《现代铁路远程控制系统（第2版）》2-7 (3) 避错与容错技术5

铁道信号远程控制01课程内容

01概述

02远动系统技术基础

03调度集中（CTC）系统及其应用

04铁路列车调度指挥系统（TDCS）

05铁路信号微机监测及其实用系统2本章内容远动系统技术基础远动系统的网络结构远动系统的信息传输差错控制与电码结构铁路专用全球移动通信系统GSM-R通信网络的主要硬件设备远动系统的网络体系结构通信总线和现场总线远动系统的可靠性与避错、容错技术网络安全和数据安全传输技术32.7远动系统的可靠性与避错、容错技术信息冗余通过在数据中附加冗余的信息以达到故障检测、故障掩蔽或容错的目的。信息冗余的例子有检错码及纠错码。它们是通过在数据字中附加冗余的信息或通过把数据字映射至含有冗余信息的新的表示而形成的编码。③信息冗余42.7远动系统的可靠性与避错、容错技术检错码的基本思想是使有效码字集合为所有码字集合的一个子集，且这些类型的差错会使一个有效码字变成一个无效码字。纠错码是指能纠正码字中发生的差错的码。检错码可在动态硬件冗余中作为故障检测，用来启动重组；而纠错码可用来达到故障屏蔽。52.7远动系统的可靠性与避错、容错技术在信息冗余中，码制的选择是一项非常重要的内容。码的优劣通常可用码的成本及码的有效性来比较。码的成本可以用冗余度来衡量。此外还应考虑到编码技术作为一种信息冗余，不但增加了冗余的信息，同时也需要附加的硬件及时间，包括编码、译码电路以及相应的编、译码时间。因此，编、译码是否方便也直接影响码的成本。码的有效性可用能纠错的位数及能检错的位数来衡量。62.7远动系统的可靠性与避错、容错技术选择码制时需认真考虑如下三方面：选用可分码或不可分码

可分码译码时只需去掉校验位就得到信息位，因此十分方便，而且系统可以在校验的同时并行使用原始数据；不可分码则在数据提供使用前先要完成译码过程。不过在有些应用中，编码可与发送数据同时进行，译码可与接收数据同时进行，从而减少编码译码对速度的影响。这方面的例子如循环码，它被广泛应用于数据串行传送的场合。72.7远动系统的可靠性与避错、容错技术要求检错还是纠错或二者兼有这取决于具体应用。对于可允许暂时性错误结果的应用，一般采用需要系统重组的主动冗余（动态冗余），这时只要求检错码，然后由出错信号启动重组。对于不允许暂时性错误结果的应用，一般采用被动冗余（静态冗余）掩蔽故障，这就要求纠错码。82.7远动系统的可靠性与避错、容错技术要求检测或纠正多少位错这也取决于应用。例如，对于串行通信系统，一个故障会影响连续许多位，因此要求对多位错进行检测。而对于存储器来说，发生1位错的可能性最大，因此可以仅考虑单错。92.7远动系统的可靠性与避错、容错技术硬件冗余及信息冗余均需要大量冗余硬件，而时间冗余技术可以用冗余的时间来减少冗余的硬件。在许多应用中时间资源比较充分，而硬件资源由于受重量、体积、功耗及成本的限制而相对短缺。这时，时间冗余就有吸引力了。但也有许多应用不能容忍增加冗余时间，这时不宜采用时间冗余。④时间冗余102.7远动系统的可靠性与避错、容错技术时间冗余的基本思想是重复进行计算以检测故障。按照重复计算是在指令级还是在程序段级，时间冗余可分为指令复执及程序卷回。下面介绍用时间冗余检测瞬时故障及永久故障。112.7远动系统的可靠性与避错、容错技术a.瞬时故障检测相同的计算重复进行两次或更多次，并比较结果以检测是否有差错。如检测到差错，可再计算一次看是否仍有差错。这种方法对检测有瞬时故障造成的差错很有效，且在瞬时故障消失后可得到正确结果。但它无法检测由永久故障造成的差错。122.7远动系统的可靠性与避错、容错技术可将时间冗余与信息冗余结合起来，例如先由检错码检测差错，然后可用重复计算来区分差错是由永久性故障造成的还是由瞬时故障造成的。时间冗余检测瞬时故障132.7远动系统的可靠性与避错、容错技术b.永久故障检测若配以少量附加硬件，时间冗余也可以用来检测永久故障。假如第一次计算或数据传送，数据为X，将结果存储起来。在进行第二次计算或数据传送之前，数据用编码函数e进行编码，成为e(X)。然后对e(X)进行第二次计算或传递，其结果经译码与第一次结果进