基于企业服务总线的信息管理系统可靠性分析

陈　玮　顾思思

1(邵阳学院电气工程系　湖南 邵阳 422004)2(湖南科技学院计算机与通信工程系　湖南 永州 425199)



基于企业服务总线的信息管理系统可靠性分析

陈玮1顾思思2

1(邵阳学院电气工程系湖南 邵阳 422004)2(湖南科技学院计算机与通信工程系湖南 永州 425199)

为了提高信息管理系统可靠性和生存能力，提出一种基于企业服务总线的信息管理系统可靠性分析方法。首先根据系统可靠度和可用性是系统可靠性和生存能力评估的关键指标进行建模，然后通过仿真实验对企业服务总线信息管理系统模型的可靠度及可用度进行分析。仿真结果表明，该方法可以提高系统可靠性和抗攻击的能力。

信息管理系统可靠性硬件故障软件故障

0　引　言

随着企业信息化建设的高速发展，企业的运营规模正在急剧扩大，针对不同业务开发的应用系统数量成倍增长，而企业对其业务系统的信息和数据整合的要求却越来越高[1]。可用性是将系统的可靠性、维修性及保障特性变换成效能时的一个参数[2]。可修复串联系统指在多个不同部件组成的系统中，一个或多个部件同时发生故障，则整个系统处于瘫痪状态，此时对所有故障部件进行维修，只有当所有部件都修复成功时系统才能再次正常运行[3]。基于企业服务总线的信息管理系统可以抽象为一个可修复串联系统，本文主要研究多部件串联可修复系统的可靠性模型[4-6]。

1　模型描述

图1　信息管理系统的结构

将一基于企业服务总线的信息管理系统从信息交换传输角度进行抽象建模，基于企业服务总线的信息管理系统由n(n=5)个不同子系统(部件)组成[7，8]。系统模型结构示意图如图1所示，该模型中信息发送端计算机系统与信息接收端计算机系统是网络系统中两个独立硬件系统，相互间必须通过交换平台计算机系统进行数据信息交换路由。企业服务总线软件系统用于支持信息管理系统的功能实现，网络系统对整个系统中的信息进行传输。设定该系统的故障、修复时间都满足几何分布[4]。当有大于等于一个部件发生故障时，该企业服务总线信息管理系统不能正常运行，当且仅当所有部件都被修复成功时系统才能再次正常运行。本文设系统各部件的故障率和修复率为常数，此时系统的状态满足马尔可夫过程，可准确得到系统可靠度和可用度的解析形式[9，10]。

2　模型求解

企业信息管理系统模型的可靠性由系统可靠度与瞬时可用度体现，下面对可靠度与瞬时可用度的定义进行相关说明。

2.1系统可靠度

在企业信息管理系统中，外在因素的攻击通常对硬件系统没有影响，而软件系统、网络系统易受到病毒攻击，发生一系列故障。m=1，表示硬件只受到自身故障影响，m=1，2表示软件系统、网络系统的故障率。即有：

假设在t时刻有且仅有一个部件出故障为事件A，该串联系统中事件A的概率为P(A)：

(1)

设t时刻有且仅有两个部件同时发生故障为事件B，该串联系统中事件B的概率为P(B)：

(2)

综合上述可得企业服务总线系统可靠度，即有:

Sm(t)=Sm(t-1)×(1-P(A)-P(B))

(3)

(4)

对式(4)进行迭代可以得到:

(5)

在企业信息管理系统中，信息发送端、交换平台、信息接收端的系统模型的可靠度为S′(t)=S1(t)(n=1，2，3)。软件系统、网络系统所组成的系统模型可靠度为S″(t)=S1(t)orS2(t)(n=4，5)，那么整个企业服务总线系统模型的可靠度为S(t)=S′(t)andS″(t)。

2.2系统瞬时可用度

其中:

(6)

(7)

(8)

3　仿真实验

3.1仿真条件

为了测试本文提出的基于企业服务总线的信息管理系统可靠性性能，在Intel Core(TM) 2.65 GHz CPU，8 G RAM，Windows 7操作系统的计算机中，采用Matlab 2012进行仿真实验。企业信息管理系统包括信息发送端、交换平台、信息接收端、网络传输系统，硬件系统固有故障率和修复率如表1所示。软件系统、网络系统的固有故障率、病毒引起故障率及修复率如表2所示。

表1　信息管理系统的硬件故障率及修复率

表2　信息管理系统的软件、网络故障率及修复率

3.2结果与分析

图2　硬件系统故障对系统可靠度的影响

通过对企业信息管理系统的信息发送端、交换平台、信息接收端共3个硬件部件的可靠度进行仿真实验，企业信息管理系统的可靠度变化曲线如图2所示。从图2可以清楚看出，随着系统运行时间的增加，系统的可靠性越来越差，尤其是企业信息管理系统运行前期，由于硬件固有故障率增加，企业信息管理系统的可靠度下降速率十分快，达到一定的时间后，企业信息管理系统的可靠度处于一种稳定状态，在20%的上下进行波动。

