Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы теории надежности средств и сетей связи. Учебное пособие
.pdf
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
(СибГУТИ)
О. Г. Шерстнева
Основы теории надежности
средств и сетей связи
Учебное пособие
Новосибирск
2018
УДК625.395.7:51
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ
Рецензенты: доцент кафедры НГТУ Филиппов Б.И.
доцент кафедры СибГУТИ Солонская О.И.
Шерстнева О.Г. Основы теории надежности средств и сетей связи:
Учебное пособие / Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2018. – 151 с.
В учебном пособии излагаются теоретические вопросы надежности
средств и сетей связи. Определены требования, приведены
количественные и качественные показатели надежности, методы оценки
структурной надежности сетей связи. Учебное пособие содержит и
практические рекомендации по применению приведенных теоретических
выкладок.
Учебное пособие предназначено для использования в основной
профессиональной образовательной программе по специальности
11.05.04 Инфокоммуникационные технологии и системы специальной
связи, направленность (специализация) – Системы коммутации и сети
связи, для формирования профессиональной направленности по
дисциплинам высшего профессионального образования: «Основы теории
надежности средств связи», «Основы теории надежности сетей связи»,
«Сети связи», «Системы коммутации», «Проектирование и эксплуатация
сетей связи», «Проектирование и администрирование цифровых систем
коммутации».
Кафедра автоматической электросвязи
В авторской редакции
© Шерстнева О.Г., 2018
© Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики, 2018
2
Содержание
Введение 5
1 Стандартизация в области телекоммуникаций и
7
информатики.
1.1 Основные понятия теории надежности средств и
сетей связи
1.2 Классификация отказов контролируемых объектов 15
1.3 Основные показатели надежности и качества
средств связи
1.4 Виды контроля технического состояния средств и
сетей связи
2 Методики расчета показателей надежности средств
и сетей связи
2.1 Методика расчета надежности
невосстанавливаемых объектов.
2.2 Методика расчета надежности восстанавливаемых
объектов
2.3 Комплексные показатели надежности объектов 52
2.4 Альтернативная методика расчета комплексных
показателей надежности
2.4.1 Методика расчета комплексных показателей
надежности при достоверном комбинированном
контроле
2.4.2 Методика расчета комплексных показателей
надежности при недостоверном комбинированном
контроле
3 Оценка показателей надежности по статистическим
данным
3.1 Оценка средней наработки на отказ 72
3.2 Оценка среднего времени восстановления 74
3.3 Оценка вероятностей состояний 76
3.4 Оценка показателей надежности 78
3.4.1 Текущая оценка средней наработки на отказ и
среднего времени восстановления.
3.4.2 Объединение точечных оценок средней наработки
на отказ и среднего времени восстановления
3.5 Оценка интенсивности событий для случая 82
7
20
29
35
38
44
56
56
64
71
79
81
3
полностью и неполностью определенной выборки.
Объекты с последовательным соединением
4 Структурная надежность систем и средств связи 87
4.1 Показатели структурной надежности средств и
87
сетей связи
4.2 Аналитический метод определения показателей
90
структурной надежности
4.3 Метод статистических испытаний 95
4.4 Метод эквивалентных замен 104
5 Методы повышения надежности средств и сетей
112
связи
5.1 Структурная схема надежности 112
5.1.1
115
5.1.2
5.1.3 Объекты со смешанным и произвольным
Объекты с параллельным соединением элементов
117
119
соединением элементов
5.2 Логико-вероятностный метод математической
121
модели надежности
5.3 Классификация методов повышения надежности
5.3.1 Резервирование как способ повышения надежности
127
132
объектов
6 Заключение 134
Приложение А. Список литературы 138
Приложение Б. Таблицы расчетов 143
Приложение В. Контрольные задания для самостоятельной
145
подготовки
4
Введение
В связи с интенсивным внедрением новых технологий,
позволяющих операторам телекоммуникационных сетей предоставлять
пользователям широкий спектр современных услуг связи, произошло
значительное усовершенствование самих средств и сетей связи. При
этом возрастают и требования, предъявляемые к обеспечению
нормативных показателей надежности. Удовлетворение этих требований
в основном происходит за счет использования большого числа
протоколов и механизмов для контроля и управления сетевыми
ресурсами. На первый взгляд внедрение на сеть множества разнородных
подсистем, дополняющих друг друга и существенно улучшающих
характеристики сети в целом, привело к созданию высоконадежных
систем и сетей связи. Возможность постоянного наблюдения за
состоянием сети, контроль за работоспособностью отдельных сетевых
элементов и средств связи, оперативное вмешательство в работу
подсистем управления в случае обнаружения перегрузки или сбоя при
обслуживании группы вызовов обеспечивает достаточно высокие
показатели надежности ее эксплуатации. Однако, при анализе
эффективности функционирования сложных систем, к которым,
безусловно, относятся и современные средства и системы связи,
исследователями в этой области были выявлены недостатки, которые
заслуживают отдельного рассмотрения. Например, передача служебных
сигналов различными телекоммуникационными протоколами,
используемыми для управления элементами сети на разных уровнях
функционирования, согласно модели взаимодействия открытых систем,
занимает до 20% всей пропускной способности. Также, при обнаружении
5
неисправности в одном элементе сети, не предусматривается
автоматическая инициализация, в результате чего обнаруживается
значительная задержка информации. Если добавить к этому, что
внутренняя система контроля сетевого элемента охватывает только
определенный перечень отказов и неисправностей и не учитывает
нарушения нормальной работы, произошедшие по вине
обслуживающего персонала или вызванные воздействием внешних
факторов, то вопрос определения достоверных показателей надежности
средств и сетей связи остается актуальным. Разработка определенной
методики сбора и обработки данных сетевого мониторинга так же
представляет интерес. Применение статистических методов оценки
технологических процессов в телекоммуникационных сетях определило
задачу выявления круга статистических данных (эксплуатационных
показателей надежности) с помощью которых впоследствии можно
определить расчетные качественные показатели работоспособности всей
сети с учетом ее конфигурации, технической оснащенности и т.п.
