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系统冗余

Wikipedia · 2026-05-28 维基百科 👁 1 阅读

冗餘（英語：）是指系統為了提昇其可靠度，刻意配置重複的零件或是機能。冗餘一般是為了備用，或是失效安全的考量，也有可能是为了提昇系統性能，像是卫星导航系统接收器，或是多线程電腦處理。

在許多生命攸關系統（像是飛機中的Fly-by-wire及液壓系統）中，控制系統的一些元件會特別配置三組，一般稱為三重模塊冗餘（TMR）。若其中一個有問題，其他二個正常，則會依類似投票的機制，以二個正常的模塊為準。在三重模塊冗餘的系統中，至少要有二個模塊有問題才可能造成系統失效。因為模塊的失效率其實很低，而且模塊的失效是互相獨立的，因此二個模塊都失效的機率相當的低，會低於比其他的風險因素（例如人为错误）。冗餘也可以稱為是「多數決系統」或「投票式邏輯」。

的許多纜繩也是冗餘的一種]]

有時冗餘不會提高系統的可靠度，反倒會降低系統的可靠度。有冗餘設計的系統是比較複雜的系統，也比較容易被其他問題影響。有冗餘的系統比較容易讓操作者疏忽職責，或是給予系統較大的生產需求，使系統處於過應力，較不安全的情形下。

冗餘的種類
電腦科學中，主要有四種不同的冗餘，分別是

  • 硬體冗餘，例如及三重模塊冗餘
  • 資訊冗餘，例如错误检测与纠正方法
  • 時間冗餘，進行同一個任務數次，例如執行同一個程式數次，或是傳輸同一筆資料數次等
  • 軟體冗餘，例如

另一種由軟體冗餘衍生，但應用在硬體上的冗餘是：

  • 不同機能冗餘，像是車輛中同時有機械剎車及油壓剎車。此作法是用軟體中的例子，二個獨立由不同人寫作，有相同功能的模組，針對同一訊號產生相同的輸出

建築結構在進行設計時，一般也會設計冗餘的模組，在只有一個零件損壞的情形下，不會破壞整個結構。沒有設計冗餘的結構稱為，意思是單一零件的損壞可能破壞整個結構。像美國西維吉尼亞州和俄亥俄州的（在1967年倒塌）和华盛顿州的（在2013年倒塌）都是沒有考慮冗餘結構橋樑的例子。

平行系統及組合式系統都有不同程度的冗餘。這些模型是可靠度及安全工程研究的主題。

主動冗餘及被動冗餘
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冗餘可以分為被動冗餘及。兩種冗餘都是利用額外的零件，在沒有人為介入的情形下，避免性能低於所需的規則以外。

被動冗餘是用多餘的數量或能力來減少零件損壞的影響。像橋樑上的纜繩及支撐的強度都會較所需的強度要高一些，就是被動冗餘的例子。提昇的強度可以使橋樑不會因為部份元件損壞而倒塌。額外提昇的強度即為安全裕度。

人的耳朵和眼睛也是被動冗餘的例子。一個眼睛若完全沒有視力，不會讓人失明，不過視覺上無法識別遠近。一個耳朵若完全沒有聽力，不會讓人失聰，但無法透過耳朵識別聲音的位置。被動冗餘的系統，若有少量的故障，可能也會伴隨性能的降低。

主動冗餘是用監控個別設備的方式來消除性能降低，監控時也會用投票式邏輯。投票式邏輯會連接到開關，自動調整零件的組態。错误检测与纠正及修正及全球定位系統（GPS）都是主動冗餘的例子。

配電系統就是主動冗餘的例子。有許多高壓電纜連結發電設備及用戶。每一組高壓電纜都會監測負載，也會有斷路器。高壓電纜的組合可以提供的電力超過總用電量。若高壓電纜偵測到負載過載，會切斷斷路器。會由其他的高壓電纜提供用戶所需的電力。

缺點
《》的作者曾提到：有時冗餘反而會帶來反效果，讓可靠度變低，而不是提昇可靠度。冗餘降低可靠度的可能原因有三個：第一，冗餘安全設備使系統變複雜，比較容易出現故障及意外，再者，冗餘比較容易讓工作者輕忽，最後一點是常常會給予過高的產能壓力，使系統運作在較高，但較不安全的速度下

  • 可靠度冗餘分配問題 (Reliability Redundancy Allocation Problem, RRAP) : RRAP由RAP衍伸，除了分配子系統中的零件數量外，每個子系統的零件可靠度也是決策變數，目標最大化系統可靠度。

近年來隨著柔性運算的發展，許多學者改以利用元啟發算法來求解上述兩種問題。

相關條目
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  • 数据冗余

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  • 故障容許度

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  • 安全係數
  • 可靠度

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  • 安全工程
  • 可靠性 (计算机网络)
  • 平均故障間隔
  • RAID

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參考資料
外部連結

#工程概念 #安全 #可靠度工程 #容错 #Fault-tolerant computer systems

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