книги из ГПНТБ / Суторихин, Н. Б. Оценка надежности элементов коммутируемых телефонных сетей
.pdfщщ
РИ
ВКЭСЛ — входящий комплект заказно-соединительной линии; ВГИ — входя щий групповой искатель; МВГИ — маркер входящего группового искателя; РСЛА — реле соединительной линии автоматической связи; Р,И — ступень регистрового искания; ИМРА — исходящий междугородный регистр автомати ческой связи; С — соединитель; ,П — пересчетчик; УПФ — устройство первич ной фиксации данных о разговоре; ААУСР — аппаратура автоматического учета стоимости разговоров; МГИ— междугородный групповой искатель; ММГИ — маркер междугородного группового искателя; ИКТН — исходящий комплект тонального набора; ВКТН — входящий комплект тонального .набо ра; ИО — индивидуальное оборудование канала; ПГО — первичное групповое оборудование; ВГО — вторичное групповое оборудование; ЛТ — оборудование линейного тракта
В 'качестве оборудования АМТС взята АМТС средней емкости, в качестве системы передачи 'по кабелю или РРЛ — унифицированное высокочастотное оборудова ние. Как видно из рисунка, отказ соответствующих эле ментов каналообразующего оборудования может при вести к отказу отдельных каналов, групп каналов или всех каналов данного направления, а это так же, как и отказ отдельных элементов АМТС, может привести к снижению пропускной способности (увеличению потерь) или к полному нарушению возможности установления соединения в определенном направлении. Учет вышеиз ложенных обстоятельств при оценке надежности сети в целом усложнил бы и без того трудоемкие расчеты.
При исследовании надежности отдельных элементов сети, представляющих собой или целые системы, или элементы систем, можно более полно учесть их струк туру, как это и делается в работах второго [14] и осо бенно третьего [15—28] направлений.
В данной книге рассматривается круг вопросов, от носящихся к третьему направлению работ.
1 Г Л А В А
Система параметров надежности для элементов коммутируемых телефонных сетей
§ 1.1. Общие понятия
Автоматически коммутируемая телефонная сеть в це лом, а также и основные ее элементы являются систе мами обслуживания, которые оказывают абонентам ус луги по установлению соединения с вызываемым або нентом на время передачи информации. При этом пара метры тракта, предоставляемого для передачи информа ции, должны находиться в заданных пределах, а каче ство обслуживания не должно быть ниже заданного. По этому оценка надежности сети связи и ее отдельных эле ментов должна в основном производиться «со стороны абонента» как потребителя услуг, т. е. по таким пока зателям, которые отражали бы снижение качества об служивания абонента, вносимое ненадежностью элемен тов сети.
Такой подход к оценке надежности автоматически коммутируемой телефонной сети и ее элементов являет ся вполне оправданным, поскольку показатели качества обслуживания на сети .(потери явные и условные, сред нее время ожидания) нормируются с точки зрения або нента, т. е. задается норма на качество обслуживания при установлении соединения между абонентами. Эта норма распределяется между отдельными элементами сети, участвующими в установлении соединения. Пред полагается, что если норма на потери выдерживается для отдельного элемента сети, то она будет выдержана и при любом соединении между абонентами сети. Нор мы на качество обслуживания на телефонной автомати чески коммутируемой сети при идеально надежных эле ментах сети приведены в табл. 1.1.
11
Т а б л и ц а 1.1
Качество обслуживания на автоматически коммутируемой телефонной сети
Элементы сети |
Допустимые потери |
I. Зоновая связь
а) для декадно-шаговых АТС: ПИ—1ГИ на районированных сетях ПИ—IГИ ;на нерайонированных сетях
16) для координатных АТС:
АИ.сх 1ГИ—АМТС
■в) для междугородного шнура: АМТС—УВС или АМТС—АТС ГИ и остальные участки
Для входящего вызова суммарные потери не должны превышать
II.гтс
а) для декадно-шаговых АТС ЬГИ: П/ШГИ ('внутрен. сообщ.)
П/1МГИ 1(сл)
ЛМспец
б) для координатных АТС: Л Иисх
АИвх 1ГИ
II/IVTH (внутр. сообщ.) II/IVTH -('ел)
III. СТС (для координатных АТС)
АИисХ
АИвх сл ЦС—ОС или УС—ОС
ел ЦС—ОС или сл (.вх. или исх.) ЦС—УС
Суммарные потери ОС—УС—ЦС не должны превышать
IV. Междугородная сеть
Пучок каналов на участке пути последнего выбора
Линейное поле *) Регистровое оборудование *) Маркер линейного поля *)
Маркер регистрового искания *)
>) Для АМТС-4.
г) < —время обслуживания маркера.
