Что такое горячий и холодный резерв генератора. Виды резервирования

Волоконная оптика и оптоэлектроника находят
широкое применение при построении всех уровней
сетей
электросвязи:
магистральных
линий
междугородной и городской связи, сетей доступа и
структурированных кабельных систем.
Ввиду важности задач, решаемых с их помощью, к
надежности предъявляются очень высокие требования.
При этом под надежностью понимается
способность поддерживать передачу информации с
заданной скоростью и с заданной достоверностью в
течение требуемого промежутка времени.

Высокий уровень надежности современных
сетей оптической связи обеспечивается реализацией
комплекса различных мер, среди них одной из
ключевых являются средства полного или хотя бы
частичного восстановления связи в аварийных
ситуациях.
Традиционно
для
этого
применялось
резервирование - целенаправленное введение в
систему определенной избыточности с целью
обеспечения
нормального
функционирования
объекта после возникновения отказа в его элементах.

Волоконно-оптические линии связи нуждаются в
надежном резервировании. Так как они подвержены
авариям природного характера, которые происходят в
основном в зимнее время и связаны с промерзанием
оборудования или грунта, что влечет за собой
внутренние повреждения волокон или выход из строя
линейной аппаратуры ВОЛС.

Варианты повышения надежности сети с привлечением резервирования:

Варианты повышения надежности сети с
привлечением резервирования:
ЛИНЕЙНОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ
СИСТЕМНОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ
РЕЗЕРВИРОВАНИЕ НА ОСНОВЕ WDM

ЛИНЕЙНОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ:

Аварийные ситуации в линейной части сети в
большинстве случаев возникают из-за механических
повреждений (обрывов) оптического волокна, поэтому
очевидным решением этой проблемы является
увеличение
количества
доступных
физических
трактов передачи, на которые будет осуществляться
переключение при возникновении неисправности.

КОЛЬЦЕВЫЕ СТРУКТУРЫ
При построении волоконно-оптических сетей связи часто используется
кольцевая топология, для которой самовосстановление является естественным
свойством. В большинстве случаев линейная часть кольцевой структуры в сетях
связи общего пользования строится на основе пары волокон (так называемое
сдвоенное кольцо). В результате у передающего узла имеется два варианта
доступа к приемному: по часовой стрелке и в обратном направлении. Один из
маршрутов выполняет функции основного и используется для передачи трафика,
другой рассматривается как резервный.
Схема работы участка сети с линейным резервированием
а) нормальный режим; б) режим использования резерва.

СИСТЕМНОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ:

Организация
системного
резервирования
в
оптической сети предполагает одновременное введение
дополнительных волокон в линейную часть и блоков в
активное приемопередающее оборудование на узлах
сети. Если на основном направлении передачи
повреждаются световоды или происходит отказ узловой
сетевой аппаратуры, то выполняется переключение на
резервное направление.
Схема участка сети с системным резервированием.

РЕЗЕРВИРОВАНИЕ НА ОСНОВЕ WDM

В системах со спектральным уплотнением, помимо
описанных
выше
способов,
можно
осуществлять
резервирование на оптическом уровне. Для этого
выделяются дополнительные (резервные) длины волн, на
которые происходит переключение в случае отказа основной
оптической несущей.
Схема резервирования сети CWDM с кольцевой физической
топологией.

10. В зависимости от режима работы резервных элементов до отказа основного элемента различают следующие виды резерва:

«горячий» (нагруженный) резерв;
«тёплый» (облегчённый) резерв;
«холодный» (ненагруженный) резерв;

11. 1

12.

Для замены отказавшего элемента достаточно
иметь резервный (запасной) элемент на складе. Однако
продолжительность ручной замены составляет единицы
часов,
что
для
многих
систем
автоматизации
недопустимо долго. Сократить время вынужденного
простоя позволяет применение контроллеров и модулей
ввода-вывода с разъёмными клеммными соединителями
и с возможностью «горячей» замены.

13. «горячий» резерв

При горячем резервировании резервный
блок находится под напряжением и в любой
момент готов принять на себя выполнение
рабочих функций при включении его входа и
выхода в канал прохождения сигнала. В этом
режиме ресурс резервного блока расходуется
так же, как и у основного. Горячим резервом
называется аппаратура, обладающая такими же
характеристиками,
что
и
основная,
подключаемая параллельно и работающая
одновременно с нею.

14.

Для обеспечения «горячей»
предусмотреть следующее:
замены
необходимо
● защиту от статического электричества, которое может
возникать на теле оператора, выполняющего замену
устройства;
● необходимую последовательность подачи напряжений
питания и внешних сигналов (для этого используют, напри
мер, разъёмы с контактами разной длины и секвенсоры
внутри устройства);
● защиту системы от броска тока, вызванного зарядом
ёмкостей подключаемого устройства, например с помощью
токоограничительных резисторов или отдельного источника
питания;
● защиту устройства от перенапряжения, короткого
замыкания,
переполюсовки,
превышения
напряжения
питания, очного подключения

15. «холодный» резерв

Холодным
резервом
называется
аппаратура,
обладающая
теми
же
характеристиками, что и основная, исправная и
готовая к включению в любой момент времени, но
не работающая одновременно с основной. При
холодном
резервировании
резервный
блок
полностью отключен от источников питания.
Ресурс резервного блока при этом не расходуется
до тех пор, пока блок не будет включен.

16.

Основное
отличие
между
«горячим»,
«холодным» и «тёплым» резервом состоит в
длительности периода переключения на резерв.
При «горячем» резервировании контроллеров
время переключения составляет от единиц
миллисекунд до долей секунды, при «тёплом» -
секунды, при «холодном» - минуты.

17.

Основной характеристикой структурного
резервирования является его кратность –
отношение числа резервирующих элементов к
числу резервируемых элементов (основных),
выраженное несокращенной дробью:

Представьте, что ваш дата-центр (или боевой сервер) сегодня упал . Просто взял и упал. Как показывает практика, готовы к этому далеко не все:

93% компаний, которые теряли свой ЦОД на 10 и более дней из-за катастрофы, стали банкротами в течение года (National Archives & Records Administration in Washington)
Каждую неделю в США выходит из строя 140 000 жестких дисков (Mozy Online Backup)
У 75% компаний нет решений для аварийного восстановления (Forrester Research, Inc.)
34% компаний не тестируют резервные копии.
77% тех, кто тестируют, обнаруживали нечитаемые накопители в своих библиотеках.

