Simulink выполняет интерполяцию значений переменной на этом шаге. Благодаря данному алгоритму время расчета существенно не увеличивается. Необходимость данного параметра в окне диалога блока Step обусловлена возможностью попадания перепада сигнала между расчетными шагами.

Так как в блоке step выставлено начальное значение сигнала – 0, конечное значение сигнала – 1 и время наступления перепада сигнала равное 1с, то на выходе будет 1. Значение на выходе step показано на рисунке 2.32.

Рисунок 2.32. Осциллограмма выходного сигнала блока step
Так как необходим единичный импульс малой длительности, то воспользуемся задержкой этого сигнала и в последующем суммой по модулю два исходного и задержанного сигнала как показано на рисунке 2.33.

Рисунок 2.33. Блок элементов, формирующих единичный импульс
Logical Operation – Блок выполнения логических операций.

Назначение: Реализует одну из базовых логических операций.



Рисунок 2.34. Блок, выполняющий логическую операцию

Рисунок 2.35.Параметры блока Logical Operator
Параметры блока:

Operator (вид реализуемой логической операции). Выбирается из списка:

• AND – логическое умножение (операция ЛОГИЧЕСКОЕ И);

• OR – логическое сложение (операция ЛОГИЧЕСКОЕ ИЛИ);

• NAND – операция И-НЕ;

• NOR – операция ИЛИ-НЕ;

• XOR – ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (операция сложения по модулю 2);

• NOT – логическое отрицание (ЛОГИЧЕСКОЕ НЕ).

Number of input ports (количество входных портов).

Show additional parameters (показать дополнительные параметры). При выстановленном флажке отображаются дополнительные окна списков.

Require all inputs to have same data type (все входы должны иметь одинаковый тип данных). При установке этого параметра все входные сигналы должны иметь одинаковый тип.

Output data type mode (выбор типа выходных данных). Для выбора используется раскрывающийся список. Тип сигнала может быть Boolean (двоичный), logical (логический) или задан с помощью дополнительных окон списков (Specify via dialog). В последнем случае появится окно списка Output data type.

Output data type (тип выходных данных). Выходным сигналом блока является 1, если результат вычисления логической операции есть ИСТИНА, и 0, если результат – ЛОЖЬ.

Входные сигналы блока могут быть скалярными, векторными или матричными. Если входные сигналы – векторы или матрицы, то блок выполняет поэлементную логическую операцию, при этом размерности входных сигналов должны совпадать. Если часть входных сигналов – векторы или матрицы, а другая часть входных сигналов – скаляры, то блок выполняет логическую операцию для скалярных входных сигналов и каждого элемента векторных или матричных сигналов. Размерность выходного сигнала в этом случае будет определяться размерностью векторных или матричных входных сигналов.

При выполнении логической операции отрицания блок будет иметь лишь один входной порт. Входные сигналы могут быть как действительного, так и логического типа (Boolean).

Единичный импульс, снятый с выхода logical operator, показан на рисунке 2.36.

Рисунок 2.36. Сигнал с выхода Logical Operator

Значения истинности для бинарного сложения по модулю 2 приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2

Таблица истинности бинарного сложения по модулю 2

a

b



0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0


В итоге модель ГПСП будет выглядеть, как показано на рисунке 2.37.

Рисунок 2.37. Модель генератора псевдослучайной последовательности
Так же как и с регистром сдвига, для удобства, объединим все компоненты ГПСП в подсистему subsystem, рисунок 2.38.

Рисунок 2.38. Генератор псевдослучайной последовательности
Как уже говорилось при разработке структурной схемы максимальное число возможных состояний m-разрядного регистра равно К = 2m-1. В данном случае регистр является семиразрядным, поэтому максимальное число возможных состояний равно 127. Из этого следует, что через 127 состояний регистра сдвига, его последовательность будет повторяться.

ГПСП в данном случае нужен для скремблирования дельта модулированного сигнала. Перемножение сигналов происходит на логическом элементе «исключающее ИЛИ».

