Учебно-методическое пособие по дисциплине Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах

11

хронные. Таким образом, канал передачи сигналов, представленных в цифровой форме, или более коротко канал передачи данных, представляет собой канал свя-

зи, оснащенный специальной аппаратурой для передачи дискретных сигналов.

Параметры цифровых каналов на стыке с соединительными линиями стандарти-

зованы в отношении вида импульсной последовательности, напряжений импуль-

сов и нагрузок, которые требуется контролировать.

Первичной сетью называется совокупность сетевых узлов, сетевых станций и соединяющих их линий передачи. Вторичная сеть именуется по виду связи, ко-

торый она обеспечивает, и представляет собой совокупность коммутационных станций, узлов коммутации, оконечных абонентских устройств и каналов вторич-

ной сети, образованных на базе каналов первичной сети, а по способу эксплуата-

ции подразделяется на коммутируемую и некоммутируемую.

Сетевой тракт представляет собой типовой групповой тракт или несколько последовательно соединенных типовых групповых трактов с включенной на вхо-

де и выходе аппаратурой образования тракта. При наличии транзитов (соединение обеспечивает прохождение сигналов без изменения полосы частот или скорости передачи) тракт называют составным, а при их отсутствии — простым. В случае,

когда в составном сетевом тракте имеются участки, как в проводных, так и в ра-

диорелейных СП, тракт называют комбинированным, а в зависимости от метода передачи сигналов — аналоговым или цифровым. Образование и перераспреде-

ление сетевых трактов, типовых каналов и типовых физических цепей, а также предоставление их вторичным сетям и отдельным организациям осуществляется в сетевом узле.

2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерение - это экспериментальное сравнение физической величины с од-

нородной физической величиной (ФВ), принятой за единицу, осуществляется с помощью средства измерения. Результат измерения в соответствии с принципом единства измерений [1] должен быть выражен в узаконенных единицах, а по-

12

грешность известна с заданной вероятностью. Частным случаем измерений явля-

ется счет.

Анализ представляет собой метод исследования путем рассмотрения от-

дельных стадий, свойств и составных частей объекта или процесса, в том числе сигнала с помощью специальных технических средств, осуществляющих измере-

ния с последующей обработкой по определенному правилу результатов этих из-

мерений. Измерение является частным случаем анализа. К техническим средствам для проведения анализа можно отнести анализаторы статистических данных, ана-

лизаторы протокола и др. Информационная сущность понятия протокол, подра-

зумевающего набор правил или стандартов, регламентирующих соединение и об-

мен, отражается в электросвязи одноименными логически структурированными сигналами, оперирование с которыми можно рассматривать с позиций выполне-

ния операций над физическими величинами.

Тестирование (испытание) – установление опытным путем соответствия между состояниями и свойствами объекта или процесса, находящегося под воз-

действием физических величин заданной норме, и осуществляемое с помощью специальных средств, хранящих в явном или неявном виде единицы этой величи-

ны, определяющие область значений нормы.

Мониторинг - распределенное в пространстве и/или во времени тестирова-

ние, при котором сравнению с нормой подвергается множество объектов, нахо-

дящихся под воздействием ФВ, с использованием измерений и/или анализа.

Диагностика и контроль представляют собой процессы установления соот-

ветствия состояний и свойств объекта или процесса заданной норме путем вос-

приятия ФВ, сопоставления их с предварительно установленными значениями или совокупностями значений (масками) и последующим формированием сужде-

ния — вывода (исправен или неисправен, соответствует или не соответствует об-

ласти пространства состояний). То есть диагностика и контроль включают в себя измерение, анализ, тестирование и мониторинг и нацелены на поддержание устройств в состоянии, удовлетворяющем априори установленным критериям.

Отличие этих процедур в том, что при контроле должен быть получен ответ на

13

вопрос, соответствует или не соответствует контролируемый объект или процесс требуемой норме, в то время как при диагностике должен быть сформулирован вывод о месте и причине имеющего место несоответствия.

Прогнозирование поведения сети проводят сопоставлением текущих ре-

зультатов с предварительно установленными значениями или масками, а затем проведением статистической обработки или экспертной оценки тенденций изме-

нения результатов такого сопоставления.

3 ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ В СП

Виды измерений можно классифицировать, например:

по измеряемым величинам

по применяемым методам

по цели определения параметра системы передачи.

