ارزیابی کمّی معیارهای مرتبط با انتشار خطا مابین مؤلفه‌های سیستم‌های هیبرید

نویسندگان
آرمان سان‌احمدی 1
محمد عبداللهی‌ازگمی 2
1 دانشجوی دکتری، شبکه های کامپیوتری، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 دانشیار، دانشکده مهندسی کامپیوتر ، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
امروزه سیستم‌های هیبرید در بخش‌های مختلفی مانند ماشین‌های خودران، کارخانه‌های صنعتی، ابزارهای کنترل سلامت بیمار و غیره کاربرد فراوانی دارد. با توجه به کاربرد حساس این سیستم‌ها وقوع خطا در یک بخش سیستم می‌تواند به سایر بخش‌ها انتشار پیدا کند و خسارات مالی و جانی زیادی را به همراه داشته باشد. سیستم‌های هیبرید از دو بخش پیوسته و گسسته تشکیل شده‌اند. این بخش‌ها به منظور انجام هدف سیستم با همدیگر همکاری می‌کنند. وقوع یک خطا در بخش فیزیکی یا سایبری می‌تواند عملکرد کل سیستم را مختل کند. باتوجه به کاربرد حساس این سیستم‌ها و هزینه‌بر بودن فرایند ساخت آن‌ها، لازم است قبل از طراحی و بهره‌برداری از آن، در یک محیط ایمن و کم‌هزینه به مدل‌سازی انتشار خطا سیستم پرداخته شود. در این مقاله روشی برای مدل‌سازی انتشار خطا بر اساس شبکه‌های فعالیت تصادفی ارائه شده‌است. بر اساس این مدل می‌توان با تزریق خطا در بخش‌های مختلف سیستم  به شناسایی نقاط حساس سیستم، رفتار خرابی مؤلفه‌ها و تأثیر یک خطا و فعال شدن آن بر سایر مؤلفه‌های سیستم پرداخت. مدل ارائه شده بر روی یک زیرساخت حیاتی متشکل از سه لایه مختلف  اعمال شده است و نتایج شبیه‌سازی و ارزیابی کمّی آن آورده شده است.

کلیدواژه‌ها

  • [1] R. Alur, Principles of Cyber-Physical Systems, Massachusetts: MIT Press, 2015.
  • [2] S. Seshia and E. Lee, Introduction to Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach, MIT Press, 2017.
  • [3] M. Fan, Z. Zeng, E. Zio, R. Kang and Y. Chen, "A stochastic hybrid systems model of common-cause failures of degrading components," Reliability Engineering & System Safety, vol. 172, pp. 159-170, 2018.
  • [4] A. Avizienis, J.-C. Laprie, B. Randell and C. Landwehr, "Basic Concepts and Taxonomy of dependable and secure computing," IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, vol. 1, no. 1, pp. 11-33, 2004.
  • [5] R. Kang and Z. Li, "Strategy for reliability testing and evaluation of cyber physical systems," in IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), Singapore, Dec 2015.
  • [6] G. Simko, T. Levendovszky, M. Maroti and J. Sztipanovits, "Towards a theory for cyber-physical systems modeling," in Proceedings of the 4th ACM SIGBED International Workshop on Design, Modeling, and Evaluation of Cyber-Physical Systems, Berlin, April 2014.
  • [7] R. Michael and P. Liggesmeyer, "Modeling and analysis of safety-critical cyber physical systems using state/event fault trees," in International Conference on Computer Safety, Reliability and Security, Toulouse, Sep 2013.
  • [8] W. H. Sanders and J. F. Meyer, "Stochastic activity networks: formal definitions and concepts," in Lectures on formal methods and performance analysis, New York, Springer, 2001, pp. 315 - 343.
  • [9] M. Rahnamay Naeini and M. M. Hayat, "Cascading Failures in Interdependent Infrastructures: An Interdependent Markov-Chain Approach," IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 7, no. 4, pp. 1997-2006, 2016.
  • [10] R. A. Shuvro, Z. Wangt , P. Das, M. R. Naeini and M. M. Hayat, "Modeling cascading-failures in power grids including communication and human operator impacts," in IEEE Green Energy and Smart Systems Conference, Long Beach, Nov 2017.
  • [11] S. V. Buldyrev, R. Parshani, G. Paul, H. Stanley and S. Havlin, "Catastrophic cascade of failures in interdependent networks," Nature, vol. 464, pp. 1025-1028, 2010.
  • [12] Z. Huang and C. Wang, "Characterization of Cascading Failures in Interdependent Cyber-Physical Systems," IEEE Transactions on Computers, vol. 64, no. 8, pp. 2158-2168, 2015.
  • [13] Z. Zuyuan, W. An and S. Fangming, "Cascading Failures on Reliability in Cyber-Physical System," IEEE Reliability Society, vol. 65, no. 4, pp. 1745 - 1754, 2016.
  • [14] C. Heracleous, M. M.Polycarpou, G. Ellinas, C. G.Panayiotou and P. Kolios, "Hybrid systems modeling for critical infrastructures interdependency analysis," Reliability Engineering & System Safety, vol. 165, pp. 89-101, 2017.
  • [15] A. Morozov and K. Janschek, "Probabilistic error propagation model for mechatronic systems," Mechatronics, vol. 24, no. 8, pp. 1189-1202, 2014.
  • [16] A. Morozov and K. Janschek, "Dual Graph Error Propagation Model for Mechatronic System Analysis," IFAC Proceedings Volumes, vol. 44, no. 1, pp. 9893-9898, 2011.
  • [17] L. Grunske and B. Kaiser, "Automatic generation of analyzable failure propagation models from component-level failure annotations," in Fifth International Conference on Quality Software, Melbourne, Sep 2005.
  • [18] Y. Liu, D. Lu, L. Deng, T. Bai, K. Hou and Y. Zeng, "Risk assessment for the cascading failure of electric cyber-physical system considering multiple information factors," IET Cyber-Physical Systems: Theory & Applications, vol. 2, no. 4, pp. 155 - 160, 2017.
  • [19] X. Ge, R. F. Paige and J. A. McDermid, "Probabilistic Failure Propagation and Transformation Analysis," in 28th International Conference on Computer Safety, Reliability, and Security, Berlin, 2009.
  • [20] S. Kabir, M. Walker and Y. Papadopoulos, "Dynamic system safety analysis in HiP-HOPS with Petri Nets and Bayesian Networks," Safety Science, vol. 105, pp. 55-70, 2018.
علوم رایانش و فناوری اطلاعات
دوره 17، شماره 2
پاییز و زمستان
پاییز 1398