В предыдущих постах (раз и два) я писал про организационные меры, которые ускорят и облегчат восстановление ИТ-систем и связанных с ними процессов компании при чрезвычайной ситуации.

Сейчас поговорим про технические решения, которые в этом помогут. Их стоимость разнится от нескольких тысяч до сотен тысяч долларов.

Высокая доступность и аварийное восстановление

Очень часто решения для высокой доступности (HA – High Availability) и аварийного восстановления (DR – Disaster Recovery) путают. Прежде всего, когда мы говорим о непрерывности бизнеса, мы имеем в виду резервную площадку. Применительно к ИТ – резервный ЦОД. Непрерывность бизнеса - это не про резервное копирование на библиотеку в соседней стойке (что тоже очень важно). Это про то, что основное здание компании сгорит, и мы через несколько часов или дней сможем возобновить работу, развернувшись на новом месте:
Значит, нужен резервный ЦОД. Какие есть варианты? Обычно выделяют три: горячий, теплый и холодный резервы.

Холодный резерв

Холодный резерв подразумевает, что есть некое серверное помещение, в которое можно завезти оборудование и развернуть его там. При восстановлении может планироваться закупка «железа», либо его хранение на складе. Нужно учитывать, что большинство систем поставляется под заказ, и быстро найти десятки единиц серверов, СХД, коммутаторов и проч. будет нетривиальной задачей. Как альтернативу складированию оборудования у себя, можно предусмотреть хранение наиболее важного или наиболее редкого оборудования на складе ваших поставщиков. При этом, телекоммуникационные каналы в помещении должны присутствовать, но заключение контракта с провайдером обычно происходит после принятия решения о запуске «холодного» ЦОДа. Восстановление работы в таком ЦОДе при катастрофическом сбое основной площадки вполне может занимать несколько недель. Убедитесь, что ваша компания сможет просуществовать эти несколько недель без ИТ и не лишиться бизнеса (по причине отзыва лицензии, либо невосполнимого кассового разрыва, например) – об этом я писал ранее. Честно говоря, я бы никому не рекомендовал этот вариант резервирования. Возможно, я преувеличиваю роль ИТ в бизнесе некоторых компаний.

Теплый резерв

Это значит, что у нас функционирует альтернативная площадка, в которой есть активные интернет и WAN-каналы, базовая телекоммуникационная и вычислительная инфраструктура. Она всегда «слабее» основной по вычислительным мощностям, некоторое оборудование там может отсутствовать. Самое важное – чтобы на площадке всегда была актуальная резервная копия данных. Действуя «по старинке» можно организовать регулярное перемещение туда резервных копий на лентах. Современный метод – репликация бэкапов по сети из основного ЦОДа. Использование бэкапа с дедупликацией позволит оперативно передавать резервные копии даже по «тонкому» каналу между ЦОДами.

Горячий резерв

Вот он, выбор крутых парней, поддерживающих ИТ-системы, простой которых даже на несколько часов приносит компании огромные убытки. Здесь имеется все необходимое оборудование для полноценной работы ИТ-систем. Обычно фундаментом такой площадки служит система хранения данных, на которую синхронно или асинхронно зеркалируются данные из основного ЦОДа. Для того, чтобы горячий резерв в час Икс смог отработать вложенные в него деньги, должны проводиться регулярные тестовые переводы систем, настройки и версия ОС серверов на основной и резервной площадке должны постоянно синхронизироваться – вручную либо автоматически.

Минус горячего и теплого резерва – дорогостоящее оборудование простаивает в ожидании катастрофы. Выходом из этой ситуации является стратегия распределенного ЦОДа . При таком варианте две (или более) площадки равноправны – большинство приложений могут работать как на одной, так и на другой. Это позволяет задействовать мощности всего оборудования и обеспечить балансировку нагрузки. С другой стороны, серьезно повышаются требования к автоматизации перевода ИТ-сервисов между ЦОДами. Если оба ЦОДа «боевые», бизнес вправе ожидать, что при ожидаемом пике нагрузки на одно из приложений, его можно быстро перевести в более свободный ЦОД. Чаще всего, в подобных ЦОДах присутствует синхронная репликация между СХД, но возможна и небольшая асинхронность (в пределах нескольких минут).

Три волшебных слова

Перед тем, как перейти непосредственно к технологиям катастрофоустойчивости ИТ-сервисов, напомню три «волшебных» слова, которые определяют стоимость любого DR-решения: RTO, RPO, RCO.

RTO (Recovery time objective) – время, за которое возможно восстановить ИТ-систему
RPO (Recovery point objective) – сколько данных будет потеряно при аварийном восстановлении
RCO (Recovery capacity objective) – какую часть нагрузки должна обеспечивать резервная система. Этот показатель может измеряться в процентах, транзакциях ИТ-систем и прочих величинах.

RPO

Первое деление, которое мы можем провести между всем многообразием ИТ-решений для обеспечения катастрофоустойчивости – обеспечивают ли они нулевое RPO или нет. Отсутствие потери данных при сбое обеспечивается синхронной репликацией. Чаще всего, это делается на уровне СХД, но возможно реализовать и на уровне СУБД или сервера (при помощи продвинутого LVM). В первом случае сервер не получает от СХД, с которой он работает, подтверждения об успешности записи, пока СХД не передала эту транзакцию второй системе и не получила от нее подтверждение, что запись прошла успешно.

Синхронную репликацию умеют делать 100% СХД, относящихся к среднему ценовому сегменту и некоторые системы начального уровня от известных вендоров. Стоимость лицензий для синхронной репликации на «простых» СХД начинается от нескольких тысяч долларов. Примерно столько же стоит софт для репликации на уровне серверов на 2-3 сервера. Если у вас нет действующего резервного ЦОДа, не забудьте добавить стоимость закупки резервного оборудования.

