容错技术论文范文

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第1篇

当系统内部有故障存在时，通过容错技术夜上海论坛消除故障的影响，使系统最终仍能给出正确的结果。按照时间划分，故障可分为以下三种：永久性故障、间歇性故障和偶然性故障。永久故障是永远持续下去直至修复为止的故障。对硬件来说，永久性故障意味着不可逆的物理变异。对软件来说，这类故障也就是一个不可以自动恢复的错误状态。间歇性故障是短暂的，但却是断续的，它既有偶然性，又有不定期的重复性。如一个处于临界状态的电路输出时好时坏，而一个虚焊点就会引起这样的故障。偶然性故障出现是短暂的，且可能是非重复性的。常常由于环境的变换、电源方面的干扰、元器件性能的波动、软件的随机变换、电磁干扰等因素而引起。这样的故障有可能仅出现一次，或很长时间出现一次，但却可能造成数据错误，甚至系统瘫痪。

针对不同故障应采取不同的容错方法。容错技术能自动适时地检测并诊断出系统的故障，然后采取对故障的控制或处理的对策略。按照系统的失效响应阶段，可以把各种容错技术分成三种：故障检查、静态冗余、动态冗余。故障检测并不提供对故障的容忍，而是发生故障时给出一个警告。故障检测广泛应用于微型机和小型机之类的小系统中，其中一些已体现了简单的联机检测机理。严格地说，故障检测不是容错，它尽管检测了故障，但是不能容忍这些故障，不给出故障警告。动态冗余用于纠错码存储器或具有固定配置(即线路器件之间的逻辑连接保持不变)的多数表决冗余计算机之类的系统中。

根据不同情况，一个容错系统可经历以下阶段：(1)故障检测：大多数失效最终导致产生逻辑故障。有许多方法可用来检测逻辑故障，如奇偶校验、一致性校验和协议违章都可以用来检测故障。故障检测技术有两个主要的类别，即脱机检测和联机检测，在脱机检测情况下，进行检测时设备不能进行有用的工作；联机检测提供了实时检测能力，因为联机检测与有用的工作同时执行。联机检测技术包括奇偶校验和冗余校验；(2)故障限制：当故障出现时，希望限制其影响范围。故障限制是把故障效应的传播限制到一个区域内，从而防止污染其他区域；(3)故障屏蔽：故障屏蔽技术把失效效应掩盖了起来，从某种意义上说，是冗余信息战胜了错误信息，多数表决冗余设计就属于故障屏蔽；(4)重试：在许多场合，对一个操作系统的第二次试验可能是成功的，对不引起物理破坏的瞬间故障尤其如此；(5)诊断：对故障检测技术没有提供有关故障位置、性质的信息进行诊断；(6)重组：当检测出一个故障并判明是永久性故障时，重组系统的器件替换失效的器件或把失效的器件与系统的其他部分隔离开来，也可使用冗余系统，确保系统能力不降低；(7)恢复：经检测和重组后，必须消除错误效应。通常，系统会回到故障检测前处理过程的某一点，并从这一点重新开始操作。这种恢复形式通常要后备文件、校验点和应用记录方法；(8)重启动：如果一个错误破坏的信息太多，或者系统没有设计恢复功能，那么恢复就不可能实现。仅当系统未受任何破坏时，才能进行“热”重启，并从故障检测点恢复所有的操作。“热”重启相当于系统需要完全重新加载；(9)修复：即把诊断为故障的器件还原下来，修复也可以是联机进行的或者脱机进行的；(10)重构：对元件进行物理替换之后，把修复的模块重新加入到该系统中去。对联机修复来说，实现重构不中断系统的工作。

