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Una Comparación de la Fiabilidad y la Utilización de Recursos de los Mecanismos de Tolerancia a Fallos por Radiación en Sistemas Electrónicos Espaciales

Autores: Kim, Changhyeon; Lee, Dongmin; Na, Jongwhoa

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Una Comparación de la Fiabilidad y la Utilización de Recursos de los Mecanismos de Tolerancia a Fallos por Radiación en Sistemas Electrónicos Espaciales


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Era espacial
Matrices de puertas programables en campo
Radiación espacial
Mecanismos tolerantes a fallos
Redundancia de hardware
Redundancia informativa

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 19

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La llegada de la Nueva Era Espacial ha acelerado significativamente el desarrollo de sistemas de equipos espaciales utilizando componentes comerciales disponibles en el mercado. Los Arreglos de Puertas Programables en Campo son cada vez más favorecidos por su capacidad de ser fácilmente modificados, lo que reduce sustancialmente tanto el tiempo de desarrollo como los costos. Sin embargo, su alta susceptibilidad a la radiación espacial representa un riesgo considerable de fallo en la misión, comprometiendo potencialmente la fiabilidad del sistema en entornos espaciales adversos. Para mitigar esta vulnerabilidad, es esencial la implementación de mecanismos tolerantes a fallos. En este estudio, aplicamos ocho mecanismos tolerantes a fallos distintos a varios circuitos y realizamos un análisis comparativo entre dos categorías diferentes: redundancia de hardware y redundancia informativa. Esta comparación se basó en criterios consistentes, específicamente el Factor de Vulnerabilidad Arquitectónica y el consumo de recursos. Utilizando pruebas de inyección de fallos estadísticas y software especializado, medimos cuantitativamente la vulnerabilidad estructural, el consumo de energía, el retraso y el área. Los resultados revelaron que, si bien el Código de Hamming logró la menor vulnerabilidad estructural, resultó en aumentos de aproximadamente cuatro veces en el consumo de recursos. Por el contrario, la Redundancia Modular Triple proporcionó alta fiabilidad con un uso de recursos relativamente mínimo. Esta investigación aclara las compensaciones entre la fiabilidad y la sobrecarga de recursos entre diferentes mecanismos tolerantes a fallos, destacando la importancia crítica de seleccionar mecanismos apropiados según los requisitos del sistema para optimizar el equilibrio entre la fiabilidad y la utilización de recursos. Nuestro análisis ofrece nuevas perspectivas esenciales para optimizar mecanismos tolerantes a fallos en aplicaciones espaciales. El trabajo futuro debería explorar arquitecturas de circuitos más complejas y diversos modelos de fallos para refinar los criterios de selección de mecanismos tolerantes a fallos adaptados a misiones espaciales del mundo real.

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