Voting-based approximation of dependability attributes and its application to redundancy schemata in distributed computing environments

Van bedrijfskritische gedistribueerde applicaties wordt in toenemende mate verwacht dat ze uiterst betrouwbare kenmerken vertonen, met name op het gebied van beschikbaarheid en tijdigheid. Voor dit soort toepassingen zal een volledige stopzetting of een subnormale prestatie van de dienst die ze leveren, evenals laattijdige of ongeldige resultaten, met grote waarschijnlijk leiden tot aanzienlijke financiële verliezen, milieurampen of menselijk letsel. Softwarecomponenten die deel uitmaken van gedistribueerde computersystemen kunnen echter lijden onder de beperkingen en uitdagingen die inherent zijn aan zulke omgevingen, zoals lange responstijden of tijdelijke onbeschikbaarheid. Het toepassen van klassieke redundantie-gebaseerde fouttolerante ontwerppatronen, zoals NVP, in zeer dynamische gedistribueerde computersystemen leidt niet noodzakelijkerwijs tot de verwachte verbetering van de betrouwbaarheid. Dit komt voornamelijk voort uit statische en vooraf gedefinieerde redundantieconfiguraties die binnen dergelijke betrouwbaarheidsstrategieën toegepast worden, wat op zich een negatieve invloed kan hebben op de algehele effectiviteit van het systeem, ten minste vanuit de volgende twee invalshoeken. Ten eerste kan een statische, context-agnostische redundantieconfiguratie op termijn leiden tot een snellere uitputting van de beschikbare redundantie. Daardoor is het mogelijk dat eventuele verstoringen die de operationele status (context) van de onderliggende componenten niet naar behoren kunnen worden gecompenseerd. Ten tweede bepaalt de hoeveelheid redundantie, in combinatie met het stemalgoritme, hoeveel simultaan falende versies een NVP-schema kan tolereren. Een vooraf bepaald niveau van redundantie is echter niet kosteneffectief: wanneer het werkelijke aantal storingen lager zou zijn dat wat tijdens de ontwerpfase vooropgesteld werd, dan zou een kleinere hoeveelheid redundantie (tijdelijk) volstaan, waardoor de computationele kost gereduceerd kan worden, en mogelijk tevens de kost van het daaraan geassocieerde energieverbruik.In dit proefschrift wordt een nieuwe betrouwbaarheidsstrategie geïntroduceerd die geavanceerd redundantiebeheer toevoegt aan NVP, met als doel de interne redundantieconfiguratie autonoom af te stemmen op de waargenomen verstoringen. Deze adaptieve fouttolerante strategie is ontworpen om een hoge beschikbaarheid en betrouwbaarheid te handhaven en kan redundantieniveau en de selectie van functioneel equivalente componenten die door het redundantieschema worden gebruikt, dynamisch aanpassen. Daarbij berust het algoritme op een aantal metrieken om de doeltreffendheid van de redundantieconfiguratie en de gebruikte onderliggende componenten te evalueren, op vlak van betrouwbaarheid en tijdigheid. Simulatietechnieken werden aangewend om de kenmerken van het algoritme, het systeem en de omgeving waarin het zal functioneren te modelleren. Hierdoor kon de doeltreffendheid van het algoritme geanalyseerd worden, en werd aangetoond hoe het algoritme de tekortkomingen aanpakt die typisch verbonden zijn aan het gebruik van de conventionele NVP-techniek.

Jaar van publicatie:2020

Trefwoorden:Doctoral thesis

Toegankelijkheid:Open