Сигнал, снятый с выхода ГПСП, показан на рисунке 2.39

Рисунок 2.39. Сигнал с выхода ГПСП

2.2 Анализ работы модели конфиденциальной линии связи
На основании вышеизложенного, модель передающей части конфиденциальной линии связи представлена на рисунке 2.40

Рисунок 2.40. Модель конфиденциальной линии связи с дельта модуляцией, передающая часть



А) входной сигнал Б) дельта модулированный сигнал В) скремблированный сигнал с помощью ГПСП.
Рисунок 2.41. Принцип работы модели линии связи


А) скремблированный и дельта модулированный сигнал; Б) сигнал демодулированный без дескремблирования; В) сигнал демодулированный с дескремблированием; Г) входной сигнал.
Рисунок 2.42. Сигналы, получаемые после дельта демодуляции

Для анализа работы модели конфиденциальной линии связи с дельта модуляцией, изменим параметры входного сигнала. Сначала не меняя частоту сигнала, будем изменять только его уровень, регулятором усиления Slider Gain, выставляя значение равные 1, 1.5, 2 и проследим все изменения в системе. Частоту установим в блоке Sine Wave параметр Sample Time равным 0.16.


А) Входной сигнал; Б) Дельта модулированный сигнал; В) Сигнал, снимаемый с интегратора; Г) Дельта демодулированный сигнал.
Рисунок 2.43. Регулятор Slider Gain (усиление) в положение 1, а параметр Sample Time (частота), блока Sine Wave равен 0,16
При поступлении на вход дельта модулятора сигнала с небольшим уровнем, искажений выходного сигнала не происходит, рисунок 2.43.



А) Входной сигнал; Б) Дельта модулированный сигнал; В) Сигнал, снимаемый с интегратора; Г) Дельта демодулированный сигнал.
Рисунок 2.44. Регулятор Slider Gain(усиление) в положение 1.5, а параметр Sample Time (частота), блока Sine Wave равен 0,16
При поступлении на вход дельта модулятора сигнала со средним уровнем, происходит малозаметное искажение сигналов, рисунок 2.44.


А) Входной сигнал; Б) Дельта модулированный сигнал; В) Сигнал, снимаемый с интегратора; Г) Дельта демодулированный сигнал.
Рисунок 2.45. Регулятор Slider Gain (усиление) в положение 2, а параметр Sample Time (частота), блока Sine Wave равен 0,16
При поступлении на вход дельта модулятора сигнала с высоким уровнем, происходит значительное искажение сигналов, дельта-кодер не успевает отслеживать быстрые изменения уровня сигнала, вследствие чего возникает перегрузка по крутизне, рисунок 2.45.

Теперь не меняя усиление сигнала, т.е. параметр Slider Gain установим в положение 1, изменяя только частоту входного сигнала параметр Sample Time блока Sine Wave



А) Входной сигнал; Б) Дельта модулированный сигнал; В) Сигнал, снимаемый с интегратора; Г) Дельта демодулированный сигнал.
Рисунок 2.46. Регулятор Slider Gain (усиление) в положение 1, а параметр Sample Time (частота), блока Sine Wave равен 0,16
При установлении частоты входного сигнала приблизительно равной частоте тактового генератора тригерной системы, модуляция происходит без искажений (рисунок 2.46).



А) Входной сигнал; Б) Дельта модулированный сигнал; В) Сигнал, снимаемый с интегратора; Г) Дельта демодулированный сигнал.
Рисунок 2.47. Регулятор Slider Gain (усиление) в положение 1, а параметр Sample Time (частота), блока Sine Wave равен 0,24
Если частота входного информационного сигнала, больше частоты тактового генератора, то по осциллограммам видно, что модуляция становится более частой, рисунок 2.47.



А) Входной сигнал; Б) Дельта модулированный сигнал; В) Сигнал, снимаемый с интегратора; Г) Дельта демодулированный сигнал.
Рисунок 2.48. Регулятор Slider Gain (усиление) в положение 1, а параметр Sample Time (частота), блока Sine Wave равен 0,08
При поступлении на вход дельта модулятора, сигнала с высокой частотой, происходит значительное искажение выходного сигналов, т. к. триггер не может отследить входной сигнал, это происходит в результате несовпадения частот тактового генератора и генератора входного сигнала, рисунок 2.48.

Теперь последовательно установим в параметрах блока subsystem , все блоки unit delay рисунок 2.28, значение sample time равное 0,01; 0,04; 0,08 (что эквивалентно изменению тактовой частоты псевдослучайной последовательности) в блоке sine wave, рисунок 2.2 установить параметр sample time равным 0,16.



