Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы теории надежности средств и сетей связи. Учебное пособие
.pdf
б) несовершенные методы контроля;
в) сбой в работе программного обеспечения сети при ее проверки и
т.д.
Прямые методы диагностики, основанные на логических методах,
могут привести к вероятности ошибок контроля I рода от 0,001 до 0,01.
1.2. Контролируемый объект неработоспособен, т.е. имеет место
отказавший элемент. В этом случае может иметь место ошибка контроля
II рода, если во время проведения проверки неработоспособное
состояние объекта не было обнаружено. Причины такой ситуации могут
быть следующие:
а) ограниченная полнота контроля, т.е. не все отказы выявляются
проверяющим тестом. Это возможно из-за ограниченного времени одной
проверки;
б) отказ оборудования системы контроля или той его части,
которая включена в контур контроля во время проверки.
2. Непрерывный контроль.
2.1. Контролируемый объект работоспособен. Система
непрерывного контроля ложно обнаруживает отказ. Причины ложного
обнаружения отказа могут быть следующие:
а) сбой в работе программного обеспечения объект. Это может
быть вызвано как внутренними причинами (старение элементов,
нестабильность источников питания и т.д.), так и внешними помехами.
Например, сбоем в работе системы контроля.
2.2. Контролируемый объект неработоспособен, т.е. имеется
отказавший элемент. Система непрерывного контроля отказ не
обнаруживает. Такая ситуация может быть вызвана тем, что не
обеспечивается достаточная глубина контроля.
31
Если ошибки системы непрерывного и периодического контроля
вызваны отказом оборудования самой системы контроля, то
контролируемый объект может находиться в неработоспособном
состоянии неопределенное время. Ошибки контроля I и II рода различно
влияют на надежность контролируемого объект. В связи с этим отметим
некоторые особенности:
- ошибки непрерывного и периодического контроля I рода
характеризуются интенсивностью и условной вероятностью того, что
объект попадет на восстановление в работоспособном состоянии;
- ошибки непрерывного и периодического контроля II рода
характеризуются условной вероятностью того, что объект, находясь в
неработоспособном состоянии, не будет исключен из эксплуатации.
На практике также известны случаи, когда при проведении
контроля технического состояния работоспособность объекта была
нарушена. Возникший при этом отказ может быть выявлен только при
очередных периодических проверках. Такая ситуация названа ошибкой
периодического контроля III рода.
Ошибки восстановления (неполнота восстановления)
характеризуется вероятностью того, что после окончания
восстановления объект остается в неработоспособном состоянии и
включается в режим эксплуатации. Таким образом, недостоверность
системы контроля технического состояния снижает надежность и
затрудняет процесс эксплуатации объекта или сети в целом. Поэтому
влияние ошибок контроля на надежность и качество обслуживания
вызовов необходимо учитывать при разработке и эксплуатации как
средств связи, так и самой системы контроля.
32
В таблице 2 приведена ориентировочная оценка факторов,
обуславливающих ошибки контроля.
Таблица 2. Ориентировочная оценка ошибок контроля.
Вид контроля Ошибки контроля I рода Ошибки контроля II
рода
Периодический Весьма малая вероятность
при поиске прямыми
методами. Для логических
методов поиска
вероятность от 0,001 до
0,1
Непрерывный Весьма малая
интенсивность при поиске
прямыми методами.
Интенсивность при поиске
логическими методами
составляет:
)5,01)(1,0001,0(
а .
НН
Интенсивность при поиске
средствами непрерывного
В процессе
обслуживания
вызовов
контроля:
Весьма малая вероятность
при поиске прямыми
методами. Для логических
5,0
а
НН
0
методов поиска
Вероятность 0,1 – 0,3
из-за неполноты
контроля.