RPO в несколько минут может обеспечить асинронная репликация на уровне СХД, ПО управления томами сервера (LVM – Logical volume manager), либо СУБД. До сих пор standby-копия базы данных остается одним из наиболее популярных решений для DR. Чаще всего функционал “log shipping”, как это называется у администраторов СУБД, не лицензируется производителем отдельно. Если у вас пролицензирована БД – реплицируйте на здоровье. Стоимость асинхронной репликации для серверов и СХД не отличается от синхронной, см. предыдущий пункт.

Если мы говорим об RPO в несколько часов, чаще это репликация резервных копий с одной площадки на другую. Большинство дисковых библиотек умеют делать это, часть ПО для резервного копирования – тоже. Как я уже говорил, при таком варианте здорово поможет дедупликация. Вы не только будете меньше загружать канал передачей резервных копий, но и сделаете это намного быстрее - каждый передаваемый бэкап будет занимать в десятки или сотни раз меньше времени, чем в реальности. С другой стороны, надо помнить, что первый бэкап при дедупликации все равно должен передать в систему массу уникальных данных. «Настоящую» дедупликацию вы увидите после недельного цикла резервного копирования. При синхронизации дисковых библиотек - то же самое. Если расчетное время передачи при вашей ширине канала между ЦОД составляет несколько дней и даже недель (что может и стоить немало), есть смысл сначала поставить вторую библиотеку рядом, выполнить синхронизацию и увезти ее в резервный ЦОД.

Синхронизация резервных копий между ЦОД

RTO

Когда стоит задача минимизации времени восстановления (RTO ), процесс должен быть максимально документирован и автоматизирован. Одно из лучших и наиболее универсальных решений – HA-кластеры с территориально разнесенными узлами. Чаще всего, такие решения строятся на базе репликации СХД, но возможны и другие варианты. Лидирующие продукты в этой области, например, Symantec Veritas Cluster, имеют в своем составе модули по работе с СХД, переключающие направление репликации, когда необходимо перезапустить сервис на резервном узле. Для менее продвинутых кластеров (например Microsoft Cluster Services, встроенный в Windows) основные производители СХД (IBM, EMC, HP) предлагают надстройки, делая из обычного HA-кластера катастрофоустойчивый.

Географически распределенный кластер

Редко кто задумывается про интересную особенность подавляющего большинством решений по репликации данных – их «однозарядность». Вы можете получить на резервной площадке только одно состояние данных. Если система с этими данными по какой-то причине не стартовала – переходим к плану «Б». Чаще всего это восстановление из резервной копии с большой потерей данных. Из перечисленных мной технологий исключение составит только репликация тех же бэкапов. Ответом здесь является использование класса решений Continuous Data Protection. Их суть в том, что все записи, приходящие от сервера, помечаются и сохраняются в определенном журнальном томе на резервной площадке. При восстановлении системы можно выбрать любую точку из этого журнала и получить состояние не только на момент аварии, в которой данные были испорчены, но и за несколько секунд. Такие решения защищают от внутренней угрозы – удаления данных пользователями. В случае репликации СХД – ей все равно, что передавать – пустой том или вашу наиболее критичную БД. При использовании CDP можно выбрать момент прямо перед удалением информации и восстановиться на него. Стоимость систем CDP обычно – десятки тысяч долларов. Один из наиболее удачных примеров, на мой взгляд – EMC RecoverPoint.

Схема решения на основе RecoverPoint

В последнее время набирают популярность системы виртуализации СХД . Помимо своей основной функции – объединения массивов разных вендоров в единый пул ресурсов – они могут сильно помочь и в организации распределенного ЦОДа. Суть виртуализации СХД в том, что между серверами и системами хранения появляется промежуточный слой контроллеров, пропускающих сквозь себя весь трафик. Тома с СХД презентуются не напрямую серверам, а этим виртуализаторам. Они, в свою очередь, раздают их хостам. В слое виртуализации можно делать репликацию данных между разными СХД, а зачастую есть и более продвинутые возможности - снэпшоты, многоуровневое хранение и т. д. При этом самая базовая функция виртуализаторов является самой нужной для целей DR. Если у нас есть две СХД в разных ЦОДах, соединенных оптической магистралью, мы берем тома с каждой из них и собираем «зеркало» на уровне виртуализатора. В итоге мы получаем один виртуальный том на два ЦОДа, который и видят серверы. Если эти серверы виртуальные – начинает работать Live Migration виртуальных машин и можете «на ходу» переводить задачи между ЦОДами – пользователи ничего не заметят.

Полная потеря ЦОДа будет отработана обычным HA-кластером в автоматическом режиме за несколько минут. Пожалуй, виртуализация разнесенных СХД позволяет обеспечить минимальное время восстановления для большинства приложений. Для CУБД есть непревзойденный Oracle RAC и его аналоги, но стоимость заставляет задуматься. Виртуализация SAN пока тоже не дешева, для небольших объемов СХД стоимость решения может быть меньше $100К, но в большинстве случаев цена выше. На мой взгляд, наиболее проверенным решением является IBM SAN Volume Controller (SVC), наиболее технически совершенным – EMC VPLEX.

Кстати, если не все ваши приложения еще живут на виртуальной среде, стоит спроектировать резервный ЦОД для них на виртуальных машинах. Во-первых, выйдет намного дешевле, во вторых, сделав это для резерва, недалеко и до миграции основных систем под управление какого-нибудь гипервизора…

Конкуренция на рынке аутсорсинга ЦОД делает более выгодной аренду стойкомест в ЦОДе провайдера, по сравнению со строительством и эксплуатацией своего резервного центра. Если вы размещаете у него виртуальную инфраструктуру, выйдет серьезная экономия на арендных платежах. Но и аутсорсинговые ЦОДы уже не на вершине прогресса. Лучше строить резервную инфраструктуру сразу в «облаке». Синхронизацию данных с основными системами при этом можно обеспечить репликацией на уровне сервера (есть отличное семейство решений DoubleTake от Vision Solutions).

