Was ist Fehlertoleranz?

Abstract

Bereits ein Blick auf die Natur lehrt, daß perfekte Systeme selten sind und besonders höhere Lebewesen im Laufe der Entwicklung eine Form gefunden haben, die ein Weiterleben des Organismus auch bei Verlust einzelner Organe oder Funktionen ermöglicht. So sind viele Organe paarweise vorhanden, während das zentrale Nervensystem in der Lage ist, auf verletzte Bereiche zu verzichten und deren Funktion nach einiger Zeit durch unbeschädigte zu ersetzen. Offenbar besteht das Ziel dieser Organismen in einer beschränkten Fähigkeit zur Toleranz gegenüber einzelnen Organausfällen, durch die das Gesamtverhalten nur unwesentlich beeinflußt werden soll. Erreichbar wird dieses Ziel durch eine Art „Überdimensionierung" der Organismen, z.B. indem Organpaare gemeinsam Aufgaben erledigen, für die ein Organ allein ausreichen würde. Darüber hinaus gibt es Funktionen, die wie räumliches Sehen oder Hören intakte Organpaare erfordern, so daß ein Organverlust zu Beeinträchtigungen der ursprünglich vorhandenen Funktionen führen kann. Technische Systeme haben dagegen in den meisten Fällen die Eigenschaft, aus Kostengründen nur über die minimale Anzahl von Komponenten zu verfügen, die zur Erfüllung der vorgegebenen Aufgabe notwendig ist. Jeder Ausfall einer Komponente führt deshalb bei solchen nichtredundanten Systemen zwangsläufig zum Systemausfall, der durch Ersatz oder Reparatur behoben werden muß. Da alle technischen Einrichtungen, besonders elektronische oder mechanische Bauelemente, aber nur über eine begrenzte Lebensdauer verfügen und ihr Ausfall nicht ausgeschlossen werden kann, werden seit der grundlegenden Analyse von J. v. Neumann [1] die Möglichkeiten untersucht, ausfalltolerante Systeme mit erhöhter Zuverlässigkeit zu entwerfen, die vor allem bei den Weltraumflügen allgemein bekannte Anwendungen gefunden haben. Leider vergrößern zusätzliche, also redundante Komponenten auch beträchtlich die Kosten entsprechender Systeme. Deswegen ergaben sich im Bereich der Nachrichtenübertragung zunächst die größten Erfolge, da es gelang, durch redundante Codierung der Information praktisch beliebige Störungen der Übertragung zu kompensieren, indem Fehlerkorrekturcodes verwendet werden. Sie erlauben eine Korrektur falsch empfangener Zeichen innerhalb bestimmter Grenzen durch erhöhten Aufwand gegenüber dem ungestörten Kanal. Dieser besteht eher in größerer Bandbreite und Übertragungszeit als in zusätzlichen Geräten.