《現(xiàn)代鐵路遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)（第2版）》2-7 (3) 避錯與容錯技術(shù)5

鐵道信號遠(yuǎn)程控制01課程內(nèi)容

01概述

02遠(yuǎn)動系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

03調(diào)度集中（CTC）系統(tǒng)及其應(yīng)用

04鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）

05鐵路信號微機(jī)監(jiān)測及其實用系統(tǒng)2本章內(nèi)容遠(yuǎn)動系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)遠(yuǎn)動系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)動系統(tǒng)的信息傳輸差錯控制與電碼結(jié)構(gòu)鐵路專用全球移動通信系統(tǒng)GSM-R通信網(wǎng)絡(luò)的主要硬件設(shè)備遠(yuǎn)動系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通信總線和現(xiàn)場總線遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全傳輸技術(shù)32.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)信息冗余通過在數(shù)據(jù)中附加冗余的信息以達(dá)到故障檢測、故障掩蔽或容錯的目的。信息冗余的例子有檢錯碼及糾錯碼。它們是通過在數(shù)據(jù)字中附加冗余的信息或通過把數(shù)據(jù)字映射至含有冗余信息的新的表示而形成的編碼。③信息冗余42.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)檢錯碼的基本思想是使有效碼字集合為所有碼字集合的一個子集，且這些類型的差錯會使一個有效碼字變成一個無效碼字。糾錯碼是指能糾正碼字中發(fā)生的差錯的碼。檢錯碼可在動態(tài)硬件冗余中作為故障檢測，用來啟動重組；而糾錯碼可用來達(dá)到故障屏蔽。52.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)在信息冗余中，碼制的選擇是一項非常重要的內(nèi)容。碼的優(yōu)劣通常可用碼的成本及碼的有效性來比較。碼的成本可以用冗余度來衡量。此外還應(yīng)考慮到編碼技術(shù)作為一種信息冗余，不但增加了冗余的信息，同時也需要附加的硬件及時間，包括編碼、譯碼電路以及相應(yīng)的編、譯碼時間。因此，編、譯碼是否方便也直接影響碼的成本。碼的有效性可用能糾錯的位數(shù)及能檢錯的位數(shù)來衡量。62.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)選擇碼制時需認(rèn)真考慮如下三方面：選用可分碼或不可分碼

可分碼譯碼時只需去掉校驗位就得到信息位，因此十分方便，而且系統(tǒng)可以在校驗的同時并行使用原始數(shù)據(jù)；不可分碼則在數(shù)據(jù)提供使用前先要完成譯碼過程。不過在有些應(yīng)用中，編碼可與發(fā)送數(shù)據(jù)同時進(jìn)行，譯碼可與接收數(shù)據(jù)同時進(jìn)行，從而減少編碼譯碼對速度的影響。這方面的例子如循環(huán)碼，它被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)串行傳送的場合。72.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)要求檢錯還是糾錯或二者兼有這取決于具體應(yīng)用。對于可允許暫時性錯誤結(jié)果的應(yīng)用，一般采用需要系統(tǒng)重組的主動冗余（動態(tài)冗余），這時只要求檢錯碼，然后由出錯信號啟動重組。對于不允許暫時性錯誤結(jié)果的應(yīng)用，一般采用被動冗余（靜態(tài)冗余）掩蔽故障，這就要求糾錯碼。82.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)要求檢測或糾正多少位錯這也取決于應(yīng)用。例如，對于串行通信系統(tǒng)，一個故障會影響連續(xù)許多位，因此要求對多位錯進(jìn)行檢測。而對于存儲器來說，發(fā)生1位錯的可能性最大，因此可以僅考慮單錯。92.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)硬件冗余及信息冗余均需要大量冗余硬件，而時間冗余技術(shù)可以用冗余的時間來減少冗余的硬件。在許多應(yīng)用中時間資源比較充分，而硬件資源由于受重量、體積、功耗及成本的限制而相對短缺。這時，時間冗余就有吸引力了。但也有許多應(yīng)用不能容忍增加冗余時間，這時不宜采用時間冗余。④時間冗余102.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)時間冗余的基本思想是重復(fù)進(jìn)行計算以檢測故障。按照重復(fù)計算是在指令級還是在程序段級，時間冗余可分為指令復(fù)執(zhí)及程序卷回。下面介紹用時間冗余檢測瞬時故障及永久故障。112.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)a.瞬時故障檢測相同的計算重復(fù)進(jìn)行兩次或更多次，并比較結(jié)果以檢測是否有差錯。如檢測到差錯，可再計算一次看是否仍有差錯。這種方法對檢測有瞬時故障造成的差錯很有效，且在瞬時故障消失后可得到正確結(jié)果。但它無法檢測由永久故障造成的差錯。122.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)可將時間冗余與信息冗余結(jié)合起來，例如先由檢錯碼檢測差錯，然后可用重復(fù)計算來區(qū)分差錯是由永久性故障造成的還是由瞬時故障造成的。時間冗余檢測瞬時故障132.7遠(yuǎn)動系統(tǒng)的可靠性與避錯、容錯技術(shù)b.永久故障檢測若配以少量附加硬件，時間冗余也可以用來檢測永久故障。假如第一次計算或數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)為X，將結(jié)果存儲起來。在進(jìn)行第二次計算或數(shù)據(jù)傳送之前，數(shù)據(jù)用編碼函數(shù)e進(jìn)行編碼，成為e(X)。然后對e(X)進(jìn)行第二次計算或傳遞，其結(jié)果經(jīng)譯碼與第一次結(jié)果進(jìn)