基于企業服務總線的信息管理系統可靠性分析

陳　瑋　顧思思

1(邵陽學院電氣工程系　湖南 邵陽 422004)2(湖南科技學院計算機與通信工程系　湖南 永州 425199)

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基于企業服務總線的信息管理系統可靠性分析

陳瑋1顧思思2

1(邵陽學院電氣工程系湖南 邵陽 422004)2(湖南科技學院計算機與通信工程系湖南 永州 425199)

為了提高信息管理系統可靠性和生存能力，提出一種基于企業服務總線的信息管理系統可靠性分析方法。首先根據系統可靠度和可用性是系統可靠性和生存能力評估的關鍵指標進行建模，然后通過仿真實驗對企業服務總線信息管理系統模型的可靠度及可用度進行分析。仿真結果表明，該方法可以提高系統可靠性和抗攻擊的能力。

信息管理系統可靠性硬件故障軟件故障

0　引　言

隨著企業信息化建設的高速發展，企業的運營規模正在急劇擴大，針對不同業務開發的應用系統數量成倍增長，而企業對其業務系統的信息和數據整合的要求卻越來越高[1]?？捎眯允菍⑾到y的可靠性、維修性及保障特性變換成效能時的一個參數[2]?？尚迯痛撓到y指在多個不同部件組成的系統中，一個或多個部件同時發生故障，則整個系統處于癱瘓狀態，此時對所有故障部件進行維修，只有當所有部件都修復成功時系統才能再次正常運行[3]?；谄髽I服務總線的信息管理系統可以抽象為一個可修復串聯系統，本文主要研究多部件串聯可修復系統的可靠性模型[4-6]。

1　模型描述

圖1　信息管理系統的結構

將一基于企業服務總線的信息管理系統從信息交換傳輸角度進行抽象建模，基于企業服務總線的信息管理系統由n(n=5)個不同子系統(部件)組成[7，8]。系統模型結構示意圖如圖1所示，該模型中信息發送端計算機系統與信息接收端計算機系統是網絡系統中兩個獨立硬件系統，相互間必須通過交換平臺計算機系統進行數據信息交換路由。企業服務總線軟件系統用于支持信息管理系統的功能實現，網絡系統對整個系統中的信息進行傳輸。設定該系統的故障、修復時間都滿足幾何分布[4]。當有大于等于一個部件發生故障時，該企業服務總線信息管理系統不能正常運行，當且僅當所有部件都被修復成功時系統才能再次正常運行。本文設系統各部件的故障率和修復率為常數，此時系統的狀態滿足馬爾可夫過程，可準確得到系統可靠度和可用度的解析形式[9，10]。

2　模型求解

企業信息管理系統模型的可靠性由系統可靠度與瞬時可用度體現，下面對可靠度與瞬時可用度的定義進行相關說明。

2.1系統可靠度

在企業信息管理系統中，外在因素的攻擊通常對硬件系統沒有影響，而軟件系統、網絡系統易受到病毒攻擊，發生一系列故障。m=1，表示硬件只受到自身故障影響，m=1，2表示軟件系統、網絡系統的故障率。即有：

假設在t時刻有且僅有一個部件出故障為事件A，該串聯系統中事件A的概率為P(A)：

(1)

設t時刻有且僅有兩個部件同時發生故障為事件B，該串聯系統中事件B的概率為P(B)：

(2)

綜合上述可得企業服務總線系統可靠度，即有:

Sm(t)=Sm(t-1)×(1-P(A)-P(B))

(3)

(4)

對式(4)進行迭代可以得到:

(5)

在企業信息管理系統中，信息發送端、交換平臺、信息接收端的系統模型的可靠度為S′(t)=S1(t)(n=1，2，3)。軟件系統、網絡系統所組成的系統模型可靠度為S″(t)=S1(t)orS2(t)(n=4，5)，那么整個企業服務總線系統模型的可靠度為S(t)=S′(t)andS″(t)。

2.2系統瞬時可用度

其中:

(6)

(7)

(8)

3　仿真實驗

3.1仿真條件

為了測試本文提出的基于企業服務總線的信息管理系統可靠性性能，在Intel Core(TM) 2.65 GHz CPU，8 G RAM，Windows 7操作系統的計算機中，采用Matlab 2012進行仿真實驗。企業信息管理系統包括信息發送端、交換平臺、信息接收端、網絡傳輸系統，硬件系統固有故障率和修復率如表1所示。軟件系統、網絡系統的固有故障率、病毒引起故障率及修復率如表2所示。

表1　信息管理系統的硬件故障率及修復率

表2　信息管理系統的軟件、網絡故障率及修復率

3.2結果與分析

圖2　硬件系統故障對系統可靠度的影響

通過對企業信息管理系統的信息發送端、交換平臺、信息接收端共3個硬件部件的可靠度進行仿真實驗，企業信息管理系統的可靠度變化曲線如圖2所示。從圖2可以清楚看出，隨著系統運行時間的增加，系統的可靠性越來越差，尤其是企業信息管理系統運行前期，由于硬件固有故障率增加，企業信息管理系統的可靠度下降速率十分快，達到一定的時間后，企業信息管理系統的可靠度處于一種穩定狀態，在20%的上下進行波動。

在系統模型中，由部件固有故障和受病毒攻擊共同產生的故障所得到的系統可靠度為S″(t)。

S″(t)=P(aorb)=P(a)+P(b)-P(aandb)