Последний, но очень важный момент, о котором нельзя забывать при проектировании катастрофоустойчивой ИТ-инфраструктуры – рабочие места пользователей. То, что поднялась база данных, не означает возобновления бизнес-процесса. Пользователь должен иметь возможность выполнять свою работу. Даже полноценный резервный офис, в котором стоят выключенные компьютеры для ключевых сотрудников – не идеальное решение. У человека на утраченном рабочем месте могут быть справочные материалы, макросы, и проч., полноценная работа без которых невозможна. Для наиболее важных для компании пользователей разумным выглядит переход на виртуальные рабочие места (VDI). Тогда на рабочем месте (будь то обычный ПК или модный «тонкий» клиент) не хранятся никакие данные, он используется только как терминал, чтобы достучаться до Windows XP или Windows 7, работающей на виртуальной машине в ЦОДе. Доступ к такому рабочему месту легко организовать из дома или из любого компьютера в филиальной сети. Например, если у вас несколько зданий и одно из них недоступно, ключевые пользователи могут приехать в соседний офис и сесть на рабочие места «менее ключевых». Затем они спокойно логинятся в систему, попадают в свою виртуальную машину и фирма оживает!

В завершение, вот основные вопросы, которые стоит задать при оценке DR-решения:

От каких сбоев защищает?
Какие RPO/RTO/RCO обеспечивает?
Сколько стоит?
Насколько сложна эксплуатация?

Катастрофоустойчивых решений бесчисленное множество – как коробочных, так и тех, которые можно сделать практически своими руками. Пожалуйста, поделитесь в комментариях что есть у вас и историями, как эти решения вас выручали. Если у вас работает что-то из описанных выше систем или их аналоги – оставляйте отзывы, насколько спокойно вы спите, когда ИТ-системы под их защитой.

На стадии проектирования СЭС для обеспечения требуемой надежности приходится во многих случаях как минимум дублировать отдельные элементы и даже отдельные системы, т.е. использовать резервирование.

Резервирование характерно тем, что оно позволяет повысить надежность системы по сравнению с надежностью составляющих ее элементов. Повышение надежности отдельно взятых элементов требует больших материальных затрат. В этих условиях резервирование, например, за счет введения дополнительных элементов является эффективным средством обеспечения требуемой надежности систем.

Если при последовательном соединении элементов общая надежность системы (т.е. вероятность безотказной работы) ниже надежности самого ненадежного элемента, то при резервировании общая надежность системы может быть выше надежности самого надежного элемента.

Резервирование осуществляется путем введения избыточности. В зависимости от природы последней резервирование бывает:

Структурное (аппаратное);

Информационное;

Временное.

Структурное резервирование заключается в том, что в минимально необходимый вариант системы, состоящей из основных элементов, вводятся дополнительные элементы, устройства или даже вместо одной системы предусматривается использование нескольких одинаковых систем.

Информационное резервирование предусматривает использование избыточной информации. Его простейшим примером является многократная передача одного и того же сообщения по каналу связи. Другим примером являются коды, применяемые в управляющих ЭВМ для обнаружения и исправления ошибок, возникающих в результате сбоев и отказов аппаратуры.

Временное резервирование предусматривает использование избыточного времени. Возобновление прерванного в результате отказа функционирования системы происходит путем ее восстановления, если имеется определенный запас времени.

Существует два метода повышения надежности систем путем структурного резервирования:

1) общее резервирование, при котором резервируется система в целом;

2) раздельное (поэлементное) резервирование, при котором резервируются отдельные части (элементы) системы.

Схемы общего и раздельного структурного резервирования представлены соответственно на рис. 5.3 и 5.4, где n число последовательных элементов в цепи, m – число резервных цепей (при общем резервировании) или резервных элементов для каждого основного (при раздельном резервировании)

При m=1 имеет место дублирование, а при m=2 – троирование. Обычно стремятся по возможности применять раздельное резервирование, т к при этом выигрыш в надежности часто достигается значительно меньшими затратами, чем при общем резервировании.

В зависимости от способа включения резервных элементов различают постоянное резервирование, резервирование замещением и скользящее резервирование.

Постоянное резервирование – это такое резервирование, при котором резервные элементы участвуют в работе объекта наравне с основными. В случае отказа основного элемента не требуется специальных устройств, вводящих в действие резервный элемент, поскольку он включается в работу одновременно с основным.

Резервирование замещением – это такое резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного. При резервировании замещением необходимы контролирующие и переключающие устройства для обнаружения факта отказа основного элемента и переключения с основного на резервный.

Скользящее резервирование – представляет собой разновидность резервирования замещением, при котором основные элементы объекта резервируются элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший элемент.

Оба вида резервирования (постоянное и замещением) имеют свои преимущества и недостатки.

Достоинством постоянного резервирования является простота, т.к. в этом случае не требуются контролирующие и переключающие устройства, понижающие надежность системы в целом, и, самое главное, отсутствует перерыв в работе. Недостатком постоянного резервирования является нарушение режима работы резервных элементов при отказе основных.

Включение резерва замещением обладает следующим преимуществом: не нарушает режима работы резервных элементов, сохраняет в большей степени надежность резервных элементов, позволяет использовать один резервный элемент на несколько рабочих (при скользящем резервировании).

В зависимости от режима работы резервных элементов различают нагруженный (горячий) и ненагруженный (холодный) резерв.

Нагруженный (горячий) резерв в энергетике называют также вращающимся или включенным. В данном режиме резервный элемент находится в том же режиме, что и основной. Ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения в работу всей системы, и вероятность безотказной работы резервных элементов в этом случае не зависит от того, в какой момент времени они включаются в работу.

Облегченный (теплый) резерв характеризуется тем, что резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, чем основной. Поэтому, хотя ресурс резервных элементов также начинает расходоваться с момента включения всей системы в целом, интенсивность расхода ресурса резервных элементов до момента их включения вместо отказавших значительно ниже, чем в рабочих условиях. Этот вид резерва обычно размещается на агрегатах, работающих на холостом ходу, и, следовательно, в данном случае ресурс резервных элементов срабатывается меньше по сравнению с рабочими условиями когда агрегаты несут нагрузку Вероятность безотказной работы резервных элементов в случае этого вида резерва будет зависеть как от момента их включения в работу, так и от того, насколько отличаются законы распределения вероятности безотказной работы их в рабочем и резервном условиях.