随着计算机硬件和网路的快速发展，容错计算机的系统开销逐渐降低，且纠错速度快。而软件方法实现的容错，对硬件不会提过高的要求。同时系统灵活，资源利用比较合理。更正检测、诊断将会采取人工智能的处理途径，以专家系统的各种智能工具来支持故障检测和诊断。利用专家的知识，借助推理机构，迅速而准确地提供诊断结果。系统的动态重构、故障恢复功能及神经元芯片等将被用到容错技术中来，都将在智能化的支持下得以实现。同时对电路内部的自检、自重构研究，可以解决电路本身及子系统的可靠性问题，将会出现容错的VLS1芯片及可直接支持系统容错设计的可容错设计芯片，为系统设计者提供一个具有透明性的容错设计元器件。进入到芯片内部的容错技术的研究将成为容错研究的一大分支。

随着网路时代的到来，对于一个成功的电子商务系统来说，必须响应在线客户的需求并遵守服务的那个协议(SLA)，同时保护客户的隐私及电子商务系统安全正常运营。对于客户要求的响应程度及安全保护措施是一个基于Internet的电子商务系统成功的必要条件，容错服务器就成为网络时代电子商务运营商首要选择。未来的智能化家庭都将拥有一个家庭数据中心，可提供全天候的服务，包括家庭安全、防盗和防煤气泄漏以及各种家用电器的控制，这个家庭数据中心也只有采用容错计算机才能担当。今后容错技术将同时在软件和硬件上得到发展，将会出现初级的容错软件的设计方法，应用软件方面的容错设计将会产生一些实用的工具，同时产生一个通用操作系统和硬件相结合的容错方法，走软硬结合的道路。系统容错设计将在分布式系统、CSCW等方面出现新的容错设计方法。

夜上海论坛 [摘要]随着计算机技术的发展，容错技术和容错计算机将成为新的研究发展方向。本文介绍了容错技术的基本原理及内容，介绍了容错系统的经历阶段和实现容错功能的关键技术，总结了计算机容错技术的现阶段的应用情况。

[关键词]容错技术可靠性容错功能

参考文献：

[1]胡谋.计算机容错技术[M].北京：中国铁道出版社.

夜上海论坛 [2]杨孝宗.容错计算技术的提出和发展[J].电子和信息化.

第2篇

夜上海论坛 关键词：3G视频通信H.264/AVC容错技术

传统的视频编码标准都是围绕比特流的概念组织的。实际上用于传送数字视频的大多数网络体系结构并不适合直接传输比特流。在许多网络体系结构中，比特流需要拆分为数据分组。这些分组的特性，如最小/最大尺寸、相关开销和差错属性等在网络体系结构间、甚至在某个给定的网络体系结构内也是很不相同的。假如视频编码器自身能和网络特性很好的匹配，将能够获得更好的视频QoS。问题是如何容错地支持易差错的无线移动网络？为了解决无线移动信道视频的容错传输，我们将采用如前向纠错编码及支持差错复原的视频压缩编码技术来解决。H.264编解码器可以很好的解决易差错信道的视频容错传输。在3GPP/3GPP2的传输环境下通过选择适当的条带长度使H.264编解码器和无线移动信道的网络特性得到很好的匹配，实现无线移动信道视频的容错传输。H.264标准适用于无线网络传输的主要原因之一就是在概念上分为两层:视频编码层VCL(VideoCodingLayer)和网络抽象层NAL(NetworkAbstractionLayer)，其中VCL负责高效的视频内容表示，它被设计成尽可能独立的网络，NAL负责对编码信息进行打包封装并通过指定网络进行传输。H.264中还定义了两种新的帧编码类型，即SP帧和SI帧来完成不同流的切换，可以根据传输网络和用户终端的具体情况自适应地在不同码率的视频流之间切换，这大大改善了视频流对3G网络的适应性。