(9)

其中，部件固有故障和受攻擊故障是相互獨立事件，系統可靠度a和b也相互獨立，因此P(aandb)=P(a)×P(b)，得到S″(t)如下：

S″(t)=1-{[1-S1(t)]+[1-S2(t)]-

[1-S1(t)][1-S2(t)]}

(10)

此時得到軟件、網絡系統模型的可靠度S″(t)如圖3所示。從圖3可知，系統可靠度與部件固有故障時的可靠度平均相差約25.2%，而與部件只受攻擊而產生故障時的可靠度平均相差約0.78%。說明在企業信息管理系統中，部件因遭受攻擊而產生的故障是部件故障的主要原因，這意味著需要采取有效措施來提高部件抗攻擊的能力。

因為硬件系統模型的可靠度和軟件系統、網絡系統所組成模型的可靠度相互獨立，因此可由式(11)得到該企業信息管理系統模型的可靠度如圖4所示。由圖4知，企業服務總線系統可靠度在前100天，隨時間增長，下降迅速，在100天時，系統可靠度降到20%以下，而在100天后，下降速率變緩，當到300天時，系統可靠度變化幾乎為0。

S(t)=S′(t) andS″(t)=S′(t)×S″(t)

(11)

圖3　　　　軟件系統故障對系統可靠度的影響

圖4　　　　企業信息管理系統可靠度

3.3系統瞬時可用度

當m=1，n=1～3時，得到硬件系統模型的系統瞬時可用度如圖5所示，其中橫坐標t為天數，縱坐標A′為部件只發生固有故障時系統的可靠性。當m=1，n=4，5時，得到軟件系統、網絡系統模型的系統瞬時可用度如圖6所示。其中橫坐標t為天數，縱坐標Aa為部件只發生固有故障時系統的系統瞬時可用度。

圖5　硬件系統的可靠性(m=1，n=1，2，3)

圖6　軟件、網絡系統模型的瞬時可用度(m=1，n=4，5)

從圖5知，當硬件系統只有固有故障率時，系統瞬時可用度隨時間呈下降趨勢。在前35天時，隨著時間的增加，可靠性下降迅速，從約99%下降到約97.3%；當多于35天時，下降速度趨于平緩，基本上保持在96.67%以上。從圖6知，當軟件、網絡系統模型只有固有故障率時，系統的瞬時可用度的變化趨勢與硬件系統相似。在前35天時，下降迅速，從約99%下降到約97.53%；多于35天時，下降速度趨于平緩，基本保持在97.37%以上。

由部件固有故障和受攻擊故障共同產生的故障所得到的系統瞬時可用度記作A″(0,0)(t)。

A″(0,0)(t)=P(a′ orb′)=P(a′)+P(b′)-P(a′ andb′)

(12)

其中，該系統模型的瞬時可用度a′和b′也相互獨立，因此P(a′ andb′)=P(a′)×P(b′),得到A″(0,0)(t)如下：

(13)

圖7　軟件、網絡系統的瞬時可用度

系統瞬時可用度如圖7所示。通過對圖5-圖7的仿真結果進行分析，可以清楚看出，信息管理系統可靠性與固有故障時的瞬時可用度相差比較大，超過了10%；與受攻擊故障時的瞬時可用度相差較小，在5%以下。實驗結果表明，在企業信息管理系統中，部件遭受攻擊導致系統發生故障是系統瞬時可用度下降的主要原因。

3.4修復率對系統可靠度的影響

在信息管理系統建立成功后，系統固有故障率一般都是自動產生，提高修復成功率可以通過改進管理策略、升級部件等相關措施完成。為了測試不同修復概率條件下，信息管理系統的可靠度變化，對它們進行仿真測試，測試結果如圖8所示。

信息管理系統中的軟件系統與固有故障率、病毒攻擊及修復率之間的變化關系如圖9所示。從圖8和圖9可知，在保持故障率不變的情況下，平均修復率得到了相應提高，這表明通過提高部件修復率可以提高系統的可靠性。

圖8　硬件系統中固有故障率、修復率所占比率

圖9　固有故障率、病毒攻擊以及修復率所占比率

4　結　語

隨著技術的不斷進步，信息管理系統的可靠性越來越重要。為了提高信息管理系統可靠性，提出一種基于企業服務總線的可靠分析方法，并通過仿真實驗對該方法的性能進行綜合測試。實驗結果表明，在所有影響因素中，故障率和病毒攻擊是導致信息管理系統性能下降的最主要原因，系統部件修復率也是影響信息管理系統可靠性的重要因素。因此，為了提高信息管理系統的可靠性，首先需要降低系統各部件的故障率，然后提高系統的安全性，防止系統受到攻擊。最后，對系統的故障應該及時修復。

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RELIABILITY ANALYSIS ON INFORMATION MANAGEMENT SYSTEM BASED ON ENTERPRISE SERVICE BUS

Chen Wei1Gu Sisi2

1(DepartmentofElectricalEngineering,ShaoyangUniversity,Shaoyang422004,Hunan,China)2(DepartmentofComputerandCommunicationEngineering,HunanUniversityofScienceandEngineering,Yongzhou425199,Hunan,China)

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Information management systemReliabilityHardware failureSoftware failure

2014-06-06。湖南省教育廳科學研究項目(13C847)。陳瑋，講師，主研領域：嵌入式系統及應用。顧思思，講師。

TP391

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2016.03.006