城市交通信号机的冗余方案研究

摘要

本文设计实现了一种适用于城市交通信号机的双机热备冗余控制方案,以大幅提升信号机的可靠性.方案采用模块化设计思路,分析了信号机冗余的组成模块,并论述了信号机冗余方案中数据同步、冗余状态机、故障诊断等核心技术的实现方法.冗余控制的一个重要功能是同步。它是指冗余系统的两个或多个处理器之间要经常比较各自的状态，根据一定的规则以决定系统是否工作在正常的状态。同步的处理算法也是冗余控制的核心算法，决定了该冗余系统的总体可靠性和运行性能。冗余控制的方式在不同的领域和客户需求下，采用的方式也不尽相同。一般冗余控制可分为:处理器冗余;通信冗余;I/O冗余;电源冗余。按冗余的切换方式来分大致可分为:热备份(hot-backup)即硬冗余方式，当主设备故障时，通过特定硬件判别、备份方式无间隙地自动切换到备用设备上，保持系统正常运行;温备份(warm-backup)即软冗余方式，主要通过编程方式来实现冗余。由于软冗余的实现受多方因素制约，系统切换的时间较硬冗余稍长，因此部分软冗余可能会使主设备在发生切换时有间隙或需要人为干预或预置才得以完善。冷备份(cold-backup)即一套或部分冗余的设备不通电、不工作。当主设备故障时需要人工恢复系统运行。