А) Дельта модулированный сигнал; Б) Скремблированный сигнал.
Рисунок 2.49. Параметр Sample Time (частота модуляции), блока Sine Wave равен 0,16, параметр блоков Unit delay, значение Sample Time (частота скремблирования) равен 0.01
По осциллограммам на рисунке 2.49 видно, что количество элементов псевдослучайной последовательности в одном тактовом периоде дельта модуляции около 16.


А) Дельта модулированный сигнал; Б) Скремблированный сигнал.
Рисунок 2.50. Параметр Sample Time (частота модуляции), блока Sine Wave равен 0,16, параметр блоков Unit delay, значение Sample Time (частота скремблирования) равен 0.04
По осциллограммам на рисунке 2.50 видно, что количество элементов псевдослучайной последовательности в одном тактовом периоде дельта модуляции около 4.


А) Дельта модулированный сигнал; Б) Скремблированный сигнал.
Рисунок 2.51. Параметр Sample Time (частота модуляции), блока Sine Wave равен 0,16, параметр блоков Unit delay, значение Sample Time (частота скремблирования) равен 0,08
По осциллограммам на рисунке 2.51 видно, что количество элементов псевдослучайной последовательности в одном тактовом периоде дельта модуляции около 2.

3 Анализ надежности программного продукта
Исследования в области программной надёжности находятся на начальном этапе своего развития.

Целесообразно выделить две стороны программного обеспечения объекта: программную надёжность объекта – свойство объекта выполнять заданные функции, обусловленные качеством программного обеспечения; надёжность программного обеспечения – свойство программного обеспечения выполнять предписанные ему требования.

Программная надёжность изделия проявляется при совместной работе аппаратуры и программы. Она характеризует способность изделия выполнять заданные функции при условии, что программа будет находиться в том или другом состоянии.

Надёжность программного обеспечения характеризует качественное состояние программы. Её иногда называют правильностью программы, корректностью программы, надёжностью программы.

Программная надёжность объекта – это то, что интересует его потребителя. Для её обеспечения необходимо, чтобы программа была «правильной», «корректной», «надёжной», т.е. чтобы она не содержала ошибок. Может оказаться, что некоторые из ошибок совсем не проявятся при работе объекта или, наоборот, при работе объекта обнаружатся дополнительные несовершенства («ошибки») программы. Однако очевидно, что необходимым условием надёжной работы объекта является «корректность» программ, т.е. отсутствие в них ошибок.

Программная надёжность становится особо актуальной, когда программы являются самостоятельным изделием. В этом случае они изготовляются, проверяются и подвергаются приёмосдаточным испытаниям так же, как обычные объекты.

Положения о двух сторонах надёжности программного обеспечения полезно иметь в виду при исследовании надёжности программно–управляемых объектов.

3.1 Сравнительные характеристики программных и аппаратурных отказов
Программные отказы изделия и аппаратурные отказы имеют много общего, но во многом существенно различаются. Общее между ними:

а) невыполнение объектом заданных функций;

б) времена до отказов и времена устранения отказов носят случайный характер;

в) методы обработки статистических данных об отказах одинаковы, а потому статистические оценки показателей надёжности аппаратурной и программной, полученные по результатам испытаний и эксплуатации, могут быть одинаковыми по своему названию: средняя наработка объекта на программный отказ, интенсивность программных отказов объекта и т.д. Возможны и объединённые (комплексные) оценки: средняя наработка объекта на программный и аппаратурный отказ и т.п.

Вместе с тем отказы программные существенно отличаются от отказов аппаратурных:

а) отказ аппаратурный зависит либо от времени, либо от объёма выполненной работы, а отказ программный – от той функции, которую выполняет изделие под управлением программы (точнее, от того, с какой вероятностью программа выйдет на такой участок, который содержит ошибку);

б) обнаружение и устранение аппаратурного отказа (заменой отказавшего элемента исправным) не означает, что такой же отказ не повторится при дальнейшей работе изделия, а обнаружение и устранение отказа программного (исправление программы) означает, что такой отказ в дальнейшем не повторится;