В случае ненагруженного (холодного) резерва резервные элементы начинают расходовать свой ресурс с момента их включения в работу вместо основных. В энергетике этим видом резерва служат обычно отключенные агрегаты.

Расчеты надежности систем с параллельно включенными элементами зависят от способа резервирования.

НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЩЕМ РЕЗЕРВИРОВАНИИ

Будем считать, что резервируемые и резервные элементы равнонадежны, т.е.
и
. Для удобства вероятности безотказной работы и появления отказов отдельных элементов обозначаем в этом и последующем разделах прописными буквами.

С учетом схемы замещения (рис 5.5) и формулы (5.18) вероятность отказа системы с m резервными цепями можно рассчитать следующим образом:

, (5.22)

где (t) – вероятность отказа основной цепи,
– вероятность отказаi-й резервной цепи.

Соответственно вероятность безотказной работы системы

(5.23)

В соответствии с формулой (5 8) имеем

(5.24)

При одинаковых вероятностях отказов основной и резервной цепей
формулы (5 22) и (5 23) принимают вид:

, (5.25)

(5.26)

Среднее время безотказной работы системы при общем резервировании

(5.27)

где – интенсивность отказов системы,
, – интенсивность отказов любой из (m+1) цепей, – интенсивность отказовi-го элемента

Для системы из двух параллельных цепей (m=1) формула (5.27) принимает вид:

(5.28)

Среднее время восстановления системы в общем случае определяется по формуле

(5.29)

где – среднее время восстановленияi-ой цепи.

Для частного случая m=1 формула (5.29) принимает вид:

Пример 5.2.

Рассчитать вероятность безотказной работы в течение 3 месяцев, интенсивность отказов, среднюю наработку на отказ одноцепной ВЛ длиной l=35км вместе с понижающим трансформатором 110/10кВ и коммутационной аппаратурой (рис 5.6).

Схема замещения по надежности рассматриваемой СЭС представляет собой последовательную структуру (рис 5.7)

Интенсивности отказов элементов взяты из табл 3.2:

;

Согласно формуле (5.7) определяем интенсивность отказов схемы питания

Этот расчет показывает, что доминирующее влияние на выход схемы из строя оказывает повреждаемость воздушной линии. Средняя наработка на отказ схемы питания

Вероятность безотказной работы схемы в течение t=0,25года

Пример 5.3.

Определить, насколько выше показатели надежности понизительной трансформаторной подстанции 110/10кВ при постоянной совместной работе обоих трансформаторов в течение 6 месяцев по сравнению с однотрансформаторной подстанцией. Отказами коммутационных аппаратов и преднамеренными отключениями пренебрегаем.

Исходные данные, взятые из табл. 3.2, следующие:

;

Вероятность безотказной работы в течение 6 месяцев одного трансформатора

Средняя наработка на отказ одного трансформатора

Вероятность безотказной работы двухтрансформаторной подстанции, рассчитанная по формуле (5.20):

Средняя наработка на отказ двухтрансформаторной подстанции, рассчитанная по формуле (5.28):

лет

Интенсивность отказов двухтрансформаторной подстанции

Среднее время восстановления двухтрансформаторной подстанции (см. формулу (5.30))

Анализ результатов показывает, что надежность двухтрансформаторной подстанции намного превышает надежность однотрансформаторной подстанции.

Пример 5.4.

Рассмотрим секцию РУ 6кВ, от которой питаются 18 отходящих линий (рис. 5.8) Интенсивность отказов выключателей, сопровождающихся короткими замыканиями, оценивается величиной = 0,003
, интенсивность отказов с

короткими замыканиями для сборных шин на одно присоединение
(см. табл. 3 2). Определить интенсивность кратковременных погашений секции РУ, предполагая абсолютную надежность автоматического ввода резерва (АВР) и выключателяQ2, резервирующего питание секции.

При вариантах «холодного» резервирования резервное оборудование находится в выключенном состоянии и включается только при подключении резерва в работу. До включения резервного оборудования его ресурс не расходуется, и «холодное» резервирование дает самую большую ВБР.

Недостаток холодного резервирования – включение резервной аппаратуры проходит за некоторое время, в течение которого система не управляется или неработоспособна. На этом интервале ввода в строй «холодной» резервной аппаратуры источники питания выходят на режим, аппаратура тестируется, прогревается. В нее загружается необходимая информация.

В случае «горячего» резервирования все резервные элементы ЦВМ включены и готовы сразу после команды включиться в работу. Это может обеспечить меньшее время переключения на резерв. Однако ресурс включенной резервной «горячей» аппаратуры расходуется и достижимая ВБР в этом методе меньше, чем в случае «холодного» резервирования. Время переключения на резерв – важный параметр, и допустимые его значения определяются конкретной прикладной задачей.

Для системы дублированной замещением с холодным резервом ВБР равна:

Данное приближение справедливо для ВБР . Использование дублирования с холодным замещением в нашем примере ЦВМ из 100 БИС с

на каждую ВБР за один год непрерывной работы будет равна

Рдуб.х = 1 – 0,01 = 0,99. Вместо 0.9 для нерезервированной системы.

Таким образом, простое дублирование ЦВМ приводит значение её ВБР в желаемые рамки.

Для системы троированной замещением с холодным резервом ВБР равна:

Ртр.х.= 0,995

Для системы дублированной замещением с горячим резервом ВБР равна:

И для нашего примера ЦВМ будет иметь значение ВБР

Рдб.г.= 0,99

Для системы троированной замещением с горячим резервом ВБР равна:

На графике приведены изменения Р(t) для трех случаев:

1) нерезервированная система

2) система дублированная с холодным резервом

3) система дублированная с горячим резервом

Горячее резервирование троированием с восстанавливающими органами (с мажоритарными элементами).

Этот метод реализует горячее резервирование с восстановлением информации на мажоритарных элементах с голосованием по большинству.

