北邮信息安全专业容错计算技术课件第5章.pptx

【硬件冗余设计技术】是信息安全领域中一种重要的容错计算技术，旨在通过构建冗余组件来提高系统的整体可靠性。本章主要介绍了几种常见的硬件冗余设计方法。 【硬件表决系统】，如三模冗余（TMR）是最基础的形式。TMR通过三个相同的模块同时执行相同的操作，然后通过多数表决原则确定正确结果。如果两个或更多的模块正常工作，表决系统就能提供正确的输出。例如，在一个三模表决系统中，如果有两个模块的输出一致，则该一致的输出被认为是正确的。TMR的可靠度可以通过公式计算，其平均无故障时间（MTBF）会随着任务时间的变化而变化，适用于任务时间较短的情况。 接着，【NMR（N模冗余）系统】能纠正多达n个模块的错误，条件是n等于(N-1)/2。这意味着，只要不超过一半的模块发生故障，系统仍能正常工作。其可靠度可以通过所有模块可靠度的乘积减去错误模块组合的可靠度之和得到。 【分段表决系统】则将系统划分为多个子系统，每个子系统使用TMR或其他冗余策略。如果一个子系统出现故障，其他子系统仍可继续工作。分段表决系统的一个例子是Saturn-V火箭使用的七段TMR系统，它使用三个表决器来确保即使有单个表决器故障，系统仍能正常运行。 此外，还提到了【三模-单模自净系统】，这是一种结合了三模冗余和单一模块冗余的系统，具有自修复功能。当主模块故障时，备份模块可以接管，提高系统的可用性。 【典型表决电路】的设计也是硬件冗余技术中的关键部分，它们用于比较和选择多个模块的输出，以确定最终的系统输出。 总结来说，硬件冗余设计技术是为了提高系统可靠性，通过多种冗余策略如TMR、NMR和分段表决系统，确保在硬件组件故障时仍能保持系统的正常运行。这些技术在航空航天、军事和工业控制等领域有着广泛的应用，因为它们能够在关键任务环境中提供更高的容错能力。