تحلیل و مقایسه ایمنی و قابلیت اعتماد سیستم های اینترلاکینگ کامپیوتری با افزونگی‌های مختلف به روش زنجیره های پیوسته زمان مارکوف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی راه آهن دانشگاه علم وصنعت ایران

2 کارشناس ارشد علائم شرکت توسعه تجهیزات خاتم

10.22034/tri.2021.254855.2825

چکیده

اینترلاکینگ به عنوان قلب سیستم سیگنالینگ ریلی، مهم‌ترین بخش این سیستم و یک بخش ایمنی-محور محسوب می‌شود. با نگاهی به وظایف سیستم اینترلاکینگ از جمله مسیرسازی صحیح، قفل کردن مسیر و آزاد سازی به موقع آن و فرمان دادن به تجهیزات کنار خط از جمله سیگنال، ماشین سوزن و مدار راه، آشکار خواهد شد که به دلیل حیاتی بودن این وظایف، این بخش الزاماً باید تحمل‌پذیری بالایی در برابر وقوع عیوب مختلف داشته باشد. مهم‌ترین راه تحمل‌پذیر کردن سیستم، استفاده از افزونگی در سخت افزار پردازنده‌های اینترلاکینگ می‌باشد. ساختارهای دو عضوه (با یک عضو آماده به کار)، سه عضوه (با رأی‌گیری 2 از 3) و چهار عضوه (2 از 2 مضاعف) از جمله مهم‌ترین افزونگی‌های سخت‌افزاری پیاده‌سازی شده در طراحی پردازنده‌های سیستم اینترلاکینگ توسط سازنده‌های معتبر دنیا می‌باشد که سیستم را در مقابل عیوب، تحمل‌پذیر کرده و ایمنی و قابلیت اعتماد آن را افزایش می‌دهد. در این پایان‌نامه با استفاده از روش مارکوف تحلیل ایمنی و قابلیت اعتماد سیستم‌های اینترلاکینگِ دارای افزونگی‌های مذکور انجام شده و این معماری‌ها از دیدگاه ایمنی و قابلیت اعتماد مقایسه شده‌اند. در روش مارکوف با در نظرگیری حالت‌های مختلف کار پردازنده‌های تحت افزونگی، با درنظرگرفتن نرخ خرابی، دیاگرام حالت سیستم به دست می‌آید. سپس گذارهای سیستم بین حالت‌های مختلف کاری با یک ماتریس بیان می‌شود. بدین ترتیب با تشکیل معادلات گذار حالت می‌توان رفتار سیستم را به طور کامل ارزیابی کرد و ایمنی، قابلیت اعتماد و میانگین زمان تا خرابی سیستم اینترلاکینگ را به صورت کمّی به دست آورد. در این پایان‌نامه همچنین تأثیر ضریب‌ عیب‌یابی و نرخ خرابی بر ایمنی و قابلیت اعتماد سیستم اینترلاکینگ دارای افزونگی بررسی شده و اثبات شده است که بهبود این شاخص‌ها در اتکاپذیر کردن سیستم تأثیر بسزایی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis & Comparative Study of Reliability & Safety for Various Redundant Computerized Interlocking Systems Based on Continues-time Markov Chains Approach

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Sandidzadeh 1
  • Masoud Mohammad Karimi 2
1 School of Railway Engineering, Iran University of Science & Technology (IUST)
2 Signalling Senior Engineer. Khatam Equipment and Development Company
چکیده [English]

Interlocking as a heart of railway signaling system is an important part of this safety-critical system. Looking at the interlocking tasks including correct routing, locking the routes and releasing them timely and commanding to wayside equipment, including signals, point machines and track circuits, will be revealed due to the critical nature of these tasks, interlocking necessarily must have a high tolerance against different probable faults. The best way to design a fault tolerant system is redundancy in processors. Structures with 2 processor units (dual hot stand-by), 3 processor units (3-vote-2 redundancy) and 4 processor units (double 2-vote-2 redundancy) are the most practical techniques which manufacturers have used in the interlocking systems. These redundancies improve reliability, safety and fault tolerancy of system. Each structure has its own advantage. In the Markov method by considering the different states of processors and failure rate, system state diagram is obtained. Then the system transitions between the various operating modes can be expressed by a matrix. The state transition equations formed the behavior of the system to fully assess the safety, reliability and mean time to failure of interlocking system to quantify these indexes. In this article we evaluate and compare the reliability and safety of mentioned structures and study the impact of system parameters (such as failure rate and coverage factor) on the dependability property. We showed that the increasing of coverage factor can straightly improve the safety and also reliability of the system, in addition the control strategy of switch in the hardware of redundant interlocking system is very important in the dependability of this system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Redundancy
  • Safety
  • Reliability
  • Fault-tolerant
  • Interlocking