Интенсивность из-за
отказа системы
контроля
Для коммутационного
оборудования и
синхронно
работающих объекта:
где
В =0,1 – 0,2 –
Н
0
коэффициент полноты
контроля. Для
автономно
проверяемых
объектов:
Высокая вероятность
(0,1-0,3) из-за
неполноты контроля с
учетом нагрузки
5,0
а
аВ
ННН
5,0
0
ПП
)5,01(
,
0
а
0
НН
вероятность составляет:
0,001-0,1
Профилактический То же, что и при
периодическом контроле с
учетом нагрузки.
То же, что и при
периодическом
контроле с учетом
нагрузки.
Статистический Вероятность 0,001-0,01 Вероятность 0,001-0,01
В таблице приняты следующие обозначения:
- интенсивность отказов контролируемого оборудования;
0
33
а - доля оборудования системы контроля от контролируемого
П
оборудования;
0,5 - коэффициент, учитывающий возможность несрабатывания
системы периодического контроля при наличии отказа в основном
оборудовании;
а - доля оборудования системы встроенного контроля от
Н
основного оборудования ( 1,0
а ).
Н
В процессе эксплуатации средств связи их состояние в любой
момент времени характеризуется сочетанием фазы эксплуатации и
состоянием безотказности. Краткая характеристика этих состояний
следующая:
- объект функционирует и работоспособен – состояние
характеризуется нормальной работой сетевого элемента;
- объект функционирует и неработоспособен – имеет место
необнаруженный отказ, т.е. после отказа сетевой элемент продолжает
находиться в рабочей конфигурации незаблокированным;
- объект проверяется (тестируется) системой периодического
контроля, но при этом он может находиться как в работоспособном, так
и в неработоспособном состоянии;
- состояние неработоспособного объекта, заблокированного
системой контроля и диагностики.
Состояние необнаруженного отказа оказывается возможным из-за
того, что не все отказы обнаруживаются системой непрерывного
контроля. Время нахождения в этом состоянии равно промежутку
времени от момента возникновения отказа, до очередной периодической
проверки.
34
Рассмотренные особенности функционирования средств и
объектов связи в дальнейших разделах настоящего учебного пособия
(разделы 2, 3) взяты за основу для составления математической модели и
разработке метода расчета параметров надежности с учетом реальных
данных систем мониторинга и управления телекоммуникационным
сетями.
2. Методики расчета показателей надежности средств и сетей связи
Для определения надежности технической системы в целом
необходимо проводить расчеты количественных показателей надежности
на различных этапах проектирования, испытаний и эксплуатации
объектов.
На этапе проектирования расчет показателей надежности
производится с целью прогнозирования ожидаемой надежности
проектируемого объекта. Такое прогнозирование необходимо для
обоснования предполагаемого проекта, а также для решения
организационно-технических вопросов:
- выбора оптимального варианта сетевой структуры;
- способа резервирования сетевых элементов;
- глубины и методов контроля;
- количества запасных элементов;
- периодичности профилактики и т.д..
На этапе испытаний и эксплуатации расчеты надежности
проводятся для оценки соответствия полученных количественных
показателей надежности проектным/расчетным. Результаты сравнения
расчетных показателей надежности и эксплуатационным либо
35
полученным при испытательных работах (экспериментальных)
показывают, какой надежностью обладали объекты, прошедшие
испытания или используемые в некоторых условиях эксплуатации. На
основании этих расчетов разрабатываются меры по повышению
надежности, определяются «узкие» места объекта, даются оценки его
надежности и влияния на показатели надежности отдельных факторов,
как внешних, так и внутренних.
На рисунке 3 приведена классификация основных видов расчета
количественных показателей надежности [32].
Рисунок 3. – Классификация типов расчета надежности
Элементный расчет надежности – это определение показателей
надежности объекта, обусловленных надежностью его комплектующих
36
элементов. В результате такого расчета оценивается техническое
состояние объекта, т.е. рассчитываются: вероятность того, что объект
будет находиться в работоспособном состоянии, средняя наработка на
отказ и т.д.
Расчет функциональной надежности – это определение
показателей надежности выполнения объектом заданных функций.
