결함허용(Fault Tolerance) 시스템

[전영석]

결함허용시스템

산업의 발달과 더불어 철도의 발전 또한 많은 변화를 가져왔다. 수송수요의 증가에 따라 열차운행 빈도와 열차운행 속도는 높아졌다. 요즘의 철도운송산업은 열차운전의 고밀도, 수송규모의 대형화, 운전의 자동화 등 복잡성, 자동화, 집중화, 규모, 기술변화 등의 새로운 환경에 직면하고 있다. 이런 변화과정을 거치면서 예상하지 못했던 크고 작은 많은 철도사고를 경험하였다.
한편으로 이러한 철도사고를 경험하면서 경영합리화와 열차의 안전운행을 확보하기 위한 노력으로 철도기술은 발전에 발전을 거듭하여 왔다. 그러나 사고는 끝이지 않고 이어지는 것이 현실이며, 시스템의 변화에 따른 새로운 위험요인들이 발생하고 있다.
이런 위험요인을 줄이고 경영과 안전을 확보하기 위한 수단 중의 하나가 시스템의 자동화이다. 자동화는 조작자의 실수를 감소시키지만 기능의 유지나 보수, 고 수준의 관리 등이 필요하게 됨으로써 인간의 결정효과는 더욱 커졌다. 자동화는 컴퓨터가 모든 기능을 담당하고 최종적인 결과만을 출력함으로써 직접적인 정보가 결여되어 오류의 발생확률이 증가하게 된다. 이런 설계는 운영자의 선택을 제한하고 시스템 전반 상황을 감추어 버린다.

안전의 학보는 사고의 원인을 제거하여 시스템 운용 중 발생 가능한 사고가 존재하지 못하도록 하는데 있다. 그러나 위험은 결코 시스템으로부터 완전하게 제거하기란 어렵다. 일부 위험을 제거하기 위하여 시스템을 설계하는 것은 가능한 일이지만 모든 위험을 제거한다는 것은 어려운 일이다.

결함허용(Fault Tolerance)

시스템의 내부적 또는 외부적인 원인에 의해 시스템에 이상이 발생하였을 때 시스템이 정지하지 않고 Data의 손실을 방지하고 전체시스템이 연속적으로 정상 동작할 수 있도록 하는 것이 결함허용(Fault Tolerance)이다. 즉 결함허용이란 결함이 일어난 후에 시스템의 임무를 연속적으로 수행하도록 하는 시스템의 능력이다. 결함허용을 구현하는 방법은 시스템 내 모든 Component를 이중화하고 동일업무를 동시에 처리할 수 있도록 하고, 장애발생시 장애발생 모듈은 제거하고 정상의 다른 부분만으로 계속적인 업무를 수행할 수 있도록 하여 이중으로 동일한 작업이 이루어지므로 별도의 전이시간이나 Data의 유실이 없도록 한 것이다. 결함허용의 궁극적인 목적은 어떠한 결함으로부터 시스템의 고장(Failure)을 방지하는 것이며, 고장은 오류(Error)에 의해 직접적으로 발생하므로 결함 허용(Fault Tolerance)과 오류허용(Error Tolerance)이란 말은 종종 혼용되기도 한다.

전자장치에서 결함, 오류, 고장은 다음과 같이 정리해 볼 수 있다.
- 결함(Fault) : 부품(Component)들의 결점, 환경에 의한 물리적인 방해, 조작자의 실수, 부정확한 설계 등의 결과로 야기되는 하드웨어나 소프트웨어의 잘못된 상태를 말한다.
- 오류(Error) : 결함으로부터 나타나는 현상으로 프로그램이나 데이터 구조에서의 틀린 기능 값으로 작업에 대해서만 정의될 수 있으며, 오류는 결함장소와 어느 정도 거리가 떨어져서 발생할 수도 있다.
- 고장(Failure) : 오류의 축적 또는 파급으로 인해 유도되는 요소 및 시스템, 또는 프로그램 및 작업단위의 잘못된 결과를 일컬으나 좁은 의미로 하드웨어의 물리적인 변화로 정의되기도 한다.

결국 시스템이 수행해야 하는 기능을 수행할 수 없는 기능 불량상태인 고장을 야기하는 이들의 관계는 결함(Fault) ⟶ 오류(Error) ⟶ 고장(Failure)의 순으로 이어진다.


결함을 극복하기 위한 시스템의 신뢰성 향상방법

결함을 극복하기 위한 시스템의 신뢰성 향상은 결함회피(Fault Avoidance), 결함 마스킹(Fault Masking), 결함허용(Fault Tolerance)의 기능을 시스템에 부가함으로써 가능하다.
결함회피(Fault Avoidance)는 시스템 고장발생 확률을 줄이는데 있으며, 결함 마스킹(Fault Masking)은 오류가 시스템의 정보구조 속으로 들어가는 것을 방지하는 여하의 과정이다. 결함허용(Fault Tolerance)은 결함이 일어난 후에 시스템의 임무를 중단하지 않고 연속적으로 수행하도록 하는 시스템의 능력이다.