En informática , la redundancia modular triple , a veces llamada redundancia de modo triple , [1] ( TMR ) es una forma tolerante a fallos de redundancia N-modular, en la que tres sistemas realizan un proceso y ese resultado es procesado por un sistema de votación mayoritaria. para producir un solo producto. Si cualquiera de los tres sistemas falla, los otros dos sistemas pueden corregir y enmascarar la falla.
El concepto TMR se puede aplicar a muchas formas de redundancia , como la redundancia de software en forma de programación de versión N , y se encuentra comúnmente en sistemas informáticos tolerantes a fallos .
Los sistemas de satélites espaciales suelen utilizar TMR, [2] [3] aunque la RAM de satélite suele utilizar la corrección de errores de Hamming . [4]
Algunas memorias ECC utilizan hardware de redundancia modular triple (en lugar del código Hamming más común ), porque el hardware de redundancia modular triple es más rápido que el hardware de corrección de errores Hamming. [5] Llamado código de repetición , algunos sistemas de comunicación utilizan la redundancia N-modular como una forma simple de corrección de errores hacia adelante . Por ejemplo, los sistemas de comunicación de redundancia de 5 módulos (como FlexRay ) utilizan la mayoría de 5 muestras; si 2 de los 5 resultados son erróneos, los otros 3 resultados pueden corregir y enmascarar la falla.
La redundancia modular es un concepto básico que se remonta a la antigüedad, mientras que el primer uso de TMR en una computadora fue la computadora checoslovaca SAPO , en la década de 1950.
El caso general de TMR se denomina redundancia N-modular , en el que se utiliza cualquier número positivo de replicaciones de la misma acción. Por lo general, se considera que el número es al menos tres, de modo que pueda realizarse la corrección de errores por mayoría de votos; También se suele considerar extraño, por lo que no pueden producirse empates. [6]
La salida de la puerta mayoritaria de 3 entradas es 1 si dos o más de las entradas de la puerta mayoritaria son 1; la salida es 0 si dos o más de las entradas de la puerta mayoritaria son 0. Por lo tanto, la puerta mayoritaria es la salida de acarreo de un sumador completo , es decir, la puerta mayoritaria es una máquina de votación . [7]
La puerta mayoritaria de 3 entradas se puede representar mediante la siguiente ecuación booleana y tabla de verdad :
En TMR, se utilizan tres circuitos lógicos idénticos (puertas lógicas) para calcular el mismo conjunto de funciones booleanas especificadas. Si no hay fallos en el circuito, las salidas de los tres circuitos son idénticas. Pero debido a fallas en el circuito, las salidas de los tres circuitos pueden ser diferentes.
Suponiendo que la función booleana calculada por las tres puertas lógicas idénticas tiene el valor 1, entonces: (a) si ningún circuito ha fallado, los tres circuitos producen una salida de valor 1, y la salida de la puerta mayoritaria tiene el valor 1. (b) si una El circuito falla y produce una salida de 0, mientras que los otros dos están funcionando correctamente y producen una salida de 1, la salida de la puerta mayoritaria es 1, es decir, todavía tiene el valor correcto. Y lo mismo ocurre en el caso en que la función booleana calculada por los tres circuitos idénticos tiene el valor 0. Por lo tanto, se garantiza que la salida de la puerta mayoritaria será correcta siempre que no haya fallado más de uno de los tres circuitos lógicos idénticos. [7]
Para un sistema TMR con un solo votante de confiabilidad (probabilidad de trabajar) R v y tres componentes de confiabilidad R m , se puede demostrar que la probabilidad de que sea correcto es R TMR = R v (3 R m 2 – 2 R m 3 ) . [6]
Los sistemas TMR deberían utilizar la depuración de datos (reescribir flip-flops periódicamente) para evitar la acumulación de errores. [8]
La propia puerta de la mayoría podría fracasar. Esto puede protegerse aplicando una triple redundancia a los propios votantes. [9]
En algunos sistemas TMR, como la computadora digital del vehículo de lanzamiento Saturn y los sistemas funcionales de triple redundancia modular (FTMR) , los votantes también se triplican. Se utilizan tres votantes: uno para cada copia de la siguiente etapa de la lógica TMR. En tales sistemas no existe un único punto de falla . [10] [11]
Aunque el uso de un solo votante trae consigo un único punto de falla (un votante fallido derribará todo el sistema), la mayoría de los sistemas TMR no utilizan votantes triplicados. Esto se debe a que la mayoría de las puertas son mucho menos complejas que los sistemas contra los que protegen, por lo que son mucho más confiables . [7] Al utilizar los cálculos de confiabilidad, es posible encontrar la confiabilidad mínima del votante para que TMR sea una victoria. [6]
Para utilizar la triple redundancia modular, un barco debe tener al menos tres cronómetros ; Los dos cronómetros proporcionaban una doble redundancia modular , permitiendo una copia de seguridad en caso de que uno de ellos dejara de funcionar, pero no permitiendo ninguna corrección de errores si los dos mostraban una hora diferente, ya que en caso de contradicción entre los dos cronómetros, sería imposible saber cuál era. incorrecto (la detección de errores obtenida sería la misma que tener un solo cronómetro y comprobarlo periódicamente). Tres cronómetros proporcionaban triple redundancia modular, permitiendo la corrección de errores si uno de los tres estaba equivocado, por lo que el piloto tomaría el promedio de los dos con una lectura más cercana (votaría por la precisión promedio).
Hay un viejo refrán al respecto que dice: "Nunca te hagas a la mar con dos cronómetros; lleva uno o tres". [12]
Principalmente esto significa que si dos cronómetros se contradicen, ¿cómo se sabe cuál es el correcto? Hubo un tiempo en que esta observación o regla era costosa, ya que el costo de tres cronómetros suficientemente precisos era mayor que el costo de muchos tipos de buques mercantes más pequeños. [13] Algunos buques llevaban más de tres cronómetros; por ejemplo, el HMS Beagle llevaba 22 cronómetros . [14] Sin embargo, una cantidad tan grande normalmente sólo se transportaba en barcos que realizaban trabajos de reconocimiento, como era el caso del Beagle .
En la era moderna, los barcos en el mar utilizan receptores de navegación GNSS (con soporte GPS , GLONASS y WAAS , etc.), que en su mayoría funcionan con soporte WAAS o EGNOS para proporcionar la hora (y la ubicación) exactas.
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