Мажоритарный элемент – логическое устройство, работающее по большинству. Если у него на входе 011,110,101,111 ,то на выходе у него1. Если у него на входе 001,010,100,000, то на выходе у него 0.

Мажоритарный элемент (МЭ) одновременно решает задачи обнаружения отказа — выход одного из элементов отличается от двух других и подключения резервного. В случае последовательно соединения таких мажорированных троек элементов обеспечивается восстановление информации во всех элементах после отказавшего.

Система работоспособна, когда или все каналы работоспособны, или два из трех любых (таких сочетаний три) каналов работоспособны.

Здесь Р1 – ВБР каждого канала троированной системы.

Данная схема хороша не своей высокой ВБР (ВБР у систем с холодным и горячим резервированием замещением выше), а тем, что функции контроля и подключения резерва выполняются одновременно и автоматически на уровне МЭ. Специализированный мажоритарный контроль идет побитно над результатом каждой машинной операции. Здесь сами МЭ не резервированы и это недостаток примененной схемы.

В ЦВМ, резервированных по схеме троирования с мажоритарными органами, мажорированию подвергаются все разряды (поразрядно) передаваемого по шине данных числа, выбираемого из памяти или записываемого в память числа и т.п. По данным нашего примера ВБР ЦВМ с одним мажоритарным органом после выходного регистра имеет значение. Ртр.мж = 0,972

Сравнительные характеристики различных схем резервирования по ВБР, по времени перехода на резерв.

Изменение ВБР представлены в относительном времени . Это удобно, так как графики справедливы для любого . Здесь –

интенсивность отказов системы Для последовательной надежностной схемы.

Интенсивность отказа элементов, составляющих систему.

Красным цветом отмечено изменение ВБР по t для нерезервированной системы.

Хотел бы привлечь Ваше внимание к вопросам повышения отказо- и катастрофоустойчивости информационных систем на Вашем предприятии.

Информационные технологии все шире используются во всех областях деятельности. Сегодня на любом предприятии уже трудно найти производственный процесс, осуществляемый без помощи компьютерных техологий. Они стали одним из основных средств производства.

На предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности существуют критически важные производственные и технологические процессы, любой сбой в которых может привести к крайне тяжелым или непоправимым последствиям. Многие из них управляются с помощью информационных технологий.

Наряду с этим широкое проникновение этих технологий в производство имеет оборотную сторону. Усиливается зависимость бизнеса от них. Любой компьютерный сбой приводит к простою одного или многих работников. В это время они не выполняют свою работу, следовательно, не зарабатывают прибыль. Не заработанная прибыль - это прямые убытки.

Сказанного достаточно, чтобы самым серьезным образом задуматься над решением проблемы обеспечения высокой готовности и отказоустойчивости информационных систем.

Наша компания продвигает и внедряет системы повышенной надежности информационных систем на основе технологий и программного обеспечения лидеров рынка.

Программное обеспечение, а также аппаратные комплексы предназначены для обеспечения непрерывной работы технических и программных средств, функционирующих под управлением операционных систем Windows и Linux. Оно устанавливается на двух идентичных серверах и позволяет продолжать выполнение запущенных приложений в случае отказа или сбоя любого из серверов, исключая даже незначительные перерывы в работе пользователей.

Основными преимуществами предлагаемых нами решений являются:

∙ Экономичность — совокупная стоимость владения значительно ниже, чем у других систем высокой готовности при более высоких параметрах надежности и живучести.

∙ Простота — это единственная технология высокой готовности, которая так же легка для администрирования, как и единый сервер. Установка и эксплуатация не требуют больших затрат на подготовку персонала.

∙ Минимальное время простоя — отказы элементов серверов практически никак не влияют на производительность и целостность данных.

Виды резервирования

∙ Катастрофоустойчивость — позволяет сохранять работоспособность сервера даже при физическом уничтожении одного из узлов, при этом узлы могут территориально находиться на разных этажах здания, в разных зданиях или даже в разных городах.

∙ Полная защита информации — данные не теряются даже в случае отказа одного из узлов.

∙ Открытая архитектура — все компоненты системы абсолютно стандартны, применение специальных аппаратных средств, модифицированных или специально написанных драйверов устройств не требуется.

Наши решения успешно применяется в составе современных систем управления производственными и бизнес-процессами, мониторинга технического состояния оборудования, анализа и оценки обстановки, сбора и обработки важной информации, потеря которой связана с непоправимым ущербом. А также обеспечивают отказоустойчивость работы автоматизированных систем управления технологическими процессами, применяются для обеспечения безопасности объектов, в составе систем видеонаблюдения и контроля доступа,

Было бы целесообразным с учетом имеющегося у нас положительного опыта внедрения отказоустойчивых технологий совместно рассмотреть вопрос о расширении их использования в рамках единой технической политики в том числе и в целях предотвращения экстренных и критических ситуаций на Вашем объекте.

Мы готовы предоставить дополнительную информацию и провести демонстрацию данных технологий.

Резервирование в электроснабжении

2.4.1 .Виды резервирования

Резервирование характерно тем, что оно позволяет повысить надежность системы по сравнению с надежностью составляющих ее элементов. Повышение надежности отдельно взятых элементов требует больших материальных затрат. В этих условиях резервирование, например, за счет введения дополнительных элементов, является эффективным средством обеспечения требуемой надежности систем.

Структурное (аппаратное);

Информационное;

Временное.

Существуют два метода повышения надежности систем путем структурного резервирования:

1) общее резервирование, при котором резервируется система в целом;

2) раздельное (поэлементное) резервирование, при котором резервируются отдельные части (элементы) системы.

Схемы общего и раздельного структурного резервирования представлены соответственно на рис. 2.6. и 2.7., где n — число последовательных элементов в цепи, m – число резервных цепей (при общем резервировании) или резервных элементов для каждого основного (при раздельном резервировании).

При m = 1 имеет место дублирование, а при m =2 – троирование. Обычно стремятся по возможности применять раздельное резервирование, т.к. при этом выигрыш в надежности часто достигается значительно меньшими затратами, чем при общем резервировании.

