книги из ГПНТБ / Емельянов Г.А. Передача дискретной информации и основы телеграфии учеб. для вузов

' Г Л А В А

Методы повышения надежности систем и сетей передачи дискретной информации

(13.1. ПОНЯТИЕ О НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ И СЕТЕЙ

:ПЕРЕДАЧИ Д И С К Р Е Т Н О Й ИНФОРМАЦИИ

Надежностью системы (аппаратуры) передачи дискретной ин­ формации называется ее свойство выполнять заданные функции,

Система (сеть) передачи дискретной информации (ПДИ) пред­ ставляет собой сложное сооружение, состоящее из трактов пере­ дачи и узлов коммутации. Вопросы надежности сетей разработаны недостаточно полно и поэтому при дальнейшем изложении мы рас­

никает необходимость определения: количественных характеристик надежности; критерия отказа; методики расчета надежности; ме­ тодики экспериментального определения надежности; причин, вы­ зывающих понижение надежности; технических и организационных методов повышения надежности и оценки их эффективности.

13.2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ

Надежность самым тесным образом связана с понятием отка­ за, поэтому остановимся на данном вопросе несколько подробнее. Под отказом понимают событие, появление которого вызывает пол­ ное или частичное прекращение выполнения трактом П Д И своих функций. Отказы могут быть внезапными, вызванными, например, механическим повреждением линий связи, источников энергоснаб­ жения, неправильными действиями обслуживающего персонала, и постепенными, возникающими в результате старения материалов и деталей.

ров Т0, т0 , Кг характеризует в среднем надежность всей системы, тогда как каждый из параметров в отдельности дает неполную ее характеристику. Действительно, например, наработка на отказ ука­ зывает только среднее время между отказами, но ничего не гово­

ницу времени, отнесенное к числу элементов, исправных в начале рассматриваемого промежутка времени. Она может быть получена по статистическим данным:

где ANi —число отказавших элементов за время AT. При нормаль­ ной работе, когда интенсивность отказав примерно постоянна, име­ ет место следующее соотношение:

Интенсивность восстановления ц характеризует производитель­ ность ремонтно-восстановительных работ и определяется числом восстановлений в единицу времени. Она может быть найдена из выражения

где [І(0 —условная плотность вероятности восстановления для мо­

Обычно тракты П Д И в целом в отношении надежности харак­ теризуют параметрами коэффициента готовности Кт и вероятно­ стью безотказной работы p(t). Этими же параметрами принято

характеризовать аппаратуру ПДИ, в то время как для ее отдель­ ных элементов широко пользуются характеристикой интенсивности отказов ^-характеристики. Для оценки надежности линий связ;і наиболее подходят наработка на отказ и коэффициент готовности.

Снижение надежности может происходить, если: скорость пе­ редачи оказывается ниже заданной при нормальной достоверности; достоверность передачи снижается ниже установленной при нор­ мальной скорости; как скорость, так и достоверность передачи сни­ жены ниже заданных.

Рассмотрим первый из этих случаев. Скорость передачи инфор­ мации в трактах ПДИ является обычно величиной постоянной, за­ висящей от типа канала связи и аппаратуры ПДИ (если не рас­ сматривать адаптивных систем, изменяющих скорость передачи информации в зависимости от состояния канала связи). Для обес­ печения нормальной работы трактов ПДИ необходимая скорость передачи информации с должна выбираться несколько меньше средней скорости передачи по каналам связи В, обусловленной ти­ пом канала и аппаратуры П Д И (С<В). В случае С = В любой, да­ же самый короткий, перерыв в передаче информации по тракту ПДИ будет вызывать отказ, т. е. приводить к снижению надежно­

Рассмотрим второй случай снижения надежности.

При использовании корректирующих кодов, например, в систе­ мах с РОС (см. § 11.3)

Таким образом, наличие кодирования увеличивает требуемую ско­ рость передачи, а следовательно, уменьшает допустимое время пе­ рерыва ^перПоэтому случай снижения верности передачи ниже за­ данной при применении кодирования также сводится к первому случаю, когда критерием надежности является снижение скорости передачи ниже установленной.

