Информационное резервирование

Функциональное резервирование

Функциональное резервирование - это вид резервирования, при котором заданная функция может выполняться различными способами и средствами. Например, функция передачи информации в системе может выполняться с использованием радиоканалов и других средств связи. Функциональное резервирование предназначается для повышения функциональной надежности.

При использовании функционального резерва эффективность работы системы в основном и резервных режимах работы, как правило, существенно отличаются. Поэтому для оценки надежности системы с функциональным резервом усредненные оценки безотказности (наработка на отказ, коэффициент готовности, вероятность безотказной работы) становятся малоинформативными и недостаточно пригодными для использования. Наиболее подходящие показатели надежности в таком случае - коэффициент эффективности и набор показателей надежности для каждого из возможных работоспособных состояний системы.

Информационное резервирование представляет собой дублирование особо важных блоков информационного обеспечения и осуществляется записью в память резервных копий и регенерации поколений файлов.

В случае обнаружения искажений в информационном потоке восстанавливается история файлов. Это достигается путем хранения и постоянной регенерации поколений информационного потока или посредством периодической разгрузки и хранения рабочих копий файла.

Информационное резервирование дает возможность наиболее рациональным образом, в соответствии с выбранным критерием качества, обеспечить решение задач восстановления, существенно влияет на эксплуатационные характеристики средств восстановления и определяет эффективность функционирования системы.

В любой реальной системе входная и выходная информация может иметь определенный резерв. Обычно стремятся обеспечить безрезервное кодирование, поскольку при этом длина слов в файлах оказывается минимальной. Однако, если в словах есть резерв, он может быть использован для обнаружения и исправления (коррекции) возможных искажений. Коррекция искажений, в конечном счете, приводит к повышению надежности выполняемого системой преобразования. Поэтому в целом ряде случаев в слова специально вводится резерв (т.е. применяются резервные коды представления информации), используемый для целей повышения надежности.

Введение информационного резерва с целью коррекции искажений впервые было предложено для передачи информации. На примере системы, осуществляющей простую передачу дискретной информации, рассмотрим основную идею метода.

Схема построения системы передачи информации по каналу с помехами с использованием корректирующих кодов для коррекции возникающих при передаче ошибок представлена на рис. 5.2.

Рис 5.2

Сообщения, которые должны быть переданы, поступают на вход системы передачи в виде отдельных блоков Х, называемых кодовыми словами и содержащих k символов каждый:

Х = х ₁ х ₂ ... х_k. (5.1)

Предполагается, что эти сообщения закодированы без резерва.

Кодирующее устройство (КУ) преобразует безрезервные кодовые слова Х длины k в резервированные слова Х¢ длины n (n > k). Это и есть процесс введения информационного резерва.

Резервные кодовые слова Х¢ = х ₁ ¢ х ₂ ¢... х_n¢ поступают в канал передачи. Канал подвержен влиянию помех, в результате чего кодовые слова Y¢ длины n(Y¢ = y ₁ ¢ y ₂ ¢...y_n¢), принимаемые на выходе канала, могут отличаться от переданных. Для характеристики искажений, возникающих в процессе передачи информации по каналу, пользуются векторами искажений. Вектор искажений Е представляет собой двоичное слово длины n (Е = е ₁ е ₂ ... е_n), содержащее единицы в тех позициях, в которых символы переданы неправильно, и во всех остальных позициях - нули. Искаженное выходное слово Y¢ представляется как сумма по модулю два переданных слова Х¢ (то же самое, что правильного выходного слова) и вектора искажения Е. Количество единиц в векторе искажения, равное количеству неверно переданных символов в данном кодовом слове, определяет краткость искажения.

Декодирующее устройство (ДКУ) выполняет целый ряд функций. Оно обнаруживает и исправляет искажения в принятых кодовых словах, устраняет введенный резерв и формирует правильное выходное слово.

Процесс обнаружения искажений в схеме рисунка можно представить следующим образом. Множество кодовых слов на входе системы имеет объем N_x = 2 k. Множество резервных кодовых слов на входе канала имеет объем Nx ¢ = 2 n (N_x¢ > N_x). Операция кодирования устанавливает взаимнооднозначное соответствие между 2k кодовыми словами Х множества М и 2 k кодовыми словами из множества М_х¢. Таким образом, не все слова входящие в М_y, могут появиться на входе канала (аналогично, не все слова М_y могут появиться на его выходе). Множество разбивается на подмножество кодовых слов, которые могут появиться на входе канала (разрешенные) и подмножество слов, которые не могут передаваться по каналу (запрещенные).

Каждое принятое кодовое слово анализируется в ДКУ на принадлежность к одному из двух подмножеств. Если оно относится к подмножеству разрешенных слов, то оно считается правильным. В этом случае ДКУ выполняет операцию, обратную операции кодирования, в результате чего устраняется введенный резерв и восстанавливается оригинальный вид сообщения, поступившего на вход системы. Если кодовое слово оказывается запрещенным, то это принимается как свидетельство наличия искажений.

Всегда может быть построен такой вектор искажения, который переведет передаваемое разрешенное кодовое слово в другое, также разрешенное. В этом случае искажения не будет обнаружено.

Поэтому при построении системы передачи с обнаружением искажений должен быть задан полный перечень возможных векторов искажений и код должен быть построен таким образом, чтобы ни один из заданных векторов искажений не мог перевести одно разрешенное кодовое слово в другое.

Процесс исправления искажений сложнее. Подмножество запрещенных кодовых слов предварительно разбивается на группы («декодировочные») по числу разрешенных кодовых слов. После того, как искажение обнаружено, т.е. принятое кодовое слово является запрещенным, определяется его принадлежность к одной из декодировочных групп и оно заменяется тем разрешенным словом, которому соответствует эта группа.

Условие правильного функционирования системы исправления искажений можно сформулировать следующим образом. Резервирование примененного кода должно быть выбрано таким образом и декодировочные группы должны быть организованы так, чтобы ни один из заданных векторов искажений не выводил разрешенное кодовое слово из области, ограниченной его декодировочной группой.

Характерной чертой метода является то, что резервированность входных слов не является необходимой, а резервирование выходных слов является необходимым условием коррекции искажений, т.к. именно на выходе автомата производится проверка принадлежности кодового слова к подмножеству разрешенных или запрещенных кодовых слов.

Второй важной чертой метода информационного резервирования является то, что он безразличен к причине возникновения корректируемых искажений. Причиной искажения может явиться устойчивый отказ или сбой в работе какого-либо элемента структуры. Этот отказ может произойти в основном автомате - преобразователе или в КУ. Независимо от этого возникшее искажение будет скорректировано, если только вектор этого искажения не выходит за пределы списка, для которого построен корректирующий код. В то же время необходимо отметить, что метод информационного резервирования требует абсолютно надежной работы ДКУ. Нарушение в работе ДКУ может привести к выдаче неверного выходного слова даже в том случае, если процесс основного преобразования выполнен правильно.

Дата добавления: 2014-01-07