Виды резервирования. 
Информационные системы и технологии. 
Теория надежности

Резервирование — метод обеспечения надежности, состоящий в применении дополнительных средств и возможностей с целью сохранения работоспособности объекта при отказе одного или нескольких его элементов или нарушении связей между ними [1]. Оно связанно с введением избыточности для повышения (обеспечения требуемого уровня) надежности.

Определим терминологию по резервированию в соответствии с [1, 2].

Резервирование {redundancy) — наличие в изделии средств больше минимально необходимого для выполнения требуемой функции.

Выделяется нагруженное, облегченное, ненагруженное резервирование.

Приведем некоторые определения, связанные с резервированием.

Резервирование замещением {standby redundancy) — резервирование, при котором часть средств, способных выполнять требуемую функцию, предназначена для работы, а остальная часть средств нс работает до момента появления необходимости в них.

Резервирование т из п (т out of п redundancy) — резервирование, при котором т изделий из общего их количества п должны функционировать для выполнения требуемой функции.

Облегченный резерв (reduced reserve) — резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в менее нагруженном режиме, чем основной элемент [ 11.

Непогруженный резерв (standby reserve, unloaded reserve) — резерв, который содержит один или несколько резервных элементов, находящихся в ненагруженном режиме до начала выполнения ими функции основного элемента [1].

Нагруженный резерв (active redundancy) — резерв, при котором все элементы работают с одинаковой нагрузкой.

Предполагается, что чем больше загрузка, тем менее надежны элементы, т. е. больше их интенсивность отказов.

Нагруженное резервирование (active redundancy) — резервирование, при котором все средства, способные выполнять требуемую функцию, одновременно работают в одинаковых условиях по возможности отказа.

Скользящим (sliding redundancy) называют такое резервирование, при котором одно или несколько устройств могут заменять любое из отказавших устройств основной системы.

Основой резервирования является введение избыточности, т. е. дополнительных элементов, времени, информации, запаса производительности, алгоритмической гибкости и т. д.

Эффективность резервирования оценивается при помощи коэффициента повышения надежности у, определяемого как.

где P (t), Q (t) ^— вероятности Ьезотказной раооты и отказа для резервируемой системы; Р{() и Q (t) — вероятности безотказной работы и отказа для нерезервированной системы.

Выделяются структурное, временное, функциональное, информационное, нагрузочное резервирование. Этим видам резервирования соответствуют структурная, временная, функциональная, информационная и нагрузочная избыточность.

Структурное резервирование заключается во введении в систему дополнительных (резервных) элементов, способных выполнять функции основных элементов.

Функциональное резервирование реализуемо во многофункциональных системах, в которых возможно возложение функции отказавших элементов на отдельные элементы или группы элементов. В то же время к нему относят избыточность системы, при которой вводится вариантность выполнения функции.

Функциональное резервирование обеспечивается:

• • возможностью перенастройки многофункциональных элементов на выполнение заданной функции;
• • изменением алгоритмов (программ, микропрограмм) выполнения функций или в системе многофункциональных и (или) программируемых
• (перестраиваемых) элементов перераспределения и (или) распределения функций между элементами.

Временное резервирование достигается при обеспечении запаса времени в рамках решения требуемых функций, который может использоваться для восстановления работоспособности системы или для повторного выполнения функций [2].

Временное резервирование обеспечивается в результате:

• • увеличения быстродействия (пропускной способности) элементов (процессоров и (или) памяти вычислительных устройств);
• • распараллеливания вычислительного процесса;
• • разделения вычислительной нагрузки между устройствами (например, в вычислительных системах кластерной архитектуры или агрегирования каналов в сетях), в том числе при ее балансировке;
• • использования буферных накопителей для уменьшения простоев вычислительных устройств и сглаживания неравномерности нагрузки (например, технология маркерного, или дырявого, ведра в сетях);
• • управления деградацией с целью снижения неблагоприятных последствий накопления отказов, проявляющихся в снижении качества выполнения требуемых функций [2].

Информационное резервирование состоит в образовании нескольких семантически адекватных источников информации или копий массивов информации, введении дополнительной информации, предназначенной для восстановления основной в случае ее искажения.

Информационное резервирование обеспечивается в результате использования:

• • помехоустойчивого кодирования информации;
• • дублирования (зеркалирования) данных на различных узлах;
• • естественной коррелированное™ данных (что позволяет, например, при передаче речи по цифровым каналам связи восстановить ее после искажений);
• • избыточности алгоритмического или естественного языка (при потере части знаков в тексте или звуков речи смысл искаженной информации удается восстановить).

Нагрузочное резервирование состоит в обеспечении запасов работоспособности при воздействии различных нагрузок (электрической, механической, термической, информационной и пр.) в процессе эксплуатации.

Для вычислительных систем нагрузочное резервирование выражается в запасе ресурсов системы при увеличении вычислительной нагрузки, связанной с увеличением интенсивности запросов или времени их выполнения. Оно может быть связано со снижением загрузки элементов информационной системы как системы массового обслуживания, что обеспечивается повышением быстродействия системы (временное резервирование) или числа элементов системы (структурное резервирование).