计算机容错技术在铁路信号

系统中的应用

张仕雄

(武汉铁路职业技术学院，湖北武汉430063)

摘

要：着重介绍了计算机容错技术的概念及实现方法。阐述了硬件冗余的工作原理及其在铁路信号系统中的应用。

文献标识码：A

文章编号：(2006)1672-780008-0053-03

关键词：计算机容错；冗余；二模热备；信号系统中图分类号：TP311.131

铁路信号系统是指挥列车运行和保证行车安全的重要设备。故障导向安全是铁路信号系统设计的根本原则。随着铁路信号新技术的广泛应用，计算机技术在铁路信号系统中起着日益重要的作用；信号系统自动化水平不断提高，对系统的安全性和可靠性提出了更高的要求。用计算机技术可以提高信号系统的安全性和可靠性。通过对计算机软、硬件的容错设计，可以有效提高铁路信号系统的可靠性和安全性。

态冗余(堆积冗余)、动态冗余(待命储备冗余)和将2种冗余结合运用构成的混合冗余。硬件冗余可以在元器件级、部件级、模块级、整机级上实现。

⑵时间冗余。重复地执行指令或一段程序而附加额外的时间。

⑶信息冗余。增加信息的多余度，使其具有纠错和检错能力。

⑷软件冗余。用于测试、检错的外加程序，用于计算机系统的自动重组、降级运行的外加程序等。主要包括容错软件和软件容错。1.3硬件冗余的几种形式

硬件冗余可分为静态冗余、动态冗余及混合冗余。

⑴静态冗余。静态冗余是通过表决和比较屏蔽系统中的故障，常用的是三模冗余。

三模冗余系统的原理结构如图1

所示。

操作，其输出送到“表决器”V的输入端，然后把V的输出作为系统输出。

三模冗余的基本原理是；首先以承认“多数模块的输出是正确的”为基本出发点，实行“少数服从多数”的纠错原理，用三取二的多数判决作为系统的正确输出。在一般的使用中，只注意正确的输出而并不关心各个模块的谁对谁错。在正常情况下，3个模块同时给出3个相同的输出，表决器输出一个结果作为3个模块的正确输出。如果任一模块出错，其输出不同于其它两个模块，表决器仍然输出正确结果。若两个模块同时错成相同的状态，表决器的输出被误认为是正确的；若两个模块同时错成不同的状态，则此系统无法工作。这些情况的出现虽然是可能的，但概率非常低。因此，三模表决系统就提高系统可靠度来说还是十分有意义的。

⑵动态冗余。动态冗余也叫待命储备系统，其系统原理结构如图2所示。

它由(S+1)个模块、故障检测器和切换开关组成。其中只有—个模块(如MI)处于工作状态而其余S个模块(M2，M3，…MS+1)处于待命接替状态。通常将正在工作的模块称为基本模块，待命接替模块称为储备模块。运行中当故障检测器发现处于工作状态的基本模块发生故障

1容错技术的概念及实现方法

1.1容错的概念

容错(Fault-Tolerance)的含义是指对任一个系统，在内部出错的情况下，采取相应的措施，使系统的功能仍保持正常。容错技术以承认故障的不可避免性为前提，即在容忍故障存在的条件下，进而考虑解除故障影响的措施。1.2容错技术的实现方法

容错技术是依靠计算机资源的冗余来实现的。通过合理使用硬件冗余、时间冗余、信息冗余、软件冗余，达到提高计算机系统可靠性的目标。可以说冗余是容错技术的核心。

⑴硬件冗余。在常规设计的硬件之外，再附加备份硬件。硬件冗余包括：静

图1三模冗余系统原理图

图1中M1、M2、M3是3个相同的模块，可以是3台相同的计算机，也可以是3个相同的部件。3个模块同时执行相同

作者简介：张仕雄，男，武汉铁路职业技术学院轨道运输系高级讲师。

２００６ ８月号 软件导刊５３