容错系统中故障检测与同步功能的建模

论文摘要

容错系统是复杂的冗余系统,各冗余模块协调工作,共同完成系统容错功能。容错系统中的功能模型是容错系统的核心,在以往关于容错系统研究中,基于自然语言、流程图的描述方式不能直观地体现出容错系统中功能模型的内部实现过程,为了有效地研究容错系统,需对容错系统功能模型进行建模,不仅可以简化容错系统的复杂性,而且也可以直观地描述容错系统中功能模型的内部实现过程。Petri网是一种适合于描述分布式、异步、离散式等系统模型的建模工具,它不仅可以描述系统的动态行为,如系统的状态变化,而且具有坚实的理论基础和成熟的分析技术,另外,Petri网可用图形的表现方式来描述容错系统模型,以一致的、精确的方式刻画系统中的信息传输和变换,通过初始标识和运行规则来刻画系统的动态特性,因此利用Petri网对容错系统中的功能模型进行建模和分析具有很重要的意义。本文利用Petri网主要对三模冗余(Triple Modular Redundancy简称TMR)容错系统中的故障检测与任务同步功能模型进行建模,主要内容包括：(1)对TMR容错系统中的故障检测、任务同步功能模型的内部实现过程进行研究；(2)根据TMR容错系统中的故障检测、任务同步功能模型的内部实现过程构建Petri网模型,在此基础上,建立TMR容错系统中的故障检测、任务同步过程的Petri网模型的可达图,并利用可达图对所建立的模型进行分析,从理论上验证所建立模型的正确性；(3)利用ExSpect仿真软件对TMR容错系统中的故障检测、任务同步功能模型进行仿真,模拟其过程,从实践方面来验证所建立模型的正确性。因此,本文利用Petri网的建模方法、技术来建立TMR容错系统中的故障检测、任务同步功能模型,从理论上探索容错系统的内部实现过程的解决方案,为今后研究容错计算系统提供良好的理论基础和技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容和组织结构
• 第二章 容错系统和Petri网相关知识
• 2.1 三模冗余容错系统相关知识
• 2.1.1 容错技术
• 2.1.2 三模冗余容错系统的基本原理
• 2.2 Petri网相关知识
• 2.2.1 Petri网的介绍
• 2.2.2 Petri网的基本概念
• 2.2.3 Petri网的基本性质
• 2.2.4 Petri网模型介绍
• 2.2.5 Petri网的分析方法
• 2.3 三模冗余容错系统的功能模型
• 2.3.1 故障检测
• 2.3.2 故障诊断
• 2.3.3 故障恢复
• 2.3.4 同步
• 第三章 基于Petri网的故障检测模型建模
• 3.1 TMR容错系统故障检测流程
• 3.2 TMR容错系统故障检测的Petri网模型
• 3.3 构建基于Petri网的TMR容错系统故障检测模型的可达图
• 3.4 TMR容错系统故障检测Petri网模型的验证
• 3.4.1 可达性分析
• 3.4.2 活性分析
• 3.4.3 有界性和安全性分析
• 3.4.4 完备性分析
• 第四章 基于Petri网的任务同步模型建模
• 4.1 TMR容错系统任务同步流程
• 4.2 TMR容错系统任务同步的Petri网模型
• 4.3 构建基于Petri网的TMR容错系统任务同步模型的可达图
• 4.4 TMR容错系统任务同步Petri网模型的验证
• 4.4.1 可达性分析
• 4.4.2 活性分析
• 4.4.3 有界性和安全性分析
• 4.4.4 完备性分析
• 第五章 基于Petri网的TMR容错系统功能模型的仿真
• 5.1 ExSpect仿真工具介绍
• 5.2 基于Petri网的TMR容错系统故障检测模型仿真
• 5.2.1 TMR容错系统的故障检测Petri网模型仿真界面
• 5.2.2 TMR容错系统故障检测仿真模型的类型定义
• 5.2.3 TMR容错系统故障检测的Petri网模型仿真结果分析
• 5.3 基于Petri网的TMR容错系统任务同步模型仿真
• 5.3.1 TMR容错系统的任务同步Petri网模型仿真界面
• 5.3.2 TMR容错系统任务同步仿真模型的类型定义
• 5.3.3 TMR容错系统任务同步的Petri网模型仿真结果分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文与参加的项目
• 致谢