Первые две классификации подробно даются в общем курсе измерений. По цели определения параметров СП измерения подразделяются на следующие:

настоечные

приемо-сдаточные

контрольные (плановые и внеплановые)

При настоечных измерениях определяются параметры и характеристики СП после монтажа станционного оборудования при настройке системы выявлением и заменой неисправных блоков и осуществлением установочных регулировок. Оче-

видно, что отклонения измеряемых параметров от номинальных значений в про-

цессе настройки определяются в основном видами предусмотренных в аппаратуре регуляторов, при этом допуски на отклонения определяются установочными нор-

мами технологических инструкций по настройке данной СП.

Значения электрических величин СП (электрические паспорта) по оконча-

нии настройки служат основанием для приемки настроенной системы передачи в эксплуатацию. Процесс приемки заключается в проведении контрольных приемо-сдаточных измерений, осуществляемых обычно в полном объеме. При

14

проведении приемо-сдаточных измерений следует руководствоваться более ши-

рокими допусками на параметры и характеристики аппаратуры, определяемыми менее жесткими настроечными нормами. Эти нормы вносятся в специальные раз-

делы электрических паспортов и позволяют делать заключение о возможности сдачи системы в эксплуатацию.

С течением времени за счет факторов воздействия, например за счет старе-

ния, в отдельных элементах аппаратуры возникают нарушения, приводящие к ухудшению качества связи. Поэтому в процессе эксплуатации производятся кон-

трольные измерения, результаты которых сопоставляются с еще менее жесткими,

чем настроечные, эксплуатационными нормами, определяющими только удовле-

творительному (допустимому) качеству связи. Выход параметров за пределы,

установленные этими нормами, свидетельствует о необходимости проведения настройки. Контрольные измерения проводятся с определенной периодичностью и потому обычно называются плановыми или регламентными. Однако в процессе эксплуатации систем передачи возможны отказы оборудования, при которых необходимо проводить измерения с целью локализации места отказа и определе-

ния его характера, а также при подстройке или ремонте оборудования для восста-

новления значений его параметров, вышедших за пределы эксплуатационных норм. Эти измерения носят название внеплановых и являются составной частью ремонтно-восстановительных работ, в которые также (на заключительном этапе)

могут входить как настроечные, так и приемо-сдаточные измерения.

При разработке СП необходимо стремиться к уменьшению объема кон-

трольных измерений, увеличению длительности периодов между плановыми из-

мерениями. Это обеспечивается повышением надежности оборудования, среднего времени наработки на отказ и коэффициента готовности, а также применением средств непрерывного автоматического контроля за параметрами оборудования.

Все это приводит к отказу от плановых измерений; осуществляются лишь внепла-

новые контрольные измерения при срабатывании сигнализации и средств непре-

рывного автоматического контроля оборудования.

15

Параметры и характеристики СП могут подразделяться на основные, до-

полнительные и факультативные, т.е. такие, нормы на которые уточняются. К ос-

новным параметрам относят те, достижение которых обеспечивает высокое каче-

ство передачи информации, предусмотренное при разработке данной системы. К

дополнительным параметрам относят такие, контроль которых необходим при передаче специфических видов информации или при использовании специальных ЛТ. Как основные, так и дополнительные параметры могут считаться факульта-

тивными, измерения факультативных параметров проводятся с целью анализа и накопления данных.

4 ВИДЫ ТЕСТИРОВАНИЯ (ИСПЫТАНИЙ)

По задачам тестирования (испытания) можно классифицировать на:

производственные;

сертификационные;

инсталляционные;

эксплуатационные.

Для подтверждения соответствия представленного на тестирование объекта

– оборудования или системы – регламентируемым нормативными документами перечнем характеристик оборудования (техническим условиям или спецификаци-

ям) проводится:

•тестирование соответствия спецификациям (ТУ);

•тестирование функционального соответствия;

•тестирование соответствия по взаимодействию.

Тестирование на соответствие спецификациям состоит из установленной последовательности процедур и, как правило, включает тестирование каждой ха-

рактеристики, которые определены в соответствующей спецификации. Данный вид тестирования может быть использован и для установления природы проблем совместимости, возникающих между различными частями оборудования. В обоих

16

случаях тестирование осуществляется с помощью специального тестового обору-

дования.