в) программный отказ, обнаруживаемый при автономной проверке программы, может переходить в разряд недействующих, если состояние аппаратуры делает её нечувствительной к данному виду программного отказа. Например, если в программе ошибочно не предусмотрена программная защита от аппаратурного сбоя, то это программный отказ, но если при этом в аппаратуре не возникает сбоя, то отказ программный становится недействующим;

г) прогнозировать возникновение аппаратурных отказов сравнительно легко, а прогнозировать возникновение отдельных программных отказов трудно, а часто и невозможно. Для отдельных программных отказов трудно предвидеть время, когда они становятся действующими, а когда недействующими;

д) аппаратурные отказы целесообразно подразделять на внезапные и постепенные, т.е. отказы, различные по своей физической природе, законам распределения времени до отказа, методам борьбы за снижение их вероятности. Программные отказы нет смысла делить на внезапные и постепенные. Они возникают внезапно, как только программа переходит на такой участок, который содержит «ошибку». В то же время они по природе своей не совпадают с внезапными аппаратурными отказами.



  1. Проверка и испытания программ


Испытания программ на надёжность и испытания изделий на надёжность их программного обеспечения – обязательные этапы при проверке надёжности систем.

Испытания с целью проверки надёжности программ осуществляются с помощью специальных программ (тестирование) и специальных (имитационных) стендов. Проверяется при этом степень отработанности программы и её соответствие заданным требованиям.

Испытания с целью проверки надёжности изделий, работающих под управлением программ, осуществляются при совместной работе программы и изделия. Проверяются при этом и степень отработанности программы в соответствии с заданными требованиями, и корректность этих требований, и согласованность взаимодействий программы и аппаратуры.

Степень отработанности программы может проверяться различными методами. Чем выше требование к достоверности проверки, тем более сложен метод проверки.

Рассмотрим один из наиболее простых методов. В процессе проверки «корректности» программы (с помощью наблюдений за работой либо изделия, либо имитирующего устройства, либо на специальном стенде с помощью тестов) фиксируются времена обнаружения ошибок в программе. Результаты проверки обрабатываются при следующих предположениях: 1) ошибки программы независимы. Каждый раз после обнаружения они устраняются и в дальнейшем не проявляются. 2) интенсивность ошибок уменьшается по мере их обнаружения и устранения

Положение о том, что при создании программного обеспечения больших систем возможно возникновение ошибок и что выявление программных ошибок – чрезвычайно трудная задача, не только не должно обезоруживать разработчиков систем, а наоборот, должно ориентировать их на максимальное сосредоточение сил для ликвидации программных отказов.

Влияние программных ошибок на надёжность изделия должно непрерывно уменьшаться с каждым новым этапом освоения программ (разработка – отладка – опытная эксплуатация – нормальная эксплуатация) так, чтобы на этапе нормальной эксплуатации объекта программная надёжность его была на уровне заданных требований.

3.3 Основные проблемы исследования надёжности программного обеспечения
В сложной программно – управляемой технической системе любого типа можно выделить две основные, относительно независимые части.

  1. Совокупность автономно, параллельно работающих технических схем и устройств – аппаратная часть.

  1. Совокупность программ, ориентированных на решение данного комплекса задач, представляющих математическое обеспечение технической системы и образующих её программную часть (операционная система и рабочие программы пользователей).

При общем анализе характеристик технической системы (её надёжности), следует учитывать, что если аппаратная часть жестко задана, неизменна и её надёжность может быть обеспечена на требуемом уровне, то программная часть в каждом отдельном случае может иметь ряд модификаций, является достаточно гибкой, изменяемой частью технической системы, и в обеспечении совокупной надёжности системы определяет наибольшее количество ошибок.

К основным проблемам исследования надёжности программного обепеспечения относится:

  1. Разработка методов оценки и прогнозирования надёжности ПО на основе совокупности количественных показателей и характеристик, идентичных показателям аппаратурной надёжности.

  2. Определение факторов, влияющих на достижение заданного уровня надёжности ПО.

  3. Разработка методов, обеспечивающих достижение заданного уровня надёжности ПО.

  4. Совершенствование методов повышения надёжности ПО в процессе проектирования и эксплуатации.

Эффективный способ повышения надёжности ПО – использование методов структурного проектирования программ, так как в зависимости от структуры ПО последствия отдельных ошибок могут быть легко обнаружены, локализованы и исправлены на некотором небольшом участке программы либо распространиться на другие уровни и модули ПО.

3.4 Критерии оценки надёжности программных изделий
Всё множество различных показателей надёжности программных систем можно разбить на две большие группы:

  1. Количественные показатели надёжности ПО.

  2. Качественные показатели надёжности ПО.

Не рассматривая качественные характеристики надёжности, остановимся более подробно на возможности использования количественных показателей для оценки и прогнозирования надёжности ПО.

Наиболее удобно в качестве таких показателей использовать статистические (вероятностные) критерии хорошо разработанной теории надёжности радиоэлектронной аппаратуры. Следует учитывать, что оценка надёжности ПО на основе статистической теории надёжности аппаратуры возможна в пределах некоторых ограничений, учитывающих специфику ПО как определённого вида продукта человеческого труда.

Можно выделить следующие характеристики и количественные показатели надёжности ПО:

  1. Безотказность. Говоря о безотказности ПО, характеризующей способность ПО выполнять заданные функции в заданных условиях эксплуатации технической системы, будем считать, что отказ программы – это результат проявления скрытой ошибки. Следует иметь в виду, что входные данные и данные создаваемые программой, не являются элементами ПО, поскольку их надёжность связана с работой внешних устройств и аппаратной части системы. Только константы, вводимые программистом, считаются частью ПО.

Существует также понятие статической надежности программы, измеряемой как дополнительная вероятность обнаружения новой ошибки, не учтенной в предыдущих коррекциях, при очередном обращении к программе. Простейшей оценкой статистической надежности является величина

, (3.1)
или
, (3.2)
где: n – количество выполненных обращений к программе;

f(n) – число обнаруженных ошибок;

e(d,n) – доверительный интервал хи-квадрат оценки вероятности ошибки f(n)/n при заданном уровне значимости.

В качестве оценки дисперсии d с гарантией можно пользоваться максимально возможной дисперсией (равной 1/4) двоичной случайной величины (в соответствии с двумя возможными исходами обращения к кортежу: удача = 0, ошибка = 1).

Недостатком такого подхода является то, что не учитываются корректировки кортежа после обнаружения каждой новой ошибки. Ситуация исправляется, если учитывать только новые ошибки, не компенсируемые ранее сделанными корректировками инструкции.

Более сложной, но иногда оправданной оценкой статистической надежности может служить байесовская оценка вероятности верного срабатывания кортежа при задании некоторой экспертной оценки априорной вероятности ошибки и использовании статистической выборки отказов при обращениях к программе. Этот метод результативен, если есть основания для прогноза частоты ошибок в исходном кортеже. Теоретически использование обеих оценок не вполне корректно, так как процесс, включающий коррекцию кортежа по каждой ошибке, не стационарен, а это предполагается в обосновании методов оценки вероятности.

Для невосстанавливаемых в ходе эксплуатации программ обобщённой характеристикой надёжности (безотказности) является вероятность безотказной работы P(t), характеризующая вероятность того, что за время t отказа не произойдёт:
P(t) = P(T  t) = 1 – q(t), (3.3)
где T – время работы ПО до отказа или наработка ПО до отказа (T – случайная величина); q(t) – вероятность отказа ПО.
P(t) = P(T  t) = 1 – 0.026=0.97
Из формулы 3.3 можно определить функцию интенсивности отказов:
. (3.4)
Среднее время наработки до наступления отказа (среднее время безотказной работы) определяется как математическое ожидание временного интервала между двумя последовательными нарушениями работоспособности ПО:
(3.5)

Для экспоненциального закона распределения отказов:
; (3.6)
Поскольку программы имеют явно выраженные производственные циклы работы, то наработка программы может быть выражена либо через календарное время, либо через машинное время, либо через количество отработанных операторов, решённых задач и т.п.

Один из способов оценки – наблюдение за поведением программы в определённый временной период. Тогда величину среднего времени между отказами (сбоями) ПО можно определить так:
, (3.7)
где H – общее количество часов успешного прогона программы, определяемое по формуле:


, (3.8)
где – время непрерывного прогона в часах безошибочной работы ПО;

n – общее количество прогонов ПО; r – количество прогонов ПО без ошибок; l = n-r – количество прогонов с ошибками; – время прогона в часах до проявления ошибки ПО.