0,003
0,005
0,005
0,005
0,002
0,001
0,005
0,003
0,003
0,005—0,01
0,001
0,005
0,002
0,003
0,003-0,005
0,005-0,01
0,005
0,002
0,02
0,01
0,05
0,01
0,003
0,002
P { V > 1 0 U aKO,002 Р {у >2гм}2)<0,001
12
Подобным же образом нормируются параметры трак та передачи информации между абонентами, например допустимое затухание на частоте 800 Гц, мощность псофометрических шумов и т. д. Установленные нормы на параметры тракта распределяются между отдельными элементами тракта в предположении того, что если нор ма на рассматриваемый параметр выдерживается для отдельного элемента тракта (сети), то она будет вы держиваться и для любых трактов, образующихся при различных .соединениях между абонентами.
С другой стороны, элементы автоматически комму тируемой телефонной сети как технические системы (устройства) для нормального функционирования сами нуждаются в техническом обслуживании. Для оценки надежности элементов сети со стороны обслуживающе го персонала потребуются, очевидно, другие показатели, которые были бы удобны для планирования эксплуата ционного обслуживания. Поэтому надежность элемен тов сети целесообразно оценивать с точек зрения абонен та и обслуживающего персонала.
Под |
н а д е ж н о с т ь ю а в т о м а т и ч е с к и к о м |
|
м у т и р у е м о й |
т е л е ф о н н о й сети будем понимать |
|
свойство |
сети |
обеспечивать установление соединений |
между абонентами на время передачи информации, а также передачу информации с сохранением качества об служивания и параметров тракта передачи в заданных пределах в течение периода эксплуатации. Соответствен
но под н а д е ж н о с т ь ю |
э л е м е н т а а в т о м а т и ч е |
ски к о м м у т и р у е м о й |
т е л е ф о н н о й сети бу |
дем понимать свойство элемента сети выполнять свои функции при установлении соединения между абонента ми сети на время передачи информации с сохранением качества обслуживания и всех установленных для эле мента параметров в течение периода эксплуатации или заданной наработки.
При этом необходимо помнить, что надежность эле ментов сетей, обусловливается их безотказностью, ре монтопригодностью, сохраняемостью, а также долговеч ностью их частей [29].
Б е з о т к а з н о с т ь — свойство элемента сети сохра нять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.
Р е м о н т о п р и г о д н о с т ь — свойство элемента се ти, заключающееся в его приспособленности к преду-
16
(щеждению, обнаружению и устранению отказов и неис правностей при проведении технического обслуживания и ремонтов.
С о х р а н я е м о с т ь — свойство элемента сети сох ранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного в технической документации.
Д о л г о в е ч н о с т ь — свойство элемента сети сохра нять работоспособность до предельного состояния с не обходимыми перерывами для технического обслужива ния и ремонтов. Под предельным состоянием понимает ся состояние элемента, определяемое невозможностью его дальнейшей эксплуатации.
Наконец, употребляемые выше три понятия — рабо тоспособность, отказ и неисправность — могут быть оп ределены следующим образом.
Р а б о т о с п о с о б н о с т ь — состояние элемента се-, ти, при котором он способен выполнять свои функции по установлению временных соединений между абонента ми сети и передачи информации; при этом качество об служивания, а также все установленные для данного элемента параметры находятся в заданных пределах.
О т к а з — событие, после наступления которого эле мент сети неспособен выполнять свои функции при уста новлении соединения на сети и передаче информации.
Н е и с п р а в н о с т ь — состояние элемента сети, при котором он не удовлетворяет хотя бы одному из требо ваний к его параметрам или качеству обслуживания.
Проиллюстрируем три последние понятия на примере поляодоступного пучка из У=60 каналов (рис. В.6), на который поступает телефонная нагрузка У=47 эрланг. При этой нагрузке вероятность потерь что соответствует норме. Пучок каналов будет ра ботоспособным, если все параметры каналов в норме и потери не превышают допустимую величину.
Предположим, что в какой-то момент времени параметры од ного из каналов вышли за допустимые пределы таким образом, что
связь по этому |
каналу оказалась прерванной, |
т. е. канал |
отказал |
|
и до окончания |
ремонта его заблокировали. В этом случае |
нагрузка |
||
У=47 эрланг будет поступать |
на 69 каналов |
я потери |
составят |
|
р = 1,3%. Предположим далее, |
что отказало не |
индивидуальное обо |
||
рудование канала, а групповое оборудование одной первичной груп пы и пришлось до окончания его ремонта заблокировать все 12 ка
налов этой группы. Тогда нагрузка |
У=47 эрланг будет поступать |
на оставшиеся 48 каналов и потери |
увеличатся до р=9,6%. |
Очевидно, в обоих случаях будет иметь место неисправность |
|
пучка каналов.
Если откажет оборудование линейного тракта, то придется за блокировать все каналы пуч«ч, а это приведет к отказу пучка.