夜上海论坛 一、3G视频通信中容错技术的应用

夜上海论坛 3G通信技术的出现使对话式无线视频业务成为可能，虽然3G网络在移动环境下的带宽可达384kbps，在静止环境下的带宽可以达到2Mbps，但是由于信道衰减、建筑物遮挡、终端移动、多用户干涉等原因影响，使得信道是时变且高误码的，因此，在3G网络上传输视频流时，仅仅追求高的压缩效率是不够的，必须有一定的容错和错误掩盖措施。最新的3GPP/3GPP2标准要求3G终端支持H.264/AVC视频编解码技术，同时由于硬件的限制，3G终端只支持部分H.264/AVC的容错工具。H.264中虽然提供了一些容错工具，但是它们有各自不同的用途和目的，即在不同的场合需要选择不同的组合来使用。

夜上海论坛 1.1错误隐藏技术由于错误隐藏技术能够利用接收到的数据来恢复丢失的数据，因此一般都应用在解码器端。在无线网络环境中，解码器的这种能力尤其重要，因为无线网络环境中误码率高，很多RTP包在传输中被网关或者路由器丢弃，而这些丢失的数据又必须在解码器端根据空间和时间上的相关性来恢复。错误隐藏技术的实现方法也很多，在JVT参考软件中，就使用了一种空间相关性的方法，即使用被丢失宏块周围的4个宏块来恢复被丢失的数据，其选用的标准是使恢复后边缘数据的SAD(sumofabsolutedifference)差最小。这种方法的效果虽不是最好，但是计算简单有效。

夜上海论坛 1.22Slice结构为了满足MTU大小的要求，在3G网络视频传输中对视频进行分片压缩显得尤其重要。经过分片压缩后的视频中每个RTP包中包含一个片，一般每个slice中包含一个或者几个宏块，并以RTP包的大小满足MTU的要求为准。

1.3帧内编码块刷新由于帧内编码不依赖时间上相邻帧的数据，所以帧内编码块能有效地阻止由于包丢失甚至帧丢失而引起的错误传播。对于对话式视频业务来说，由于实时性要求高，而且I帧刷新的频率较低，因此可以用帧内编码块来部分代替I帧的作用。H.264／AVC提供了两种帧内编码块刷新(intrablockrefreshing)模式；其中，一种是随机模式，即用户可以选择帧内编码块的数目，而由编码器随机决定哪些哪些位置上的宏块实行帧内编码；另一种是行刷新模式，即编码器在图像中依次选择一行进行帧内编码，但图像分辨率大小不同，每次需要帧内编码块的数目也不同，例如在QCIF格式图像中，每次需要选择一行，即11个宏块进行帧内编码，而在CIF格式图像中，这个数字变成22。

1.4参数集(ParameterSets)H.264标准中，取消了序列层和图像层，将原本属于序列和图像头部的大部分句法元素分离出来形成序列参数集SPS(SequenceParameterSet)和图像参数集PPS(PictureParame2terSet)。序列参数集包括了与一个图像序列有关的所有信息，如编码所用的档次和级别、图像大小等，应用于视频序列。图像参数集包含了属于一个图像的所有片的信息，如嫡编码方法、FMO，宏块到片组的映射方式等，应用视频序列中的一个或多个独立的图像。多个不同序列参数集和图像参数集被解码器正确接收后，被存储于不同的己编码位置，解码器依据每个己编码片的片头的存储位置选择合适的图像参数集来使用。

1.5冗余片(RedundantSlice)H.264编码器除了对片内的宏块进行一次编码外，还可以采用不同的编码参数对同一个宏块进行一次或多次编码，生成冗余片，冗余片的信息也被编码进同一个视频流中。解码器在能够使用主片的情况下会抛弃冗余片，反之如果主片丢失，也可以通过冗余片来重构质量。

1.6灵活的宏块排序(FMO)FMO技术通过片组(slicegroup)技术来实现。片组是由一个或者多个片组成，而每个片中通常包括一系列的宏块。采用FMO进行视频编码的好处在于，可以使因信道传输而引起的错误分散。具体实施方法是:帧图中的宏块可以组成一个或几个片组，每一个片组单独传输，当一个片组发生丢失时，可以利用与之临近的已经正确接收到的另一片组中的宏块进行有效的错误掩盖。片组组成方式可以是矩形方式或有规则的分散方式(例如，棋盘状)，也可以是完全随机的分散方式。采用FMO提高了码流的容错能力，却使编码效率有所降低，同时也会增加编码延迟时间。

