Availability assessment of critical computer systems in airspace control by analytical model of queueing theory.

Abstract

O transporte aéreo e a indústria de sistemas de defesa foram setores pioneiros na utilização de sistemas computacionais críticos, incrementando os níveis de automação nas atividades de controle do espaço aéreo. Com o crescimento desses setores, verificado pela expansão dos números de vôos, volumes de cargas e usuários, assim como pela ampliação e diversidade das operações militares, os sistemas de controle têm assumido maior complexidade técnica, introduzindo novos recursos de automação ou facilidades adicionais de apoio para funções exercidas manualmente. Essa situação tem ampliado a dependência dos serviços prestados, relativamente à disponibilidade dos sistemas computacionais. Diretrizes de projeto e procedimentos operacionais são estabelecidos para manter os níveis de segurança nos casos de falha, no entanto a disponibilidade torna-se parâmetro crítico, na medida em que algumas falhas podem afetar a eficiência nominal da prestação dos serviços. Nesse cenário, este trabalho propõe um modelo para avaliação da disponibilidade de sistemas de controle do espaço aéreo, a partir de recursos de análises da teoria de filas. Inicialmente é citado um modelo geral para análise de disponibilidade de data centers. Em seguida, é apresentada uma extensão do modelo geral para análise da disponibilidade em sistemas de controle do espaço aéreo. Para isso, considerou-se a intervenção humana existente nessa atividade, cujas decisões de controle são exercidas por operadores qualificados (controladores), tanto nas atividades inerentes ao serviço de controle, quanto nos casos de degradação, nos quais os operadores ou técnicos de manutenção assumem alguma tarefa de reparo, decorrente da eventual indisponibilidade de funções do sistema. Due to the growth in airspace utilization, which can be verified both in terms of the expansions in aerial movements, airports and volumes of transported passengers and cargo, as well as in terms of the expansion of military operations demands and diversity, airspace control activities have been increasing their technical complexity, introducing new features into the existent automation systems or creating additional resources for the automation of some functions previously performed by human operators. This situation has increased the dependence on the availability of the computer systems involved in the services provided by control centers. Project directives and operational procedures are established in order to maintain the safety integrity levels of the systems, in case any failure occurs. However, the availability becomes a critical parameter, once failure events can force an undesirable state of degraded operation, jeopardizing the nominal capacity of the services being performed through any controlled airspace. In this scenario, this work presents an availability model for the computer systems used in airspace control centers, based on analysis from queuing theory. A general model is first presented, referencing a case study that describes the use of queuing models to access the availability of generic data centers. Further considerations are introduced to extend this general model in order to propose its application for the specific computer systems used in airspace control centers, where operational control relies on human activities. In this case, system operation involves intensive use of human-machine interfaces (HMI), for the regular control services provided, and additional technical or operational maintenance activities, occasionally imposed to repair a momentary loss of any function of the system.