열차제어시스템의 소프트웨어 발전에 의해 PES가 사용되고 있다. PES는 현재 세계적으로 널리 사용하고 있고, 하드웨어, 펌웨어, 응용 소프트웨어로 구성되어 있다. PES의 실행이 높은 유연성을 가지고 있기 때문에 PES는 많은 응용분야에 쉽게 적용할 수 있다. 많은 안전 필수 기능들은 소프트웨어를 통해 수행되고 있다. 보통 PES는 매우 복잡하여 결함의 근원을 발견하기 쉽지 않다. 그래서 소프트웨어 결함허용 기법을 이용한 신뢰도 해석이 필요하다. 현재 소프트웨어 결함허용 기법에는 복구블록, 분산 복구 블록, N-버전 프로그래밍, N 자기검사 프로그램이 있다. 본 논문에서는 마르코프 모델을 이용하여 소프트웨어 결함허용 기법 중에 복구 블록과 N-버전 프로그래밍의 모델을 제시하였다. 또한 열차제어시스템의 신뢰도를 시간 변화에 따라 분석하였다. 프로그램의 결함 발생률, 수용테스트 결함발생률, 보터의 결함발생률은 고정시켰다. 그래서 시간과 신뢰도 사이의 관계를 Matlab 프로그램을 이용하여서 제시하였다. 같은 수의 대체블록이 있는 경우에 신뢰도 분석결과 복구 블록의 신뢰도는 N-버전 프로그래밍의 신뢰도보다 높게 해석되었다.
열차제어시스템의 소프트웨어 발전에 의해 PES가 사용되고 있다. PES는 현재 세계적으로 널리 사용하고 있고, 하드웨어, 펌웨어, 응용 소프트웨어로 구성되어 있다. PES의 실행이 높은 유연성을 가지고 있기 때문에 PES는 많은 응용분야에 쉽게 적용할 수 있다. 많은 안전 필수 기능들은 소프트웨어를 통해 수행되고 있다. 보통 PES는 매우 복잡하여 결함의 근원을 발견하기 쉽지 않다. 그래서 소프트웨어 결함허용 기법을 이용한 신뢰도 해석이 필요하다. 현재 소프트웨어 결함허용 기법에는 복구블록, 분산 복구 블록, N-버전 프로그래밍, N 자기검사 프로그램이 있다. 본 논문에서는 마르코프 모델을 이용하여 소프트웨어 결함허용 기법 중에 복구 블록과 N-버전 프로그래밍의 모델을 제시하였다. 또한 열차제어시스템의 신뢰도를 시간 변화에 따라 분석하였다. 프로그램의 결함 발생률, 수용테스트 결함발생률, 보터의 결함발생률은 고정시켰다. 그래서 시간과 신뢰도 사이의 관계를 Matlab 프로그램을 이용하여서 제시하였다. 같은 수의 대체블록이 있는 경우에 신뢰도 분석결과 복구 블록의 신뢰도는 N-버전 프로그래밍의 신뢰도보다 높게 해석되었다.
PES (Programmable Electronic System) is used by software development for the train control system. PES has been widely used in real world and consists of hardware, firmware and application software. The PES are easily apply to many applications because its implementation has high flexibility. Many s...
PES (Programmable Electronic System) is used by software development for the train control system. PES has been widely used in real world and consists of hardware, firmware and application software. The PES are easily apply to many applications because its implementation has high flexibility. Many safety critical functions are realized through software in safety critical system. Normally, it is difficult to detect failures for PES system because the PES is too sophisticated to identify sources of the failure. So, the reliability analysis is needed by using software fault tolerance techniques. Currently, there are the recovery block, distributed recovery block, N-version programming, N self-checking programming in fault tolerance techniques. In this paper, the models of recovery block and N-version programming in software fault tolerance techniques are suggested by using the Markov model. Also, the reliability in the train control system is analyzed through changing time. The fault occupancy rates of the program, adjustment test and voter are stationary. So, the relation between time and reliability is presented by using Matlab program. In the result of reliability, the reliability of recovery block is more high than N-version programming in case of the same number of substitution block.
PES (Programmable Electronic System) is used by software development for the train control system. PES has been widely used in real world and consists of hardware, firmware and application software. The PES are easily apply to many applications because its implementation has high flexibility. Many safety critical functions are realized through software in safety critical system. Normally, it is difficult to detect failures for PES system because the PES is too sophisticated to identify sources of the failure. So, the reliability analysis is needed by using software fault tolerance techniques. Currently, there are the recovery block, distributed recovery block, N-version programming, N self-checking programming in fault tolerance techniques. In this paper, the models of recovery block and N-version programming in software fault tolerance techniques are suggested by using the Markov model. Also, the reliability in the train control system is analyzed through changing time. The fault occupancy rates of the program, adjustment test and voter are stationary. So, the relation between time and reliability is presented by using Matlab program. In the result of reliability, the reliability of recovery block is more high than N-version programming in case of the same number of substitution block.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
SSPP의 목표는 시스템의 목적에 부응한 안전성 설계의 실시 및 위험원의 식별, 제거 또는 허용레벨 이하로의 저감이다. 또한 새로운 재료 및 제조 기술의 채택에 따른 위험의 최소화 및 과거 안전성 데이터 분석과 적절한 사용 등을 보증하는 것이다. 안전관련 소프트웨어가 시스템 안전성분석과 일치 하는지를 보장하기 위해서 안전성 활동에 규정된 것 이상의 추가적인 활동이 필요하다.
