冗余技术及其应用

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1、第五章冗余技术及其应用杨秋伟湖南大学计算机与通信学院冗余技术概述目的提高信息的可靠性和安全性例如：双工、双机技术分类功能性冗余静态功能冗余和动态功能冗余结构性冗余硬件冗余、软件冗余和时间冗余5.1功能性冗余功能性冗余的内涵和外延内容：保证系统在进行信息加工和传输过程中的正确性目标：主要应用于信息冗余技术，提高信息的抗干扰能力主要功能——避免系统内部及系统之间等混乱、错误和失效阻止不符合设计要求和规格说明的信息输入阻止不符合设计要求和规格说明的信息输出阻止不符合设计要求和规格说明的输入输出关系发生5.1功能性冗余——静态功能性冗余输入/输出空间冗余数字系

2、统的真实输入/输出域是可输入/输出域的子集合例如：BCD译码器冗余度的计算RESI=(

3、UI

4、-

5、DSI

6、)/

7、UI

8、——静态输入功能冗余度RESO=(

9、UO

10、-

11、DSO

12、)/

13、UO

14、——静态输出功能冗余度5.1功能性冗余——静态功能性冗余输入输出空间关联冗余RESIO=(

15、UIO

16、-

17、DSIO

18、)/

19、UIO

20、——静态输入输出关联功能冗余度例如：对5个独立自然数(十进制个位数)求最小值的鉴别器静态输入功能冗余度为0静态输出功能冗余度为0静态输入输出关联冗余度输入输出空间105*101=106输入输出域105冗余度RESIO=(106-105)/106=

21、90%5.1功能性冗余——动态功能性冗余特征不仅仅涉及输入向量和输出向量，而且考虑到输入输出向量序列例如：一个四位(二进制)的向上计数器静态观点看输入、输出空间与输入、输出域相同动态观点只考虑输出序列长度为3(Qi,Qi+1,Qi+2)输出序列(0,1,2),(1,2,3),…,(14,15,0)长度为3的输出序列的组合有15*15*15=3375冗余度=（3375–15）/3375四位计数器计数脉冲输入Qi+1=Qi+1输出5.2结构性冗余结构性性冗余的内涵和外延内容：在系统中附加一定的重复部分目标：提高可信性主要方面硬件系统——电子元器件、部件，甚

22、至一个完整的硬件系统软件系统——语句、符号、函数、数据以及子程序的冗余执行时间——软件或硬件的执行时间5.2结构性冗余——软硬件系统的结构性冗余主动冗余——动态冗余系统中某一部分(或全部)的部件数超过了所需要的数目，删除这些冗余的任何部分，系统将不能正常运行被动冗余——静态冗余系统中某一部分(或全部)的部件数超过了所需要的数目，删除这些冗余部分系统可以继续正常运行混杂冗余结合了被动冗余和主动冗余的优点成本较高，设计复杂5.2结构性冗余——主动冗余目标检测系统中存在的错误(不试图定位故障)，使系统得以恢复实例floattotal=0.0;for(inti

23、=0;i

24、余——主动冗余改进的带比较器的双机系统处理器1存储器1处理器2存储器2软件比较双端存储器输出控制1输出控制2输出5.2结构性冗余——主动冗余备份系统——替换系统n个相同的模块，由一个模块担任正常运行任务，并输出结果其它n-1个模块作为备份，或称为替换系统一个错误检查器用来检测运行模块的错误一旦发现错误，该运行模块停止运行，替换模块之一取代运行备份系统分类热备份——n个模块同时运行，由输出选择器选择一个模块作为输出冷备份——只有一个模块运行，当发现错误时激活某一备份5.2结构性冗余——主动冗余备份系统M1输入错误检测器输出M2错误检测器Mn错误检测器输出

25、选择器取一个输出值5.2结构性冗余——主动冗余留守时标器每个联机模块内嵌一个时标器每隔一段时间将时标器清零如果不能在规定时间内清零则说明该模块发生故障将发生故障的模块切断——通常与备份系统联合使用5.2结构性冗余——被动冗余目标屏蔽系统中的故障和错误，将他们屏蔽在一个允许的范围内两个实例G1G2ABZZ=A*B+B=Bj=i;k=i;movAX,@i;mov@j,AX;movAX,@i;mov@k,AX;5.2结构性冗余——被动冗余N模冗余技术——并行系统作为理论基础N个模块同时平行运行相同任务，将其中一个模块的输出作为系统的输出——“N取1”冗余系统

26、N个模块同时平行运行相同任务，将其中M个模块的输出作为系统的输出——“N取M”冗余系统3模冗余