Третий случай представляет собой сочетание двух первых: сни­ жение надежности обусловливается в конечном счете снижением скорости передачи ниже заданных пределов.

Таким образом, критерием отказа в трактах ПДИ является сни­ жение скорости передачи ниже заданных пределов. Этот критерий наиболее четко проявляется в так называемых «темповых» систе­ мах передачи данных, в которых по тракту ПДИ регламентируется передача определенных объемов информации в заданные отрезки времени, т. е. задается темп передачи информации. К «темповым» относятся тракты передачи данных: например, в системах управ­ ления автоматизированным производством, в системах управления

движением транспорта и т. п., где передаваемая информация быст­ ро стареет. Следует отметить, что системы со сравнительно медлен­ но стареющей информацией, например системы сбора статистиче­ ской информации, также являются «темповыми», только темп пе­

ратной связи. Будучи правильно спроектированными, они автома­ тически обеспечивают заданную верность передачи. Однако при увеличении интенсивности помех в канале возрастает число переспросов, что уменьшает эффективную скорость передачи ин­ формации и, следовательно, нарушает темп передачи. Таким об­

ляется, исходя из требований к системе передачи данных в целом. Из вышеизложенного следует, что для характеристики надеж­

ности тракта ПД необходимо знать поток отказов в тракте.

13.3. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

Надежность систем ПДИ обеспечивается, в первую очередь, в процессе разработки (проектирования) и при производстве (соз­ дании). Очевидно, что выгоднее направить основные усилия на создание надежной системы, чем пытаться поддерживать работо­ способность уже созданной ненадежной системы. Тем не менее л в процессе технической эксплуатации могут быть проведены очень важные мероприятия по повышению надежности, не говоря уже о том, что меры повышения надежности при проектировании и соз­ дании системы в значительной степени основываются на эксплу­ атационных данных. Примерная классификация основных меро­ приятий по повышению надежности приведена в табл. 13.1.

Особенно необходимо подробнее рассмотреть одно из главных средств повышения надежности трактов П Д И — резервирование.

Резервные элементы могут быть подключены к основному в те­ чение всего времени и находиться в одинаковом с ним режиме или подключаться только при отказе основного элемента. Первый вид резервирования называют постоянным, второй — резервирование замещением. В последнем варианте резервируемый элемент в об­ щем случае может быть невключенным (холодный резерв), вклю­ ченным лишь частично (облегченный резерв), полностью включен­ ным (горячий резерв) и находиться в режиме контроля. Посколь-

годности

ку к трактам ПДИ обычно предъявляют весьма жесткие требова­ ния в отношении критерия отказа, то, как правило, применяют го­ рячее резервирование как АПДИ, так и особенно каналов связи.

том или группой элементов, либо скользящим, когда любой эле­ мент из группы резервных может заменить любой Отказавший ос­ новной элемент. Для практической реализации резервирования за­ мещением необходимы переключающие устройства, включающие резервные элементы при отказе основных.

В случаях очень жестких критериев отказа, когда даже авто­ матическое переключение не обеспечивает заданных требований по

Тодиночн — среднее время восстановления недублированного узла. Известен центр коммутации сообщений, бесперебойность функ­

ционирования которого достигается строенной системой вычисли­ тельных 'машин, .работающих параллельно.

Так, один и тот же период наработки на отказ центра, равный примерно 5 годам, достигается при времени восстановления систе­ мы 1,5 ч для дублированной системы и 18 ч для строенной систе­ мы, что соответствует круглосуточному и односменному техниче­ скому обслуживанию ЭВМ соответственно.

