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Experimental Validation of the Suitability of Virtualization-Based Replication for Fault Tolerance in Real-Time Control of Electric Grids

Résumé

Real-time control systems (RTCSs) perform complex control and require low response times. They typically use third-party software libraries and are deployed on generic hardware, which suffer from delay faults that can cause serious damage. To improve availability and latency, the controllers in RTCSs are replicated on physical nodes. As physical replication is expensive, we study the alternative of exploiting virtualization technology to run multiple virtual replicas on the same physical node. As virtual replicas share the same resources, the delay faults they experience might be correlated, which would make such a replication method unsuitable. We conduct several experiments with an RTCS for electric grids, with multiple virtual replicas of its controller. We find that although the delay of a virtual machine is higher than of a physical machine, the correlation between high delays among the virtual replicas is insignificant, causing an overall improved availability.We conclude that virtual replication is indeed applicable to certain RTCSs, as it can improve reliability without added cost.

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Réalité virtuelle
vignette|250x250px|Personnel de l'U.S. Navy utilisant un simulateur de parachute. L'expression « réalité virtuelle » (ou multimédia immersif ou réalité simulée par ordinateur) renvoie typiquement à une technologie informatique qui simule la présence physique d'un utilisateur dans un environnement artificiellement généré par des logiciels. La réalité virtuelle crée un environnement avec lequel l'utilisateur peut interagir. La réalité virtuelle reproduit donc artificiellement une expérience sensorielle, qui peut inclure la vue, le toucher, l'ouïe et l'odorat (visuelle, sonore ou haptique).
Couche physique
vignette|Exemple d'interconnexions en niveau de couche physique Dans le domaine des réseaux informatiques, la couche physique est la première couche du modèle OSI (de l'anglais Open Systems Interconnection, « Interconnexion de systèmes ouverts »). La couche physique est chargée de la transmission effective des signaux électriques, radiofréquences ou optiques entre les interlocuteurs. Son service est généralement limité à l'émission et la réception d'un bit ou d'un train de bits continu (notamment pour les supports synchrones comme la fibre optique).
Système temps réel
En informatique, on parle d'un système temps réel lorsque ce système est capable de contrôler (ou piloter) un procédé physique à une vitesse adaptée à l'évolution du procédé contrôlé. Les systèmes informatiques temps réel se différencient des autres systèmes informatiques par la prise en compte de contraintes temporelles dont le respect est aussi important que l'exactitude du résultat, autrement dit le système ne doit pas simplement délivrer des résultats exacts, il doit les délivrer dans des délais imposés.
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