Применение принципа голосования для повышения достоверности передачи и обработки данных. Оценка эффективности мажоритарных схем. Методы реализации схем 2 из 3-х.
В системах передачи и обработки информации, резервированных по способу не- нагруженного резерва, необходимо сравнение выходных сигналов, с целью выявления достоверного. Для этого используются специальные логические устройства, получившие название схемы голосования.
Объект, достоверность информационных процессов которого или его надежность требуется повысить структурно, резервируется двумя или более такими же объектами, как показано на рисунке.
Сигналы с выходов каждого объекта поступают на вход специального логического элемента ЛЭ - органа голосования. Последний работает по определенному правилу: сигнал на его выходе совпадает с простым большинством одинаковых сигналов на его входах. Выше приведена схема голосования два из трех, когда имеются основной объект и два резервных. Выходной сигнал может быть определен логическими условиями из таблиц истинности:
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Хвых |
|
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Хвых |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
Или:
Для реализации голосования по простому большинству количество объектов должно быть нечетным. Очевидно, их минимальное количество равно трем.
Схемы голосования особенно эффективны в системах передачи при наличии помех в канале связи и обработки данных при наличии сбоев, приводящих к искажению сигналов — сбойным ошибкам. С помощью схем голосования можно также организовать систему паролей для защиты данных от постороннего доступа.
Оценим
эффективность схемы голосования на
примере системы передачи данных,
содержащей три одинаковых канала.
Предположим, что в системе голосования
2 из 3-х на входы ЛЭ из каждого канала
(объекта) поступает n
- разрядная двоичная комбинация с
вероятностью искажения одного разряда
q. Тогда вероятность правильного приема
комбинации в одном канале определится
выражением
,
а вероятность ее ошибочного приема
.
При
передаче по трем каналам со схемой
голосования вероятность правильного
приема кодовой комбинации на выходе
органа голосования, определится
вероятностью правильного приема
комбинации по трем каналам, а также
по двум каналам из трех в любых сочетаниях,
то есть
,
а вероятность приема этой комбинации
с ошибками
,
где
– число сочетаний по 2 из 3х.
Поскольку
с точностью до второй степени
,
после подстановки этого выражения в
Qn,3
получается:
.
Таким образом, вероятность ошибочного приема со схемой голосования 2 из 3-х будет в 33 раза меньше вероятности ошибочного приема в одном канале.
Из отношения вероятностей ошибочного приема следует, что с уменьшением длин кодовой комбинации n и вероятности ошибочного приема q схема голосования работает эффективнее. Следовательно, с помощью схемы голосования целесообразно сравнивать отдельные элементы блока данных, то есть выполнять поразрядное голосование.
Схемы голосования легко реализуются с помощью логических элементов И, ИЛИ или релейных элементов с двумя нормально разомкнутыми контактными группами.
Логические и релейные элементы схем голосования должны быть высоконадежными. В противном случае при отказе одного логического или релейного элемента орган голосования не функционирует.
Эффективность работы схемы голосования возрастает с увеличением числа каналов передачи или объектов обработки информации. Однако реализация одинаковых каналов более трех сопряжена с техническими трудностями, вследствие увеличения габаритов аппаратуры, потребляемой энергии, а также временных затрат на операции буферизации данных и процедур голосования.
Схемы органа голосования два из трех:
1) На бесконтактных логических схемах:
2) На контактных логических схемах:
