Biztonságkritikus rendszerek Gyakorlat: Megbízhatósági analízis

Hasonló dokumentumok
Megbízhatósági analízis

Szolgáltatásbiztonság verifikációja: Megbízhatósági analízis

Biztonságkritikus rendszerek Gyakorlat: Architektúrák

A szolgáltatásbiztonság alapfogalmai

Architektúra tervezési példák: Architektúrák biztonságkritikus rendszerekben

Biztonságkritikus rendszerek

Szoftver architektúra tervek ellenőrzése

A szolgáltatásbiztonság analízise

Működésbiztonsági veszélyelemzés (Hazard and Operability Studies, HAZOP) MSZ

A szolgáltatásbiztonság alapfogalmai

Sztochasztikus temporális logikák

Kritikus Beágyazott Rendszerek

MŰSZAKI MEGBÍZHATÓSÁGÁNAK VIZSGÁLATI MÓDSZEREI EXAMINATION METHODS FOR EVALUATING RELIABILITY IN COMPLEX MILITARY RECONNAISSANCE SYSTEMS.

A szolgáltatásbiztonság alapfogalmai

Szoftverminőségbiztosítás

Elemzési módszerek. Egyes módszerek ágazat-specifikusak, mások teljesen általánosan használatosak. A leggyakoribb veszélyelemző módszerek:

Modulzáró ellenőrző kérdések és feladatok (2)

A kockázatelemzés menete

Modulzáró ellenőrző kérdések és feladatok (2)

Autóipari beágyazott rendszerek. Kockázatelemzés

A fejlesztési szabványok szerepe a szoftverellenőrzésben

Fejlesztés kockázati alapokon

Architektúra tervek ellenőrzése

Hibatűrés. Majzik István Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

MARCONI (Ericsson) SDH felügyeleti rendszerének mérése

Biztonságkritikus rendszerek architektúrája

Rendszermodellezés. Modellellenőrzés. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Folyamatmodellezés és eszközei. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Valószínűségi modellellenőrzés Markov döntési folyamatokkal

BME Járműgyártás és -javítás Tanszék. Javítási ciklusrend kialakítása

Biztonságkritikus rendszerek architektúrája (2. rész)

Norway Grants. Az akkumulátor mikromenedzsment szabályozás - BMMR - fejlesztés technológiai és műszaki újdonságai. Kakuk Zoltán, Vision 95 Kft.

Szoftverminőségbiztosítás

IV.3. MODELL-ALAPÚ MÓDSZER KIDOLGOZÁSA IT INFRASTRUKTÚRÁK ROBOSZTUSSÁGÁNAK ELEMZÉSÉHEZ KOCSIS-MAGYAR MELINDA

Informatikai rendszertervezés (VIMIAC01) VIZSGA MINTA Név: NEPTUN:

Szolgáltatásbiztos rendszerek: Architektúra tervezési példák

Alapszintű formalizmusok

Folyamatmodellezés és eszközei. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Zárthelyi mintapéldák. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Biztosítóberendezések biztonságának értékelése

Szoftver értékelés és karbantartás

A BIZTONSÁGINTEGRITÁS ÉS A BIZTONSÁGORIENTÁLT ALKALMAZÁSI FELTÉTELEK TELJESÍTÉSE A VASÚTI BIZTOSÍTÓBERENDEZÉSEK TERVEZÉSE ÉS LÉTREHOZÁSA SORÁN

Szolgáltatás mérés/riportolás magas fokon Egy valós megoldás Pepsi berkekben

Architektúra tervek ellenőrzése

1002D STRUKTÚRÁJÚ, KRITIKUS ÜZEMBIZTONSÁGÚ RENDSZER (SCS 1 ) ELEMZÉSE DISZKRÉT-DISZKRÉT MARKOV MODELLEL

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

Az előadásdiák gyors összevágása, hogy legyen valami segítség:

Szoftver karbantartás

Tantárgyi kommunikációs dosszié

2. gyakorlat RENDSZEREK MEGBÍZHATÓSÁGA: SOROS RENDSZEREK, REDUNDANCIA. Összeállította: Farkas Balázs

Hálózatba kapcsolt adatbázisok. Erős Levente, TMIT 2011.

