安全冗余范文（精选10篇）

安全冗余 第1篇

电动轮汽车将电机直接安装在驱动轮内，具有传动链短、传动效率高、结构紧凑等突出优点。电动轮转矩独立可控，使得电动汽车的转向灵活性和姿态控制性都较燃油汽车有了较大的改善。驱动轮采用独立电机作为驱动源，省略了差速等机械结构，使得车辆安全稳定运行完全依赖于控制系统，一方面对主动安全控制系统的准确性、稳定性、快速性提出更高要求，另一方面具备四轮独立驱动、制动及转向操控结构，底盘操纵稳定性控制呈现执行机构冗余。

针对四轮全驱电动汽车稳定性控制，文献[1]提出了横摆稳定性控制方法，由上层姿态控制器根据车辆运行状态对车辆的纵向运动、侧向运动进行控制，在进行轮胎力分配时忽略了车辆的约束条件，该方法在极限工况下控制效果有限。文献[2]提出了基于车辆横摆角速度和侧向加速度的控制策略，采用加权最小二乘法对轮胎力和控制器能量消耗进行优化，但仍未考虑车辆极限工况下轮胎力饱和的问题。此种分层控制结构的重点是设计下层分配控制器。文献[3]提出了一种以提高驱动系统能效为目标的分配策略，采用模糊算法优化系统能效目标函数中的稳定性和经济性两个指标，但忽略了电机最大输出及路面附着系数。文献[4]以轮胎路面附着利用率最小化为目标优化分配各车轮的地面切向力，为汽车的稳定行驶保留更多的附着余量，但该方法在一定程度上削弱了车体的其他动力学性能。文献[5]分别建立了侧重于稳定性和机动性的两种目标函数，并利用模糊权重函数优化了纵向力分配，但未考虑优化分配对系统的影响。

车辆在极限工况下呈严重非线性，操纵稳定性控制系统存在的鲁棒性问题和系统对动态响应速度的要求是系统设计的难点[6,7]。本文采用并联工作的分层控制结构提高系统的实时性，基于精确线性化理论构建上层车辆姿态控制策略，生成保持车辆稳定所需合力矩，提高系统对非线性的自适应能力。以车辆姿态控制器跟踪误差及执行机构输出最小化为目标，运用二次规划设计下层分配控制器，在满足轮胎力物理约束的条件下优化分配四轮牵引力。仿真结果表明，该控制方案可有效提高四轮全驱电动汽车的稳定性。

1 系统结构及车辆模型

1.1 系统结构

图1为四轮全驱电动汽车操纵稳定性控制系统的结构框图，系统通过动态调节横摆角速度和质心侧偏角实现车辆的操纵稳定性控制。姿态控制器为控制结构的第一层，由参考模型输出的车辆理想姿态参数及观测参数计算出保证车辆稳定所需的“广义合力”。此“广义合力”作用于车辆重心，包括纵向力、侧向力、横摆力矩。

控制分配器是整车控制结构的第二层，其功能是按照一定的分配规则，在满足轮胎力约束的条件下将“广义合力”分配为各个执行机构的给定。对于四轮全驱电动汽车，执行结构的给定即四轮的纵向力、侧向力。

1.2 车辆模型

对车身整体进行考虑，忽略悬架系统，无前后左右的摇摆，汽车的质心保持不变，可以看成一个简单的三自由度刚体[8]，参考模型如图2所示。

其中，XYZ是惯性参考系，xyz是基于汽车重心的非惯性参考系，β是速度矢量与车辆纵轴的夹角，X、Y、φ分别是惯性参考系下车辆模型沿X、Y方向的位移和车辆偏航角，则车辆的运动方程为

式中，m为车辆质量；J为车辆做横摆运动的转动惯量；FX、FY、MZ分别为惯性参考系下作用于整车的纵向力、侧向力、横摆力矩；Vx、Vy、γ分别为惯性参考系下车辆的纵向速度、侧向速度、横摆角速度。

车辆参考系下的运动方程为

式中，Fx、Fy、Mz分别为车辆参考系下作用于整车的纵向力、侧向力、横摆力矩。

2 姿态控制

采用非线性系统精确线性化方法可解决车辆的严重非线性问题[9]，根据车辆实际运行状态及理想状态下的纵向速度、侧向速度、横摆角速度，基于三自由度车辆模型得到保证车辆稳定运行所需纵向力、侧向力及横摆合力矩。

车辆动力学模型满足非线性系统状态反馈线性化条件，可进行状态反馈线性化，线性化后有

v为虚拟输入，控制器v与真实控制器u的关系为

u1、u2、u3分别为控制量，对应车辆上位控制器的输出Fx、Fy、Mz，定义偏差如下：

则控制器的形式如下：

其中，fx(ex）、fy(ey）、fr(er）为针对偏差的控制算法，采用PID控制。

3 轮胎力控制分配

考虑到四轮全驱电动汽车对稳定性控制系统控制要求及节能性目标，下层控制分配器选取姿态控制器的跟踪误差及轮胎力的输出最小化为目标。针对系统严重非线性，二次规划算法具有运算速度快、硬件实现容易等优点[10]，故采用该算法实时优化各轮胎力。

设计下层控制分配器如下：

式中，F为上位控制器的给定；B为约束矩阵。

选取四个轮胎的纵向力和侧向力作为优化变量：

约束矩阵为

将约束条件F=BU做如下变化，取两者之间的差：

若要使跟踪误差最小，可取其范数最小，由此可定义目标函数：

在满足跟踪目标函数的同时，也应保证轮胎力的输出最小，即

以姿态参数的跟踪误差及轮胎力输出最小化为优化目标，构建目标函数如下：

轮胎力输出有限，受路面最大摩擦力限制，其优化区域为一个摩擦圆，如图3所示[11]。

由于摩擦圆约束属于非线性规划，运算量大且会降低系统的实时性，故通过八边形逼近。以左前轮为例。由图3可得：

可将其写成二次规划约束标准型：

4 仿真分析

为了验证集成控制算法的有效性，选取表1所示参数在两种较为极限的工况：(1)低路面附着系数下的高速转向；(2)对开路面下的高速制动，对控制系统的性能进行验证。同时，为了比较控制系统对车辆性能提升的效果，与采用Ackerman几何原理实现差速控制的四轮驱动前轮转向电动汽车进行了对比，结果如图4、图5所示。

工况(1):v=120km/h,u=0.25，在4～5s时刻驾驶员转角给定4.87°（传动比K=17）。仿真结果如图4所示。

由仿真结果可知，差速控制车辆在转向时，质心侧偏角上存在一定偏差，误差为0.149°。这是因为前轮转向电动汽车在转向时需要一定的侧偏角才能使后轮产生侧向力，达到横摆合力距平衡，其侧偏角误差不可避免。集成控制电动汽车其侧偏角偏离理想值后恢复为零，其侧偏角短暂偏离理想值是因为车辆侧向速度无前馈通道，只存在反馈通道。其质心侧偏角可以达到稳态值零，是因为集成控制车辆可通过后轮转角，产生轮胎力，不依赖于侧偏角的产生。差速控制电动汽车横摆角速度为1.34°，集成控制车辆横摆角速度为3.24°，与理想值3.25°相比，误差仅为0.3%，稳定性增加。横摆合力距由平均63N增至151N，较大的横摆合力距保证了横标角速度的增益，提高了车辆的操纵性。

工况(2)：对开路面下的高速制动，v=120km/h，左侧车轮u=0.25，右侧车轮u=0.85，在4～5s时刻驾驶员给定加速度为-2m/s，转向角为0。仿真结果如图5所示。

由仿真结果可以看出，采用差速控制和集成控制电动汽车在制动时，纵向速度都可跟踪给定，但调节机制不尽相同。电动轮汽车依靠四轮轮速自我调节机制，根据不同滑移率，四个轮毂电机分别产生相应的制动力矩，使得车辆减速。差速控制车辆前轮转角无动作，而是通过车辆产生质心侧偏角和横摆角速度而产生轮胎侧偏角，从而产生轮胎侧向力，使车辆产生侧向合力，侧偏角和横摆角速度逐渐恢复到理想值，而侧偏角产生了最大误差1.39°，横摆角速度产生了最大误差5.13°。在此过程中车辆存在侧向速度，最大偏差为2km/h，车辆运行轨迹会偏离理想，牺牲了车辆运行稳定性。相比之下，采用集成控制4WID-4WIS电动汽车通过灵活的调整四轮制动力和四轮转角，使得车辆的侧向速度、横摆角速度和侧偏角保持在一个较低的水平上，横摆角速度最大误差仅为0.13°。

摘要：针对电动轮汽车全新的底盘结构策略,采用分层控制,将姿态跟踪与底盘操纵量优化分配相结合,上层姿态控制器采用精确线性化控制策略克服系统非线性,生成改善行驶姿态所需合力矩;下层分配控制器采用二次规划算法,优化因四轮独立驱动而形成的冗余执行机构,综合实现姿态参数跟踪误差和轮胎力输出最小化,优化分配驱动扭矩、制动扭矩,减少整车能耗。仿真结果表明,该控制结构可使运行轨迹很好地跟踪驾驶员给定轨迹且车辆操作稳定性及安全性均得到明显的提高。

关键词：冗余执行机构,优化分配,主动安全控制,分层控制

参考文献

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安全冗余 第2篇

关键词：铁路信号；三重冗余；安全

一、车站信号控制系统概述

铁路信号是铁路运输部门保证行车安全，提高运输效率，实现运输管理自动化和列车运行自动控制的重要技术手段。铁路信号系统按其应用场所可分为车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间信号控制系统、铁路行车指挥控制系统以及列车运行自动控制系统等。车站信号控制系统是铁路运输领域里重要的控制系统之一。车站信号控制系统是由室内控制设备、室外站场设备和通信线路等硬件设备和电路组成，按照特定的规则，选择列车所要经过的进路。这些特定规则，就是信号灯、道岔、区段以及进路之间的制约关系，称之为联锁，而实现这种联锁的设备称为联锁设备。由此可以看出，车站信号控制系统的核心是联锁。所以，车站信号控制系统就是实现联锁的系统，也称车站联锁系统。