在系统模型中，由部件固有故障和受病毒攻击共同产生的故障所得到的系统可靠度为S″(t)。

S″(t)=P(aorb)=P(a)+P(b)-P(aandb)

(9)

其中，部件固有故障和受攻击故障是相互独立事件，系统可靠度a和b也相互独立，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)

此时得到软件、网络系统模型的可靠度S″(t)如图3所示。从图3可知，系统可靠度与部件固有故障时的可靠度平均相差约25.2%，而与部件只受攻击而产生故障时的可靠度平均相差约0.78%。说明在企业信息管理系统中，部件因遭受攻击而产生的故障是部件故障的主要原因，这意味着需要采取有效措施来提高部件抗攻击的能力。

因为硬件系统模型的可靠度和软件系统、网络系统所组成模型的可靠度相互独立，因此可由式(11)得到该企业信息管理系统模型的可靠度如图4所示。由图4知，企业服务总线系统可靠度在前100天，随时间增长，下降迅速，在100天时，系统可靠度降到20%以下，而在100天后，下降速率变缓，当到300天时，系统可靠度变化几乎为0。

S(t)=S′(t) andS″(t)=S′(t)×S″(t)

(11)

图3　　　　软件系统故障对系统可靠度的影响

图4　　　　企业信息管理系统可靠度

3.3系统瞬时可用度

当m=1，n=1～3时，得到硬件系统模型的系统瞬时可用度如图5所示，其中横坐标t为天数，纵坐标A′为部件只发生固有故障时系统的可靠性。当m=1，n=4，5时，得到软件系统、网络系统模型的系统瞬时可用度如图6所示。其中横坐标t为天数，纵坐标Aa为部件只发生固有故障时系统的系统瞬时可用度。

图5　硬件系统的可靠性(m=1，n=1，2，3)

图6　软件、网络系统模型的瞬时可用度(m=1，n=4，5)

从图5知，当硬件系统只有固有故障率时，系统瞬时可用度随时间呈下降趋势。在前35天时，随着时间的增加，可靠性下降迅速，从约99%下降到约97.3%；当多于35天时，下降速度趋于平缓，基本上保持在96.67%以上。从图6知，当软件、网络系统模型只有固有故障率时，系统的瞬时可用度的变化趋势与硬件系统相似。在前35天时，下降迅速，从约99%下降到约97.53%；多于35天时，下降速度趋于平缓，基本保持在97.37%以上。

由部件固有故障和受攻击故障共同产生的故障所得到的系统瞬时可用度记作A″(0,0)(t)。

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

(12)

其中，该系统模型的瞬时可用度a′和b′也相互独立，因此P(a′ andb′)=P(a′)×P(b′),得到A″(0,0)(t)如下：

(13)

图7　软件、网络系统的瞬时可用度

系统瞬时可用度如图7所示。通过对图5-图7的仿真结果进行分析，可以清楚看出，信息管理系统可靠性与固有故障时的瞬时可用度相差比较大，超过了10%；与受攻击故障时的瞬时可用度相差较小，在5%以下。实验结果表明，在企业信息管理系统中，部件遭受攻击导致系统发生故障是系统瞬时可用度下降的主要原因。

3.4修复率对系统可靠度的影响

在信息管理系统建立成功后，系统固有故障率一般都是自动产生，提高修复成功率可以通过改进管理策略、升级部件等相关措施完成。为了测试不同修复概率条件下，信息管理系统的可靠度变化，对它们进行仿真测试，测试结果如图8所示。

信息管理系统中的软件系统与固有故障率、病毒攻击及修复率之间的变化关系如图9所示。从图8和图9可知，在保持故障率不变的情况下，平均修复率得到了相应提高，这表明通过提高部件修复率可以提高系统的可靠性。

图8　硬件系统中固有故障率、修复率所占比率

图9　固有故障率、病毒攻击以及修复率所占比率

4　结　语

随着技术的不断进步，信息管理系统的可靠性越来越重要。为了提高信息管理系统可靠性，提出一种基于企业服务总线的可靠分析方法，并通过仿真实验对该方法的性能进行综合测试。实验结果表明，在所有影响因素中，故障率和病毒攻击是导致信息管理系统性能下降的最主要原因，系统部件修复率也是影响信息管理系统可靠性的重要因素。因此，为了提高信息管理系统的可靠性，首先需要降低系统各部件的故障率，然后提高系统的安全性，防止系统受到攻击。最后，对系统的故障应该及时修复。

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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)

In order to improve the reliability and survivability of information management system,this paper proposes an enterprise service bus-based analysis method for the reliability of information management system.First of all,the method builds the model according to the key indexes of system reliability and availability which are critical to evaluating the system reliability and survivability,then it analyses the reliability and availability of the enterprise service bus information management system model by simulation experiment.Simulation results show that the proposed method can improve the system in terms of reliability and anti-attack ability.

Information management systemReliabilityHardware failureSoftware failure

2014-06-06。湖南省教育厅科学研究项目(13C847)。陈玮，讲师，主研领域：嵌入式系统及应用。顾思思，讲师。

TP391

A

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