Veszély analízis. Rendszertervezés és -integráció előadás dr. Majzik István

The modular mitmót system. DPY kijelző kártya C API

Ellátási lánc optimalizálás P-gráf módszertan alkalmazásával mennyiségi és min ségi paraméterek gyelembevételével

Autóipari beágyazott rendszerek. Komponens és rendszer integráció

Autóipari beágyazott rendszerek. Funkcionális biztonságossági koncepció

62. MEE Vándorgyűlés, Síófok 2015 Szetember Csernoch Viktor, ABB Components. Vacuum Tap-Changers Minősítése

Autóipari beágyazott rendszerek. Integrált és szétcsatolt rendszerek

Az informatikai biztonsági kockázatok elemzése

Sztochasztikus Petri-hálók

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 4

GÁZTURBINÁK ÜZEME ÉS KARBANTARTÁSA. Gőz Gázturbinák Gyakorlati Alkalmazásai

SZOLGÁLTATÁS BIZTOSÍTÁS

Tantárgyi kommunikációs dosszié

Mintapélda: Rendszertesztelés a SAFEDMI projektben

WAGO PLC-vel vezérelt hő- és füstelvezetés

Gyakorló feladatok: Formális modellek, temporális logikák, modellellenőrzés. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

A statisztikai élettartam elemzés alkalmazása és korlátai a villamosenergia hálózat eszközgazdálkodásában

IEC Basic Engineering -től a Leszerelésig

Járműinformatika A járműinformatikai fejlesztés

Fejlesztés kockázati alapokon 2.

Előadó: Nagy István (A65)

Tartalom. Soros kompenzátor tervezése 1. Tervezési célok 2. Tervezés felnyitott hurokban 3. Elemzés zárt hurokban 4. Demonstrációs példák

Két diszkrét változó függetlenségének vizsgálata, illeszkedésvizsgálat

Specifikáció alapú teszttervezési módszerek

Biztonsági folyamatirányító. rendszerek szoftvere

Alapvető karbantartási stratégiák

PCS100 UPS-I Ipari felhasználási célú UPS

Specifikáció alapú teszttervezési módszerek

Két típusú összeköttetés PVC Permanent Virtual Circuits Szolgáltató hozza létre Operátor manuálisan hozza létre a végpontok között (PVI,PCI)

Multiprotocol encapsulation (RFC1483) - IETF Classical IP over ATM (RFC1577) - IETF LAN Emulation (LANE) - ATM Forum Multiprotocol over ATM (MPOA) -

Közlekedési automatika Biztonsági architektúrák

Nagy bonyolultságú rendszerek fejlesztőeszközei

Rendszermodellezés. Hibamodellezés (dr. Majzik István és Micskei Zoltán fóliái alapján) Fault Tolerant Systems Research Group

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 3

Közlekedési automatika Biztonságintegritás, életciklus modellek

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 3

Építsünk IP telefont!

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 7.

R-KORD Kft Präsentation LED.pptx - Fordította: Nikli Barbara

Oktató laboratóriumban használható virtuális neutron detektor prototípusának elkészítése. OAH-ABA-18/16 Készítette: Huszti József, Szirmai Károly

Informatikai technológiák szakirány Rendszertervezés ágazat

A hibakezelés tesztelése: Hibainjektálás

Modern hálózattervezés a GIS és hálózatszámítás felhasználásával

Biztonságkritikus rendszerek

MAB3 alállomási irányítástechnika

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa

Dr. BALOGH ALBERT: MEGBÍZHATÓSÁGI ÉS KOCKÁZATKEZELÉSI SZAKKIFEJEZÉSEK FELÜLVIZSGÁLATÁNAK HELYZETE

Digitális technika (VIMIAA02) Laboratórium 1

Autóipari beágyazott rendszerek Dr. Balogh, András

Átírás:

Biztonságkritikus rendszerek Gyakorlat: Megbízhatósági analízis Rendszertervezés és -integráció dr. Majzik István Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék BME-MIT

Megbízhatósági blokk diagram használata BME-MIT 2.

Ismétlés: Megbízhatósági blokk diagram Blokkok: Kapcsolás: Utak: Komponensek (hibamódjai) Soros vagy párhuzamos kapcsolat Működőképes rendszerkonfigurációk o Működőképes a rendszer, ha van út a megbízhatósági blokkdiagramon a kezdőponttól a végpontig hibamentes komponenseken keresztül (komponens hibák ezt megszakítják ) Soros (nem redundáns komponensek): Párhuzamos (redundáns komponensek): K 1 K 1 K 2 K 3 K 2 K 3 BME-MIT 3.