Включение резервного оборудования замещением. Холодное и горячее резервирование.

Оба вида резервирования (постоянное и замещением) имеют свои преимущества и недостатки.

Нагруженный (горячий) резерв в энергетике называют также вращающимся или включенным. В данном режиме резервный элемент находится в том же режиме, что и основной. Ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения в работу всей системы и вероятность безотказной работы резервных элементов в этом случае не зависит от того, в какой момент времени они включаются в работу.

Этот вид резерва обычно размещается на агрегатах, работающих на холостом ходу, и, следовательно, в данном случае ресурс резервных элементов срабатывается меньше по сравнению с рабочими условиями, когда агрегаты несут нагрузку.

Вероятность безотказной работы резервных элементов в случае этого вида резерва будет зависеть как от момента их включения в работу, так и от того, насколько отличаются законы распределения вероятности безотказной работы их в рабочем и резервном условиях.

Расчеты надежности систем с параллельно включенными элементами зависят от способа резервирования.

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Похожая информация:

Поиск на сайте:

В практике построения высокодоступных систем, прежде всего IT, существует понятие “единой точки отказа” (SPOF, Single Point Of Failure). Любая система высокой доступности данных стремится не иметь в своей архитектуре узла, линии связи или объекта, отказ которого может вывести из строя всю систему, или вызвать недоступность данных.

Все это так. Однако я обратил внимание, что в последнее время, в особенности в IT-шной среде возникло своеобразное “фетиширование” вот этого вот “отсутствия единой точки отказа”. Широко распространилось мнение, что “отсутствие единой точки отказа” это синоним “хорошо” и “система правильная ”, а ее присутствие – “плохо” и “система неправильная ”. �?

холодный резерв

на этом исследование вопроса архитектурной правильности заканчивается. Однако, как и в любом другом деле, суть, на самом деле, лежит несколько глубже.

Дело в том, что “отсутствие единой точки отказа” это “инструмент” для достижения высокой доступности, но не “цель”. “No SPOF” это одно из средств достижения доступности, но не сама доступность как таковая, средство, одно из, а не цель, часто необходимое, но не достаточное условие.

Что же, в таком случае, на самом деле определяет годность решения?

Мне представляется, что это удовлетворение требованиям по RPO/RTO для данной конкретной бизнес-задачи.

Термины RPO/RTO хорошо известны специалистам в области защиты данных и резервного копирования. RPO, Return Point Objective – это “точка доступности данных”, в случае их потери. RTO, Return Time Objective – это время, которое неоьходимо системе для восстановления своей работы, и возобновления обслуживания.

Например, если вы делаете резервное копирование вашей базы данных раз в сутки по вечерам, после окончания рабочего дня, в 21:00, то RPO для вашей системы будет 21:00 вечера предыдущего дня, то есть момент начала создания резервной копии.

Допустим, вы потеряли данные, восстановили их из бэкапа по состоянию на 21 час прошлого дня. Восстановление базы заняло 40 минут. Если у вас работает база данных, то вам еще надо актуализировать ее состояние из archive logs, накатив изменения, записанные с 21:00 по текущее время. Допустим, это заняло 15 минут. �?того, RTO, в вашем случае – 55 минут.

Плохо это или хорошо? Невозможно ответить с точки зрения IT. Ответ должен дать бизнес, которому вы служите. Для какой-то задачи даже 10 минут простоя это много. Какая-то вполне готова подождать пару часов, а какие-то задачи вполне могут и сутки постоять, ничего страшного не случится. Падение биржи NYSE может быть чревато паникой в масштабах глобальной экономики. Падение сети обслуживания банкоматов крупного банка, который за 10 минут периода простоя мог бы обработать десятки тысяч обращений “физиков”, это еще не паника, но все еще очень неприятно. А хостинг домашних страничек вполне может и сутки полежать с сообщением “�?звините, ведутся работы”, в лучшем случае выплатив клиентам неустойку за сутки простоя.

Разумеется, бизнес будет требовать нулевого RPO/RTO, это всегда так, они всегда это требуют. 🙂 Однако следует помнить, что все стоит денег, и каждое улучшение ситуации с временем недоступности стоит денег, причем часто растет по экспоненте, каждое следующее улучшение этих параметров обойдется бизнесу все дороже и дороже.

Поэтому, как правило, бизнес и IT обычно приходят к некоему компромиссу. Компромисс этот, как правило, сегментирован по задачам. Но в конечном счете бизнес и IT, совместно вырабатывают какие-то требования по RPO/RTO.

�? система, которая выполняет эти требования, система, удовлетворяющая этим требованиям бизнеса, за примелемые для бизнеса деньги – это хорошая система . Система, которая не удовлетворяет им – плохая .

Обратите внимание, что в моем опредении “плохой” и “хорошей” системы я не использовал понятие “отсутствия единой точки отказа” вовсе.

Может ли быть хорошей, то есть удовлетворять требованиям бизнеса по RPO/RTO, система с наличием “единой точки отказа”? Да запросто. Если период восстановления работоспособности системы укладывается в заданные рамки – да пусть сколько угодно там будет точек отказа. В особенности, если ликвидация в решении всех “единых точек отказа” экономически нецелесообразна, потому что чрезмерно дорога для решаемой бизнесом задачи.

Помните, что надежность, это комплексный параметр, зависящий от множества факторов и множества участников. Создание сверхнадежного стораджа для хранения данных не сделает сверхнадежной вашу IT-систему, если к этому сверхнадежному, кластерному, без единой точки отказа, и по FC Dual Fabric подключены ненадежные сервера, без кластеризации и с истекшим сервисным контрактом, выполняющие собственно бизнес-приложение и бизнес-функцию. Помните, что как и в случае морской эскадры, скорость которой определяется скоростью самого медленного в ней корабля, надежность IT-системы определяется надежностью самого слабого в ней звена , а отнюдь не самого надежного.