14
Из приведенного выше примера видно, что отказ раз личных элементов пучка каналов приводит к различным последствиям. С этой точки зрения целесообразно отка зы элементов сети классифицировать следующим об разом:
1) отказы, которые приводят к блокировке одного соединительного устройства (например, отказ индиви дуального оборудования канала, комплекта соедини тельной линии, искателя и т. д.);
2)отказы, которые приводят к блокировке группы соединительных устройств одного направления (напри мер, отказ группового оборудования каналов, соответ ствующих элементов управляющих устройств и т. д.);
3)отказы, которые приводят к невозможности ис пользования всех соединительных устройств данного на правления (например, отказ оборудования линейного тракта или линейных сооружений, соответствующих эле
ментов управляющих устройств и т. д.); 4) отказы, которые приводят к невозможности ис
пользования целого элемента сети, например коммута ционного узла (отказ управляющих устройств в целом, системы электропитания и т. д.).
§1.2. Параметры надежности ремонтируемых устройств (систем)
Надежность ремонтируемых устройств (систем) при нято оценивать следующей системой параметров [29].
П а р а м е т р |
п о т о к а о т к а з о в — среднее коли |
чество отказов |
ремонтируемого устройства в единицу |
времени, взятое для рассматриваемого момента времени
N |
N |
|
Y i |
nti^t+A t)— ^ |
mi (t) |
a(t)= i=i___________i=i |
( 1. 1) |
|
|
N At |
|
где mi(t) — число отказов каждого устройства за время наработки t\ N — число устройств, за которыми прово дятся наблюдения во время испытаний или эксплуата ции; At — некоторый, достаточно малый промежуток вре мени.
На практике часто, после некоторой наработки, на зываемой периодом приработки, поток отказов можно считать простейшим, т. е. &(t) = co=const. В этом случае параметр потока отказов совпадает с интенсивностью
15
потока отказов ремонтируемых устройств и интенсивно стью отказов неремонтируемых устройств. Это положе ние доказывается в [38]. Для того, чтобы не смешивать понятия и н т е н с и в н о с т ь п о т о к а о т к а з о в р е м о н т и р у е м ы х у с т р о й с т в и и н т е н с и в н о с т ь от-к а з ов н е р е м о н т и р у е м ы х уст ройст в , ГОСТ [29] рекомендует в первом случае применять тер мин п а р а м е т р п о т о к а о т к а з о в .
Как известно, под интенсивностью отказов перемонти руемого устройства принято понимать вероятность отка за устройства в единицу времени после данного момента времени при условии, что отказ доэтого момента не воз ник:
Л(0 = N (t) — N (t + A t) |
( 1.2) |
|||
|
|
Д tN{t) |
|
|
где N(t) — число |
устройств, оставшихся работоспособ |
|||
ными до конца наработки t. |
|
|||
Н а р а б о т к а |
на о т к а з — среднее значение на |
|||
работки ремонтируемого устройства |
между отказами |
|||
Т = |
|
N{t2- h ) |
(1.3) |
|
N |
N |
|||
|
|
|||
|
£ пц (t2) — ^ mt (h) |
|
||
|
г= 1 |
г=1 |
|
|
где tz—ti —-период 'времени от наработки ti до наработ ки t2.
После периода приработки, когда можно считать
со = const, Т= 1/со. |
п е р в о г о о т к а |
С р е д н я я н а р а б о т к а до |
|
за — среднее значение наработки |
устройств в партии |
до первого отказа. Для неремонтируемых устройств по
нятие с р е д н я я н а р а б о т к а до |
п е р в о г о о т к а |
за соответствует понятию с р е д н я я |
н а р а б о т к а до |
о т к а з а (Г0) : |
|
г=1 |
<М ) |
|
где ti — наработка ii-го устройства до первого отказа; N — число испытуемых устройств.
При условии, что поток отказов простейший, т. е. T>='const, Т= Т1= Т0.
В е р о я т н о с т ь б е з о т к а з н о й р а б о т ы — ве роятность того, что в заданном интервале времени или в
1§
пределах заданной наработки не возникнет отказ уст ройства.
После периода приработки |
|
p(T) = e~fflT= e“ T , |
(1.5) |
где т='/2—U-
С р е д н е е в р е мя в о с с т а н о в л е н и я — сред нее время вынужденного, нерегламентированного про стоя, вызванного отысканием и устранением одного от каза:
г- т Е ^ |
(|6) |
/=1 |
|
где tBj —время, затраченное на отыскание |
и устране |
ние /нго отказа;| т — число отказав за время испытания. Если принять поток восстановлений простейшим, то
интенсивность восстановления :р=|1/7’в.