铁路信号系统是保证行车安全的实时控制系统，它必须具有高度的可靠性和安全性。在该系统的长期发展中，基本上是依赖于实践和经验积累，以提高系统的可靠性和安全性的。近些年来，由于容错技术的发展，使得电子数字技术、计算机技术在铁路信号领域得到了应用。因此，对安全性与可靠性分析基础进行简单介绍，并且分析三取二冗余系统的安全性与可靠性，为今后系统的更新改造打好理论基础。

二、系统的可靠性与安全性评估

系统设备和器件(统称产品)的可靠性定义为在规定的时间内和规定的条件下(环境下)完成规定功能的能力。安全性反映系统在运行过程中不产生导致危险性因素的能力。产品的失效率或者说何时发生故障是随机的，所以产品的可靠性与安全性在本质上具有概率特性。

（一）故障检测覆盖率对系统可靠性的影响

若系统是一个冗余系统。系统故障时冗余部件是否被有效利用，在很大程度上依赖于故障检测覆盖率。如果故障检测覆盖率接近于1，系统能及时诊断出所出现的故障且正确处理，从而系统能够有效地利用冗余部件，完成系统的重组与重构，提高了系统的可靠性。反之，如果故障检测是极不完善的，故障检测覆盖率远小于1，系统将无法有效利用冗余部件，因为系统无法辨别部件是否故障，就无法进行故障部件的切除与替换，采用冗余提高系统可靠性效果将降低。

（二）故障检测覆盖率对系统安全性的影响

故障一安全系统中的故障，根据它是否可以被检出来，分为可检测故障和不可检测故障两种。如果故障可以被检测出来，我们总可以采取相应的措施加以防范，以免因故障而导致系统给出危险侧输出。因此系统内部出现故障时能被及时检测出来并处理的情况下，系统不会给出危险侧输出。现有的故障检测技术，一般对单故障都有很高的检测覆盖率。只是对双重或多重故障的检测覆盖率较低。由于多重故障发生概率很低，因此影响系统安全性的故障主要是双重故障。

三、三重冗余系统(TMR)的可靠性和安全性分析

（一）TMR系统的可靠性分析

对于多模表决系统来说，假定表决器的可靠度R、为1，并且每个模块失效是独立的，那么，在单位时间内两个或两个以上模块失效的概率远远小于单个模块失效的概率。因此，任意时刻两个或两个以上模块同时失效的概率可以忽略不计，同样，单位时间内只考虑一个模块修复的可能性。在计算系统的可靠性时，如果某一模块的失效将导致整个系统的失效，此时，后面模块的失效状况就不再予以考虑。所以，对于一个n模表决系统来说，失效模块数>2时，系统失效。如果将该状态视为马尔可夫吸收态，那么，系统的状态恰好符合马尔可夫吸收链。

因此，TMR系统具有238种状态，假设每个模块的失效率入都相同，当一个模块发生故障时，不会影响系统的正常工作，而当失效模块数>2时，系统失效。这个状态可以视为马尔可夫吸收态。考虑到可修TMR系统当一个模块发生故障时，整个系统并未失效，失效模块仍有修复的可能性，修复率为p。由于系统进入两个模块失效状态时，系统实际上已经失效，因此，系统状态可简化为3个模块正常工作，一个模块失效和两个模块失效。

系统状态转移矩阵为

1-3λ3λ0

p=[ μ 1-2λ-μ 2λ

0 0 1

平均故障间隔时间为:MTBF=H[（I-Q）-1C]

其中H=(100…0)，1是单位矩阵，C是元素为1的列向量

a1 0 … 0

D=[… … ……]

0 … … a1

式中μ为矩阵P的特征值，而矩阵R由对应于a1的矩阵P的特征向量组成，R与R-1互为逆矩阵。

（二）TMR系统安全性分析

假设TMR系统的3个同时工作的冗余模块分别为A、B和C。由于采用三取二表决方式，所以如果一个模块故障不影响系统的正常工作，只有当两个或两个以上的模块发生故障时，系统才会失效。TMR系统具有一个突出的优点，即能够检测出单模块的故障，这在无形中就可大大提高了系统的安全性。我们将3个冗余模块以外的其它模块作为一个整体，统称为外围设备。为了简化分析过程，不妨作以下假设:

1．由于两个或两个以上模块同时发生故障的概率很小，与单模块的故障概率相比可忽略不计；2．单模块的故障不会导致危险输出，并且单模块故障可被检出；3．当发生单模块故障，并且在故障未被检出期间，如果有另一模块又发生故障，则保守地认为系统会给出危险侧输出；4．故障是随机的，其运行符合定常马尔可夫过程；5．系统修复后，完好如初。

在对系统的评估过程所推算出的各种状态下的稳态概率，将相关参数代入。

可得TMR系统安全度为

S=PW+PF=

若取入二10-4，修复时间T=h8，则安全度S=1故障安全度D=0.99。

由此可见，TMR安全度以及可靠性明显高于单双机系统。

五、结束语

微机联锁系统是铁路信号联锁的发展方向，它具有6502电气集中联锁系统不可比拟的优越性。同时具有具有界面友好，操作简便等特点，控制系统部分与仿真软件相配合，能够很好地控制站场实际设备。同时，本文在分析了TMR系统的安全性后，证明了三重冗余系统(TMR)的可靠性和安全性，建议在我国铁路信号事业中推广该技术。

参考文献：

［1］何友全,许登.铁道信号微机联锁[J].交通与计算机,2000,(5).

安全冗余 第3篇

关键词：数字图书馆,服务器安全,冗余技术

随着计算机技术的不断发展,人类社会进入信息化时代。目前,网络信息技术的应用范围越来越广泛,特别是在图书馆领域的应用,已经成为图书馆服务的重要组成部分。在数字图书馆建设初期,人们注重网络的安全性、便捷性,忽视了网络的安全性。在数字图书馆网络覆盖范围仅为局域网的时期,网络安全问题并未体现出来。数字图书馆网络安全指数字图书馆系统各个组成部分避免由偶然原因而遭到严重破坏,造成相关数据的泄露和篡改。网络安全的目的是保持数字图书馆的正常运行,保持数据的完整、有效和可靠。 目前,数字图书馆将数据存贮在服务器上,所以服务器是数字图书馆的核心,即数字图书馆网络安全的关键是服务器安全。计算机病毒的侵入和人为操作失误都能导致服务器瘫痪,使得相关数据和文件丢失。在服务器重装的过程中,计算机内的原始数据就可能丢失,所以服务器据的安全问题是提高网络安全的关键。目前, 数据库安全保护的主要技术是冗余技术。 冗余技术在两个以上的设备上进行相同的功能设计,一旦一个设备出现问题,其他设备会自动承担问题设备的任务,以保持数字图书馆的正常运行。

1数字图书馆服务器安全的冗余技术概述

目前,数字图书馆为了提高自身的可靠性,采用服务器冗余技术。服务器冗余技术是对硬件进行冗余设计,防止服务器因为硬件故障而停止工作。因此,服务器冗余技术被广泛地应用到数字图书馆领域。

2数字图书馆服务器安全冗余技术

事实上,服务器主要利用磁盘、电源、 网卡和风扇等冗余配置进行相关数据保护。下面就对这些设备进行详细阐述:

2.1磁盘冗余

计算机系统通过RAID技术实现磁盘冗余,其主要包括RAID0,RAID 1, RAID3 ,RAID5等。RAID技术通过阵列控制器对整个磁盘进行管理,将多个磁盘组成一个整体。在多个磁盘组中,一个磁盘出现问题,其中数据被保存到其他磁盘中。

2.2电源冗余

电源冗余指服务器配备两个可以进行热插拔功能电源,两个电源在工作中以50% 的功率进行工作。两个电源以半负载进行工作,可以提高电源的稳定性。其中一台电源出现问题,另一台电源就满载工作,并通过灯光进行报警。系统管理人员可以在不关闭电源的情况下,更换新的电源。因此,电源冗余技术,避免服务器电源损坏造成服务器死机的现象。

2.3网卡冗余

网卡冗余指服务器同时安装两块网卡,其中网卡必须采用自动控制技术。在服务器工作时,两块网卡平均承担网络传输任务,提高网络传输的带宽。一旦其中一块网卡出现问题,另一块网卡自动承担网络信息传输任务。因此,网卡冗余技术可以有效避免网络传输故障的发生,保证服务器的正常运转。

2.4风扇冗余

在服务器工作过程中,可以配置两套降温风扇,这就是风扇冗余。风扇冗余分为主、副风扇,并进行风扇自动切换。服务器对风扇转速进行监测,一旦发现风扇故障就进行报警,并启动备用风扇进行降温。如果服务器系统工作正常,备用风扇处于停止状态,完全由主风扇进行系统降温。当主风扇转速低于规定要求,备用风扇立刻进行工作,有效地控制服务器的问题,避免出现温度过高而导致的死机问题。

2.5网络加密技术

加密就是指对数据进行编码使其看起来毫无意义,同时仍保持其可恢复的形式,接收到的加密消息可以被解密,转换回它原来的可理解的形式。通过加密可以对传输中的数据流加密,以防止通信线路上的窃听、泄漏、篡改和破坏。

加密可以在网络的不同层次上进行。 基于三层客户机 / 服务器模式的数字图书馆(C/SBDL由数据库服务器、Web服务器和客户机三部分组成,分别对应于数据库层、中间层 ( 业务逻辑层 ) 和应用层。C) 针对这三层可以分别用节点加密、链路加密和端对端加密。

(1)节点加密。它在数字图书馆的应用数据库层加密,它仅对报文加密而不对报头加密,以便于传输路由根据其报头的标识进行选择。

(2)链路加密。它在数字图书馆的应用数据库层和中间层进行加密。链路加密侧重与在通信链路上而不考虑信源和信宿,是对保密信息通过各链路采用不同的加密密钥提供安全保护的。它面向节点, 对于应用层主体是透明的。

