负相关演化电路容错的可扩展模型及行为机制研究

Circuit fault-tolerance design is an unavoidable issure in most important electronic systems. The technique used by traditional fault-tolerance design methods has strong dependence to the distribution of fault. However, if the distrubtion of fault is unknown, the traditional fault-tolerance design methods will be hard to act, even be invalid. Evolutionary negatively-correlated fault-tolerance is a novel method which is based on the idea of negatively-correlated integration and the using of evolutionry computation. It has the design ability versus unknown fault. This project focus on the scalability of evolutionary negatively-correlated fault-tolerance method, aims at expanding the design ability to catch up with the design requirements on more larager circuits; This project also focus on the study of the mechanism of evolutionary negatively-correlated fault-tolerance. The goal is to explore the behaviour relationship between the changed circuits, the circuits metergasis,and the fault-tolerance ability to gain determine knowledges and achieve theoretical evidences for further study and reasonable applications. This project is with the fundamental scientific significance and practical value of application in the study of circuit fault-tolerance mechanism and method applying respectively.

电路容错设计是当前各类重要电子系统研究中难以回避的问题。传统的电路容错技术的有效性对故障分布具有很强的依赖性。如果故障分布未知，则传统的容错技术难以凑效，甚至无法处理。负相关演化容错是一种以负相关集成为基本思想、以演化计算为设计技术的新型的电路容错方法，具有对未知电路故障进行容错设计的能力。本项目研究负相关演化容错的电路设计规模问题，拓展负相关演化容错模型的设计能力，以胜任更大规模的电路容错设计要求；研究负相关演化容错的工作机制，探索负相关演化容错模型中电路结构变化、电路功能变化以及电路容错能力在其可变化空间的趋向之间的行为关系，以获得对负相关演化容错方法的定性认识，为深入研究和合理应用负相关演化容错方法奠定理论依据。本项目的研究对电路故障容错机理和方法应用具有十分重要的科学意义和实际应用价值。

本项目研究负相关演化容错的可扩展模型及行为机制。针对数据处理规模的可扩展性问题，根据工业级EDA平台Cadence设计环境的要求，提出了一种可根据演化数据规模来进行增量式采样精度调节方法。该方法可以有效地减少演化计算的电路仿真时间消耗。针对演化搜索空间的可扩展性问题，研究并提出了一种基于单个种群而不是多个种群的负相关可扩展演化模型及自适应控制策略。针对目标问题的空间复杂度问题，提出了一种基于随机排序策略的负相关演化方法，避免了负相关惩罚项系数选择难的问题，有效地降低了负相关演化的目标问题的空间复杂度。根据负相关演化对电路结构多样性的要求，提出了一种基于惩罚和保护机制的电路的结构多样性保护策略。通过定义系统容错能力和子电路结构欧式距离和子电路结构夹角余弦距离之间的关系，提出了一种基于马氏度量学习的系统容错能力与电路结构关系的衡量方法。采用最小冗余子系统分析的方法，研究了故障发生时电路系统传递函数在频率域上相位角的变化情况。通过将电路受到外界干扰时可能出现情况划分为四种相角变化类型，研究了导致电路系统发生故障的相位因素。采用最小冗余系统的容错模型，在频率域对负相关容错模型进行矢量分解，采用数学分析的方法对系统的理想输出矢量与干扰模式向的实际输出矢量进行数学推导，获得了电路结构以及电路输出函数与系统容错性能之间的数学上的和概念上的关系。