Федеральное агентство связи

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Степанова И.В.

Надежность систем управления

Учебное пособие

для бакалавров

направления подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные

технологии и системы связи»,

профиль «Сети связи и системы коммутации»

Москва, 2021

Степанова И.В.

Надежность систем управления

Рекомендовано

методическим советом МТУСИ

в качестве учебного пособия

для студентов вузов связи

(протокол №1 от 27 октября 2020 г.)

МОСКВА

2021

УДК 621.395

Степанова И.В.

Надежность систем управления - М.: Электронная библиотека МТУСИ, 2021.- 70с.

Определяется совокупность показателей надежности сетей и систем телекоммуникации, обусловливается взаимосвязь между базовыми параметрами и характеристиками надежности, позволяющая:

выполнять обобщенную оценку надежности телекоммуникационных систем и сетей, предоставляющим пользователям широкий спектр услуг;

выявлять элементы сетей и систем, наиболее подверженные отказам;

использовать систему подходов для повышения коэффициента готовности телекоммуникационных систем.

Рассматриваются особенности использования обходных направлений, соединяющих между собой объекты связи, возможности и принципы направления трафика на обходные направления.

Рассмотрены вопросы обеспечения надежной работы корпоративных сетей связи. Отдельный раздел пособия посвящен проблематике организации надежного функционирования систем и сетей мобильной связи общего пользования и специального назначения.

Учебное пособие может быть использовано как основа для проведения лабораторных и практических занятий.

Учебно-методическое пособие предназначено для формирования компетенций ПК-1 и ПК-14 у бакалавров направления подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», профиль «Сети связи и системы коммутации» по стандарту обучения ФГОС3++, индекс и наименование дисциплины по учебному плану Б1.В.ДВ.02.02 «Надежность систем управления».

Рецензенты: Е.Е.Маликова

А.В.Казарновский

ИРИНА ВЛАДИМИРОВНА СТЕПАНОВА

Надежность систем управления

Электронная библиотека МТУСИ, 2021

Введение

Надежность телекоммуникационной системы или сети связи может быть определена как «способность выполнять функции по обеспечению бесперебойной и качественной связи между пользователями».

Система показателей надежности позволяет дать количественную оценку надежности системы или сети связи, что разрешает:

выбрать наиболее экономичный вариант построения сети или системы связи при проектировании, удовлетворяющий требованиям по надежности;

провести анализ отдельных элементов сети (системы) с позиций отказоустойчивости и оценку их влияния на надежность сети (системы) в целом.

Системы управления средствами телекоммуникаций и сетями связи представляют собой инструментарий по оперативному управлению имеющимися ресурсами для решения возникающих проблем.

Рассмотрены вопросы управления системами и сетями связи в целях повышения надежности их функционирования и, в частности, использование обходных направлений связи.

Расчеты к подразделу 7.2 для оценки надежности структуры корпоративной сети связи выполнены Мохаммедом Омаром Ахмедом Абдулвасеа.

Определены подходы к обеспечению надежной мобильной связи применительно к системам общего пользования и к системам профессиональной связи.

Учебное пособие предназначено для бакалавров направления подготовки 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», профиль «Сети связи и системы коммутации» по стандарту обучения ФГОС3++, индекс и наименование дисциплины по учебному плану Б1.В.ДВ.02.02 «Надежность систем управления».

1. Систематизация показателей надежности телекоммуникационных систем и сетей

1.1.Основные понятия надежности

Надежность — это свойство объекта (в нашем случае - системы связи или сети связи) сохранять способность по выполнению задан­ных функций.

Определим четыре базовых свойства объектов с позиции надежности.

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособ­ность в течение времени наработки до отказа или в течение некоторого времени.

Долговечность — свойство сохранять работоспособность до наступ­ления предельного состояния (с перерывами для технического об­служивания и ремонта).

Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в его приспособ­ленности к предупреждению и обнаружению отказов и повреждений, к восстанов­лению работоспособности и исправности.

Сохраняемость — свойство объекта непрерывно сохранять исправное и ра­ботоспособное состояние в течение (и после) хранения и (или) транспортирования.