二、结论

夜上海论坛 通信技术的飞速发展，第三代数字无线移动通信网络以及多媒体信息服务(MMS)的兴起为无线移动环境下的多媒体通信业务(特别是视频)提供了应用和发展的需求．多媒体业务是3G的基本业务之一，然而视频通信业务对3G网络还是一种挑战，这是由于无线网络是一种易错网络，容易受到多径干扰、阴影衰落等多种条件的影响，致使视频传输流中的RTP包会大量丢失，因此对于3G无线网络中的视频通信业务，容错技术是不容忽视的。H.264／AVC视频编码标准本身提供了许多容错工具，可以很好的解决易差错信道的视频容错传输，提高3G视频通信的可用性。

参考文献：

夜上海论坛 [1]潘全卫.DHCP服务器容错方案[J].网管员世界.2009.(5):55-56.

第3篇

关键词：3G视频通信H.264/AVC容错技术

传统的视频编码标准都是围绕比特流的概念组织的。实际上用于传送数字视频的大多数网络体系结构并不适合直接传输比特流。在许多网络体系结构中，比特流需要拆分为数据分组。这些分组的特性，如最小/最大尺寸、相关开销和差错属性等在网络体系结构间、甚至在某个给定的网络体系结构内也是很不相同的。假如视频编码器自身能和网络特性很好的匹配，将能够获得更好的视频QoS。问题是如何容错地支持易差错的无线移动网络？为了解决无线移动信道视频的容错传输，我们将采用如前向纠错编码及支持差错复原的视频压缩编码技术来解决。H.264编解码器可以很好的解决易差错信道的视频容错传输。在3GPP/3GPP2的传输环境下通过选择适当的条带长度使H.264编解码器和无线移动信道的网络特性得到很好的匹配，实现无线移动信道视频的容错传输。H.264标准适用于无线网络传输的主要原因之一就是在概念上分为两层：视频编码层VCL(VideoCodingLayer)和网络抽象层NAL(NetworkAbstractionLayer)，其中VCL负责高效的视频内容表示，它被设计成尽可能独立的网络，NAL负责对编码信息进行打包封装并通过指定网络进行传输。H.264中还定义了两种新的帧编码类型，即SP帧和SI帧来完成不同流的切换，可以根据传输网络和用户终端的具体情况自适应地在不同码率的视频流之间切换，这大大改善了视频流对3G网络的适应性。

一、3G视频通信中容错技术的应用

3G通信技术的出现使对话式无线视频业务成为可能，虽然3G网络在移动环境下的带宽可达384kbps，在静止环境下的带宽可以达到2Mbps，但是由于信道衰减、建筑物遮挡、终端移动、多用户干涉等原因影响，使得信道是时变且高误码的，因此，在3G网络上传输视频流时，仅仅追求高的压缩效率是不够的，必须有一定的容错和错误掩盖措施。最新的3GPP/3GPP2标准要求3G终端支持H.264/AVC视频编解码技术，同时由于硬件的限制，3G终端只支持部分H.264/AVC的容错工具。H.264中虽然提供了一些容错工具，但是它们有各自不同的用途和目的，即在不同的场合需要选择不同的组合来使用。

1.1错误隐藏技术由于错误隐藏技术能够利用接收到的数据来恢复丢失的数据，因此一般都应用在解码器端。在无线网络环境中，解码器的这种能力尤其重要，因为无线网络环境中误码率高，很多RTP包在传输中被网关或者路由器丢弃，而这些丢失的数据又必须在解码器端根据空间和时间上的相关性来恢复。错误隐藏技术的实现方法也很多，在JVT参考软件中，就使用了一种空间相关性的方法，即使用被丢失宏块周围的4个宏块来恢复被丢失的数据，其选用的标准是使恢复后边缘数据的SAD(sumofabsolutedifference)差最小。这种方法的效果虽不是最好，但是计算简单有效。