(3)端对端加密。它在数字图书馆的应用层进行加密,不对下层协议进行信息加密,协议信息以明文形式传输,用户数据在中央节点不需解密。由于网络本身并不会知道正在传送的数据是加密数据,这对防止拷贝网络软件和软件漏洞也很有效。而且网络上的每个用户可以拥有不同的加密密钥,网络本身不需要增添任何专门的加解密设备,但每个系统具备加密设备与软件。

3总结

PLC软冗余系统性能研究 第4篇

【关键词】PLC；软冗余系统；性能；研究

PLC是一种常用的控制器，常常被应用到自动化系统中，技术的进步，促进了冗余系统的形成，增加了系统稳定性。现阶段，PLC冗余主要包含软冗余以及硬冗余，其中软冗余系统被大面积应用在冶金制造与化生产等工业控制活动中。

一、冗余控制概述

冗余控制是指借助某些设备构建成控制系统，以此来进行控制，若某一设备出现故障，可借助人为方式切换，充当后备设备，以此来取代故障设备，不影响常规工作，让控制设备由于意外所产生的停机损失减小至最低。冗余控制还包含同步这一定义，主要是说冗余系统内部的若干个处理器不定期对比各自状态，依照一定规则判断系统是否处于正常状态。依照冗余实现方式可将冗余划分成下述几个类型：

（一）硬冗余

借助特殊硬件模块完成PLC内部同类故障之间有效切换的一种冗余类型。

（二）软冗余

通过编程完成PLC内部同类故障类型的有效切换的一种方式。主要包含热冗余、暖冗余和冷冗余，其中热冗余一般在设备出现故障时，利用特定硬件评判与独立备份，有效切换至备用设备，实现稳步运行；暖冗余主要借助编程方式完成冗余。因软冗余实现存在多种制约因素，系统切换时间与硬冗余相比偏长，部分软冗余还将在主设备出现切换时形成间隙，有些需要进行人为简单干预方可实现；冷冗余指代某些冗余设备处于不通电不工作状态，随时待命，在主设备出现故障应利用人工操作来恢复，依据现在观点进行界定，这并非真正的冗余，主要将其理解为备件，常常应用在实时性不突出、工艺连续性不严格的情形中。

二、软冗余基本工作原理

代表性PLC软冗余系统具体组成见图-1。

在实际運转阶段，两个CPU一起启动，共同运行，然而，在正常运行环节有且仅有一个CPU可下达控制命令，一般为主CPU，而备CPU则对主CPU状态进行检测和记录，待主CPU出现故障时可保留实际状态，并取代主CPU，下达执行命令。IM153-2模块和主CPU存在联系，当这一模块达到激活状态，主CPU可以访问I/O模块，一旦系统出现特定故障，便可进行主备切换，利用备站接替主站，实现稳步运行。故障一般表现为CPU、电源与总线网络故障等。

PLC软冗余系统为完成软冗余功能，则应面向程序选取冗余软件包内部的功能模块。针对PLC各自循环执行周期，主系统首先选取FB101接收，同时研究备系统状态，再实施冗余程序，并调用FB101，把同步数据传输至备系统。但备系统优先选择FB101接受，同时研究主系统状态，超越冗余程序，并将备系统传输至主系统。在这一过程应明确，完成冗余功能的关键模块FB101实施时首先研究主备系统状态，随后传输数据。因软件一般按照规定顺序来实施，当接收故障信息常常出现故障处理问题。综合来说，软件顺序实施体系是引发软冗余切换偏长的根本原因。

三、主备切换时间研究

主备切换时间具体指代主站系统出现故障后，立即检测，再切换至备站系统取代主站工作时间。

（一）主CPU故障研究

当出现主CPU故障时，ET200M站内部主通信接口模块失联于主CPU，自发围绕主备通信接口模块完成切换，且备CPU针对主CPU传输备站状态的过程发现同步数据传输问题，随机切换到主CPU。因故障只有被检测方可实现主备切换，另外，当主CPU出现故障时，备CPU恰巧才调用FB101，达成发送功能，则备CPU应面向下一周期启动发送功能时方可检测通信连接问题，在等待调用接收功能环节备CPU转变为主CPU。在这一过程，主备切换时间达到极限，且最长，具体表现为PLC自身的循环扫描周期与二倍冗余功能块完成时间的差值。

（二）主站故障研究

如果在Profribus或者ET200M内部主站出现故障，将通过备IM153检测明确主IM153故障，有效切换至主IM153。而主CPU由于失联于故障IM153，最终出现OB86中断，同时在中断环节借助诊断模块FC102实现各从站切换，同时将自己列入备用行列，再把主CPU故障传输到备CPU，当备CPU发现故障信息后，立即切换至主CPU，此时切换时间是OB86中断呼应时间、相应执行时间、故障问题传输时间与完全接收故障数据至主备切换这三项时间总和。由于OB86仅仅选取FC102诊断模块，因此，FC102执行时间关乎着故障问题传输时间。经由数据测量能够明确FC102执行时间大多分布在调用SFC58针对ET200M编写数据程序中，SFC58对用的调用次数与ET200M从站个数相等，由此可知，故障问题传输时间等于SFC58调用一次所需时间与ET200M总量的乘积，经由检测发现SFC58调用一次所需时间通常为3ms。故障问题传输时间和主CPU内部OB86中断形成的时刻存在很大关联。若主CPU提早出现OB86中断，一般发生在调用FB101落实发送功能前期，那么在数据传输环节，主CPU直接将故障问题传输至备站，在该情形中故障问题传输时间最短。然而，如果主CPU调用FB101落实发送功能时出现OB86中断，那么主CPU将初始数据传输完毕方可传输故障状态至备站。同时，如果初始数据传输完成滞后于主CPU落实发送功能，那么在下个周期调用这一功能时方可传输主站故障问题，此时对应的故障问题传输时间最长，一般为二倍传输一次数据时间与PLC对应循环扫描周期和，再与冗余功能模块落实时间的差值。

数据接收完全至主备切换时间关乎着备站彻底接收故障问题时刻。如果数据接收完成滞后于CPU调用FB101后，那么备CPU则应等到后一周期调用接收功能方可获取主站状态，同时，在调用环节转换至主CPU，在这一时刻，故障问题数据彻底接收至主备切换时间取得最大值。对比Profibus总线方式和西门子PLC内部的MPI发现，在相同时间内前者可传输更多字节数据，然而，此种方式也应额外配置通信模块。另外，用户程序长度影响着循环扫描周期。代表性中等大小的PLC控制系统通过计算，得出主备切换时间落在150-500ms这一范围。

四、使用条件

通过上述分析发现，对于某些能够使用软冗余且独特的工业现场，其一次最短控制时间避免过于太短，若太短使得软冗余切换不符合规范要求，当不满足规范要求时，则应通过缩减ET200M来达到规范要求，具体是说把工业现场划分成若干冗余控制系统，一般应结合实际场合科学分解。当一次软冗余极限切换时间贴近最短控制时间，则应考虑通过数据同步时间缩短来达到规范要求，换而言之，应保证一次软冗余极限切换时间小于最短控制时间。

结语

控制系统一旦出现故障，常常进行停机操作，也可手动修理，这要求系统稳步运行，且对运行速度提出具体规定。本文着重研究PLC软冗余系统，每当出现故障，系统借助快速反应完成主备切换体系，利用备站代替主站，让系统时刻处于运行状态，免除相应修理与调节操作。当主备切换实施后，备用系统凭借最后一次健全的同步数据来完成控制任务。主备切换功能除可增加系统稳定性外，还可缩减成本。然而，因主备切换偏长，系统在某一时刻不具备控制功能，所以，一般不适用于实时性严苛的控制场合，主要应用在实时性不严格的情形中。

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[5]南新元，陈飞，李泉等.S7-300 PLC软冗余系统性能实验研究[J].实验技术与管理，2013，30（6）：17-19，23.

[6]张立众.一种双总线双控制器软件冗余系统的设计[J].陕西理工学院学报（自然科学版），2014，（3）：41-46.

安全冗余 第5篇

随着既有线提速和高速铁路和客运专线的建设, 列车运行速度越来越高, 对机车信号的要求也越来越高, 机车信号的地位也不断提高。铁路新《技规》明确规定:“作为行车凭证的机车信号为主体机车信号, 是由车载信号和地面信号设备共同构成的系统, 必须符合故障导向安全原则, 车载设备应具有运行数据记录的功能;地面信号设备应能提供正确信息。” 主体化机车信号就是能够满足主体机车信号要求的机车信号系统。主体机车信号将彻底改变以往机车信号只能作为辅助信号, 简单地复示地面信号机显示的地位。

2 主体机车信号的组成与功能

主体化机车信号是一个系统工程, 是由车载设备 (机车信号) 和传输通道 (轨道电路) 构成的一个完整的系统。传输通道 (轨道电路) 保证传递信息的准确性、连续性、唯一性;保证传递功率的可靠性, 为接收设备创造良好的接收环境。车载保证译码的正确性, 在恶劣环境下工作的高可靠性, 各种信息的记录分析功能, 以及故障导向安全的性能。

3 主体机车信号安全冗余系统

原先的机车信号一般是作为行车的辅助信号使用的。随着我国铁路的跨越式发展, 列车运行速度的提高, 机车信号已经不再作为简单的辅助信号, 而逐渐发展成为控指挥列车运行的主体信号。但是由于机车信号的工作环境十分恶劣, 为了保证机车信号的安全性、可靠性, 我国目前使用主体机车信号系统应用了多项容错冗余技术。

3.1 双套主机板热备冗余结构

为了保证系统工作的安全性、可靠性, 机车信号的主机板采用了双套热备工作方式的冗余结构。

3.2 DSP二取二容错安全结构

每一个仲裁微处理器对两路译码输出结果按照仲裁原则进行码型判决, 两路仲裁微处理器通过串口对各自仲裁的结果进行比较, 当结果一致时, 控制输出。如输出结果确实不一致, 则禁止输出, 并立即退出工作状态。此时认定这一块主机板发生故障, 主机切换到热备板工作输出。