Feladat: Felügyeleti rendszer analízise Egy ipari folyamat felügyeleti rendszere a következő komponensekből áll: 4 adatgyűjtő egység, 3 vezérlő egység, 2 felügyeleti szerver, 1 naplózó szerver, és az ezeket összekötő hálózat. A 2 felügyeleti szerver melegtartalékolt. Az adatgyűjtő egységek és vezérlők egy (kritikus) része melegtartalékolt: 2 adatgyűjtő és 2 vezérlő egység található melegtartalékoltan. Az egyes komponensek megbízhatósági adatai a következők (órában mérve, a javítások egymástól függetlenül végezhetők): Adatgyűjtő Vezérlő Felügyeleti Naplózó Hálózat egység egység szerver szerver MTTF 9000 12000 4500 2000 30000 MTTR 2 3 5 1 2 Rajzolja fel a felügyeleti rendszer megbízhatósági blokkdiagramját! Számítsa ki a felügyeleti rendszer készenlétét (aszimptotikus rendelkezésre állását) a fenti adatokat felhasználva! Hány óra átlagosan a felügyeleti rendszer kiesése egy évben? BME-MIT 4.

Megoldás: Felügyeleti rendszer analízise Megbízhatósági blokkdiagram: Adatgyűjtő Vezérlő Felügyeleti szerver Adatgyűjtő Adatgyűjtő Vezérlő Naplózó szerver Hálózat Adatgyűjtő Vezérlő Felügyeleti szerver Komponens szintű készenlét értékek: K = MTTF / (MTTF+MTTR) Adatgyűjtő egység Vezérlő egység Felügyeleti szerver Naplózó szerver Hálózat MTTF 9000 12000 4500 2000 30000 MTTR 2 3 5 1 2 K KA=0,99977 KV=0,99975 KF=0,99889 KN=0,9995 KH=0,99993 Rendszerszintű készenlét: KA*KA*(1-(1-KA) 2 )*KV*(1-(1-KV) 2 )*(1-(1-KF) 2 )*KN*KH = 0,9987362 Ez kb. 11 óra kiesést jelent évente. BME-MIT 5.

Feladat: Hőmérséklet szabályozó analízise Egy hőmérséklet szabályzó komponensei egy fűtőszál, egy kapcsoló relé, egy mikrokontroller és két redundáns hőmérő (egy hőmérő meghibásodása esetén semmilyen értéket nem ad a mikrokontrollernek). Egy-egy komponens megbízhatósági jellemzői a következők: Fűtőszál Relé Mikrokontroller Hőmérő MTTF (óra) 25.000 40.000 30.000 10.000 MTTR (óra) 2 2 6 2 Rajzolja fel a hőmérséklet szabályzó megbízhatósági blokk diagramját! Adja meg képlettel, hogy a fenti jellemzők alapján hogyan számítható ki a hőmérséklet szabályzó készenléte (aszimptotikus rendelkezésre állása) amennyiben a hibás komponensek javítása mindig megtörténik! Elegendő a képletet felírni, a számítást nem kell elvégezni. BME-MIT 6.

Kombinatorikus megbízhatósági analízis (esettanulmány) BME-MIT 7.

A feladat Egy SCADA rendszer megbízhatósági analízise o Adatgyűjtő komponensek: Hardver modulok (kártyák) o Felügyeleti komponensek: Technológiai adatbázisszerver és operátori munkaállomások Hierarchikus számítások: Alulról felfelé o Kártya szint: Elektronikai komponensek Nem redundáns kialakítás o Hálózat szint: Hálózati eszközök és összeköttetések Redundáns hálózati összeköttetések o Felügyeleti szint: Szerverek és munkaállomások Redundáns szerverek Redundáns szerver komponensek (RAID) BME-MIT 8.

Az architektúra áttekintése BME-MIT 9.

Kártya szint: Kártyánként adott alkatrészlista Component name Type Additional data Quantity Panduit D1 Connector Rectangular 1 Panduit D2 Connector Rectangular 1 74AHCT14 IC-Digital Standard 3 74HC/HCT540 IC-Digital Standard 2 74HC/HCT541 IC-Digital Standard 3 PALCE16V8 IC-Digital PAL 1 HMA124 Optoelectronic Optocoupler 16 MB6S IC-Digital Standard 16 Resistor Resistor General purpose (RC) 32 Resistor Resistor Fixed, high dissipation film 32 Capacitor Capacitor Tantalum - solid electrolyte 17 Capacitor Capacitor Ceramic class II. 41 SMD led Optoelectronic Solid State Lamp 16 U22-DI016-C3 PWB 1 SOD80 BZV55C LF Diode Zener 64 BME-MIT 10.