Тестирование функционального соответствия включает установление тех или иных параметров, например, качества услуг или сетевых характеристик, ко-

торые определяются, например, в случае ATM трафиком при заданных или из-

вестных условиях нагрузки. Данный тип тестирования подразделяется на две ка-

тегории тестов:

• измерение параметров с тем, чтобы они не превышали определенных уровней при условии нормальной нагрузки или трафика;

• тестирование перегрузки с тем, чтобы установить, как действует меха-

низм защиты от перегрузки.

Для проведения тестирования функционального соответствия оборудование должно включать генератор, который формирует различные последовательности трафика, и анализатор, который определяет такие параметры функционирования,

как количество ячеек с ошибками, вариации задержки ячеек и т.д.

Целью тестирования соответствия по взаимодействию является подтвер-

ждение степени совместимости оборудования. При этом может иметь место одна из следующих ситуаций, когда:

•реализованы все обязательные функции и характеристики;

•ни одна или некоторые из дополнительных характеристик/функций не реализованы;

•реализованы другие неопределенные характеристики/функции.

Сертификационное тестирование представляет собой процесс установления соответствия характеристик объекта совокупности установленных требований,

выполнение которых определяется путем тестирования. Тест представляет собой программу и методику испытаний (тестирования) и реализуется с использованием специализированных средств измерений, или, в общем случае, программно-

аппаратных средств. Для успешного прохождения сертификационного тестирова-

ния результаты должны удовлетворять ряду критериев.

17

Последнее позволяет проводить автоматическое тестирование с наибольшей скоростью установления соответствия при максимальной адекватности процесса тестирования реальным условиям. В зависимости от объекта тестирования разли-

чают локальное, сетевое и распределенное автоматическое тестирование. Очевид-

но, что помимо автоматического тестирования, при котором человеку, выполня-

ющему тестирование (оператору), достаточно только задать параметры и запу-

стить процесс тестирования, существует также ручное и полуавтоматическое те-

стирование, когда проведение тестов и ввод исходных данных выполняются, со-

ответственно, только и частично оператором.

5 ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНТРОЛЯ

Контроль в телекоммуникационных системах делят на допусковый и коли-

чественный. При определении нахождения текущих значений параметров объекта контроля в установленных границах, с оценкой результата по принципу

«годен — не годен», контроль называют допусковым контролем, а при определе-

нии абсолютных или относительных значений параметров или их отклонений от установленных норм — количественным контролем.

Для проведения контроля с целью установления соответствия контролируе-

мых параметров допустимым значениям, выполняется:

• настроечный контроль, который проводится при первоначальной настрой-

ке каналов и трактов с целью выявления соответствия настроечным нормам и ха-

рактеризуется строгой последовательностью, определяемой взаимозависимостью работы устанавливаемого оборудования;

• приемо-сдаточный контроль, назначение которого заключается в проведе-

нии полного объема процедур измерений, анализа и тестирования на соответствие установочным нормам с отражением результатов в техническом паспорте;

• профилактический контроль, выполняемый в процессе эксплуатации си-

стемы передачи на соответствие эксплуатационным нормам;

18

• внеплановый контроль, являющийся составной частью ремонтно-

восстановительных работ, в которые на заключительном этапе могут входить как настроечные, так и приемо-сдаточные измерения и тестирование.

Здесь первые два вида контроля нередко объединяются под одним общим названием «инсталляционный контроль», а последующие — под названием «экс-

плуатационный контроль», при этом под настроечными и эксплуатационными нормами понимаются те значения параметров и характеристик системы передачи,

при которых она обеспечивает требуемое качество работы при запуске и после-

дующей работе, соответственно. Учитывая, что в процессе эксплуатации системы из-за влияния ряда дестабилизирующих факторов качество ее функционирования снижается, эксплуатационные нормы устанавливаются менее жесткими по срав-

нению с установочными нормами и соответствуют удовлетворительному качеству связи в любое время между профилактическими настройками.

Инсталляционный и эксплуатационный контроль может включать контроль соответствия спецификациям, функциональный контроль и контроль взаимодей-

ствия систем, которые и дают ответ на вопросы о соответствии оборудования ре-

гламентируемым характеристикам, совместимости и возможности взаимодей-

ствия, соответственно. При этом выполнение контроля может проходить при определенных, в том числе критических, условиях работы. Если контроль прово-

дится с целью установления границ этих условий, то имеет место стрессовый кон-

троль, который, как правило, проводится с использованием средств контроля, мо-

делирующих или имитирующих те или иные компоненты и процессы в сети.

