Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы управления техническим состоянием цифровых систем коммутации для повышения надежности их работы
.pdf
))(1()()()()()(
11
21
tqtptptptptP
n
i
i
n
i
in
n
i
n
i
ii
qpPQ
1 1
)1(111
n
i
pP
n
qQ )1(1
системы (работоспособное или неработоспособное) определяется состоянием
элементов и их сочетанием.
Последовательное соединение элементов в технике встречается
наиболее часто, поэтому его также называют основным соединением.
Предполагая отказы элементов независимыми, вероятность
одновременной безотказной работы «n» элементов определяется по теореме
умножения вероятностей.
Вероятность совместного появления независимых событий равна
произведению вероятностей этих событий:
, (3.1)
где pi(t) – вероятность того, что i-ый элемент в момент времени t
находится в рабочем состоянии.
Соответственно, вероятность отказа такой системы
. (3.2)
Если система состоит из «n» равнонадёжных элементов и рi = р, то
,
(3.3)
Из формул (3.1) - (3.3) видно, что даже при высокой надежности
элементов надежность всей системы при последовательном соединении
оказывается тем более низкой, чем больше число элементов
Кроме того, поскольку все сомножители в правой части выражения (3.1)
не превышают единицы, вероятность безотказной работы системы при
последовательном соединении не может быть выше вероятности безотказной
работы самого ненадежного из ее элементов (принцип “хуже худшего”), и из
малонадежных элементов нельзя создать высоконадежную техническую
систему с последовательным соединением.
12
n
i
n
i
ii
tttP
1
1
)exp()(exp)exp(
n
i
in
const
1
21
n
T
T
i0
0
n
i
n
i
iin
pqqqqQ
1 1
21
)1(
Если все элементы системы работают в периоде нормальной
эксплуатации, и имеет место простейший поток отказов, наработки элементов
и системы подчиняются экспоненциальному распределению и справедлива
формула
, (3.4)
(3.5)
где - это интенсивность отказов системы. Таким образом, интенсивность
отказов системы при последовательном соединении элементов и простейшем
потоке отказов равна сумме интенсивностей отказов элементов.
Из (3.4) - (3.5) следует, что для системы из «n» равнонадёжных
элементов, когда i = , получаем
= n ,
, (3.6)
то есть интенсивность отказов в n раз больше, а средняя наработка до
отказа в n раз меньше, чем у отдельного элемента.
Системой с параллельным соединением элементов называется система,
отказ которой происходит только в случае отказа всех ее элементов. Такие
схемы надежности характерны, например, для систем управления ЦСК, в
которых элементы дублируются или резервируются, то есть параллельное
соединение используется как метод повышения надежности.
Отказ всей системы заключается в совместном отказе всех элементов,
вероятность чего (при допущении независимости отказов) может быть
найдена по теореме умножения вероятностей как произведение вероятностей
отказа элементов:
. (3.7)
13
n
i
n
i
ii
pqQP
1 1
)1(111
n
pP )1(1
n
i
n
i
i
i
T
i
T
1 1
00
111
)577.0
2
1
(ln
00
n
nTT
i
Соответственно, вероятность безотказной работы системы
. (3.8)
Для систем из «n» равнонадежных элементов при рi = р запишем
Q=qn ,
. (3.9)
Надежность системы с параллельным соединением повышается при
увеличении числа элементов (например, при р=0.9 и n=2 получаем Р=0.99, а
при n=3 получаем Р=0.999).
Поскольку qi <1, произведение в правой части (3.7) всегда меньше
любого из сомножителей, то вероятность отказа системы не может быть выше
вероятности самого надежного ее элемента (“лучше лучшего”) и даже из
сравнительно ненадежных элементов возможно построение вполне надежной
системы.
При экспоненциальном распределении наработки выражение (3.9)
принимает вид
Р = 1 - [1 - ехр(- t)]n , (3.10)
откуда после интегрирования и преобразований средняя наработка системы
определяется как
, (3.11)
где Т
= 1/ i - средняя наработка i- ого элемента.
0 i
При больших значениях «n» справедлива приближенная формула
. (3.12)
Таким образом, средняя наработка системы с параллельным
соединением больше средней наработки ее элементов (например, при n = 2
получаем Т
= 1.5To, а при n = З получаем T0 = 1.83T0i).
0
14
4. Резервирование базовых элементов цифровых систем коммутации
и оптоволоконных линий связи
Дадим краткий перечень вариантов резервирования элементов систем и
сетей связи — как основного метода повышения надежности.