3.3 具有自检测功能的双套传感器

机车信号线圈安装在机车的走行部位, 受损坏的几率很高, 所以对传感器的冗余设计十分必要。

每只传感器都有2套主绕组和1套副绕组 (检测线圈) 。左、右两端I线圈串联使用, 作为I路隔离放大的输入;左、右两端II线圈串联使用, 作为II路隔离放大的输入。左, 右两端III线圈串联作为自检测信号互感线圈。在主机运行过程中, 控制CPU不间断的发出自检测信号, 通过传感器本身的磁棒感应到2套主绕组, 每套主绕组均接收轨道电路信号和自检测信号, 各自与主机的DSP子系统构成独立的数据分析系统。

两套主CPU板在解码时首先从叠加的信号中分离出自检测信号和轨道电路信号, 当检测到正确的自检测信号时, 表明I、II路线圈工作正常, 分析CPU板使用I路轨道电路信号作为输入。一旦I路自检测信号不存在, 说明该路线圈故障, 分析CPU板即实施不间断热切换, 选择II路的轨道电路信号作为输入, 同时给出故障信息, 以备查询、修复。

如果由于自检测线圈自身的故障或自检测信号因故未发送出, 那么3个分析CPU板在未检测到自检测信号的情况下, 对各自A/D转换器的两个通道的采样信号进行分析判别, 如果两路信号都满足要求, 任选其中一路作为输入信号;若其中一路因故障无信号输入或信号特性不满足要求, 则分析CPU会选择特性好的进行运算分析, 从而确保了系统的可靠性与安全性。

4 结束语

主体化机车信号系统还应用了一些其他的新技术, 如多种的总线技术、新型显示器、新型电源等。正是由于这些新技术的应用, 实现了具有高可靠性和高安全性的主体化机车信号, 才使得机车信号成为主体化信号成为了可能。

摘要：近年来, 随着铁路事业的跨越式发展, 对机车信号设备显示的准确性和工作的可靠性提出了更高的要求, 机车信号正朝着主体化的方向发展。但是, 由于机车信号的工作环境是十分恶劣的, 机车信号的应该更多地考虑容错技术。

关键词：机车信号,主体化,冗余

参考文献

[1]傅彧, 王小明, 徐晔, 等.微计算机信息.DSP在机车信号处理中的应用.2005.

[2]文小伟.中国西部科技.高速铁路实现机车信号主体化的解决方案.2005.

[3]徐建华.铁道通信信号.机车信号记录器数据分析处理系统的设计与实现.2006.

安全冗余 第6篇

1 高铁运用安全冗余的因素分析

1.1 冰雪阻塞对高铁的影响

为了研究冰雪对高铁运行时的影响进行分析,有关人士使用了三种电机吊悬,在吊悬中发现,安装的电机横向摆,能够有效控制转向架左右摇头的运动,和之前进行对比,发现横向移动的相对位移滞后了,从这一点上就能够说明,其有效降低了从动轮对车轴在横向中的力,降低了列车行进中的不稳定问题。在对列车转向架方面的分析中,在冰雪的条件下,减震器已经被彻底的冰冻住了,电机吊架已经不能像之前那样进行横摆运动,也就是说起失去了其应有的作用,从这就能断定蛇行振荡参振质量的摄动导致高铁运用时发生安全冗余问题。

1.2 更换油介质对安全冗余的影响

在高铁中使用抗蛇行减振器,该装置中有一个阻尼节流孔,以及六个单向泄流阀,一共分成了两组,可以同时控制双向的泄流,其操作原理和常规减振器的环形阻尼板有非常大的不同,在操作上为了避免抗蛇行高阻抗导致出现油腔过压问题,在列车油缸的底部,设计人员设计了一个安全阀门,对里面的密封元件有很好的保护作用。例如及时在零下40摄氏度的环境下,进行低温油介质的更换时,也能保证操作质量,但是对内部元件泄漏情况不确定,因此需要对这方面进行注意。从上面分析可以得知,为了安全起见,必须预留更多的安全冗余空间。

1.3 季风对机车侧面的扰动分析

动态扰动和静态扰动是季风扰动的两种方式,区别很简单,一种是在列车静止时的影响,一种是在列车行进中的影响。在分析准静态的影响时,曲线横风是最为典型的例子,其可以确定季风对列车最大的摄动尺度,例如当风速达到15 m/s时,列车的行进速度就不能超过300 km/h,这是为了列车安全所规定的。业内人士都清楚,在东北季风气候非常多,由其是在一些高架线路上,有很强的侧向和横向的季风,而且风的气动载荷非常大,如果各种条件符合,还会形成侧滚气动载荷,为了解决这一问题,一定要设计好挡风屏,保证列车行进的安全。

2 有效解决转向架优配措施分析

2.1 转向架的优配措施分析

进行高铁转向架的优化配置,就是根据ICE3系列转向架进行配置安装。在该列车中主要是对抗蛇行减振器参数最优配置,选择抗蛇行串联刚度的最优值,然后进行转向架的安装,有关人士就分析,轮轨在横向方面有动态的制衡关系,也就是机车在起动后,车轮会自动发生旋蠕滑情况,在此期间可以同时产生重力刚度和横向蠕滑力,而在相互恢复的过程中就产生了一系列的制衡关系,通过长期研究发现,在车轮的磨合期,或者是新车阶段,之间的等效锥度达到了≤0.23,在这一条件下,重力刚度没有非常强的恢复能力,也就是说列车振动剧烈会失去稳定性。但是前位和后位转向架蛇行模态却趋于自稳定状态。当来到了快速磨损阶段时,其等效锥度≥0.35,重力刚度的恢复能力也变强,但是前位和后位转向却处于振动状态。因此在进行新一代转向架配置的时候,一定要遵循这些原则,提高鲁棒的稳定性,优化构架的动荷能力,同时合理的对速度空间进行扩展。

2.2 稳健的调控策略分析

在保证高速转向架稳定的条件下,在高铁进行商业运营过程中,一定要控制其速度在300 km/h范围。第一点,分析电机横摆和高速晃车之间的情况,这两种技术都有自身缺陷,就是在使用中不够稳定,但是根据更新的理论,进行转向架优配之后,其就有非常稳定的鲁棒性能,就是机车在启动后,电机横摆加速度和车体横向加速度有非常稳定的制衡关系,因此这一技术应该在高铁上进行统一安装。第二点,在高寒地区使用这一技术,不要盲目进行,其安装和使用要有一个积极、稳健的推进过程,也即是说,在安装调试后高铁的运行速度要控制在200 km/h范围,然后结合实际条件和运行情况,进行速度的逐步提升,最后其速度才能达到300 km/h,但是在实际中也不乏一些极端条件,当时天气会非常恶劣,这些问题展示也不必考虑。安全冗余是确保列车安全运行的关键因素,无论是在长交线路中运行,还是在极端气候中运行,稳定鲁棒性能是衡量高速列车最为重要的要素之一。该技术在世界上还是一个前沿技术,就是说可以借鉴的例子非常有限,同时还要考虑经济和速度因素,因此在目前取得的成就已经非常好了。

3 总结

通常上述的分析可以得知,安全冗余问题是在高寒地区发展高铁工工作最为困难的问题之一,为了解决这一问题,必须使用优化的转向架配置,同时在落实中,稳定鲁棒性能也是必不可少的技术参数,随着科学技术的不断发展,相信在以后的发展中,还会有更好的解决方案,推动我国高铁事业的发展。

参考文献

[1]朴明伟,张山,刘维玉等.高寒地区高铁运用安全冗余及其转向架优配解决方案[J].计算机辅助工程,2013(06).

[2]朴明伟,张山,梁树林等.高铁运用经济速度与安全稳定裕度调控[J].振动工程学报,2013(06).

“冗余信息”不冗余 第7篇

1949年,香农和韦弗发表了题为《传播的数学理论》(The Mathematical of Communication)的著名论文,该论文提出信息及其一系列概念,使之成为信息论的奠基之作。论文发表后引发了传播学者们对信息问题的普遍热情,但当他们试图将信息论更广泛地运用于传播学领域时,却发现“信息论所包含的许多哲学上的假设并不适用于理解人类传播中的许多方面。”(1)这使得信息论在传播学领域的适用性受到了很大的质疑和批判,甚至有时这种批评近乎苛刻:“……香农(韦弗)的理论没能为我们理解日常生活中的传播提供任何实质性的帮助。”(2)有鉴于此,我们必须对“信息”(information)这一术语的理论语境及其相关联概念有个准确的认识。

香农的信息理论本质上是一种统计学理论。“对这一术语的使用与‘信息’一词的通常意义之间存在着矛盾,从而导致认识上的混乱。具有反讽意味的是,信息理论所探讨的根本不是我们通常所理解的所谓‘信息’。”(3)所以,在讨论之初是为了解决信息的测量问题(对我们选择某条消息进行传播方面的自由程度的测量),以提高通信系统的效率和可靠性。它“将用于物理学中的数学统计方法移植到了通信领域。”(4)香农的信息理论把“信息”定义为:用于消除不确定性的东西。这个定义舍弃了信息中的具体内容,而把信息仅仅看作是一个“抽象的量”。正是在此基础上香农提出了一般传播系统简图(又称香农模式,如图1)以及熵、噪音、“冗余信息”等一系列相关概念。

如果说香农的信息定义偏向于技术层面,那么,我们“通常所理解的”信息则有广义和狭义之分。广义的信息定义是哲学层面上的:“信息是物质的普遍属性,以质、能、波动的形式呈现的结构、状态和历史。”(5)而狭义的信息定义就是我们通常所说的消息或讯息(message)——“被传输的东西”。

因此,对“信息”这一概念运用乃至认识上的混乱,正是由于将其三种理论语境相混淆而导致的。香农的信息定义是一种具有技术特征的具体的操作性定义,而我们在运用这一信息论概念时,往往要么是在广义的哲学层面上进行操作,要么实际指涉狭义的消息或讯息,甚至不分语境地将三者混为一谈。

特别需要指出的是,在信息论适用于传播学研究领域的过程中,我们对其学术术语或概念运用的混乱不单单仅是“信息”这一个核心概念,相反,在运用信息论的许多相关概念时,这种运用或认识的混乱都不同程度地存在着。对“冗余信息”这一概念的误解和运用的混乱就是其中一个突出的例子。

二、“冗余信息”与信息的关系

在对“信息”概念的理论语境有了基本把握之后再来看“冗余信息”(redundancy)的翻译,就会产生一些疑问。首先一个疑问是:“冗余信息”(redundancy)是“信息”(information)吗?

