具有重构特征的系统可靠性建模方法研究

With the new era of information, a large number of advanced complex systems are widely used in various fields of national defense and national economy. These complex systems can reconfigurate with the changing states of their operation environment and function units. Obviously, with the advent of system reconfiguration, the logical relationship of function units during the running process are time-varying. The reliability domain problem of reconfiguration characterized systems cannot be solved by just using the classic function unit oriented static system reliability methods. Thus, it becomes imminent to work out the methodology of designing, analyzing, assessing and improving the reliability of the advanced systems with the characteristics of reconfiguration, which will help us to resolve the important practical problems in system engineering, and to avoid crash accidents from happening during the reconfiguration process. Therefore based on the requirement of the informationization construction, system reliability model framework with the characteristics of reconfiguration will be analyzed and constructed, the system reconfiguration mechanism and operation law will be studied in this project, then the quantitative model for describing the system reconfiguration function and the system reliability model of these types of systems will be presented, which illustrate the principle of how system reconfiguration affect system reliability. This project will help establish strong theoretical base and provide technical support for the reliability design, analysis and improvement of reconfiguration characterized systems.

随着信息化时代的到来，一大批以信息化技术为核心的新一代复杂系统广泛应用于国防和国民经济各领域。这些复杂系统通常能伴随着环境或功能单元的状态变化进行实时重构。实时重构的出现，使得系统运行过程中功能单元的逻辑关系也会产生时变，以往面向功能单元静态逻辑关系的系统可靠性研究方法无法解决当前具有重构特征系统的可靠性问题。如何设计分析、评估改进具有重构特征系统的可靠性，避免系统重构过程中发生崩溃问题的发生已经成为当前复杂系统建设中迫切需要解决的重大现实问题。本项申请以新一代装备信息化建设的工程需求为背景，分析建立具有重构特征系统可靠性模型框架，探索研究系统重构的机理与运行规律，分析提出描述系统重构功能的定量模型与建模方法以及考虑重构特征的系统可靠性模型与建模方法，分析并揭示系统重构对系统可靠性影响的基本规律，为具有重构特征系统的可靠性设计、分析与改进提供理论与技术支撑。

本研究分析建立具有重构特征阶段任务系统可靠性模型框架，探索研究系统重构的机理与运行规律，分析提出描述系统重构功能的定量模型与建模方法以及考虑重构特征的阶段任务系统可靠性模型与建模方法，分析并揭示系统重构对阶段任务系统可靠性影响的基本规律。主要内容及成果包括：.1）对系统重构研究现状、阶段任务系统可靠性分析方法研究现状以及复杂网络可靠性度量方法进行了总结。.2）阶段任务系统层次框架、重构特性和重构类型的研究。给出了一种适合具有重构特征的阶段任务系统的系统组成、系统功能和系统任务三层面层次分解的方法；研究了阶段任务系统重构概念、原因和模式。.3）基于状态重构的阶段任务系统可靠性建模方法研究。研究了因功能模块的状态变化而引起重构的方式，提出了可重构模块的概念、特征和模块重构参数——重构成功率；确定了基于状态重构的CTMC模块级可靠性建模方法和基于状态重构的BDD系统级可靠性建模方法，最后得到具有重构特征的阶段任务系统的可靠度。.4）基于网络结构重构的阶段任务系统可靠性建模方法研究。根据阶段任务系统结构和特性，建立了基于时序的阶段任务系统超网络可靠性模型；给出了评价网络可靠性的参数——功能单元重要度、网络生存度和网络抗毁度，确定了网络可靠性的度量方法；分析了超网络模型中的重构方式以及重构对网络可靠性的影响。.5）基于任务重构的阶段任务系统可靠性建模方法研究。根据超网络模型的重构方式，明晰了基于任务重构的重构机理，确定了基本任务时序可靠性建模方法。.6）指挥信息系统重构实例应用。通过分析指挥信息系统重构过程，构建了指挥信息系统超网络可靠性模型和基本任务时序可靠性模型，确定了指挥信息系统的任务可靠度并且评价了指挥信息系统的网络可靠性；明确了重构对指挥信息系统可靠性的影响，验证了本文给出的具有重构特征的阶段任务系统可靠性评价方法的有效性。