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冗余系统
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IT专业术语

冗余度,就是从安全角度考虑多余的一个量,这个量就是为了保障仪器、设备或某项工作在非正常情况下也能正常运转。网络传输的冗余如概述图所示。

简介

冗余度是指信息或数据系统中不必要或重复的部分所占的比例。简单来说,冗余度描述了系统或信息中超出实际需要的部分,这些部分通常不提供新的或独立的信息,而是作为备份或重复存在。

冗余度的概念在多个领域都有应用。在计算机科学中,数据冗余可能导致存储空间的不必要浪费,并可能影响数据处理的效率。例如,在数据库设计中,如果一个信息在多个地方被存储,这就会增加数据的冗余度。这不仅占用了更多的存储空间,而且在进行数据更新时,需要确保所有冗余信息都得到相应的更新,否则可能会导致数据的不一致。

在通信系统中,冗余度也有重要作用。在数据传输过程中,为了应对可能的干扰或错误,通常会加入一些冗余信息,如校验位或纠错码。这些冗余信息可以帮助接收端检测和纠正传输过程中的错误,从而提高通信的可靠性。

此外,在生物学中,冗余度也体现在生物体的结构和功能上。例如,人体内有多个器官和系统负责相同或相似的生理功能,这种冗余设计可以提高生物体对外部环境的适应性和生存能力。如果一个器官受损,其他器官可以接管其功能,从而保持生物体的正常运转。

综上所述,冗余度是一个描述系统或信息中不必要或重复部分比例的概念。它在计算机科学、[通信系统]]和生物学等多个领域都有应用,既可以作为提高系统可靠性和稳定性的手段,也可能导致资源浪费和效率降低。在实际应用中,需要根据具体情况权衡冗余度的利弊,以实现最优的系统设计和性能。

冗余度计算公式

冗余度的计算公式根据不同的应用领域有所不同。在IT领域,冗余度可以通过公式R=1-(Q/mn)来计算,其中Q为相邻属性值变化次数的累加和,m为行数,n为列数。在信息论中,信源冗余度的计算公式为R = Hₘ - H(X),其中Hₘ是最大熵,H(X)是实际熵。在数字图像处理中,冗余度的计算可能涉及到图像数据的重复性或数据的冗余度计算。

冗余度和压缩比的关系体现在,适当的冗余可以提高数据的抗干扰能力,降低误码率,但过多的冗余会导致信息传输效率降低。因此,在设计和实施系统时,需要合理控制冗余度,以达到既保证数据质量又提高传输效率的目的。

冗余技术

冗余技术就是增加多余的设备,以保证系统更加可靠、安全地工作。冗余的分类方法多种多样,按照在系统中所处的位置,冗余可分为元件级、部件级和系统级;按照冗余的程度可分为1:1冗余、1:2冗余、1:n冗余等多种。在当前元器件可靠性不断提高的情况下,和其它形式的冗余方式相比,1:1的部件级热冗余是一种有效而又相对简单、配置灵活的冗余技术实现方式,如I/O卡件冗余、电源冗余、主控制器冗余等。因此,国内外主流的过程控制系统中大多采用了这种方式。当然,在某些局部设计中也有采用元件级或多种冗余方式组合的成功范例。

分类

按照在系统中所处的位置,冗余可分为元件级、部件级和系统级;

按照冗余的程度可分为1:1冗余、1:2冗余、1:n冗余等多种。

在当前元器件可靠性不断提高的情况下,和其它形式的冗余方式相比,1:1的部件级热冗余是一种有效而又相对简单、配置灵活的冗余技术实现方式,如I/O卡件冗余、电源冗余主控制器冗余等。

因此,国内外主流的过程控制系统中大多采用了这种方式。当然,在某些局部设计中也有采用元件级或多种冗余方式组合的成功范例。

系统配件

电源:高端服务器产品中普遍采用双电源系统,这两个电源是负载均衡的,即在系统工作时它们都为系统提供电力,当一个电源出现故障时,另一个电源就承担所有的负载。有些服务器系统实现了DC的冗余,另一些服务 器产品如 Micron公司的NetFRAME 9000实现了AC、DC的全冗余。

存储子系统:存储子系统是整个服务器系统中最容易发生故障的地方。以下几种方法可以实现该系统的冗余。

磁盘镜像:将相同的数据分别写入两个磁盘中;

磁盘双联:为镜像磁盘增加了一个I/O控制器,就形成了磁盘双联,使总线争用情况得到改善;

RAID:廉价冗余磁盘阵列(Redundant array of inexpensive disks)的缩写。顾名思义,它由几个磁盘组成,通过一个控制器协调运动机制使单个数据流依次写入这几个磁盘中。RAID3系统由5个磁盘构成,其中4 个磁盘存储数据,1个磁盘存储校验信息。如果一个磁盘发生故障,可以在线更换故障盘,并通过另3个磁盘和校验盘重新创建新盘上的数据。RAID5将校验信息分布在5个磁盘上,这样可更换任一磁盘,其余与RAID3相同;

I/O卡:对服务器来说,主要指网卡和硬盘控制卡的冗余。网卡冗余是在服务器中插上双网卡。冗余网卡技术原为大型机及中型机上的技术,也逐渐被PC服务器所拥有。PC服务器如 Micron公司的NetFRAME9200最多实现4个网卡的冗余,这4个网卡各承担25%的网络流量康柏公司的所有 ProSignia/Proliant服务器都具有容错冗余双网卡;

PCI总线:代表Micron公司最高技术水平的产品NetFRAME 9200采用三重对等PCI技术,优化PCI总线的带宽,提升硬盘、网卡等高速设备的数据传输速度

CPU:系统中主处理器并不会经常出现故障,但对称多处理器SMP)能让多个CPU分担工作以提供某种程度的容错。

视频

信息冗余度:信源的相关性与冗余度

[1]

参考文献