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計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的容錯技術(shù)
靜態(tài)冗余為什么是最高追求?從安全的角度確實他有自己的優(yōu)點,但是靜態(tài)冗余也有自己的不足,比如他消耗的資源大,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜從而降低了可靠性,所以我覺得綜合來看,混合冗余比較合理.
應該將安全等級對應冗余方法從而對冗余的方式進行選擇,如今的各個廠家所出設備感覺沒有秩序,思路有一些不明朗,其實按需提供不同安全等級的設備才是最經(jīng)濟合理呀.
鐵路信號的基本作用之一就是保證列車、車列的運行安全。而這種安全的實現(xiàn)叉總是把“系統(tǒng)故障時讓列車停止”作為第一條件，形成了絕對保證安全的指導思想。在信號設備發(fā)生故障時，絕對禁止向危險側(cè)動作。
在現(xiàn)有的鐵路信號聯(lián)鎖設備中，故障一安全的實現(xiàn)足以具有非對稱錯誤特性，且故障可知的信號繼電器和閉路原理為基礎，實現(xiàn)信號設備整體性的故障一安全。如采用安全對應法來防止斷線，采用混線保護法來防止混線，采用電路監(jiān)督法來及時發(fā)現(xiàn)故障或及時導向安全。而這種故障一安全的指導思想就阻礙了具有對稱故障特性的半導體器件在鐵路信號設備中的應用，極大地影響了鐵路信號的發(fā)展。
隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是高可靠性技術(shù)及容錯理論與技術(shù)的發(fā)展，計算機在鐵路信號聯(lián)鎖設備的應用也逐漸廣泛。由于計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)處理涉及安全的信息，而它主要是由大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路芯片組成，集成電路芯片具有對稱的錯誤特性，即芯片的短路故障和斷路故障的概率是相同的，因此必須使采用集成電路芯片電路的計算機聯(lián)鎖具有故障安全特性。
一般來講，計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)是采用避錯技術(shù)和容錯技術(shù)來提高系統(tǒng)的可靠性。避錯技術(shù)采用高可靠性芯片，以減少故障概率。但是不能保證系統(tǒng)絕對可靠，因為芯片可靠性的提高是有限度的，越過這個限度將付出巨大的代價。在這種情況下，要想進一步提高系統(tǒng)的可靠性，就要用到容錯技術(shù)。容錯技術(shù)的基本 發(fā)點是承認故障不可避免的事實，進而考慮解除故障影響的措施。為實現(xiàn)這一目的，主要手段就是投入更多的所需資源，如硬件冗余、軟件冗余、時間冗余等，主要是硬件和軟件冗余。
1 硬件冗余技術(shù)
硬件冗余又有靜態(tài)冗余、動態(tài)冗余和混合冗余3種基本形式。
1．1 靜態(tài)冗余技術(shù)
靜態(tài)冗余技術(shù)是通過冗余資源來隔離或校正故障，使故障不能在系統(tǒng)輸出中造成差錯，不能改變電路或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，所以稱為靜態(tài)冗余。其基本原理是通過表決來隔離發(fā)生的故障。靜態(tài)冗余技術(shù)在模塊級上應用最廣的是N冗余系統(tǒng)，這種表決系統(tǒng)中有N個相同的模塊同時運行，各模塊的輸由表決器進行多數(shù)表決，其中N為奇數(shù)，可隔離(N一1)／z個模塊的故障。例如3取2系統(tǒng)。
1．2 動態(tài)冗余技術(shù)
這種系統(tǒng)由多個模塊組成，其中只有1個模塊在運行輸出，同時系統(tǒng)不斷地進行故障檢測，隨時將發(fā)生故障的模塊用其他模塊代替，確保系統(tǒng)的安全性，此時系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，故稱為動態(tài)冗余。最基本的動態(tài)冗余系統(tǒng)為二冗余系統(tǒng)，此外還有多冗余系統(tǒng)，其中二冗余系統(tǒng)又有熱備、冷備、溫備和分布式處理4種方式。