1.22Slice结构为了满足MTU大小的要求，在3G网络视频传输中对视频进行分片压缩显得尤其重要。经过分片压缩后的视频中每个RTP包中包含一个片，一般每个slice中包含一个或者几个宏块，并以RTP包的大小满足MTU的要求为准。

夜上海论坛 1.3帧内编码块刷新由于帧内编码不依赖时间上相邻帧的数据，所以帧内编码块能有效地阻止由于包丢失甚至帧丢失而引起的错误传播。对于对话式视频业务来说，由于实时性要求高，而且I帧刷新的频率较低，因此可以用帧内编码块来部分代替I帧的作用。H.264／AVC提供了两种帧内编码块刷新(intrablockrefreshing)模式；其中，一种是随机模式，即用户可以选择帧内编码块的数目，而由编码器随机决定哪些哪些位置上的宏块实行帧内编码；另一种是行刷新模式，即编码器在图像中依次选择一行进行帧内编码，但图像分辨率大小不同，每次需要帧内编码块的数目也不同，例如在QCIF格式图像中，每次需要选择一行，即11个宏块进行帧内编码，而在CIF格式图像中，这个数字变成22。

1.4参数集(ParameterSets)H.264标准中，取消了序列层和图像层，将原本属于序列和图像头部的大部分句法元素分离出来形成序列参数集SPS(SequenceParameterSet)和图像参数集PPS(PictureParame2terSet)。序列参数集包括了与一个图像序列有关的所有信息，如编码所用的档次和级别、图像大小等，应用于视频序列。图像参数集包含了属于一个图像的所有片的信息，如嫡编码方法、FMO，宏块到片组的映射方式等，应用视频序列中的一个或多个独立的图像。多个不同序列参数集和图像参数集被解码器正确接收后，被存储于不同的己编码位置，解码器依据每个己编码片的片头的存储位置选择合适的图像参数集来使用。

夜上海论坛 1.5冗余片(RedundantSlice)H.264编码器除了对片内的宏块进行一次编码外，还可以采用不同的编码参数对同一个宏块进行一次或多次编码，生成冗余片，冗余片的信息也被编码进同一个视频流中。解码器在能够使用主片的情况下会抛弃冗余片，反之如果主片丢失，也可以通过冗余片来重构质量。

1.6灵活的宏块排序(FMO)FMO技术通过片组(slicegroup)技术来实现。片组是由一个或者多个片组成，而每个片中通常包括一系列的宏块。采用FMO进行视频编码的好处在于，可以使因信道传输而引起的错误分散。具体实施方法是：帧图中的宏块可以组成一个或几个片组，每一个片组单独传输，当一个片组发生丢失时，可以利用与之临近的已经正确接收到的另一片组中的宏块进行有效的错误掩盖。片组组成方式可以是矩形方式或有规则的分散方式(例如，棋盘状)，也可以是完全随机的分散方式。采用FMO提高了码流的容错能力，却使编码效率有所降低，同时也会增加编码延迟时间。

二、结论

夜上海论坛 通信技术的飞速发展，第三代数字无线移动通信网络以及多媒体信息服务(MMS)的兴起为无线移动环境下的多媒体通信业务(特别是视频)提供了应用和发展的需求．多媒体业务是3G的基本业务之一，然而视频通信业务对3G网络还是一种挑战，这是由于无线网络是一种易错网络，容易受到多径干扰、阴影衰落等多种条件的影响，致使视频传输流中的RTP包会大量丢失，因此对于3G无线网络中的视频通信业务，容错技术是不容忽视的。H.264／AVC视频编码标准本身提供了许多容错工具，可以很好的解决易差错信道的视频容错传输，提高3G视频通信的可用性。

参考文献：

[1]潘全卫.DHCP服务器容错方案[J].网管员世界.2009.(5)：55-56.