Предъявляемые требования к увеличению объёмов передаваемого
трафика, повышению показателей качества, надежности и устойчивости
функционирования сетей связи, совершенствованию процедур работы с
пользователями также подтверждают сделанный вывод.
В учебном пособии излагаются как теоретические, так и
практические аспекты теории надежности средств и сетей связи.
Приведены конкретные примеры расчета единичных и комплексных
показателей надежности. Отдельный раздел посвящен вопросам
обеспечения структурной надежности современных
инфокоммуникационных сетей связи.
6
1. Стандартизация в области телекоммуникаций и информатики
1.1. Основные понятия теории надежности средств и сетей связи
Основные термины и определения теории надежности приведены в
[1].
Согласно [1] понятие «надежность» включает два определения,
формулируемые следующим образом:
Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в
установленных пределах значения всех параметров.
Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в
установленных пределах значения всех параметров, характеризующих
способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и
условиях применения, технического обслуживания, хранения и
транспортирования.
Здесь и далее, по тексту учебного пособия, под термином
«Объект» имеется ввиду устройства телекоммуникационных систем и
сетей, объединенные общим термином «Средства связи».
В определении термина «Надежность» используются специальная
терминология теории надежности:
- непрерывность выполнения объектом заданных функций;
- установленные пределы.
Под непрерывностью выполнения объектом заданных функций
понимается тот факт, что надежность объекта определяется в процессе
непосредственного выполнения объектом функций, определенных
техническими условиями или технической документацией. Это значит,
что надежность объекта (системы в целом или отдельного
7
функционального элемента системы) не определяется в процессе
проведения профилактических работ, контроля работоспособности,
замены неисправного функционального элемента исправным или
резервным, дублирования функций элемента системы и т.п.
Определение значений параметров надежности, которые согласно
нормативной документации объекта должны находиться в
установленных пределах, выполняется за определенный промежуток
времени, называемый временем наработки на отказ. Это время
устанавливается для каждого контролируемого объекта (системы,
отдельного функционального элемента системы) индивидуально. Для его
определения необходимо оперировать статистическими данными,
которые сохраняются и обрабатываются определенным образом. Тогда
возникает задача определения доверительного интервала времени (час,
сутки, месяц, три месяца, полгода, год и т.д.) за который необходимо
собирать статистические данные. При принятом решении собирать
статистические данные за три месяца, также необходимо определять в
течении каких именно трех месяцев в году.
Доверительный интервал является показателем точности
измерений и используется при получении интервальной оценки
статистических данных. Точность интервальной оценки характеризуется
длиной доверительного интервала и зависит от объема выборки.
Существует два подхода к построению доверительных интервалов
[2].
Первый подход позволяет строить доверительные интервалы при
каждом конечном объеме выборки n. Он основан на подборе такой
функции (.), называемой статистикой, чтобы:
- закон распределения функции был известен и не зависел от ;
8
- функция (.) была непрерывной и строго монотонной.
Задавшись доверительной вероятностью 1 −, находят
двусторонние критические границы и , отвечающие вероятности .
Тогда с вероятностью 1 − выполняется неравенство:
< (.)<
.
Решив это неравенство относительно , находят границы
доверительного интервала для .
Второй подход получил название асимптотического подхода.
Асимптотический подход использует асимптотические свойства
точечных оценок и поэтому он пригоден только при достаточно больших
объемах выборки.
Таким образом, решение задачи определения доверительных
границ доверительного интервала зависит от определения объема
выборки. Численность выборки зависит от предельной ошибки,
коэффициента доверия, дисперсии.
Численность выборки зависит от:
- предельной ошибки Δ=0,13 (13%, для инженерных расчетов 20%
для бесповторного обращения);
- коэффициента доверия t=1,95 (доверительный интервал 0,95);
- дисперсии D=11 ()/
Δ=
; =
= 0,13.
С этой целью, в дальнейших разделах работы все исходные
параметры надежности функционирования объекта и
телекоммуникационной сети в системах управления с точки зрения их
статистической оценки разбиты на две группы. В первую группу входят
9
такие показатели как интенсивности событий, являющиеся параметрами
экспоненциального распределения. К ним относятся:
- параметр потока отказов;
-интенсивность восстановления участка или элемента сети;
-интенсивность проведения периодического контроля;
-интенсивность повторной передачи информации и др.
При оценке интенсивности событий выборка может быть
следующей:
- полностью определенной объема n, т.е. такая выборка, в которой
все значения случайной величины определены;
- неполностью определенной объема n, т.е. такая выборка, в
которой известны только m значений случайной величины, а про
остальные (n-m) значений известно только то, что они больше
некоторого числа.
Полностью определенной выборкой характеризуются
интенсивности восстановления, завершения проверки
функционирования сети или ее элемента, например цифровой системы
коммутации, а также интенсивность проведения периодического
контроля за работоспособностью сети.
Неполностью определенной выборкой характеризуется
интенсивность отказов сетевого оборудования или системы
сигнализации. При этом можно принять, что интенсивности,
характеризующиеся неполной выборкой, оцениваются по результатам
плана испытаний, согласно которому испытанию подвергаются
отдельные участки сети. При таком методе испытаний нижняя и верхняя
границы интенсивностей при односторонней доверительной вероятности
для полностью определенной выборки вычисляются по формулам,
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]