二冗余系統(tǒng)的熱備方式為主機和備機同時工作，但平時只有主機能夠輸 ，當系統(tǒng)檢測到主機錯誤時， 自動切換到備機輸 。二冗余系統(tǒng)的冷備方式為平時只有主機工作，當系統(tǒng)檢測到主機錯誤時，使主機停止輸出，同時自動啟動備機工作。這種方式需要等待一定的時間，系統(tǒng)的連續(xù)性受到影響，適用于對連續(xù)性要求不高的系統(tǒng)。二冗余系統(tǒng)的溫備方式結(jié)構(gòu)類似冷備方式的結(jié)構(gòu)，只是備機處于通電但不工作狀態(tài)，這樣能減少一點等待時問，在實際中很少應用。二冗余系統(tǒng)的分布式處理方式是二機共同承擔不同的任務，若其中一機出現(xiàn)故障，則將任務重新調(diào)整，讓無故障機承擔故障機的任務，或者讓系統(tǒng)的功能降級，這樣系統(tǒng)故障時喪失了一些控制功能。
1．3 混合冗余技術(shù)
混合冗余技術(shù)是將靜態(tài)冗余和動態(tài)冗余相結(jié)合構(gòu)成的一種新的冗余結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)中有N個正常工作的模塊，有S個備用模塊。N個正常工作模塊經(jīng)過表決后作為系統(tǒng)的輸出，同時各模塊的輸出與系統(tǒng)的輸出作比較，以監(jiān)測任一模塊是否有故障。如果檢測出其中1個模塊故障，則由切換電路切斷故障模塊，接通備用模塊。
2 軟件冗余技術(shù)
軟件冗余技術(shù)就是用幾種不同的軟件處理數(shù)據(jù)，對處理結(jié)果進行比較，產(chǎn)生輸出。在結(jié)構(gòu)上可按比較的范圍分為2種：第1種是把系統(tǒng)按功能劃分成小段，各段之間進行比較；第2種是采用幾個系統(tǒng)功能相同的軟件相比較。這種軟件冗余關(guān)鍵在于各個軟件的獨立性，相互獨立的程序即使可能存在故障，也可以通過表決將其屏蔽。如果程序間相互不獨立，故障可能同時存在于各個程序，則無法提高系統(tǒng)的可靠性。由于采用了幾種不同的相互獨立的處理軟件，因此防止了某種軟件由于設計錯誤而產(chǎn)生的故障，還可以屏蔽硬件的某些故障，確保了系統(tǒng)安全。最常見的是采用2種不同的軟件處理數(shù)據(jù)，同時結(jié)合硬件冗余共同提高系統(tǒng)的可靠性。例如，在二冗余系統(tǒng)中，主機和備機都采用2種軟件，平時主機T作，此時2種軟件同時對數(shù)據(jù)進行處理，對結(jié)果進行比較。如果一致，則產(chǎn)生輸出，否則說明系統(tǒng)故障，立即進行切換，使備機工作，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
3 故障一安全接口電路
目前，在計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)中，對信號、道岔、軌道電路的控制及狀態(tài)的采集都是利用安全型繼電器來實現(xiàn)，岡此計算機與繼電器之間的接口電路也應滿足故障一安全原則。
3．1 輸入接口
通常故障一安全的輸入接口電路是采用光電隔離技術(shù)，編碼輸入，表決確定輸入信息的。信息的輸入采用了光電耦合器，防止了采用接點輸入電路時的電磁干擾和電路中故障的擴散。繼電器吸起則將信息編為11l1，落下則編為0000。計算機對讀入的編碼進行“與”運算，如果各光電耦合器都正常1-作，結(jié)果為1，表明軌道電路空閑；如果某個光電耦合器故障，結(jié)果為0，表明軌道電路占用或輸入接口電路有故障。采用3個采集電路進行表決輸出，當有2個或3個電路的輸 是一致時，認為是正確信息，這樣就防止了由于采集電路的故障而導致計算機錯誤判斷的現(xiàn)象。
3．2 輸出接口
輸出接口普遍采用動態(tài)驅(qū)動，即計算機輸出的驅(qū)動信息不是高電平，也不是低電平，而是一個脈沖信號，再經(jīng)過脈沖一電平轉(zhuǎn)換電路輸出一個有足夠驅(qū)動功率的高電平去動作相應的繼電器。如果計算機故障，則計算機輸出的不是脈沖信號，而是停留在脈沖的某個高電平或低電平，這個非脈沖電平經(jīng)過脈沖一電平轉(zhuǎn)換電路后不會產(chǎn)生一個高電平，因此相應的繼電器總是落下，實現(xiàn)了故障一安全。
綜上所述，容錯技術(shù)是一種延伸了的故障安全措施，它是建立在高可靠集成芯片的基礎上以資源冗余為代價的。在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的今天，計算機及其芯片的各項指標越來越高，價格也越來越低，為容錯技術(shù)的廣泛應用打下了堅實的物質(zhì)基礎。隨著計算機的迅速發(fā)展，計算機聯(lián)鎖這一現(xiàn)代化設備將廣泛應用于鐵路現(xiàn)場，正確認識掌握這一理論將對現(xiàn)代化的鐵路事業(yè)有著重要的意義. 論文出處(作者):
MFC的OpenGL紋理貼圖技術(shù)研
計算機網(wǎng)絡中信息系統(tǒng)技術(shù)安全與防范
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