Рассмотрим основные понятия, используемые для описания состояния объектов с позиции надежности. Исправность — это состояние объекта, при котором он соответствует всем требо­ваниям, установленным нормативно-технической документацией. Понятие «исправность» шире, чем понятие «работоспособность».

Работоспо­собный объект удовлетворяет лишь тем требованиям нор­мативно-технической документации, которые обеспечивают его нормальное функ­ционирование при выполнении поставленных задач.

Полностью работоспособный объект обеспечивает в определен­ных условиях максимальную эффективность его применения. Час­тично работоспособный объект может функционировать, но уровень эффектив­ности при этом будет ниже. Так, система управления цифрового узла связи будет введена в работу при системном перезапуске только в том случае, если подтверждена исправность не менее 2/3 блоков и микро-ЭВМ системы.

Понятия частичной работоспособности и частичной неработоспособности при­меняют главным образом к «сложным» системам, для которых харак­терна возможность нахождения в нескольких состояниях. Эти состояния разли­чаются уровнями эффективности функционирования системы.

Работоспособность и неработоспособность некоторых объектов могут быть только полными, то есть они могут иметь только два состояния. Пример - выход из строя генератора тональных сигналов означает полный отказ в предоставлении услуг связи для всех абонентов системы коммутации.

Предельное состояние — это состояние объекта, при котором его дальнейшее при­менение по назначению должно быть прекращено из-за:

неустранимого нарушения требований безопасности;

неустранимого отклонения параметров за установленные пределы;

недопустимого увеличения эксплуатационных расхо­дов;

необходимости проведения капитального ремонта.

Критерии предельного состояния устанавливаются для конкретных объектов

Пример, цифровая соединительная линия связи между двумя системами коммутации автоматически исключается из эксплуатации, если вероятность ошибок на линии достигла предельного состояния 1 10^-3 (норма составляет 1 10^-6). Другой пример - допустимое число отказов, по конкретным блокам может регулироваться оператором по принципу наполнения «стакана» - соответствующий счетчик отказов может быть изначально пуст или «наполнен». Чем больше начальное значение счетчика отказов, тем более жесткие требования задаются. Если исходное значение счетчика отказов составляет «111111110», то единственный отказ вызывает переполнение счетчика (будет установлен в состояние «11111111») и инициирует исключение блока из работы.

Невосстанавливаемый объект до­стигает предельного состояния при возникновении отказа или при достижении за­ранее установленного предельно допустимого значения срока службы или времени сум­марной наработки.

Для восстанавливаемых объектов переход в предельное состояние определя­ется наступлением момента, когда:

становится невозможным поддержание его безопасности, безотказности или эффективности на минимально допустимом уровне;

в результате изнашивания или старения объект пришел в такое состояние, при котором ремонт требует недопустимо больших затрат.

В качестве примера можно вспомнить про действующие во многих странах в РФ программ по утилизации автомобилей ранних выпусков..

Применительно к телекоммуникационному оборудованию следует учитывать фактор морального устаревания. Например, в технической литературе на некоторые системы управления объектов телекоммуникаций указана наработка до отказа 999 лет, но морально оборудование устаревает быстрее.

Повреждение — это событие, заключающееся в нарушении исправности объекта при сохранении его работоспособности (отмечает в аварийных сообщениях и отчетах по результатам выполнения команд как faulty).

Отказ — нарушение работоспособности объекта.

Признаки (критерии) отказов устанавливаются нормативно-технической до­кументацией на данный объект. Они могут изменяться с учетом опыта работы оборудования. Например, первоначально в цифровых системах коммутации был установлен критерий отказа при 50% загрузке микро-ЭВМ блока абонентского искания, при достижении этого значения запускалось тестирование микро-ЭВМ. Этот критерий был отменен как усугубляющий ситуацию при перегрузках (праздники, чрезвычайные происшествия).

При анализе надежности, особенно при выборе показателей надежности объ­екта, существенное значение имеет решение, которое должно быть принято в слу­чае отказа объекта.

Один и тот же объект в зависимости от особенностей или этапов эксплуатации может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым.

Например, аппаратура метеоспутника на этапе хранения относится к восста­навливаемой, а во время полета в космосе — невосстанавливаемой. Но следует учитывать возможность мелкого ремонта при выходе в космос космонавтов.