В надежности нет “волшебной пули”, как нет и абсолютной надежности. �? наличие или отсутствие “единой точки отказа” в вашей части IT-системы может никак не отражаться на надежности бизнес-системы в целом. Всегда следует смотреть глубже, и задаваться целью, выполняются ли требования по RPO/RTO, необходимые бизнесу, и сколько это стоит. �? можно ли за те же деньги, или дешевле, найти решение, улучшающее этот показатель, и каким образом.

А не просто фетишировать на один из множества инструментов для достижения этой цели.

Метки: RPO, RPO/RTO, RTO, SPOF
Рубрика: justread | Комментариев нет

Резервирование дисков и каналов

При использовании зеркального диска есть вероятность повреждения единых для обоих дисков канала, контроллера и блока питания.

OS NetWare 386 может резервировать целиком каналы, при этом используются два контроллера, к которым соответственно подключены два диска. Для питания этих контроллеров и дисков используются два блока питания.

Горячее резервирование серверов

Восстановление данных с зеркального диска может потребовать, в зависимости от объема диска, времени порядка нескольких часов. Иногда такая задержка в работе сети является совершенно недопустимой.

Относительно недавно фирма Novell разработала сетевую OS NetWare System Fault Tolerance Level III (SFT III) версии 3.11. Эта OS обеспечивает горячее резервирование серверов.

Система NetWare SFT III состоит из двух серверов, соединенных между собой скоростной линией связи, с использованием специальных адаптеров MSL (Mirrored Server Link).Эти адаптеры могут соединяться коаксиальным кабелем длиной до 33 метров или оптоволоконным кабелем длиной до 4 километров.

Выход из строя одного сервера не влечет за собой остановку работы сети — в дело автоматически включается резервный сервер. Благодаря высокоскоростному каналу связи диски резервного сервера содержат те же файлы, что и диски основного, поэтому никакого восстановления данных не требуется. Можно ремонтировать один из двух используемых серверов без остановки всей системы, что очень важно, если система должна работать круглосуточно.

Глава II. Техническое построение локальной сети

Постановка задачи

Целью курсовой является организация локальной сети и выход в Интернет в жилом доме

Для решения поставленной цели в курсовой работе решаются следующие задачи:

· Выбор топологии и кабельной системы сети;

· Выбор сетевого оборудования;

· Выбор программного обеспечения.

Необходимо разработать рациональную, гибкую структурную схему сети жилого дома, предусмотреть режимы быстрого обновления оперативной информации на сервере, а так же проработать вопросы необходимого уровня защиты данных.

Построение сети

Для решения первой задачи мною была выбрана топология «Звезда» так как:

Традиционно считается, что локальные сети должны строиться по топологии "звезда", а кольцевая архитектура присуща серьезным телекоммуникационным системам на основе SDH/ATM (это очень эффективное средство повышения надежности в телефонии, где несколько АТС могут продолжать работать независимо от вышедшего из строя узла).

Однако, любая многосвязная архитектура более надежна, чем простое соединение. И кольцо Ethernet не исключение. С распространением недорогих коммутаторов, поддерживающих STP (протокол покрывающего дерева), использование резервных связей стало достаточно простым процессом, не требующим вмешательства администраторов сети.

Горячий резерв

При использовании "кольца" в случае выхода из строя какого-либо узла (или части кабельной системы) работоспособность сети в целом сохраняется.

Однако, кольцевая топология является избыточной по числу связей, а значит и более дорогой. А вопрос надежности стоит не слишком остро из-за небольших размеров ЛВС.

Очевидно что с точки зрения надёжности предпочтительнее топология «кольцо», но так как для домашней сети значительнее актуальнее вопрос стоимости сети и, учитывая, трудности возникающие при прокладке кабеля, то в итоге топология «звезда» является наиболее оптимальной.

Для решения задачи выбора кабельной системы сети мною был выбран кабель витая пара категории «cat5e» так как:

Для абонентской системы здания оптимальным выбором служит витая пара категории 5е. Она позволяет передавать данные со скоростью 100мбит/c, удобна в прокладке, обладает достаточно низкой стоимостью и отвечает всем требованиям по надёжности, предъявляемым к абонентской системе.

Учитывая низкий общий бюджет проекта, очевидным выбором для магистральных соединений становилась витая пара категории 5e для внешней проводки. Её существенным недостатком является низкий уровень защищённости от внешних электромагнитных наводок и статического напряжения, что сказывается на общей надёжности сети, но этот недостаток подавляется прокладкой кабеля в специальных кабель каналах, отдельно от общедомой электропроводки.

Для решения задачи выбора сетевого оборудования, мною были выбраны 2 коммутатора D-Link DES-3028, так как управляемые коммутаторы второго уровня серии DES-3028 представляют собой наиболее эффективное решение в категории управляемых сетевых коммутаторов начального уровня. Обладая богатым функционалом, эти коммутаторы предоставляют недорогое решение по созданию безопасной и эффективной сети отделов предприятий малого и среднего бизнеса, а также промышленных предприятий. Также эта серия является оптимальным по соотношению «цена/функционал» решением уровня доступа сети провайдера услуг. Отличительными функциями данного коммутатора являются высокая плотность портов, 4 гигабитных порта Uplink, небольшой шаг изменения настроек для управления полосой пропускания и улучшенное сетевое управление. Эти коммутаторы позволяют оптимизировать сеть как по функционалу, так и по стоимостным характеристикам.

Главный и идинственный сервер в сети должен обеспечивать:

· WEB — сервер

· Файловое хранилище

· P2P – трекер

· Выступать посредником между серверами интернет-провайдера и локальной сетью

Для решения этой задачи мною было принято решения отказатся от специализированных серверных решений и выбрать систему примерной конфигурации:

· Процессор: Core 2 Quad Q9650

· Память: 8Gb DDR II

· 2x 1,5Tb HDD обьедененых в RAID 0

В качестве сетевой ОС была выбрана Ubuntu Server x64, так как эта ОС имеет ряд огромных плюсов, такких как:

· Бесплатность в отличии, например, от Windows Server

· Гибкость конфигурации

· Наличие всего необходимого софта в базовом пакете

· Поддердка практически всего оборудования

· Регулярные обновления и наличие русскоязычного сайта поддержки