Способ скользящего резерва обеспечивает резервирование при меньшем объеме оборудования, чем в дублированной системе. На­ пример, 100-процентный резерв может иметь только центральный процессор, а такие устройства, как барабаны, НМЛ и устройства сопряжения с каналами связи, имеют резерв на группу оборудова­ ния. Более надежное резервирование обеспечивается при использо­ вании в узлах однотипных машин как для сопряжения с каналами связи, так и дл>я центрального обрабатывающего устройства с при­ менением для резервирования машин такого же типа.

Важную роль в обеспечении высокой надежности имеют кон­ трольные устройства, следящие за основными параметрами систе­

причин и очагов отказов. Первый вид контроля способствует уве­ личению наработки на отказ, второй же — уменьшает среднее вре­ мя восстановления. Контроль обеспечивается специальным обору­ дованием, встраиваемым в аппаратуру ПДИ, а также целым ком­ плексом внешних контрольных и измерительных приборов.

13.4. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ТРАКТА П Д И

рассматривать как композицию потока отказов АПДИ и потока отказов в каналах связи. Расчет надежности радиоэлектронной ап­ паратуры, частным случаем которой является АПДИ, рассмотрен в многочисленной литературе, поэтому ограничимся лишь изложе­ нием основных моментов, уделив главное внимание расчету надеж­ ности каналов связи.

опытной партии. На первом этапе составляется примерная струк­ турная схема АПДИ и производится ориентировочный расчет на-

дежности по данным о А-харакгеристиках аналогичных узлов и блоков существующей аппаратуры. При этом необходимо экстрапо­ лировать процеосы изменения интенсивностей отказов элементов - учетом их совершенствования за время разработки новой аппара­ туры.

В ходе разработки АПДИ объем информации о ее составе и характеристиках все время увеличивается, поэтому расчеты надеж­ ности на последующих этапах постепенно уточняются: учитывают­ ся отдельные элементы и комплектующие изделия, унифицирован­ ные узлы и режимы работы. На последнем этапе производят ис­ пытания на надежность новых схем, образцов и изделий в целом с учетом условий технической эксплуатации.

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ КАНАЛОВ СВЯЗИ

Каналы связи, используемые для передачи данных, имеют про­ тяженность от нескольких километров до многих тысяч. Наиболее сложными, представляющими значительный практический интерес, являются каналы междугородной евизи, включающие многокило­ метровые участки линейных сооружений и большое количество про­ межуточной аппаратуры, рассредоточенной на расстоянии сотен л тысяч километров.

Наиболее целесообразно определять надежность каналов связи по результатам статистической обработки данных об отказах в ка­ налах, получаемых путем специальных измерений или на основе обобщения опыта эксплуатации.

Анализ статистических данных показал, что отказы в каналах тч, образованных в кабельных магистралях связи, подразделяются на три группы: линейные, станционные и кратковременные. Причи­ нами, вызывающими линейные отказы, являются повреждения ка­

ше трех минут) возникают, как правило, при повреждении общих узлов станционного оборудования, аппаратуры уплотнения око­

в аппаратуре, влияния других систем уплотнения в той же маги­

(или группе каналов).

Анализ статистической обработки результатов измерений по от-

казам первой группы в каналах различной протяженности пока­ зал, что они возникают весьма редко (1^-2 раза в год для канала протяженностью 1000 км) и их количество прямо пропорционально протяженности канала связи. Средняя продолжительность отказов данной группы — 2-=-3 ч и не зависит от длины магистрали. Пос­ леднее объясняется тем, что восстановление линейных повреждений локализуется в пределах участков технической эксплуатации ка­ бельных магистралей и при увеличении длины магистрали только возрастает количество таких участков, а структура технической эксплуатации внутри них сохраняется.

Результаты исследования отказов второй группы показали, что зависимость наработки на отказ от длины магистрали не является линейной, поскольку возрастание числа отказов по мере увели­ чения протяженности канала связано с появлением большого чис­ ла переприемных пунктов, оборудование которых по сравнению с промежуточными усилительными станциями более сложно. Дли­

чете надежности канала связи принимается схема, в которой все элементы, вызывающие отказ канала, включены последовательно.

Параметры надежности каналов связи рассчитывают в следу­