Сетевое оборудование отечественных производителей / metod_rekomendatsii

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ СВЯЗИ

Система связи, особенно с использованием полевых средств связи, функционирует в сложных условиях. Вместе с тем широкое применение радиоэлектронных средств для обеспечения управления войсками (силами, оружием) обусловило чрезвычайно высокую загруженность радиочастотного спектра, что также создает существенные трудности в обеспечении устойчивого функционирования линий радио-, радиорелейной и тропосферной связи. Следовательно, задача обеспечения устойчивого функционирования системы связи и ее элементов является одной из наиболее трудных и важных.

Устойчивость – способность системы связи обеспечивать управление в условиях воздействия на ее элементы различных видов воздействия, опасных факторов техногенного и природного характера и помех всех видов.

Узлы и линии связи, составляющие структуру системы и обеспечивающие информационный процесс, могут выходить из строя под воздействием различных факторов, т. е. обладают конечной (не абсолютной) устойчивостью. Их устойчивость зависит как от применяемого рода связи (кабельная линия, радиорелейная, тропосферная и др.), так и от условий функционирования (место нахождения линии, узла связи в системе связи, физико-географические условия, метеорологические условия, время года и др.).

Нарушение процесса передачи информации в системе связи может происходить в результате выхода из строя элементов системы связи, нарушения условий электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (ЭМС РЭС), преднамеренных и непреднамеренных помех, выхода из строя техники связи по технико-эксплуатационным причинам. В соответствии с характером воздействия этих факторов на систему связи ее устойчивость определяется живучестью, помехоустойчивостью и надежностью.

Живучесть – способность системы связи обеспечивать управление в условиях деструктивного воздействия различного характера, опасных факторов техногенного и природного характера.

Помехоустойчивость – способность системы связи обеспечивать управление в условиях воздействия помех всех видов.

Надежность – способность системы связи обеспечивать связь, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в пределах, соответствующих условиям эксплуатации, технического обслуживания, восстановления и ремонта.

Следовательно, устойчивость – это интегральное свойство системы связи, определяемое тремя перечисленными выше составляющими, которые, в свою очередь, также являются сложными свойствами.

Количественными показателями, характеризующими устойчивость системы связи, приняты коэффициент исправного действия (K_и) и среднее время исправной ее работы (t_и), которые могут быть отнесены и к элементам системы. Например, в сети электросвязи – к направлению, линии и каналу связи. Для существующих систем связи с преимущественным закреплением каналов, а во многих случаях – и каналообразующей аппаратуры за отдельными направлениями, устойчивость системы связи складывается из устойчивости отдельных направлений связи. Поэтому количественные показатели устойчивости направлений связи (K_{и нс}, t_{и нс}) используются в качестве основных при оценке устойчивости системы связи, а оценка устойчивости системы связи в целом проводится по совокупности показателей устойчивости всех направлений связи.

Направление связи – совокупность узлов и линий связи, организованных различными средствами, обеспечивающих связь между двумя пунктами управления (узлами связи).

Численно коэффициент исправного действия равен отношению суммарной длительности периодов исправной работы (t_иi) к общему времени работы:

, (1)

где т – количество интервалов исправной работы за время Т.

Среднее время исправной работы равно среднему арифметическому всех интервалов исправной работы за наблюдаемый промежуток времени:

(2)

Аналогично, коэффициенты простоя и среднее время простоя соответственно равны:

(3)

(4)

где n – количество интервалов неисправной работы.

K_и и K_п являются взаимообратными величинами, т. е. K_и + K_п = 1 и соответственно

(5)

При достаточно большом времени наблюдения, когда выполняется условие t_{и i} << T и t_{п i} << T ,т. е. справедливо допустить, что Т → ∞ и m(n) → ∞, можно от временного усреднения перейти к усреднению по множеству. Тогда:

(6)

(7)

Соотношения (3)–(7) позволяют вывести взаимосвязь между K_и и K_п :

(8)

(9)

Как следует из приведенных соотношений, для характеристики устойчивости системы (элементов системы) связи необходимо и достаточно оперировать одной парой величин: K_и и t _п или K_п и t _и.

Данные показатели устойчивости системы связи могут иметь как временной, так и вероятностный смысл. Как статистическая характеристика коэффициент исправного действия показывает долю времени, в течение которого система (элемент системы) связи сохраняла свою работоспособность, т. е. имелась возможность осуществлять передачу сообщений с заданным качеством. Он в этом случае рассчитывается по соотношению (7) при любых значениях (Т) и (m). Такой подход к определению данного показателя собственно и предопределил его название как коэффициент (именно коэффициент) исправного действия. Пример такого расчёта коэффициента исправного действия иллюстрирует рис. 1.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 ч

Рис. 1. Функционирование линии связи (интервалы исправной работы и простоя)

Т = 18 ч; t_и = t_и1 + t_и2 + t_и3 + t_и4 = 3 + 4 + 3 + 3 = 13 ч

K_и = 13: 18 ≈ 0,72

Понятно, что данный способ определения K_и применяется для оценки устойчивости (на практике иногда он является основным показателем качества работы) системы (направления, линии или канала) связи за определенный промежуток времени (например, за сутки работы или за один сеанс связи). Количественно K_и в этом случае может выражаться как в долях, так и в процентах. Для примера, приведенного на рис. 1, K_и ≈ 72 %.

В вероятностном смысле K_и трактуется как вероятность того, что система (направление, линия, канал) связи будет работоспособно в любой произвольно выбранный момент времени. Он применяется для прогнозирования (априорной оценки) устойчивости разрабатываемой (планируемой) системы связи. Расчет K_и в этом случае производится при усреднении по множеству с использованием формулы (3). K_и в этом случае имеет смысл вероятности простоя (неисправной работы), а t_п и t_и − соответственно смысл математического ожидания длительности интервалов простоя и интервалов исправной работы.