Полагая количество ошибок постоянным, можно вычислить интенсивность отказов ПО, приведённую к одному часу работы , и среднее время между соседними отказами ПО.
, (3.9)

. (3.10)
Классифицируя отказы ПО по видам отказов – аппаратные, программные, оператора и т.д., можно определить частные (взвешенные) интенсивности отказов по соответствующим видам ошибок – ап, пр, оп и т.д., а общая надёжность определяется как сумма таких интенсивностей. Такой подход может значительно облегчить сбор статистических данных по соответствующим видам отказов на основе независимого анализа программных изделий различных типов.

В случае, если в ходе эксплуатации возможна корректировка ПО или восстановление программы после отказа, вызванного действием помех (сбоев) от внепрограммных источников, а время восстановления достаточно мало по сравнению с временем между отказами или сбоями, обобщающей характеристикой безотказности ПО является интенсивность потока отказов во времени .
, (3.11)
, (3.12)
где H(t) – среднее число отказов за время t; – среднее время наработки между двумя отказами.

Для программ, время корректировки которых сравнимо с временем между отказами, обобщающей характеристикой безотказности является функция коэффициента готовности в зависимости от времени. Показатель готовности характеризует вероятность застать систему в заданный момент времени в работоспособном состоянии.

  1. Устойчивость. Устойчивость ПО определяет способность системы выполнять заданные функции в условиях действия помех (ошибок, сбоев, отказов), возникающих во внепрограммных источниках (техническое обеспечение, исходные данные). При оценке устойчивости ПО должны быть заданы параметры окружающей среды, по отношению к которой оценивается устойчивость программ.

Показатели устойчивости – это показатели безотказности, но с использованием условных вероятностей. Условием, при котором вычисляются вероятности, является отказ (сбой) в программе или аппаратуре.

Для невосстанавливаемых (некорректируемых) программ обобщённым показателем устойчивости служит условная вероятность безотказной работы:
, (3.13)
где P(A) – вероятность ошибки (сбоя) программы или отказа аппаратуры.

Безотказность и устойчивость – динамические характеристики, то есть они характеризуют надёжность ПО в процессе работы.

  1. Корректируемость. Этот показатель надёжности ПО аналогичен показателю ремонтопригодности радиоэлектронной аппаратуры, характеризует приспособленность ПО к поиску и устранению ошибок и внесению в него изменений в ходе эксплуатации. Он используется для характеристики восстанавливаемых в ходе эксплуатации программ. Показатели корректируемости: время корректировки , вероятность корректировки программы за заданное время , коэффициент готовности , параметр потока корректировок .

  2. Защищённость и долговечность. Дополнительными характеристиками надёжности ПО являются: показатель защищённости от посторонних вмешательств в работу ПО и показатель долговечности, характеризующий свойства программ избегать морального старения при длительном использовании. Защищённость характеризуется вероятностью внесения искажений при постороннем вмешательстве, а долговечность – временем отказа ПО вследствие морального старения.

В зависимости от условий применения ПО можно выделить три режима (типа) его работы:

  1. Программа не корректируется, и любой отказ является полным, т.е. после отказа ПО не восстанавливается. Основные показатели надёжности для этого режима работы программ – безотказность, устойчивость и защищённость.

  2. Программа не корректируется, однако после отказа ПО система продолжает функционировать нормально. Основные показатели надёжности – безотказность, устойчивость, защищённость и долговечность.

  3. После каждого отказа ПО корректируется, отлаживается и только после этого снова сдаётся в эксплуатацию. Основные показатели надёжности – безотказность, устойчивость, корректируемость, защищённость, а также потери времени.

Итак, при проведении анализа надежности программного продукта количественные характеристики, оценивающие различные образцы радиоэлектронной аппаратуры, не однозначны. Поэтому для измерения надежности программы существует своя методика, связанная, прежде всего, с ее условиями эксплуатации.
4 Охрана труда и техника безопасности при работе с ЭВМ
Охрана труда – система методов и средств, предотвращающих или снижающих до нормируемых параметров действие на человека опасных (приводящих к травме) и вредных (приводящих к профессиональному заболеванию) факторов.

4.1
1   2   3


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации