و انواع آنافزونگی

1

فصل چهارم

3001

3002

3000

مقدمه3-1

2

3011

3010

3012ابزاره�ا یكی از مهم�ترین (Redundancy)اف�زونگی

می باشد. سیستمها خطا یدر تحمل پذیر

اف�زونگی ب�ا اض�افه ك�ردن چن�د م�اژول ب�ه ج�ای ی�ك م�اژول و اس�تفاده ك�ردن از هم�ه آنه�ا س�عی می كن�د احتم�ال درس�ت ك�اركردن سیس�تم را ب�اال ب�برد.

3013

مقدمه

از ك�ار بی افت�د سیس�تم می توان�د ب�ه انه�آحال اگ�ر یكی ازدوم را جایگزین كند. پردازنده طور خود كار

3

3020

3021

3022 پردازن�ده مثال ف�رض كنی�د ك�ه ی�ك سیس�تم ب�ه ج�ای آنك�ه ی�ك

باشد. پردازنده داشته باشد، شامل دو

3023

ممكن اس�ت این س�وال پیش بیای�د ك�ه چگون�ه سیس�تم می تواند این كار را انجام دهد. 3024

مت��د ه��ایدرب��ارهولی م��ا در اینج��ا تنه��ا می خ��واهیم و ان�واع آن ص�حبت ك�نیم و نح�وه پی�اده س�ازی اف�زونگی

آن مثال در ی�ك سیس�تم س�خت اف�زاری خ�ارج از بحث می باشد.فصلاین

3025

افزونگیانواع

4

3032

:وجود دارد افزونگی به طور كلی چهار نوع

Hardware. افزونگی سخت افزاری 1Redundancy Software Redundancy. افزونگی نرم افزاری 2

3030

3031

3033

Information Redundancy. افزونگی اطالعاتی 33034

Time Redundancy. افزونگی زمانی 4

ما در اینج�ا بط�ور مختص�ر ه�ر ك�دام را توض�یح واگ�ذارمی دهیم و بحث كام�ل ت�ر را ب�ه بع�د

.می كنیم

3035

3036

5

3041

Hardware) ی افزونگی سخت افزارRedundancy)

اف��زونگی در این ن��وع از ب��ا اض��افه ك��ردن س��خت افزاره�ای جدی�د س�عی می ك�نیم ك�ه جل�وى از ك�ار

افتادن سیستم را بگیریم.

3040

این س�خت افزاره�ای اض�افه ش�ده همانن�د ی�ك دیگ�ر هس�تند و هیچ عملی�ات اض�افه ت�رى را انج�ام نمی

برای اف��زونگی س��خت اف��زار روش ه��ای مختلفی دهند. آن ص�حبت خ�واهیم هوج�ود دارد ك�ه جل�وتر درب�ار

.كرد

3042

3043

6

3051

(Software Redundancy)ری افزونگی نرم افزا

اف�زونگی در چن�د ک�پی از ی�ك ن�رم اف�زار ی�ا گون�ه چن�دین ن�رم اف�زار ك�ه همگی ی�ك ك�ار را انج�ام می دهن�د در كن�ار هم ق�رار خواهن�د گ�رفت. ت�ا سیس�تم

.استفاده کنداز نتیجه كل آنها

3050

این كار بیشتر باهدف جلوگیرى از خطاهای طراحی انجام می گیرد. مثال یك نرم افزار توسط سه

می شود و نتیجه آنها باهم هتیم مختلف نوشت.مقایسه می شود

3052

7

3061

(Information Redundancy)تی اطالعا افزونگی

این ن��وع اف��زونگی معم��وال در سیس��تمهای ذخ��یره اطالعات به كار می رود. یا انتقالسازی

3060

كه در آن چن�دین ک�پی از ی�ك اطالع�ات نگه�داری می ک�هش�ود ر ص�ورت ب�روز مش�كل ب�رای یكی از د ، ه ک��پی ه��ای دیگ��ری هم از آن وج��ود داش��ت،آنه��ا

ه اص���لی ت���رین موض���وع م���ورد بحث دراین ب���ارباشد.)کدگ�ذاری Coding) م�ورد 4اس�ت ك�ه در فص�ل

.بررسی قرار خواهد گرفت

3062

3063

8

(Time Redundancy)نی زما افزونگی

این اف�زونگی زم�انى ب�ه ك�ار می رود ك�ه خطاه�ای در سیس�تم زی�اد پیش می آین�د. ( Transient )گ�ذرا

3070

ر در زم�ان ه�ای مختل�ف ا ی�ك عم�ل چن�دین ب�روشدر تك�رار می ش�ود و در نه�ایت نتیج�ه دفع�ات مختل�ف ب�اهم مقایس�ه می ش�وند ت�ا نتیج�ه نه�ایی معل�وم

شود. روی یكی از نت�ایج ارذبا این ك�ار اگ�ر ی�ك خط�ای گ�

اج�را نتیج�ه ك�ل اش�تباه نمی ،ت�اثیر بگ�ذاردی�ک شود.

3071

3072

3073

9

3081

یافزونگی سخت افزار 3-2

اجازه دهید تاآشنا شدیم، افزونگی حال كه با انواعتر را بطور دقیقیافزونگی سخت افزار

.بررسی كنیم

3080

وج�ود دارد ك�ه در اف�زونگی س�خت اف�زاری سه ن�وع.اینجا آنها را بررسی خواهیم كرد

Passive (Static). غیرفعال )ایستا( 1

Active (Dynamic). فعال )پویا( 2

Hybrid. ترکیبی 3

3082

3083

3084

3085

10

افزونگی سخت افزاری غیرفعال 3-2-1)ایستا(

3090

.بگذارید با یك مثال این روش را توضیح دهیم

فرض كنید در یك سیستم به جای آنكه یك پردازنده باشیم، سه پردازنده بگذاریم كه همه آنها یك هداشت

رای حال نتیجه این سه پردازنده را به یككار را انجام می دهند. نتیجه هر سه رای دهنده می دهیم. )Voter(دهنده

ه می كند و راى اكثریت را به عنوان خروجى ارا نگاگر یكی از این سه پردازنده خراب شده در نتیجه تولید می كند.

تاثیری نمی سیستم باشد، نتیجه آن در خروجى .گذارد

3091

3092

3093

3094

11

مدلی است كه در آن روش غیرفعال )ایستا(در واقع تمامی ماژول ها از ابتدا استفاده می شود و در

هیچ نوع تغییری در تركیب و یا بروز خرابی حین كار .بندی آنها ایجاد نمی شود بصورت بیدرنگسیستم در این روش جلوى خرابی

، زیرا نیاز به پیکربندی مجدد پس از شود گرفته میبروز خرابی )که موجب تاخیر در کارکرد سیستم

می شود( ندارد.

3102

3103

12

زیادی ندارد. افزونگی غیرفعال گونه های بطور كلی

NMR (N-Modularگونه این افزونگی اصلی ترین Redundancy) كه در آن از یك ماژول است، N تا

که همه پردازش یکسانی وجود دارد ویکسان کپی آنها را روی ورودی سیستم انجام می دهند و نتایج

تا M حداقل اگر.می رود رای دهنده اکثریت به یكنتیجه ، رای دهنده باشنددرست از آنها در حال كار

N/2+1 برابر M معموال درست را تولید خواهد كرد.انتخاب می شود، اما برای باال بردن درجه اعتماد به

را بیشتر نیز Mخروجی رای دهنده می توان مقدار در نظر گرفت.

3112

3113

13

كه بسیار زیاد استفاده NMR یكی از حالت های خاص TMR (Triple Modular Redundancy)، می شود

ماژول موجود 3 ماژول از 2 حداقل در این حالت بایداست. تا سیستم درست کار باشند درست در حال كار

. کند

TMR شت یكامثال باال كه در آن سه پردازنده وجود د.است

3122

3123

3124

14

TMRه راحتی می توان قابلیت اطمینان یک سیستم برا محاسبه کرد. اگر قابلیت اطمینان هر ماژول را

R فرض کنیم، یک سیستم TMR زمانی درست کار می کند که یا هر سه ماژول درست کار کنند و یا

فقط یکی از ماژولها نادرست کار کند و دو ماژول دیگر درست کار کنند.

RxRxR=R3احتمال حالت اول برابر است با :

-3XRxRx(1احتمال حالت دوم برابر است با : R)=3R2(1-R)

قابلیت اطمینان سیستم جمع احتمال دو حالت فوق است:

RTMR=R3+3R2(1-R)=3R2-2R3

3132

15

ی فعال )پویا(افزونگی سخت افزار 3-2-2 3140

اصلی كه در حال كار در این روش غیر از ماژول تعدادی ماژول هم وجود دارند كه اصطالحا ،ستا

گفته می شود. )Spare( پشتیبان به آنها

را بازی می كنند. یدکاین ماژول ها نقش

یعنی اگر یكی از ماژول های اصلی خراب شود، یك جای آن را می گیرد. پشتیبان ماژول

)عاری از خرابی( در حالت عادی پشتیبان ماژول های.در كار سیستم تاثیری ندارند

3142

3143

3144

3145

16

حالت زیر سهمی تواند به یكی از پشتیبان یك ماژول: باشدهوجود داشت

بطور دائمی در حال پشتیباندر این حالت ماژول : Hot.داغ 1(.كار است )همیشه روشن است

هر از چند گاهی پشتیبان در این حالت ماژول : Warm.گرم 2بروز ( Primary )ماژول اصلیاز طریق اطالعات خود را