본 논문에서는 마르코프 모델을 이용하여 소프트웨어 결함허용 기법 중 복구블록과 N-버전 프로그래밍에 대해 신뢰도 모델링을 제시한다. 2장에서는 복구블록, N-버전 프로그래밍의 구조를 분석하고, 3장에서는 2장에서 소개한 기법들의 신뢰도를 분석하기 위한 마르코프 모델을 제안한다.
가설 설정
신뢰도 분석을 위한 모델을 나타내기 위해서 본 논문에서는 마르코프 모델을 이용하고, 3가지의 가정을 제시한다. 결함발생에 대한 해석을 위해 결함복구는 고려하지 않는다.
제안 방법
3장에서의 마르코프 모델을 이용하여 복구블록, N-버전 프로그래밍 기법들에 대한 열차제어장치의 신뢰도를 분석한다. 열차제어장치의 프로그램 결함발생 (10-6/시간), 수용테스트의 결함발생(10-8/시간), 보터의 결함발생(10-8/시간)의 결함발생률 λ는 고정하고, 시간을 변화하면서 신뢰도를 분석하였다[14,15].
N-버전 프로그래밍은 하드웨어의 N-모듈여분(NMR : N-Modular Redundancy)과 유사한 개념의 결함허용 기법이다. 동일규정에 대해서 다른 N개 버전 프로그램을 작성하고, 동시에 처리하고, 각각의 결과에서 다수결 논리 등에 의거하여 최종출력을 결정하는 것이다. N-프로그래밍의 기본개념은 Fig.
열차제어장치의 프로그램 결함발생 (10-6/시간), 수용테스트의 결함발생(10-8/시간), 보터의 결함발생(10-8/시간)의 결함발생률 λ는 고정하고, 시간을 변화하면서 신뢰도를 분석하였다[14,15].
이론/모형
본 논문에서는 소프트웨어와 관련된 안전성활동을 하였고, 열차제어장치에서 사용하는 PES와 같이 소프트웨어를 이용하는 경우, 소프트웨어를 이용하여 다양한 기능을 수행할 수 있고, 유연성이 많은 장점을 가지고 있다. 소프트웨어 결함을 다루는 방법 중에 결함허용기법을 이용하여 신뢰도 분석을 하였다. 본 논문의 결과를 요약하면 아래와 같다.
성능/효과
1. 결함허용기법에서 같은 수의 대체블록이 있는 경우에는 복구블록 기법이 N-버전 프로그래밍 기법보다 신뢰도가 높다.
2. 신뢰도가 1로 유지되는 지점을 기준으로 보면, 복구블록 기법이 N-버전 프로그래밍 기법보다 약 10시간 더 많다. 즉, 신뢰도가 높다.
3. 복구블록 기법은 일정시간 이후에 급격히 신뢰도가 감소하고, N-버전 프로그래밍 기법은 시간이 지날수록 천천히 신뢰도가 감소한다.
4. 복구블록 기법은 대체블록 수가 높아질수록 신뢰도가 높은 반면에 N-버전 프로그래밍 기법은 짝수 버전 프로그래밍 보단 홀수 버전 프로그래밍이 더 높은 신뢰도를 가진다. 즉, N-버전 프로그래밍 기법에는 짝수보단 홀수 개의 버전이 증가될 때, 더 높은 신뢰도를 가진다.
또한 전체적으로 복구 블록 기법이 N-버전 프로그래밍 기법보다 신뢰도가 1로 더 유지되는 시간이 약 10시간이 더 많다. 또한 N-버전 프로그래밍 기법은 시간이 지날수록 천천히 신뢰도가 감소하는 반면에 복구블록 기법은 일정시간 이후에 급격히 신뢰도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 복구블록 기법은 대체블록 수가 높아질수록 신뢰도가 높은 반면에 N-버전 프로그래밍 기법은 4-버전 프로그래밍 보단 3-버전 프로그래밍이, 6-버전 프로그래밍보다 5-버전 프로그래밍이 더 높은 신뢰도를 가진다.