如前所述,香农信息论的最初目的在于解决信息的测量问题,以提高通讯系统的传输效率和可靠性。从香农的一般传播系统简图可以看出,影响消息从信源传递到信宿的因素有两个,一个是传播渠道的容量(channel capacity),另一个是噪音(6)。为了抵消传播渠道中的噪音,达到有效的传播,就必须在传播过程中加进“冗余信息”(关于“冗余信息”的功用将在下文详述)。传播过程中的噪音越多,就需要越多的“冗余信息”。所以,“冗余信息”是传播者有意加进的“已知”或“可预计”的内容。在这个层面上,它是与“信息”概念(用于消除不确定性的东西)相对立的。

实际上,“冗余信息”是消息或讯息(message)的一种伴生成分,也就是说,它属于通常意义上所理解的狭义的信息,而不是作为信息论核心概念的那个“信息”(information)。所以,把它翻译成“冗余信息”,很容易使人误认为它与“信息”具有相同的性质或者它是“信息”的一种形式,从而造成上文所述的那种理论语境的混乱。另外,也有学者把它翻译成“剩余信息”,这种译法同样不准确。因为,“剩余信息”可以是有助于受众理解主旨内容的、有价值的额外讯息,也可以是绝对的剩余讯息——无用的或重复的无助于理解的多余信息,没什么价值。就此而言,笔者认为,可以考虑把它(redundancy)翻译成“冗余”或者“信息冗余”似乎更为妥当,不至于引起太大误解。

三、“冗余信息”不冗余

按照《现代汉语词典》的解释,汉字“冗”有三种意思:一是多余、无用的,比如冗笔、冗词赘句、冗余;二是繁琐的,比如冗杂,三是繁忙的事,比如“希拨冗出席”。所以,“冗余信息”很容易让人理解为多余的或无用的信息。实际上,在信息传播的过程中“冗余信息”不仅具有很多功用,而且是必不可少的。费斯克等学者认为,“冗余信息”的功用主要表现在有助于进行精确编码和加强社会联系(7):

(一)帮助精确编码

1、抵消噪音

它被用于抵消信道中的噪音。例如:为了抵消收音机里的静电干扰,我们就把关键词拼读出来通过逐个核实每个字母而不断增加“冗余信息”——如apple里的A-P-P-L-E。

2、觉察与纠正错误

因为语言约有一半属于“冗余信息”(或者说有一半是可预计的),于是我们就能很快觉察出外文单词中的拼写错误或汉字中的笔画错误,从而防止这些错误影响人们的正常交流。所以,如果语言中没有“冗余信息”(那些可以可预计的部分),我们就不能辨认潦草的字迹、不能理解方言浓重的口音、不能略过拼写的错误。

3、有助于克服与受众有关的问题

如果编码者预计受众对于他所说的不那么感兴趣,如果他知道自己的信息针对的是具有不同背景与各种动机的一大批形形色色的受众,那么,他就会把更多的“冗余信息”加入讯息。比如,流行艺术比高雅艺术的“冗余信息”多;一个为深褐色酒吧做的广告,其“冗余信息”多于专业期刊上的专门性广告。

4、有助于克服媒介的缺陷

一次演讲应比一部书包含更多的“冗余信息”,因为读者能够通过反复阅读要点以制造“冗余信息”,而听众则不可能做到这一点。使用某种媒介以复制或支持另一种媒介的种种直观教具,也是制造便于精确编码的“冗余信息”的方式。

(二)加强社会联系

以上四种功能都是技术性的,源于传播过程的香农模式,当讯息的首要目标在于传播信息之际,这些功能就非常切题。但是,“冗余信息”也有属于社会功能而非技术的功能,如果传播的目的在于社会传播,那么它们就开始发挥作用。

“冗余信息”强化的是讯息中的社会联系,而这些讯息是高度惯例化的,因此也是非常容易预计的。见人说声“你好”可能完全是冗余的,但它却加强或维持了彼此的关系。一首民歌的副歌是冗余的,大家一起唱无非是借以确认群体成员或亚文化成员的身份。通俗的电视节目比如警匪系列片的内容都是可预计的、冗余的,因此它们都依赖自己所取悦的文化体成员的共同趣味、期待及经验。因此,观赏一部通俗节目,就是一种间接的表达方式,以示自己与千百万同在观看的他人同所好焉:这种表达往往变得直截了当,如果我们是与朋友或同事一起议论某个节目以便证实自己同该群体的共享趣味与经验。说声“你好”,唱唱民歌的副歌以及参与通俗文化以求分享他人的趣味与期待等例子,均属旨在加强社会联系而非传递信息的社交传播。

四、结语

信息论对传播学的贡献之一在于“它涉及的是传播的核心,即存在于所有传播形式中的关系。”(8)而“冗余信息”这一信息论概念的重要意义在于:它能帮助我们理解传播过程中存在的诸多形式的关系,从而加强传播过程的有效性。这种“关系”既涉及到技术层面,如为了克服传播过程中的噪音而加入“冗余信息”,又涉及到文化层面,如为了强化社会联系而加入的高度惯例化的讯息。

在传播学发展的初期,由于人们对传播效果的强烈兴趣,传播者的意图被作为判断传播是否成功的主要标准。对于这一点,从香农模式的直线性和反馈环节的缺失上即可窥之一斑。所以,那时学者所考虑的主要问题是如何消除传播过程中的“噪音”,以使传播者的意图被有效传达,而不是把传播看成一种信息的共享关系。然而,在当今全球一体化进程不断地创造着超越空间和国界的跨文化、跨文明联系的大背景下,需要传播学者为之倾注更多思考的是如何增进彼此的理解和有效沟通,而不仅仅是信息的传达。或许,这时“冗余信息”乃至信息论之于传播学当下的研究意义在于:给予作为传播的社会和文化语境的“冗余信息”(而不是噪音)更多的关注,从而把传播看成一种意义的共享过程。通过“传播”更有效地增进不同文化、不同地区之间人们的理解与交流,使更多的人受益于现代社会的发展,共享现代文明的成果。

注释

1(2)(3)李特约翰著、史安斌译:《人类传播理论》,[M].北京:清华大学出版,2004,9:66

2(4)周安伯、李正耀、丁小文:《信息科学论纲》,[M].南京:江苏教育出版社,1990,9:9

3(5)郭庆光:《传播学教程》,[M].北京:中国人民大学出版社,1999:53

4(6)按照赛佛林的解释,噪音(noise)是指任何附加在而非信源有意传送的东西。它包括来自渠道内(比如收音机中伴随着音乐的电磁波干扰)和渠道外(比如在一个人声鼎沸的菜市场中的谈话)的各种干扰因素。

5(7)参阅费斯克著,李彬译:《关键概念:传播与文化研究词典》,[M].北京:新华出版社,2003,12:235~237

浅析校园网冗余技术 第8篇

关键词：校园网,冗余,可靠性

随着互联网的不断发展, 网络已经渗透到社会生活的各个面, 校园网也已经成为了学校师生学习和工作的必要支撑, 它承载着学校教学和管理的各种信息、应用及服务等。在没有对网络系统采取必要冗余措施的情况下, 当设备、链路出现故障或需要维护、升级时必定会造成网络中断。如何提高校园网的可靠性和可用性已成为各个学校网络中心工作人员共同关心的问题。高可靠性网络实际上就是指平均故障间隔时间 (MTBF) 很长的网络, 对网络系统进行冗余设计是增强可靠性及可用性的最有效方法。

1 网络冗余设计

本文主要对OSI参考模型中不同层次的设备及链路所使用的冗余技术的基本原理及其作用作简要介绍, 并比较各个技术。灵活运用这些技术可以消除网络中各个层次的单点故障, 减少网络故障对网络系统的影响, 提高校园网的可靠性和可用性。

2 冗余备份技术

目前校园网主要可以使用的网络冗余备份技术可以分为三个部分: (1) 部件冗余技术:电源冗余、引擎冗余及设备冗余 (2) 二层设备及链路冗余技术:STP、MSTP及Ether Channel技术; (3) 三层设备及链路冗余技术:网关备份技术 (HSRP、VRRP、GLB) 、基于路由协议OSPF的冗余技术;

2.1 部件冗余技术

在一个网络系统中, 一些重要节点设备一旦发生损坏将会影响整个网络的数据交换, 因此需要对这些设备提供完备的硬件冗余备份措施。硬件上的单点故障主要包括电源中断, 引擎故障及设备其他的故障, 可以从这几个方面来考虑冗余备份以避免这些故障带来的影响。

2.1.1 电源冗余备份

电源是整个网络系统得以运行的动力, 一旦电源不能持续供电, 将有可能造成整个网络瘫痪, 要使校园网正常可靠的运行, 首先必须保证无间断的供电。

为避免因电源故障而影响网络运行, 一般采取的措施是对重要结点设备使用电源模块冗余备份和UPS。

对于电源模块冗余, 目前主流的电源冗余的配置形式是“1+1”, 即配置两个电源模块, 在供电正常的情况下, 当其中一个模块出现故障, 另一个模块可以在无中断的情况下供电。

对采用UPS供电方式, 在实际的接入中一般是采用“市电+UPS”这种方式, 其中UPS可以通过两种方式介入供电, 第一种后备式, 即当市电停止供电了UPS才介入供电, 第二种是在线互动式, 即市电到了UPS后会被转换成直流电, 再分成两路, 一路给电池充电, 另一路则转换为市电, 这样UPS在全程介入了供电。另外也可以采用另一种更可靠的供电模式, 即“市电+发电机+UPS”。

