基于可信度的DSP软件冗余容错表决方法研究

发布时间：2017-10-05 08:13

  本文关键词：基于可信度的DSP软件冗余容错表决方法研究

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【摘要】：商用器件(Commercial-Off the Shelf,即COTS器件)经过容错设计后,在空间应用领域有着广阔的应用前景,其中应用最多的是近地球轨道卫星领域。商用器件,指可以直接从市场上购买到的器件,一般分为商业级、工业级或汽车工业级器件,但是它一般不具有抗辐照的能力,经过基本的筛选和容错冗余设计,商用器件的可靠性及容错能力会得到有效地提高,这样才能满足空间探索任务的应用要求。COTS器件具有价格低、性能高、购买途径广泛且不受国外进口限制等特点,相比于传统的宇航级器件具有很大的灵活性,越来越受到国内外空间科学探测领域的青睐。要使COTS器件能在复杂的空间辐射环境中胜任空间探索任务,需要进行容错冗余设计,其中多模冗余(NMR)技术应用较为广泛。NMR技术,指多个冗余单元模块同时处理相同的数据,然后将处理后的结果输出给容错表决器,由表决器进行表决,最后将表决结果输出。因此,表决器进行数据输出,保证表决的安全性和可行性至关重要,如何通过NMR技术高效准确地进行容错表决是研究的主要方向。NMR技术应用了很多表决方法,但它们大都存在着不足,可能使表决出现较大的误差,无法满足未来空间应用领域低成本、高可靠性的要求,因此,急切需要对容错表决方法进行改进,以满足COTS技术实际需求,这也是本课题研究的重点。本文考虑到每个模块的可靠性和权值等信息,在传统的冗余容错表决方法的基础上进行了改进。本文以NMR技术最常见的三模冗余技术为研究对象,通过与传统的表决方法相互对比,对基于可信度改进后的软件冗余容错表决方法进行测试和评价。本文首先明确了课题的背景与研究意义,分析了COTS器件在空间应用领域的优势,综述国内外在相关领域的技术研究及现状,总结了已经取得的成果及存在的不足;其次,研究了COTS器件的故障形成及分布,对容错技术进行了概述,重点分析了常用的容错结构、容错表决执行形式和容错表决方法;然后,对传统的容错表决方法进行改进,建立了可操作性强的容错表决方案;最后,通过故障注入法对基于可信度改进的冗余容错表决方法进行验证,仿真结果表明,与非精确一致表决方法、自适应一致表决方法比较,基于可信度改进后的软件冗余容错表决方法使得表决系统的可靠性和容错能力都有所提高。本文通过对基于可信度改进后的软件冗余容错表决方法的研究,使得软件冗余容错技术的安全可靠性得到提高,为COTS技术的实现和应用提供了新的理论指导和技术支撑。
【关键词】：可信度 容错表决方法 三模冗余 软件冗余 COTS器件
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V446
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势14-19
• 1.2.1 国外研究现状15-17
• 1.2.2 国内研究现状17-18
• 1.2.3 发展趋势18-19
• 1.3 本文主要研究内容19-21
• 第二章 冗余容错技术及其表决方法21-37
• 2.1 故障分类、形成及空间分布21-23
• 2.2 冗余容错技术23-30
• 2.2.1 冗余容错技术分类24-25
• 2.2.2 冗余容错的结构25-29
• 2.2.3 冗余容错的表决执行方式29-30
• 2.3 软件冗余容错表决方法30-34
• 2.3.1 非精确一致表决方法30-32
• 2.3.2 自适应一致表决方法32-33
• 2.3.3 软件冗余容错表决方法的比较33-34
• 2.4 小结34-37
• 第三章 基于可信度的软件冗余容错表决方法37-49
• 3.1 假设、定义及相关概念37-38
• 3.1.1 假设37
• 3.1.2 定义37
• 3.1.3 相关概念37-38
• 3.2 基于可信度的软件冗余容错表决方法的工作状态和实现38-44
• 3.2.1 基于可信度的软件冗余容错表决方法的原理38-42
• 3.2.2 相对传统表决方法的改进42-44
• 3.2.3 基于可信度的软件冗余容错表决方法的适用场景44
• 3.3 基于可信度的软件冗余容错表决方法的工作状态和实现44-47
• 3.3.1 基于可信度的软件冗余容错表决方法的工作状态44-45
• 3.3.2 基于可信度的软件冗余容错表决方法的实现45-47
• 3.4 小结47-49
• 第四章 基于可信度的软件冗余容错表决方法验证49-61
• 4.1 容错验证技术49-52
• 4.1.1 容错验证方法49-51
• 4.1.2 故障注入模块设计及实现51-52
• 4.2 基于可信度的软件冗余容错表决方法在DSP平台上的验证52-55
• 4.2.1 DSP验证平台的软件冗余容错结构52-53
• 4.2.2 DSP验证平台的搭建53-55
• 4.3 DSP平台的测试结果与分析55-58
• 4.4 小结58-61
• 第五章 结论与展望61-65
• 5.1 总结61-63
• 5.1.1 主要工作61-62
• 5.1.2 创新点62-63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果71

【参考文献】

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本文编号：975696