Рассмотренный временной и вероятностный смысл K_и в полной мере применим к одиночному каналу, линии связи, а также к отдельным связям в случае, когда к каждому комплекту оконечной аппаратуры подключаются рабочий и резервные каналы. Совокупность этих каналов в данном случае рассматривается как одиночный канал с эквивалентными характеристиками устойчивости.

Для многоканальных направлений связи сложно разветвленной структуры, на которых может одновременно обеспечиваться несколько связей различных видов, физический смысл K_и в некоторой степени теряется, поскольку они в этом случае характеризуют множество возможных состояний направления связи, а именно – все состояния, когда на направлении связи имеется не менее одного работоспособного канала. Для таких направлений связи K_и трактуется как вероятность того, что в любой произвольно выбранный момент времени на направлении связи может обеспечиваться хотя бы одна связь.

Устойчивость направлений связи сложной структуры определяется устойчивостью совокупности составляющих его линий связи. Можно с достаточной степенью точности допустить, что нарушение работоспособности отдельных линий – события независимые или слабо коррелированные. Тогда устойчивость направления связи можно определить:

1. Для направления связи, состоящего из нескольких последовательных линий:

(10)

2. Для направления связи, состоящего из нескольких параллельных линий

(11)

Так как K_и (как вероятность исправной работы) всегда меньше 1, то, анализируя выражения (10) и (11), нетрудно заметить, что устойчивость направления связи, состоящего из нескольких параллельных линий, всегда выше устойчивости отдельно взятой линии. Это свойство используется для повышения устойчивости направлений связи за счёт параллельного резервирования линий связи.

Определение K_и и t_п линий связи осуществляется как путём прогнозирования результатов воздействия различных факторов при оценке обстановки, так и использования статистических данных. Полученные при этом результаты являются исходными данными для расчёта показателей устойчивости направлений связи.

Критерием оценки устойчивости направлений связи служат выражения

K_{и нс} ≥ K_{и нс тр}, t_{п нс} ≤ t_{п нс тр ,} (12)

т. е. коэффициент исправного действия и среднее время простоя направления связи должны быть не хуже требуемых. Эти требования к устойчивости направлений связи задаются исходя из требований к качеству передачи информации различных приоритетов и объёмов. Устойчивость направлений связи должна быть такова, чтобы удовлетворить наиболее жесткие из этих требования с учётом важности корреспондентов.

Требования по устойчивости к существующим системам связи предъявляются по количественным показателям совокупности направлений связи с учётом их важности (важности корреспондентов или информационных направлений).

Категорирование корреспондентов в системе связи по степени важности обусловлено соображениями оперативного характера. Важность того или иного корреспондента в системе связи определяется важностью данной организации (соединения, части) в оперативном построении группировки, его ролью в предстоящих действиях. По степени важности корреспондентов направления связи от пунктов управления обычно разделяют на 3 группы:

– направления связи первой группы важности – между узлами связи основных пунктов управления, с пунктами управления соседних, взаимодействующих и подчиненных организаций (соединений, частей), находящихся в первом эшелоне оперативного построения, и выполняющих основные задачи;

– направления связи второй группы важности – между узлами связи основных пунктов управления организации и пунктами управления подчиненных, находящихся во втором эшелоне оперативного построения;

– направления связи третьей группы важности – между узлами связи остальных пунктов управления.

Требования, предъявляемые к устойчивости направлений связи различных групп важности, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Требования к устойчивости направлений связи

Группа важности направлений связи	Коэффициент исправного действия, Kи	Среднее время простоя,
I II III	0,95 0,90 0,85	10…15 мин 15…20 мин 20…30 мин

Необходимость достижения заданных уровней устойчивости направлений связи диктуется, в первую очередь, требованиями к своевременности связи. Это объясняется непосредственной связью между показателем устойчивости направления связи K_и и показателем своевременности передачи сообщений Q(t_ож ≤ Т_{ож доп}). Всегда Q ≤ K_{и нс}. Физически это объясняется тем, что вероятностный смысл K_и – вероятность того, что в любой произвольно выбранный момент времени направление (линия, канал) связи находится в работоспособном состоянии. Своевременная передача сообщений может быть осуществлена тогда, когда заявка, поступающая в произвольный момент времени на данное направление, застанет хотя бы один канал свободным и работоспособным, либо за время Т_{ож доп} освободится хотя бы один исправный канал.

Представим, что в канал связи с устойчивостью, равной K_и , поступает одиночная заявка. С вероятностью, равной (1 – K_и), она застанет линию связи неработоспособной, т. е. получит отказ. В данном случае вероятность потерь Р_пот = 1 – K_{и лс}. Когда же на вход СМО поступает поток заявок достаточной интенсивности, эта зависимость усложняется за счёт появления очереди и тогда Р_пот > 1 – K_{и лс} или Q < K_{и лс} . Следовательно, обеспечение заданного уровня устойчивости направлений связи является необходимым условием для выполнения требований по своевременности связи.

Для коммутируемой системы связи характеристикой их устойчивости часто принимают связность, определяемую наличием независимых путей связи между узлами сети. В качестве показателей связности могут использоваться количество независимых путей на направлениях связи (K_св) и вероятность связности – вероятность наличия хотя бы одного пути передачи информации на направлении связи (Р_св). Считается, что на направлениях связи первой группы важности должно быть образовано не менее 3 независимых путей, второй группы – 2, третьей – 1 независимого пути передачи информации. Требуемые значения Р_св обычно принимаются близкими к требуемым значениям соответствующих K_и на направлениях связи.