Структурное резервирование — это метод повышения надежности
объекта, предусматривающий использование избыточных элементов,
входящих в физическую структуру объекта. Основной элемент — это
элемент основной физической структуры системы, минимально необходимой
для нормального выполнения системой ее задач. Резервный элемент
обеспечивает работоспособность системы в случае отказа основного
элемента. Кратность резервирования — это отношение числа резервных
элементов к числу резервируемых элементов объекта. При общем
резервировании резервируется объект (комплект или микро-ЭВМ) в целом, а
при раздельном резервировании — отдельные элементы объекта или группы.
Наиболее часто используется дублирование — резервирование, при
котором одному основному элементу придается один резервный.
Перспективен также вариант N+1, когда на группу комплектов или микроЭВМ приходится один резервный блок. Последний подход более экономичен.
Нагрузочное резервирование предусматривает использование
способности его элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх
номинальных значений. Надежность волоконно-оптических систем передачи
зависит от надежности составляющих элементов (мультиплексоров,
коммутаторов), а также от выбранной схемы защиты волоконно-оптической
линии связи (ВОЛС), а именно возможно:
резервирование участков сети по разнесенным трассам (схемы 1+1 и 1:1);
резервирование при организации самовосстанавливающихся кольцевых сетей
(схемы 1+1 и 1:1);
резервирование терминального оборудования (схемы 1:1 и 1:N);
восстановление работоспособности сети путем обхода поврежденного узла;
использование систем оперативного переключения.
15
Схема 1+1 - основное волоконно-оптическое кольцо активно, а
дублирующее пассивно. В случае отказа основного кольца трафик
направляется по дублирующему кольцу.
Схема 1:1 - основное кольцо используется для передачи
высокоприоритетного трафика, а дублирующее - низкоприоритетного. В
случае отказа основного кольца высокоприоритетный трафик направляется по
дублирующему кольцу, а низкоприоритетный может быть приостановлен.
Схема 1:N предусматривает, что одна линия либо плата могут быть
использованы как резервные для n-го количества линий или плат.
Информационное резервирование при разработке программного
обеспечения предусматривает использование избыточной информации сверх
минимально необходимой для выполнения задачи управления. Например, в
программном обеспечении могут предусматриваться дополнительные циклы
проверки такого вида как «Не является ли последним проверяемый комплект?»,
«Принят ли полный номер абонента?», «Не превышена ли допустимая
продолжительность сигнала?».
Со стоны персонала возможна установка и изменение критериев
проверки разного рода.
Например, при системном перезапуске ЦСК выполняется проверка
работоспособности элементов системы управления (перезапуск возможен, если в
работоспособном состоянии находятся 2/3 блоков).
Для отдельных аварийных моментов может выполняться подсчет их
числа, превышение заданной величины вызывает автоматический переход на
резервное оборудование.
Может контролироваться уровень нагрузки на отдельные виды
оборудования, превышение которого фиксируется как аварийный момент.
16
5. Принципы оценки структурной надежности системы управления
ЦСК
Анализ структурной надежности сложных систем включает следующие
операции.
1.Анализируются устройства и выполняемые системой и ее составными
частями функции, а также взаимосвязь составных частей.
2.Формируется содержание понятия «безотказной работы» для данной
конкретной системы.
3.Определяются возможные отказы составных частей и системы, их
причины и возможные последствия.
4.Оценивается влияние отказов составных частей системы на ее
работоспособность.
5. Система разделяется на элементы, показатели надежности которых
известны.
6. Составляется структурно-логическая схема надежности технической
системы, которая является моделью ее безотказной работы.
7. Составляются расчетные зависимости для определения показателей
надежности ТС с использованием данных по надежности ее элементов и с
учетом структурной схемы.
В зависимости от поставленной задачи на основании результатов
расчета характеристик надежности ТС делаются выводы и принимаются
решения о необходимости изменения или доработки элементной базы,
резервировании отдельных элементов или узлов, об установлении
определенного режима профилактического обслуживания, о номенклатуре и
количестве запасных элементов для ремонта.
Предлагается самостоятельно записать аналитическое выражение для
оценки безотказной работы системы управления ЦСК, представленной в виде
параллельно-последовательной схемы.
17
Необходимо рассчитать вероятность безотказной работы системы
управления для заданной величины вероятности безотказной работы элемента.
Необходимо выделить группу(ы) элементов, отказ которых наиболее критичен
для всей системы (см. рис 5.1). Далее в соответствии с рис.5.2 требуется
рассчитать вероятность безотказной работы системы управления с учетом
изменений в структуре системы управления ЦСК.