Elektronikai komponensek megbízhatósági adatai MIL-HDBK-217 o The Military Handbook Reliability Prediction of Electronic Equipment Telcordia SR-332 o Reliability Prediction Procedure for Electronic Equipment IEC TR 62380 o Reliability Data Handbook - Universal Model for Reliability Prediction of Electronic Components, PCBs, and Equipment Ground; stationary; weather protected Ground; stationary; non weather protected Ground; non stationary; moderate Ground; non stationary; severe BME-MIT 11.

Példa eszköz: ALD MTBF Calculator BME-MIT 12.

Példa eszköz: ALD MTBF Calculator BME-MIT 13.

Hardver modul hibagyakorisága: Soros modell Component name IEC 62380 reference Type Additional data Fault rate Quantity Panduit D461612 Default value Connector Rectangular 0,003625 1 Panduit D461612 Default value Connector Rectangular 0,007200 1 74AHCT14 Substituted with - IC-Digital A kézikönyv Standard alapján 0,014200 3 SN74AHCT14D kikeresve 74HC/HCT540 Substituted with - IC-Digital Standard 0,019000 2 CD74HC540E (MTBF Calculator) 74HC/HCT541 Substituted with - SN74AHCT541DW IC-Digital Standard 0,014000 3 PALCE16V8 Exact matching IC-Digital PAL 0,036000 1 HMA124 Default value Optoelectronic Optocoupler 0,011600 16 MB6S Default value IC-Digital Standard 0,012700 16 Resistor Default value Resistor General purpose (RC) 0,000232 32 Resistor Default value Resistor Fixed, high dissipation film 0,001047 32 Capacitor Default value Capacitor Tantalum - solid 0,000725 17 Hogyan electrolyte történt Capacitor Default value Capacitor Ceramic class II. 0,000223 41 SMD led Default value Optoelectronic ennek kiszámítása? Solid State Lamp 0,002000 16 U22-DI016-C3 Default value PWB 0,003403 1 SOD80 BZV55C Default value LF Diode Zener 0,011500 64 Module fault rate: 1,392021 failure per million hours BME-MIT 14.

Élettartam számítások Milyen élettartam esetén használhatók ezek a konstans meghibásodási gyakoriságok? o Ütemezett karbantartás (csere) előírható ezután IEC 62380: Life expectancy Leginkább korlátoz: Elektrolit kondenzátorok (kiszáradás) o Hőmérsékletfüggő o Kezdeti bevizsgálástól is függ o 25 C esetén kb. 100 000 óra (~ 11 év) BME-MIT 15.

Feladat: Felügyeleti szint RBD konstrukció Készítsük el a megbízhatósági blokk diagramot a felügyeleti szint rendelkezésre állásának vizsgálatához! Magas szintű struktúra: Server block Operator workstation block Engineering workstation Network components A blokkok részletezése: o Szerver blokk: Két redundáns szerver egység (átkapcsolható melegtartalék) Egy szerver egység részei az alaplap, két diszk RAID-1 konfigurációban és egy DVD-RW egység o Operátori munkaállomás blokk: Két munkaállomást tartalmaz (melegtartalékolva) o Mérnöki (konfigurációs) munkaállomás: Nincs redundancia o Hálózati komponensek: Nincs redundancia BME-MIT 16.

Megoldás: Felügyeleti szint RBD konstrukció Server block Operator workstation block Engineering workstation Network components Server unit Operator workstation Server unit Operator workstation Disk Motherboard DVD-RW Disk BME-MIT 17.

Eszközök megbízhatósági analízishez Kombinatorikus megbízhatósági modellekhez o hibafa, o eseményfa, o megbízhatósági blokk diagram, o FME(C)A, és Markov-láncokhoz is: o Relex 2009 (www.relex.com) o Item Toolkit (www.itemuk.com) o RAM Commander (www.aldservice.com) o Functional Safety Suite BME-MIT 18.

Kiegészítő anyag: HAZOP BME-MIT 20.

Hazard and Operability Analysis (HAZOP) Veszély- és működőképesség analízis Hibaszótár használata o NO, NONE: nincs működés o MORE: több eredmény o LESS: kevesebb eredmény o AS WELL AS: más, nem tervezett aktivitás o PART OF: csak részben valósul meg o REVERSE: az előírtak ellenkezője történik o OTHER THAN: egészen más történik, mint az előírt Alkalmazás beágyazott rendszerekben: az információ áramlásának vizsgálata (pl. folyamatábra alapján) o Lehetséges eltérések azonosítása o Az eltérésekhez tartozó veszélyek azonosítása o Okok azonosítása, kiküszöbölése BME-MIT 21.

Kiegészítő anyag: Markov-láncok BME-MIT 22.

