TripleModulRedundanz

TripleModulRedundanz, kurz TMR, ist ein fehler-toleranter Architekturansatz in digitalen Systemen, der die Zuverlässigkeit von Ausgaben erhöht. Bei TMR arbeiten drei identische Funktionsmodule parallel und deren Ausgaben werden von einem Mehrheitswächter (Voter) bewertet. Das endgültige Signal entspricht dem Wert, der von mindestens zwei Modulen geteilt wird.

Funktionsprinzip: Jedes Modul verarbeitet dieselben Eingaben. Enthält ein Modul einen Fehler, liefert es ein inkonsistentes Ergebnis, während die anderen beiden Module das korrekte Resultat liefern. Der Mehrheitswächter ermittelt daraus das finale Ausgangssignal und ermöglicht so eine Fehlertoleranz gegenüber einem einzelnen Ausfall in einem Modul. Damit kann ein einzelner Hardware- oder Softwarefehler maskiert werden, ohne das Gesamtsystem zu stoppen.

Anwendungsgebiete: TMR findet Anwendung in sicherheitskritischen Bereichen wie Avionik, Raumfahrt, Automobiltechnik, Medizintechnik und allgemeinen Computersystemen, die Fehlertoleranz erfordern. Typische Einsatzfelder sind Rechenfunktionen, Steuerlogik, Signaldarstellung und Speicherzugriffe. Varianten umfassen hardwarenahe Implementierungen mit dreifachen Boards sowie Software-TMR, bei dem drei Softwareinstanzen parallel laufen und über einen Voting-Mechanismus konsistent bleiben.

Vor- und Nachteile: Zu den Vorteilen zählen erhöhte Ausfalltoleranz gegenüber einzelnen Fehlern und vergleichsweise einfache Implementierung des Fehlerschutzes. Nachteile sind erhöhter Platzbedarf, höherer Stromverbrauch und Kosten sowie das Risiko gemeinsamer Fehlerquellen (Common-Mode-Fails), die alle Module beeinflussen können. Um Robustheit zu erhöhen, wird TMR oft mit Diversifizierung und zusätzlichen Prüfmechanismen kombiniert.

Historischer Kontext: TMR ist eine seit Jahrzehnten bewährte Technik der Redundanz in sicherheitskritischen Systemen und bildet eine Grundlage für weitergehende Redundanzkonzepte.