Блоки управления
абонентскими модулями
Регистры
Маркер Шина сообщений
Рисунок 5.1 – Представление системы управления ЦСК в виде
последовательно-параллельной схемы при описании процесса установления
соединения
Блоки управления
абонентскими модулями
Регистры
Маркеры Шина
сообщений
Рисунок 5.2 – Представление системы управления ЦСК в виде
последовательно-параллельной схемы при описании процесса установления
соединения
18
6. Возможности языка MML для управления переходом на
резервное оборудование
ЦСК представляет собой сложную, многоэлементную систему,
управление которой возможно при помощи директив языка MML. Проблема
состоит в том, что Рекомендациями Международного союза электросвязи
определяются общие принципы и возможности этого языка, а написание,
общий перечень этих директив или команд определяется разработчиками
программного обеспечения.
Приведем в качестве примера несколько директив языка MML,
разработанного для системы коммутации DX200 и используемого также в
системах коммутации мобильной связи второго поколения.
Изучим последовательность уточнения и изменения состояния блоков
станции. Состояние блока определяется основным состоянием и
подсостоянием. Состояние может задаваться оператором или меняться
системой в автоматическом режиме. Подсостояние устанавливает система
управления.
Автоматическое переключение микро-ЭВМ, дублирующих друг друга,
выполняется по результатам микро синхронизации команд. А именно, обе
дублирующие друг друга микро-ЭМ выполняют одни и те же команды
параллельно. Результаты сравниваются, при обнаружении расхождения в
результатах выполнения команды, выполняется автоматическое
переключение. То есть практически мгновенно дублированная микро-ЭВМ из
состояния «работа» переводится состояние «резерв» (и наоборот). По итогам
такого переключения вырабатывается аварийное сообщение.
Оператор имеет возможность самостоятельно менять состояние блоков
при помощи директив. Например, можно уточнить состояние конкретных
блоков по директиве USI, а изменить состояние блоков – по директиве USC.
Перечислим основные состояния микро-ЭВМ и соответствующие
подсостояния:
19
«Нормальная работа» WO с подсостояниями:
- выполнение ЕХ;
- запуск RE (обновление программы);
«Блок исключен» BL с подсостояниями:
- выполнение ЕХ;
- задачи выполнены ID;
- запуск RE;
«В резерве» SP с подсостояниями:
- выполнение ЕХ;
- обновление данных UP;
- запуск RE;
«Проверка, тестирование» ТЕ:
- выполнение ЕХ;
«Блок выключен» SE:
- укомплектован OU;
- не укомплектован NH;
При появлении аварийной ситуации в блоке могут появиться следующие
комбинации статусов FAULTU (неисправность) и IN TEST:
- нормальная работа, неисправен, WO-EX FAULTY – в работе остался
последний блок данного вида, хотя в нем имеется неисправность;
- диагностирование, ТЕ-ЕХ IN TEST;
- проверка, неисправен, ТЕ-ЕХ FAULTY;
- выключен, неисправен, SE-OU FAULTY.
Определим разрешенную последовательность изменения состояний и
существующие ограничения.
Отключение микро-ЭВМ выполняется в такой последовательности
WO SP TE SE .
Включение микро-ЭВМ выполняется в такой последовательности
SE TE SP WO .
20
Имеется запрет на переход SP WO, если блок неисправен и это
указано в графе информация как faulty. Имеется запрет на переход WO SP,
если данный блок последний работоспособный.
Можно отправить оконечный станционный комплект ET в состояние
блокировка ETWO BL, задержка составит 2 минуты (для завершения
разговоров).
Не резервируются абонентские модули как индивидуальное
оборудование и ЭВМ технической эксплуатации.
В качестве примера рассмотрим перевод в рабочее состояние маркера
номер 0.
1.Уточним текущее состояние маркера номер 0, вводя директиву
USI : M,0;
Результаты вывода представлены ниже
DX 220 ATS-947 R4.13-00 08-11-18 15:01:15
WORKING STATES OF UNITS
UNIT MB STATE LOCATION INFO
M-0 06 SP-EX -
COMMAND EXECUTED
Таким образом, по результатам выполнения директивы установлено, что
маркер с индексом 0 находится в состоянии SP-EX (резерв- выполнение).
2. Изменим состояние маркера номер 0 по директиве
USC : M,0:WO;
Результаты вывода
DX 220 ATS-947 R4.13-00 08-11-18 15:01:15
WORKING STATES OF UNITS
UNIT MB STATE LOCATION INFO
M-0 06 WO-EX -
M-1 07 SP-EX -
COMMAND EXECUTED
Пояснение: поскольку маркеры М-0 и М-1 дублируют друг друга, они
синхронно переключаются по введенной директиве, определяющей состояние
одного из них.
21
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]