소프트웨어로 안전과 관련된 기능을 구현하는 경우에 일반적인 안전성활동과 소프트웨어와 관련된 안전성 활동을 해야 한다. 본 논문에서는 소프트웨어와 관련된 안전성활동을 하였고, 열차제어장치에서 사용하는 PES와 같이 소프트웨어를 이용하는 경우, 소프트웨어를 이용하여 다양한 기능을 수행할 수 있고, 유연성이 많은 장점을 가지고 있다. 소프트웨어 결함을 다루는 방법 중에 결함허용기법을 이용하여 신뢰도 분석을 하였다.
후속연구
본 연구는 열차제어분야 활용을 위해 프로그램 결함발생률, 수용테스트의 결함발생률을 MIL-HDBK-217FN2 등의 고장률 예측 규격을 사용하여 시운전 및 운영 기간에 발생된 고장정보를 FRACAS 등의 방법을 통해 신뢰도를 정확하게 정량화하여 적용할 필요가 있다. 향후 소프트웨어 결함기법 중에 본 논문에서 제시한 2개의 기법 외에 다른 기법으로도 분석할 필요가 있다.
본 연구는 열차제어분야 활용을 위해 프로그램 결함발생률, 수용테스트의 결함발생률을 MIL-HDBK-217FN2 등의 고장률 예측 규격을 사용하여 시운전 및 운영 기간에 발생된 고장정보를 FRACAS 등의 방법을 통해 신뢰도를 정확하게 정량화하여 적용할 필요가 있다. 향후 소프트웨어 결함기법 중에 본 논문에서 제시한 2개의 기법 외에 다른 기법으로도 분석할 필요가 있다. 그리고 신뢰도뿐만 아니라 가용도와 안전도, 유지보수 등을 고려하여 열차제어장치의 소프트웨어 설계목표에 맞는 모델을 설정해야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열차제어시스템으로 사용되는 PES의 장점은 무엇인가?
소프트웨어의 발달로 인해 현재 열차제어시스템은 PES 로 사용한다[2]. PES를 이용할 경우, 열차제어장치의 유연성이 높아지는 장점을 가진다. PES 기반 열차제어장치는 고장 발생시, 위험측으로 고장이 발생하지 않도록 구성해야 한다.
소프트웨어 결함허용 기법에는 무엇이 있는가?
그래서 소프트웨어 결함허용 기법을 이용한 신뢰도 해석이 필요하다. 현재 소프트웨어 결함허용 기법에는 복구블록, 분산 복구 블록, N-버전 프로그래밍, N 자기검사 프로그램이 있다. 본 논문에서는 마르코프 모델을 이용하여 소프트웨어 결함허용 기법 중에 복구 블록과 N-버전 프로그래밍의 모델을 제시하였다.
PES는 어떻게 구성되어 있는가?
열차제어시스템의 소프트웨어 발전에 의해 PES가 사용되고 있다. PES는 현재 세계적으로 널리 사용하고 있고, 하드웨어, 펌웨어, 응용 소프트웨어로 구성되어 있다. PES의 실행이 높은 유연성을 가지고 있기 때문에 PES는 많은 응용분야에 쉽게 적용할 수 있다.
참고문헌 (15)
Jongwoo Lee(1999), “Signal Control System Engineering Rearch & Development,” Proceedings special session, The Korean Institute of Electrical Engineers
Geunhong Min(2008), “A study on a safety activity on safety critical related software in train control system,” Proceedings of Annual Conference & Exhibition, Vol. 2, pp.1077-1083
Jongkyu Hwang(2000), “Software design as simulator in signal control system,” Proceedings the Korean Society for Railway, pp.269-275
J. C. Laprie, J. Arlat, C. Beounes, and K. Kanoun(1990), “Definition and analysis of hardware- and software-fault-tolerant architectures,” IEEE Computer. pp.39-51
A. Avizienis(1985), “The N-version approach to fault-tolerant software,” IEEE Transactions on Software Engineering, Vol. SE-11, No. 12, pp.1491-1501
Jongwoo Lee(2007), “A study on the advanced reliability assessment method about hot-standby sparing system for railway signaling,” The Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 56, No. 9
J. B. Dugan and M. R. Lyu(1995), “Dependability modeling for fault-tolerant software and systems,” Software Fault Tolerance, Wiley, pp.109-138
K. H. Kim and H. O. Welch(1989), “Distributed execution of recovery blocks : An approach for uniform treatment of hardware and software faults in real-time applications,” IEEE Transactions on Computers, Vol. 38, No. 5, pp.625-636
Yongkyu Kim(1999), “Dependability modeling of soft ware fault tolerance techniques,” Proceedings the Korean Institute of Information Scientists and Engineers, pp.614-616
J. Arlat, K. Kanoun, and J. C. Laprie(1990), “Dependability modeling and evaluation of software fault-tolerant systems,” IEEE Transactions on Computers, Vol. 39, No. 4, pp.504-513
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.