(Update ) می كند. پشتیبان )در حالت عاری از در این حالت ماژول : Cold.سرد 3

زمانى كه نیاز باشد وهمواره خاموش است خرابی سیستم( .شودمی روشن )بروز خرابی در ماژول اصلی(

3152

3153

3154

3155

17

صلی شامل یك قسمت اماژول فعال معموال در روش E.D. (Error کشف کننده اشتباه اضافی به نام

Detector) است كه تشخیص میدهد آیا ماژولاصلی خراب شده است یا نه و در صورتی كه

جانشین پشتیبان ها یكی ازخرابی را تشخیص دهد،.آن خواهد شد وجود نداشته باشد. معموال خروجی E.D اگر قسمت

دو تا از ماژول ها با هم مقایسه می شود و اگر جایگزین پشتیبان متفاوت باشد، یا یكنتایج آنها

یكی از آنها می شود یا اینكه هر دو از مدار خارج به آنها وارد Self Diagnosis می شوند و یك پیام

.می شود

3162

3163

18

را در این قابلیت اطمینان ل ببینیم چگونه می توانیماح.سیستم محاسبه كنیم

3172

19

مثال : یك سیستم را در نظر بگیرید كه شامل یك از پشتیبان و یك ماژول( Primary )ماژول اصلی

کشف اشتباه )پوشش ماژول اصلی داراى سیستممی باشد. سرد نوع در خرابی می باشد كه در صورت بروز اشتباه(

پشتیبان آن را تشخیص داده و ماژول ماژول اصلی، )Coverage(پوشش اشتباه این احتمال وجود دارد كه را فعال می كند.

و احتمال تشخیص درست .به درستى عمل نكندنشان می دهیم. C را باپوشش اشتباه

3182

3183

3184

20

در دو حالت سیستم درست کار خواهد کرد. یا ماجول اصلی درست کار کند و یا اگر ماجول اصلی خراب

شود، پوشش اشتباه به درستی انجام شود و ماژول پشتیبان هم درست باشد.

در این سیستم برابر است با قابلیت اطمینان بنابراینبه ، Rp(t) ، احتمال درست كاركردن ماژول اصلی

به ،Rs(t)پشتیبان، درست كاركردن ماژول اضافه-Rp(t) ، خراب شده باشدصلیشرطی كه ماژول ا

(.C) و تشخیص هم داده شده باشد، 1 :رابطه قابلیت اطمینان برابر است بادر نتیجه

Rsys = Rp + (1-Rp)CRs

3192

3193

3194

21

همسان پشتیبان از آنجایی كه معموال ماژول اصلی و آنها هم یكسان است. قابلیت اطمینان ،هستند

:، پس داریم R = Rp = Rs یعنی

Rsys = R + C(1-R)R

3202

3203

3204

22

برابر یک می C ،باشد % 100پوشش اشتباه، اگر : داریمشود و

Rsys = R + (1-R)R = 1 - (1-R)2

3212

3213

23

را میتوان به سیستمی كه شامل یك قبل رابطه نیز ،است پشتیبان ماژول N-1 و اصلی ماژول

Rsys = 1 - (1-R)n: دادطبس

. باال را بررسی كنیدرابطهصحت

3222

3223

3224

24

هماژول داشت N در حالت قبل )یعنی وقتی كه سیستمصورتیکه پوشش اشتباه را هم در نظر در ،باشد(

به صورت رابطه قابلیت اطمینان سیستم بگیریم،:زیر است

Rsys = R + C(1-R)R + C2(1-R)2R... +

در نتیجه :داریم

n

Rsys = R Σ CK(1-R)K

K=0

3232

3233

3234

3235

25

ی ترکیبیافزونگی سخت افزار 3-2-3 3240

. استقبلدر واقع تركیبى از دو روش ترکیبی روش

و هم از افزونگی غیرفعال در این روش هم ازاستفاده می شود.افزونگی فعال

این روش كامل تر از دو روش قبلى است و تحلیل آن .پیچیده تر است

3242

3243

3244

26

را استفاده از پشتیبان و NMR تركیبى از روش در اینشت. اخواهیم د

می رای دهنده ا به یك ماژولهتا از nبه این شكل كه یك ، باشدهروند، و اگر نتیجه یكی از آنها خطا داشت

خراب می شود. ماژول جایگزین آن پشتیبان

به ترکیبی در سیستم هایقابلیت اطمینان محاسبه نسبت پیچیده است و با روشهای معمول به سادگی

بهترین روش برای این كار استفاده از مدل ماركف انجام نمی پذیرد. است. مدل ماركف در فصل هفت توضیح داده

.خواهد شد

3251

3253

3254

3255