По режиму выполнения контроля следует различать ручной, автоматиче-

ский и автоматизированный режимы.

В зависимости от режима работы оборудования СП при контроле он может осуществляться без прекращения функционирования оборудования, с прерывани-

ем функционирования и прекращением некоторых функций оборудования.

При организации контроля само контролирующее оборудование может быть расположено непосредственно у объекта контроля или удалено от него на некоторое расстояние, поэтому следует различать локальный и дистанционный, в

19

общем случае, распределенный контроль, для осуществления которого требуется введение средств измерения, анализа и тестирования в две и более точки сети.

При локализации представления результатов и управления процессом такого кон-

троля его называют централизованным контролем, или мониторингом. Таким об-

разом, особенностью мониторинга является сочетание распределенности средств контроля с сосредоточенностью управления процессом и получением результатов их работы.

Учитывая, что при контроле посредством тестирования используются внешние воздействия с определенными характеристиками, например, сигналы ге-

нераторов той или иной формы и структуры, такой контроль является активным.

В противоположность ему пассивный контроль характеризуется отсутствием внешних воздействий и может осуществляться путем измерений и анализа ре-

зультатов. Как активный, так и пассивный контроль могут осуществляться непре-

рывно, периодически или в произвольные (случайно выбранные) моменты време-

ни при подключении средств контроля в контролируемую цепь бесконтактным или контактным методом, осуществляемым путем разрыва или без разрыва цепи с представлением результата в аналоговом, цифровом или графическом виде.

Так как контроль может осуществляться по одной или множеству величин с соответствующим числом используемых технических средств, выделим элемен-

тарный и комплексный (многопараметрический) контроль. Здесь очень важным является то, в каком спектре частот и какие физические величины контролируе-

мых параметров подвергаются контролю, определяя область его применения. Так,

в первом случае следует различать контроль в области низких частот, радиоча-

стот, СВЧ и в оптическом диапазоне, а во втором — контроль электрических,

электромагнитных и оптических величин.

Рассмотренные виды контроля могут осуществляться для аналоговых, дис-

кретных и логически структурированных величин, отличающихся мгновенными,

средними и/или вероятностными характеристиками либо одновременно, либо разновременно с последовательной, параллельной или случайной выборкой зна-

чений, что приводит к соответствующему подразделению методов контроля.

20

Контроль можно классифицировать по реализованным в технических сред-

ствах методам, способам улучшения характеристик этих методов, а также по ис-

пользуемым в технических средствах физическим эффектам. Остановимся на важной особенности контроля посредством тестирования, заключающейся в зави-

симости характеристик результатов контроля от направления тестирования. Ис-

ходя из последнего обстоятельства, будем различать двухсторонний (по схеме

«точка-точка») и односторонний контроль, особенностью которого является ис-

пользование методов, основанных на определении параметров объектов и процес-

сов по отраженным сигналам и с помощью шлейфа.

Учитывая особенности контроля сетей телекоммуникаций, разделим его на контроль транспортного уровня сети, включая параметры среды распространения,

и контроль абонентского уровня, и затем на трафиковый контроль и контроль протоколов передачи, которые могут осуществляться программными, программ-

но-аппаратными и аппаратными средствами. При этом трафиковый контроль вы-

полняется путем формирования и обработки тестовых сигналов, например, с по-

мощью сетевых компьютеров, осуществляющих тестирование как собственно се-

ти (конкретных сетевых конфигураций), так и сетевых устройств. Такое тестиро-

вание осуществляется с целью проверки устойчивости работы последних при раз-

личных уровнях нагрузок и различных типах сетевого трафика, выявления «скры-

тых дефектов» в оборудовании и «узких мест» в архитектуре сети, а также с це-

лью определения допустимых в сети пороговых значений трафика. Кроме этого,

такой контроль позволяет определить требования к сетевым ресурсам (характери-

стикам канала связи, сервера и т.п.), выполняя, например, тестирование про-

граммного обеспечения при передаче данных. Контроль протоколов передачи осуществляется с целью установления соответствия параметров физических сред,

устройств и сигналов, включая логически структурированные сигналы, требуе-

мым нормам. Для этих целей может использоваться широкий спектр средств из-

мерений, анализа и тестирования.

Подразделение программных и аппаратных средств контроля условно, ибо оперирование с тестируемыми и тестовыми сигналами с помощью компьютеров