计算机系统中常见的冗余技术

• ​冗余的概念

  • ​通过一个或者多个额外的（同等的）方法容错

  • ​对于执行一个要求功能的功能单元或对于表示信息的数据而言，够用+多余

• ​常见冗余结构

  • ​双机热备冗余1oo2

    • ​概念：以双机分主、备两机同时工作，能够自动进行切换的冗余系统，基于故障检测的可靠性基本冗余结构（单机保证安全，双机保证可靠）

    • ​实现方式

      • ​冷备：从断电状态切换，需要一定时间；

      • ​温备：备机通电但不运行，减少了一定的等待时间；

      • ​并用：两机共同承担不同的任务，发生故障时，一机降级承担任务，牺牲部分控制能力来换取容错能力

      • ​热备

    • ​关键问题

      • ​同步机制

        • ​主备同步的特点

          • ​相同两机之间的状态同步

          • ​“事件级”同步

        • ​主备同步过程

          • ​同步建立（联机阶段）

          • ​同步保持（同步阶段）

      • ​切换机制

        • ​控制权唯一性

        • ​切换方式

          • ​手动（优先级较高）

          • ​自动

        • ​切换执行

          • ​动态驱动方式的双机热备连锁系（继电器前后接点）

          • ​两系工作电源的极性进行转换

          • ​软件

      • ​故障转换问题

        • ​重要性

          • ​故障检测决定两系无扰切换的有效性安全

          • ​任何对故障，尤其是是危险侧故障的误检、漏检和“迟检”，都会留下安全隐患

        • ​安全措施

          • ​编码方式

          • ​程序异构方式

          • ​硬件、软件的动态处理

  • ​二取二冗余2oo2

    • ​概念：由两个完全相同的规定功能的单元构成 ，且仅当两个单元取得一致时才能执行规定的功能，否则导向安全状态，以避免错误执行功能可能带来的风险，典型的最基本的安全性基本冗余结构

    • ​关键问题

      • ​实时持续的在线比较方式

        • ​硬件

        • ​软件

      • ​比较以及拒绝的问题

        • ​有差异就拒绝

        • ​软件和硬件的实现方式

      • ​同步问题

        • ​时钟级同步

        • ​事件级同步

        • ​系统总线级同步

  • ​二乘二取二2*2oo2

    • ​由两个2oo2安全冗余机构构成的系统，再以双机热备的可靠性冗余结构构成的组合式冗余系统

  • ​三取二冗余2oo3

    • ​由三个完全相同的规定功能的基本单元或者系统构成，输出符合多数表决原则。能够屏蔽任何一个单子系的任何可识别或者不可识别的故障，使系统的整体功能在单子系发生故障能够保持正常

  • ​比较

    • ​可靠度

      • ​1oo2>2oo3>2*2oo2>2oo2

    • 安全度

      • ​2oo2>2*2oo2>2oo3>1oo2

• 故障检测和冗余

  • ​故障检测与“失效——安全”

    • ​反应式：功能的安全保障主要取决于快速的故障检测、对危险侧故障的快速检测

    • ​组合式：故障检测是防止故障扩大和叠加而产生风险

    • ​固有式：通常需要有效的故障检测来发出警报或维护指示

  • ​故障检测与冗余结构

    • ​1oo2：利用冗余切换掉故障

    • ​2oo2：利用冗余阻止故障产生危险后果

    • ​2oo3：利用冗余完全屏蔽掉故障

  • ​安全通信与冗余

    • ​列控中心TCC

    • ​无线闭塞中心RBC

  • ​核心安全层的故障检测特点

    • ​主控层

      • ​大量使用大规模集成电路器件

      • ​需要与具体的应用结合，包括电路设计、编码、应用软件等

    • ​执行层

      • ​快速的回读反馈及控制处理

      • ​数量庞大，结构相同，分立器件使用较多的采集和驱动电路

      • ​单元状态空间的复杂性低，但是危险侧故障的比例高

      • ​故障可直接影响轨旁设备，缓冲余地较小

• ​发展趋势

  • ​从实现功能到拓展更多的功能

  • ​从单个站的联锁到一体化、电码化

  • ​建立计算机联锁检测制度