Ismétlés: Markov modellek CTMC: Continuous Time Markov Chain o Diszkrét állapotok o Állapotátmenetek o Állapotátmenet gyakoriság (folytonos idő modell) Analízis o Tranziens: Állapotok valószínűségi időfüggvénye o Állandósult: Állapotok valószínűsége (határérték) Megbízhatósági analízis o Rendelkezésre állás: Hibamentes (U) állapotpartícióban lévő állapotok valószínűségeinek összege BME-MIT 23.

Ismétlés: CTMC megbízhatósági modell CTMC állapotok o Rendszerszintű állapotok: A komponens állapotok (hibamentes, hibás adott hibamód szerint) kombinációi CTMC átmenetek o Komponens szintű meghibásodás: Az állapotátmenet gyakoriság a meghibásodási tényező ( ) o Komponens szintű javítás: Az állapotátmenet gyakoriság a komponens javítási tényező (, a javítási idő reciproka) OK Fail o Rendszer szintű javítás: Az állapotátmenet gyakoriság a rendszerállapot javítási tényezője (javítási idő reciproka) BME-MIT 24.

Példa: CTMC megbízhatósági modell Két szerverből (A, B) álló rendszer: o Bármelyik szerver meghibásodhat o A szerverek külön-külön vagy együtt is javíthatók Rendszerszintű állapotok: Szerverek állapotai (jó / hibás) alapján Állapotátmenetek és gyakoriságok: o Az A szerver meghibásodása: o A B szerver meghibásodása: o Egy szerver javítása: o Teljes rendszer javítása: A meghibásodási tényező B meghibásodási tényező 1 javítási tényező 2 javítási tényező U partíció A B jó 1 A,B jó 2 B 1 A jó B A Nincs jó D partíció BME-MIT 25.

Ismétlés: Rendszerszintű jellemzők számítása A modell megoldása: o Tranziens analízis: (s 0, s, t) időfüggvények o Állandósult állapotbeli analízis: (s 0, s) valószínűségek Állapotpartíciók kijelölése o Rendszerszintű hibamentes U illetve hibás D Rendelkezésre állás: Készenlét: Megbízhatóság: 0 a t s U ( s, s, t) o Itt: A modell megoldása előtt a modell módosítása: D-ből U-ba vezető állapotátmenetek törlése i K A ( s, s ) s U 0 r t s U i i i 0 ( s, s, t) i i BME-MIT 26.

Feladat: Egy 2oo2 architektúra analízise Két csatorna szükséges a biztonsági funkcióhoz o Komparátor használt a hibadetektálásra o A komparátor nem tökéletes: Hibafedés kisebb, mint 100% o Javítás különbözik, ha a hiba detektált, illetve ha nem detektált (pl. ekkor csak a felhasználó veszi észre) Paraméterek: o Csatorna 1 hibagyakoriság: o Csatorna 2 hibagyakoriság: 1*10-6 hiba/h 2*10-6 hiba/h o Komparátor hibafedése: 99% o Detektált hiba javítási gyakoriság: 0,25 1/h o Nem detektált hiba javítási gyakoriság: 0,10 1/h Számítsuk ki a következő jellemzőket: o Készenlét (aszimptotikus rendelkezésre állás) o Állandósult állapotbeli valószínűsége a detektált illetve nem detektált hibás állapotnak BME-MIT 32.

Megoldás: 2oo2 architektúra analízise DetectingFault RepairingDetected Fault Detected Csatorna 1 vagy Csatorna 2 hiba és a komparátor detektál OK NotDetectingFault RepairingUndetected Fault Undetected Csatorna 1 vagy Csatorna 2 hiba és a komparátor nem detektál Paraméterek: Csatorna 1 hibagyakoriság: 1*10-6 hiba/h Csatorna 2 hibagyakoriság: 2*10-6 hiba/h Komparátor hibafedése: 99% Detektált hiba javítása: 0.25 1/h Nem detektált hiba javítása: 0.1 1/h Gyakoriságok: DetectingFault: (1*10-6 + 2*10-6 )*0.99 = 2.97*10-6 1/h NotDetectingFault: (1*10-6 + 2*10-6 )* (1-0.99) = 3*10-8 1/h RepairingDetected: 0.25 1/h RepairingUndetected: 0.1 1/h BME-MIT 33.

Megoldás: 2oo2 architektúra analízise Hibás állapotok valószínűsége: 1.2*10-5 + 3.0*10-7 Készenlét (aszimptotikus rendelkezésre állás): 99.99877% BME-MIT 34.