在实施电源的冗余备份后, 当主电源供电中断时, 备用电源将继续为设备供电, 不会中断服务, 校园网的可靠性将被大大地提高。

2.1.2 引擎冗余备份

核心交换机或路由器的引擎可能出现故障, 可以选择支持双引擎的设备, 即可在一台设备上插入两块引擎板, 并让其工作在引擎冗余模式下, 以提高可靠性。其基本思想是在设备启动后, 一个引擎工作, 另一个作为备份, 并且在保存配置时, 两块引擎能够自动同步配置文件。当一个引擎出现故障时, 现在主流的设备能够保证50ms内完成主备引擎倒换, 从而保证设备不因一个引擎出故障而出现中断。但要注意升级IOS版本或启动配置文件还原等操作时, 必须在两块引擎上执行相同的操作, 避免主备引擎倒换失败。

2.1.3 设备冗余备份

设备冗余备份就是配备两台一样的设备, 当一台设备出现故障时, 由另一台设备接替工作。设备冗余可以分为冷备和热备 (图1) 。采用冷备方式时, 备份设备上保存与主用设备一样的启动配置, 但不接入网络, 出现故障时, 须手动把主用设备上的链路插到备用设备;而热备是指备份设备同时接入网络, 并且使用网络协议来实现负载均衡和主备倒换。当出现故障时, 冷备方式需要中断服务, 因此对于一些大型网络的核心设备一般都采用热备的方式。

在校园网中, 出于对成本和实际应用需求的考虑, 并不会对太多的设备作电源和引擎的硬件冗余备份。由于校园网的核心层设备需要提供快速的数据交换和无中断服务, 而汇聚层下面一般都下挂了相当多的接入层设备, 因此通常只对这些关键设备作电源、引擎甚至设备的冗余备份, 并且要尽量降低这些设备配置的复杂程度, 以减少出现运行错误的机率。

2.2 二层设备及链路冗余技术

在OSI参考模型中, 处在数据链路层的网络设备主要是指交换机。目前的校园网常采用接入、汇聚、核心三层模型, 当接入层设备与汇聚层交换机之间只有一条链路时, 这种结构就会存在严重的单点隐患 (图2) , 一旦这台汇聚交换机出现故障或进行维护, 下挂的所有设备网络中断。

为避免此类单点故障, 必然会想到增加一台汇聚交换机, 使核心与汇聚之间存在冗余链路, 但这种解决方法在实现冗余链路的同时也引起环路问题, 因为在二层交换网络中帧是会向所有端口转发的, 不采取环路避免措施, 就会带来广播风暴及MAC地址不稳定等问题, 为了解决这些新的问题就产生的STP、MSTP等环路避免技术。

在大型网络中, 接入层往往不是只有一层交换机, 下面级连了很多台交换机, 这些交换机之间也一样存在着单点故障问题。如果同样使用上述方法解决问题, 显然是不现实的, 因为接入层的设备数量相当多, 从成本上考虑是不允许的, 为了避免接入层单点故障就提出了以太通道技术 (Ether Channe) , 它通过把多个端口聚合在一起, 由多条链路组成以太通道。下面分别详细说明生成树协议及链路聚合协议的工作原理及其作用。

2.2.1 生成树技术

生成树协议是由IEEE开发的, 称为802.1 D STP。它通过阻断冗余的链路来消除桥接网络中可能存在的环路, 并且当活动路径发生故障时, 会立即激活冗余链路以恢复网络连通性。STP的工作过程可以归纳为三个步骤, 即首先选择根网桥, 然后选择根端口, 再选择指定端口, 并把根端口和指定端口设为转发状态, 其它的所有端口设为阻塞状态, 交换机之间定期发送包含这些端口的状态的网桥协议数据单元 (Bridge Protocol Date Unit简称BPDU) , 这样整个网络就形成了一个无环的拓扑结构。但其收敛速度比较慢, 并且只有当主链路失效时备用链路才会被激活, 导致一条链路的负载一直很高, 而另一条则处于闲置状态, 降低了链路的使用率, 因此目前实际的冗余设计中很少用到STP。而在STP的基础上不断完善而成的802.1S MSTP技术通过过关联VLAN的方法很好地解决了STP中收敛速度慢和带宽浪费的问题。

下面通过图表来分析说明STP为何不能解决冗余链路的利用问题, 以及MSTP又是如何提高冗余带宽利用率的, 图中拓扑是很常见的二层组网方式, 一台接入交换机通过两条链路分别与两台汇聚交换机相连, 两台汇聚再互连以形成冗余。 (图3)

2.2.2 二层链路聚合技术

链路聚合技术也称为以太通道 (ether channel) 技术, 目前有两种链路聚合协议, 一种是Cisco专有的链路聚合协议 (Port Aggregation Protocol, PAg P) , 另一种是IEEE 802.3ad标准的链路聚合控制协议 (Link Aggregation Control Protocol, LACP) 。

链路聚合作为另外一种实现链路冗余的方式, 其实质是将两台设备间的物理链路组合成逻辑上的一条数据通路, 称为一条聚合链路。这个逻辑连接是通过把多个端口的带宽叠加起来而形成的, 当其中一条物理链路出现故障时, 系统会自动将该链路的流量转到其他有效链路中去, 以达到负载均衡和链路冗余的目的, 并且作为链路聚合的所有物理端口将会被看作一个端口, 这样子链路之间不会产生环路问题, 在STP计算时会将其视为一个端口, 不会把子链路当作冗余链路而阻塞掉。

ether chanel技术一般在以下两种情况下使用:一种是用于交换机之间, 两台交换机级联时, 用多条网线连接交换机, 并通过过port-group命令建立链路聚合以增加带宽, 并实现负载均衡;另一种用于交换机与服务器之间的连接, 如果服务器的访问量很大, 造成服务器无法承载, 就可以考在服务器上安装两块网卡, 再使用链路聚合使两块网卡连接的端口聚合在一起, 以减轻服务器的负担。 (图4)

以上几种二层设备的冗余技术主要是针对链路冗余设计所提出的, 在校园网实际的链路冗余设计中, 要以简洁、清晰的冗余链路为原则, 过多的网状连接会增加这些冗余协议计算的复杂度和收敛的时间, 通常一条主用链路只需一条备份链路即可, 并且尽量使用三角形的冗余结构, 以实现更好的收敛效果。同时上面介绍的几种链路冗余协议的控制方式是不同的, STP是通过阻塞一些端口来避免二层环路, 这样就使冗余链路一直处于空闲状态, 冗余链路仅起到了备份作用, MSTP虽然通过使不同的VLAN以不同的链路为主链路, 通过具体配置实现负载分担, 但在一个实例中, MSTP与STP是相同的控制方法, 而链路聚合协议可以实现冗余备份和负载分担, 同时还可以用于增加带宽。在实际的应用过程中, 要考虑校园网的规模、结构、应用需求及配置的复杂程度来决定选用何种链路冗余协议。

2.3 三层设备及链路冗余技术

在大中型网络系统中, 主机一般是先手动配置或自动获得默认网关地址, 再由默认网关来确定路径以访问外网。因此必须保证网关正常工作, 否则内网中所有的主机都将无法访问外网, 这样网关备份技术也显得尤为重要, 但要注意的是, 仅仅通过增加路由器的办法并不能实现备份, 因为大多数主机只能配置一个默认网关, 也就是说多个路由器对终端主机来讲并不意味着网关冗余备份。

2.3.1 网关备份技术

针对上述问题一些组织机构和公司纷纷提出了很好的解决方案, IETF (互联网工程任务组) 制定了虚拟路由器冗余协议 (Virtual Router Redundancy Protocol, VRRP) , CISCO则提出了其专有的热备份路由协议HSRP和网关负载均衡协议GLBP, 都用于实现主路由器和备份路由器之间的透明切换, 并且切换速度较快, 较大程度地提高了网络的容错能力。各种网关备份其基本工作原理和作用是相同的, 下面以VRRP为例来对网关冗余备份技术原理稍作介绍。在一个局域网中, VRRP同时运行在多台路由器上, 通过设置优先级来决定主网关和备用网关, 并将这些路由器组成一个虚拟路由器, 在终端主机上配置的就是这个虚拟网关地址, 但在实际的报文转发过程中, 是由主网关来转发的, 当主网关不能正常工作时, 备用网关会自动转变为主网关, 这样就很好地实现了网关的冗余备份, 使主机用户不会因为网关故障而无法访问外网 (图5) 。

在实际的设计中, HSRP只支持CISCO的设备, 它也不能像VRRP那样将其中的一个真实的接口地址作为虚拟网关地址而要浪费一个IP, 并且由于是VRRP是基于TCP的, 而HSRP是基于UDP的, 它不允许设备间建立安全认证机制, 在校园网内如果发送虚假的UDP数据包可以很容易地攻击路由器, 从而导致拒绝服务攻击及数据包黑洞。因此一般我们都会选择VRRP技术。

2.3.2 路由冗余协协OSPF

OSPF是由IETF开发的一种内部网关协议, 同时也是一种动态路由协议, 它可以自动地发现并获得除与自身直联网段外的其他网段的路由信息, 并且当重新配置路由器的IP地址时, 路由表都会及时自动更新, 保证网络正常运行, 因此当网络某条线路或路由器出现故障时, 路由表会动态更新路由信息以保证路由器之间的互访。这样动态路由协议OSFP就实现了网络路径的冗余备份。

3 总结

冗余设计通过预留资源来保证出现故障时能够快速恢复, 避免业务中断, 但这并不意味着冗余设计越多越好, 过于复杂的冗余设计只会增加网络配置、协议计算的复杂程度, 不利于网络的收敛。并且不同规模的网络, 以及同一网络系统的不同层次其对于冗余的需求是不同的, 因此在进行校园冗余规划设计时, 必须要综合考虑各方面的需求与限制, 灵活高效地把需要的冗余技术运用到校园网中, 以保证其可靠地运行。

参考文献

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[7]郑涛.以太网链路聚合的研究与实现[D].杭州:杭州电子科技大学, 2011.