К о э ф ф и ц и е н т г о т о в н о с т и — вероятность то го, что устройство будет работоспособно в произвольно выбранный момент времени в промежутках между вы полнениями планового технического обслуживания:
Кг = |
— |
. |
(1.7) |
|
Т + т ъ |
|
|
Часто пользуются |
параметром |
— к о э ф ф и ц и е н т |
|
п р о с т о я , |
который может быть определен как |
||
- |
|
7 Т 5 Г ' |
(L8) |
К о э ф ф и ц и е н т т е х н и ч е с к о г о и с п о л ь з о в а ния — отношение наработки устройства в единицу вре мени за некоторый период эксплуатации (tcyM) к сумме этой наработки и времени всех простоев, вызванных тех ническим обслуживанием (/0бсл)> а также ремонтами (/рем) за тот же период эксплуатации:
Кг = |
*сум |
(1.9) |
/сум |
/рем 4" |
/обсл |
Всех перечисленных параметров надежности вполне достаточно для того, чтобы оценить надежность элемен тов сети i«co стороны обслуживающего. персонала» и спланировать эксплуатационное обслуживание-эдсмен- TOB сети. заучсо'-техачч-зская
Однако, зная только эти параметры, нельзя ответить на вопрос, насколько ненадежность элементов сети ухуд шает качество обслуживания абонента. Для оценки на дежности элемента сети «со стороны абонента» необхо димо ввести дополнительные параметры, учитывающие специфику сетей и оборудования связи.
§1.3. Оценка надежности элемента сети «со стороны абонента»
Для удобства дальнейшего изложения классифици руем элементы сети в зависимости от периодичности их обслуживания на три вида.
I. Обслуживаемые элементы сети. Обслуживающий персонал осуществляет ремонт этих элементов по мере возникновения отказов в любое время суток. Если об служивающий персонал находится в другом пункте, то он немедленно выезжает к месту повреждения. Приме ром обслуживаемых элементов сети могут служить АМТС, кабельная магистраль и, в частности, НУП (не обслуживаемый усилительный пункт, который в нашей классификации следует отнести к обслуживаемым эле ментам сети).
II. Частично обслуживаемые элементы сети. Обслу живающий персонал осуществляет их ремонт только в течение части суток. В остальную часть суток отказы накапливаются. Примером могут служить частично об служиваемая АТС, телефонная подстанция, кабельная линия на городской или сельской телефонной сети и т. д.
III. Необслуживаемые элементы сети. Обслуживаю щий персонал осуществляет ремонт и профилактику этих элементов только в определенные сроки, между ко торыми элемент сети остается полностью необслуживае мым. Примером могут служить сельские АТС, подстан ции типа ПС МКС и т. д.
В зависимости от перечисленных видов элементов их надежность «со стороны абонента» будет оцениваться различными параметрами.
Для оценки надежности обслуживаемых элементов сети «со стороны абонента» могут быть введены следую щие параметры.
Вероятность потерь ') вызовов в элементе сети с уче-)*
*) Под потерями здесь и ниже будем понимать потери явные или условные.
18
том ненадежности его частей (приборов, устройств) й любой час наибольшей нагрузки
v
Ра = У, WiPh |
(1-10) |
“ о
где Wi —вероятность возникновения Z-го состояния эле мента сети в любой момент времени; состояние элемен та определяется комбинацией работоспособных и отка завших частей элемента; pt — вероятность потерь при i-м состоянии элемента сети в чнн.
Вероятность выполнения элементом сети своих функ ций при установлении соединения между абонентами се ти с учетом ненадежности частей элемента в любой чнн
«н= 1—Р„. |
(Ml ) |
Эти два параметра, являясь, по сути дела, парамет рами, оценивающими качество обслуживания абонента элементом сети, учитывают также влияние ненадежности на качество обслуживания.
Превышение вероятности допустимых потерь (рЯОп) в любой чнн вследствие ненадежности элемента или эле ментов сети
А Рн доп — Ра Рдоп> |
(1 .1 2 ) |
где рн ■— вероятность потерь в чнн с учетом ненадеж ности элементов сети.
Изменение вероятности потерь ав любой чнн при изме
нении надежности элементов сети |
|
||
Арн= |
р ; - р ; |
при р; > р; j |
3) |
Арн = |
р ; - р : |
прир'а<р"н \ |
|
где р'н и Цн — соответственно вероятности потерь в чнн при различной надежности элементов сети.
Параметр Дрдсш является весьма удобным для зада ния норм надежности элемента «со стороны абонента», поскольку с помощью этого параметра можно связать существующую норму на качество обслуживания при аб солютно надежных приборах ( р Доп) с нормой на качест во обслуживания при ненадежных приборах. Действи тельно, норму на допустимую вероятность потерь в эле менте сети с учетом ненадежности его частей в любой чнн (р н доп) можно представить как сумму допустимых
19