[8]邹润生.VRRP技术实现网络的路由冗余和负载均衡[J].计算机与信息技术, 2006, (4) .

安全冗余 第9篇

中国移动通信集团广东有限公司东莞分公司 523000

摘要：由于大型园区具有大规模、接入点数目多的因素，各部门及之间的业务隔离要求迫切，导致大型园区络核心层的设计对扩张性要求高，文中总结和分析了常见的核心层设计方法，结合实际把基于核心的冗余设计引入到园区核心网络设计中来，确保了网络安全，并且增强了扩张性。

关键词：大型园区；扩张性；冗余性；核心层；网络安全

随着大型园区信息化建设工程的深入，园区网絡规模越来越大，接入节点数目也逐渐增加，大型园区的平台用户数量也越来越多，尤其是园区各部门的数据在网络上的传输也一定要确保端到端的安全，各部门之间的业务隔离需求显得较为迫切，随伴着各个园区业务的增长速度提高，大型园区络的扩展性也很强。这就需要对大型园区进行高可靠性设计、层次化设计，层次设计最常见的包括有三层设计方法，接入层、核心层、汇聚层。

当中最关键的就是核心层设计，能够确保大型园区具有良好扩张性的核心要素就是需要良好的核心层设计，当采用高冗余网络时，给我们带来的体验，就是在网络设备、链路发生中断或者变化的时候，用户几乎感觉不到。一般核心层冗余设计包括了设备级冗余、链路级冗余、网关级冗余三个环节，本文结合园区的实际情况，结合应用需求对其使用核心层进行冗余设计。

一、层次化设计

在园区网络整体设计中，选择模块化、层次化的网络设计结构，并严格定义各个层功能的模型，不同层次关注不同的特性配置。在园区网络整体设计中，使用模块化、层次化的网络设计结构，并且严格定义每个层功能模型，各个层次所关注的特性配置也有所不同。一般园区网络结构可以分为三个层：接入层、核心层、汇聚层。

1、接入层：供给网络第一级的接入功能，进行简单的二、三层交换，安全、POE和Qos 功能都位于这一层。建议最好对园区网的接入层设备，选择千兆三层接入的办法，要具有堆叠技术、线速三层交换、以及高级QoS 策略等功能。

2、汇聚层：汇聚源自于配线间的流量以及执行策略，一旦路由协议用在这一层时，有着快速收敛、负载均衡、与易于扩展等特点，这一层还能够作为接入设备的第一跳网关；对于园区网的汇聚层设备，应当可以承载园区的几种融合业务，可以融合了IPv6、MPLS、网络安全、无线、无源光网络等多种业务，提供不间断转发、优雅重启、环网保护等多种高可靠技术，能够承载园区融合业务的需求。

（3）核心层：网络的骨干，必须能够提供高速数据交换和路由快速收敛，要求具有较高的可靠性、稳定性和易扩展性等。对于园区网核心层，必须提供高性能、高可靠的网络结构。对于园区网核心层设备，应该在提供大容量、高性能L2 /L3 交换服务基础上，能够进一步融合硬件IPv6、网络安全、网络业务分析等智能特性，可为园区构建融合业务的基础网络平台，进而帮助用户实现IT 资源整合的需求。

典型三层网络架构如下：

二、核心层设计

核心层是网络的高速交换主干，对整个网络的连通起到至关重要的作用。

在核心层中，应该采用高带宽的千兆以上交换机。一般核心层冗余设计包括了设备级冗余、链路级冗余、网关级冗余三个环节。

（一）设备级冗余

设备级的冗余技术分为电源冗余和管理板卡冗余，由于设备成本上的限制，这两种技术一般应用在中高端产品上。如图：

（二）链路级冗余

在大型园区网络中往往存在多条二层和三层链路，使用链路级冗余技术可以实现多条链路之间的备份和流量分担。可以分为二层链路冗余技术和三层链路冗余技术。

二层链路冗余技术：

链路捆绑技术 AP（Aggregate-port）

生成树技术 STP RSTP MSTP

1）二层链路捆绑技术 AP（Aggregate-Port）

AP是链路带宽扩展的一个重要途径，符合IEEE 802.3ad标准。它可以把多个端口的带宽叠加起来使用，形成一个带宽更大的逻辑端口，实现冗余和流量分担。

二层链路捆绑技术 AP：

在如下这种拓扑中，如果不捆绑，STP会阻塞单条链路。但通过捆绑两条链路形成一个逻辑端口AggregatePort，带宽被提升至200M，同时在两条链路中的一条发生故障时，流量会被自动转往另一条链路，从而实现了带宽提升，流量分担和冗余备份的目的。

二层AP技术的负载均衡模式：

基于源MAC进行转发

基于目的MAC进行转发

这是一个项目实施中经常被人忽视的问题。

2）生成树协议简介：

生成树协议802.1D STP作为一种纯二层协议，通过在交换网络中建立一个最佳的树型拓扑结构实现了两个重要功能：环路避免和冗余。

明显的缺陷：收敛慢，而且浪费了冗余链路的带宽。

802.1W RSTP解决了收敛慢的问题，但是仍然不能有效利用冗余链路做负载分担。

1）STP协议的基本原理：为什么需要STP

STP协议的基本原理：STP如何避免环路

2）多生成树协议简介：

a）由于生成树协议的缺陷，在实际工程应用中，往往会选用 802.1S MSTP技术。

b）MSTP技术除保留了RSTP快速收敛的优点外，同时MSTP能够使用instance（实例）关联VLAN的方式来实现多链路负载分担。

多生成树协议应用实例：

2.1）如果使用STP进行冗余设计

2.2）使用MSTP后根据instance到VLAN的关联形成两个逻辑拓扑，实现了冗余和负载分担。

3）三层链路冗余技术：

三层链路的AP和二层链路AP技术的本质都是一样，都是通过捆绑多条链路形成一个逻辑端口来实现增大带宽，冗余和负载分担的目的。

三层AP也需要选择负载均衡模式，推荐使用基于源-目IP对的方式。

三层链路冗余技术可以应用所有的路由协议，由于园区网络绝大部分使用OSPF协议，本节只介绍使用OSPF实现冗余。

2.3）基于OSPF的三层链路冗余技术

基于OSPF的三层链路冗余技术在大型园区网络中使用广泛，通过cost值的调整可以非常容易的实现链路冗余和负载分担

利用OSPF实现冗余和流量负载分担的实例：

对于这种双核心，双链路，单出口的园区网络要实现三层链路的冗余和负载均衡，直接使用OSPF的内建选路机制即可。

（三）网关级冗余技术简介：

对于使用网络的终端用户来讲，需要一种机制来保证其与园区网络的可靠连接，这就是网关级冗余技术。建议使用VRRP技术来实现网关级的冗余。

VRRP简介：

VRRP（虚拟路由冗余协议Virtual Router Redundancy Protocol）是一种容错协议，它保证当主机的下一跳路由器失效时，可以及时的由另一台路由器来替代，从而保持通讯的连续性和可靠性。

VRRP协议通过交互报文的方法将多台物理路由器模拟成一台虚拟路由器，网络上的主机与虚拟路由器进行通信。一旦VRRP组中的某台物理路由器失效，其他路由器自动将接替其工作。

VRRP 基本原理實现图解

多个VLAN都使用同一设备作为网关会造成资源浪费。通过多VLAN中的VRRP路由器实现负载分担：

三、某园区核心层设计

由于每种冗余技术都工作在特定层面上，所以在网络实际应用时需要多种冗余技术的结合使用才能真正保证网络的可靠性。在本章中将为大家介绍一个冗余技术综合运用的实例，使用MSTP+VRRP来实现基于VLAN的链路冗余和网关冗余

原始网络拓扑：用户希望能充分利用网络资源，实现设备及链路的冗余和负载均衡。

VRRP+MSTP案例分析：分解成两个逻辑拓扑

通过VRRP和MSTP的结合使用，最终实现了用户的设想，让VLAN10和20的数据流量使用不同的链路和网关设备。

四 总结

通过选择基于核心层冗余的设计方式，让该网络体系下的总核心层有不错的性能，表现在高安全性、高可靠性和较好的可扩展性等方面。大型园区核心层采用双核心结构设计，核心设备采用高性能三层交换机，并借助链路汇聚，把四条1Gbps 链路绑在一起，从而实现核心设备之间的无阻塞连接，并实现链路的冗余备份与负载均衡，通过核心层的架构设计和实施，从而让高效教学与科研顺利实施得到有效的保障。

参考文献：

[1] 蔡永泉. 计算机网络安全理论与技术教程. 北京：北京航空航天大学出版社[M]. 2003.

[2] 查贵庭，彭其军. 校园网安全威胁及安全系统构建[J].计算机应用研究，2005（3）：150 - 153.

[3] 周华强，刘奇超，胡广平. 校园网安全控制策略[J].中国科教博览，2004（11）：82 - 84.

[4] 邢西深，谢建军. 校园网安全技术及应用[J]. 计算机时代，2004（8）.

上接第478页

管电流过零后反向晶闹管导通。这样，既保证了晶闹管阀的可靠导通，又最大限度的减少了晶间管阀的门极损耗。

由于三相电压相位不同，不同时刻到达电压峰值，如图3所示。对照图3，若三相电容器组都需投入，则稳态时刻脉冲发送顺序应为B—A—C，如图4所示。当检测到A相同步方波信号跳变时，DSP开始计时，并过（60° -第二阶段脉冲串时间）/2的时间后对B相晶间管发送脉冲，待B相脉冲发送完毕后再过（60° -第二阶段脉冲串时间；）对A相晶闹管发送脉冲，待A相脉冲发送完毕后再过（60° -第二阶段脉冲串时间）对C相晶间管发送脉冲，如此便实现了稳态时刻的脉冲发送。若其中一相不需投入，则该相不发送脉冲便可。

图3 三相电压及A相同步方波

图4 脉冲发送顺序

结语：为提高电网功率因数，减少无功在线路中的传输，保证供电质量，本文在分析各种无功功率补偿装置的基础上，提出一种基于DSP的TSC无功补偿装置的整体设计方法，完成了硬件以及软件的设计，并制作样机进行功能验证。样机验证结果表明，该TSC无功补偿装置的设计方法是有效可行的。主要成果如下：

1.功率因数与无功功率相结合的复合控制策略能有效防止电容器组投切振荡。

2.电压零点时刻投入电容器组能有效抑制涌流，保护电容器组。

3.晶闹管均压电路防止晶闸管的过电压，同时光纤隔离驱动电路隔离了强弱电间的电磁干扰，可靠触发晶闹管阀。

4.初次投入电容器组时，前10个电网周期采用连续发送脉冲串方式，之后只于相电压峰值时刻附近发送脉冲串，这种脉冲发送方式是可行的，且相比连续发送脉冲串的方式，大大降低了晶闸管门极损耗。

5.采样电路、同步方波电路、+1.5V与+3V电源电路、晶闸管阀均压电路、光纤隔离驱动电路、DSP供电电源电路、硬件看门狗电路均设计正确，实现了各自的功能。

6.软件编程充分利用了DSP的功能，实现了既定的数据分析处理、脉冲发送设定，循环投切、复合控制策略等功能。

7.在理论分析、硬件设计以及软件设计的基础上制作样机，样机能正常运行，实现了既定的功能。

参考文献：

[1]蒋建民，冯志勇，刘美仪.电力网电压无功功率自动控制系统[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2010.

[2]王士政.电力系统控制与调度自动化[M].北京：中国电力出版社，2012.

财务冗余与企业绩效的关系 第10篇

目前, 学者们越来越多地关注冗余与组织绩效的关系的研究, 然而, 现有研究文献中很少见到财务冗余与企业绩效方面的研究, 在相关研究文献中, 学者们只是在研究工作中涉及了财务冗余问题, 如, Barker III&Barr (2002) 在研究企图转向的衰退企业的战略再定位时, 发现财务冗余的程度与衰退企业的战略再定位的程度正相关;Mishina et al. (2004) 在研究资源与企业增长时, 发现财务冗余与通过市场扩张的短期销售增长负相关、与通过产品扩张的短期销售增长正相关, 目前, 尚未见财务冗余与企业绩效关系方面的专门研究。今天, 面对日益剧烈的竞争和资源约束的巨大压力, 如何改进企业绩效, 对于处于复杂动荡转型经济环境中的中国企业的管理者而言, 始终是巨大挑战, 因此, 研究财务冗余与绩效的关系, 充分开发利用好企业的财务冗余, 以改进企业绩效, 对提高我国企业竞争力具有十分重要的意义。

一、研究假设

财务冗余是指超过企业现有运营和债务需要的流动资金和无风险的借贷能力, 它可以使企业自由追逐具有正的净现值NPV的投资机会, 不用担心风险问题。财务冗余实质上是超过现有业务需要的过剩的财务资源, 当企业的财务冗余太少时, 企业不会采取很多战略行动来提高绩效, 而是通过改善内部管理和降低成本来提高绩效, 由于缺乏财务冗余, 企业管理者不得不加强控制和关注效率, 太低的冗余迫使企业非常谨慎运营, 想方设法降低成本、提高绩效, 资源越紧张的企业更有可能效率越高, 许多冗余缺乏的企业, 都找到方法降低了成本, 因而提高了绩效, 故太少的财务冗余与企业绩效正相关。

当企业的财务冗余适度时, 企业管理者认为企业处于良好运行状态, 从而保持日常的经营方法不变, 以致对竞争对手的行动和突发的市场转变反应迟钝, 而且一些不合适的战略选择也变得可行了;企业管理者可能使用冗余最大化自己的收入或追逐自己的利益, 经理人员可能利用财务冗余进行过度的分散投资和多样化以及各种各样的“面子”工程;当企业冗余处于适度范围时, 企业提高绩效的努力要比冗余过多和过少时少得多, 企业管理者很少采取有风险的行动, 从而减少创新和实验, 这样大大降低了企业在当前动荡但充满机会的环境下提高绩效的可能性, 故适度的财务冗余与企业绩效负相关。

当企业的财务冗余过多时, 企业有充分的能力开发利用环境提供的机会, 冗余多的企业比冗余少的企业有更多的战略选择, 因而过多的财务冗余使企业可选择更好的盈利性的战略机会来提高绩效;足够的财务冗余可以使企业不受创新项目成功与否的影响, 培养企业重实验的氛围, 大力支持创新, 为企业的长期发展提供源源不断的动力;过多的财务冗余还减少了各种各样的冲突, 这样, 企业管理者可以有更多的时间协调部门之间的活动, 更好地利用战略机会;Bromiely (1991) 认为, 与企业竞争相关的冗余资源为企业提供了战略优势, 由于财务冗余是流动性很强的通用资源, 因而, 过多的财务冗余允许企业管理者利用冗余来强化企业的竞争优势, 从而提高企业绩效;总之, 过多的财务冗余会使企业放松控制, 积极追求新目标新战略, 采取更多的战略行动来提高绩效, 故过多的财务冗余与企业绩效正相关。因此, 我们提出以下假设。

假设1:太少的财务冗余与企业绩效正相关。

假设2:适度的财务冗余与企业绩效负相关。

假设3:过多的财务冗余与企业绩效正相关。

假设4:财务冗余与企业绩效之间存在“N”型关系, 当企业的财务冗余太少时, 财务冗余与企业绩效正相关;当企业的财务冗余适度时, 财务冗余与企业绩效负相关;当企业的财务冗余过多时, 财务冗余与企业绩效正相关。

二、实证分析

(一) 样本

本研究数据来自于对河南省制造业企业进行的随机抽样问卷调查, 本次共调查360家企业, 问卷填写对象主要是在企业工作时间相对较长的中高层管理人员, 调查过程共发放问卷360份, 回收294份, 其中有效问卷283份, 问卷最终的有效回收率为78.6%。

(二) 变量测度

企业绩效:本研究综合借鉴了前人测度企业绩效的指标, 通过管理者感知的企业与主要竞争对手的相对水平来测度企业绩效, 问卷反映了企业近三年来与主要竞争对手相比较的相对绩效水平, 最终选择3个指标来测度企业绩效: (1) 销售的增长; (2) 资产利润率; (3) 市场份额的增长。采用Liketer 5级量表衡量指标的强度, 从1至5分别表示“很低”、“低”、“相当”、“高”和“很高”。各指标的因子载荷分别为0.915、0.883、0.888, Cronbachα=0.878, 全部符合统计检验要求。

财务冗余:我们通过管理感知来测度企业的财务冗余。若企业经营决策时常常感到资金的供给很充分, 说明企业的流动资金有部分闲置;若企业拥有足够的现金储备, 说明一部分现金没有发挥应有的效益;若遇到资金困难时, 总是能及时筹集必要的资金, 说明企业存在无风险的融资能力, 因此, 本研究采用以下3个指标来测度财务冗余: (1) 经营决策时常常感到资金的供给很充分; (2) 企业拥有足够的现金储备; (3) 当遇到资金困难时, 总是能及时筹集必要的资金。采用Liketer 5级量表衡量指标的强度, 从1至5分别表示“完全不同意”、“基本不同意”、“无所谓”、“基本同意”和“完全同意”。各指标的因子载荷分别为0.752、0.857、0.784, Cronbachα=0.719, 全部符合统计检验要求。

控制变量:本研究采用企业总资产来衡量企业规模, 企业规模用企业总资产的自然对数来测度。

(三) 研究结果

本研究使用SPSS13.0软件包, 使用包括自变量的一次、二次、三次项的回归方程模型来进行假设检验, 采用分步多元回归分析的方法, 若含有三次项的模型优于含有二次项的模型、含有一次项的模型, 则“N”型或倒置“N”型关系存在, 检验结果如 (表1、2) 所示:

从 (表2) 可以看出, 模型拟合优度和显著性检验表明, 模型4优于模型2和模型3。模型4包含了所有假设, 及冗余太少时的正相关、冗余适度时的负相关、冗余过多时的正相关 (β2=3.297, p=0.001;β3=-0.967, p=0.002;β4=0.093, p=0.002) , 同时, 共线性和异方差检验表明不存在多重共线性问题和异方差问题 (相关检验数据略) , 因此, 假设1-4全部得到强力支持。回归曲线 (忽略了控制变量) 如 (图1) 所示:

三、结语

本文提出了财务冗余与企业绩效之间的“N”型关系模型, 研究表明, 两种冗余程度下的财务冗余对企业绩效是有利的。若财务冗余太少, 企业应重点关注降低内部成本, 利用有限的冗余支持少数重中之重的发展项目, 不能盲目进行产品或市场扩展;若财务冗余充足, 企业应积极搜寻盈利性机会, 抓住机会, 充分利用财务冗余支持产品、市场扩张, 同时, 也要加强对战略项目的管理与控制, 提高企业绩效;若财务冗余处于适度范围, 企业应重视财务冗余的负面影响, 企业管理者必须清楚知道“理想”的冗余水平会带来不理想的绩效下降的结果, 不应满足现状, 应加强管理、充分利用好财务冗余进一步提高绩效。研究表明, 目前, 企业财务冗余的均值3.3327, 由 (图1) 知它处于适度范围, 平均而言, 企业没有利用好财务冗余, 此时尤应加大利用财务冗余支持搜寻盈利性的战略行为的力度, 不断改进企业绩效。

由于数据的限制, 我们仅研究了河南的企业, 其结论的普遍性, 还有待其他地区的企业的验证。我们采用管理感知的自我报告方法测度企业的财务冗余和绩效, 虽然它能更深刻反映管理者对财务冗余与绩效的关系的认识, 但其主观性强, 不像采用财务数据那么客观, 当然其他一些环境变量, 如产业、所在地区、企业年龄、所有制结构、竞争等, 都可能对冗余与企业绩效的关系产生影响, 有待进一步研究。

参考文献

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