Например, вероятность того, что система будет работать заданное время,
в заданных режимах эксплуатации с сохранением всех необходимых
расчетных параметров. Поскольку такие показатели зависят от ряда
действующих факторов, то, как правило, расчет функциональной
надежности более сложен, чем поэлементный расчет.
На рисунке 3 слева приведены простые типы расчета надежности,
такие как элементный аппаратурный расчет надежности простых,
нерезервированных устройств без восстановления с условием, что время
работы до отказа объекта подчиняется экспоненциальному закону
распределения. На рисунке 3 справа приведены более сложные типы
расчетов, в которых учитываются показатели восстановления,
работоспособности, различных законов распределения времени работы и
времени восстановления и т.п. Кроме того, стрелки демонстрируют
возможности комбинированного подхода к выбору типа расчета
надежности.
Выбор того или иного типа расчета надежности определяется
заданием на расчет надежности. На основании задания и последующего
изучения работы устройства по его техническому описанию составляется
алгоритм расчета надежности, т.е. последовательность этапов расчета и
расчетные формулы.
37
Средства, системы и сети связи (объект) относятся к сложным
техническим системами характеризуются многоуровневой
иерархической структурой в виде отдельных узлов, блоков и модулей.
В процессе эксплуатации на объект воздействует комплекс
внешних и внутренних факторов, поэтому надежность
функционирования объекта зависит и от параметров функционирования
отдельных функциональных элементов объекта и от оптимального
распределения значений показателей надежности между элементами
системы.
2.1. Методика расчета показателей надежности
невосстанавливаемых объектов.
Применительно к современным средствам связи, используемым в
телекоммуникационных системах, восстановление отказавших
устройств, как правило, представляет собой процесс замены отказавшего
устройства на работоспособное. После замены отказавшего устройства
на работоспособное следует процесс его включения в рабочую
конфигурацию, затем тестирование на выполнение устройством
основных функций, определенных в технической документации по его
эксплуатации. Отказавший элемент системы подлежит возврату фирме-
изготовителю. Таким образом, в процессе эксплуатации такой элемент
системы является невосстанавливаемым объектом. Однако, когда речь
идет об объекте телекоммуникационной сети, например цифровой
38
системе коммутации, или об отдельном коммутаторе (коммутационном
узле), процесс восстановления может занимать достаточно
продолжительное время. В этом случае необходимо рассчитывать
показатели надежности для восстанавливаемых объектов (раздел 2.2
настоящего учебного пособия).
В связи с приведенной в разделе 1 настоящего учебного пособия
квалификацией состояний объекта, с точки зрения понятий теории
надежности, все объекты делятся на восстанавливаемые и
невосстанавливаемые.
Невосстанавливаемым называется объект, для которого в
рассматриваемый период времени и в рассматриваемых условиях
восстановление объекта не целесообразно и не предусмотрено в
нормативно-технической документации.
Восстанавливаемый объект – это объект, для которого проведение
восстановления работоспособного состояния предусмотрено в
нормативно-технической и конструкторской (проектной) документации.
Показатель надежности – это количественная характеристика
одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.
Количественно показатель надежности характеризует, в какой
степени объекту присущи определенные свойства надежности. В
зависимости от того, сколько свойств надежности характеризуют
показатели, различают единичные и комплексные показатели
надежности. Единичные показатели характеризуют одно из свойств
контролируемого объекта, комплексные показатели характеризуют не
менее двух параметров.
39
При определении надежности объектов используют две формы
представления показателей [18]:
- вероятностная;
- статистическая.
Вероятностная форма удобна для аналитических расчетов,
статистическая – при проведении экспериментальных исследований и
испытаний объектов на надежность.
Показателями надежности невосстанавливаемых объектов
являются:
- вероятность безотказной работы (P(t));
- вероятность отказа (Q(t));
- частота отказов (f(t));
- интенсивность отказов (λ(t));
- средняя наработка до отказа (Т0, наработка до отказа).
Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что в
пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет. В общем
случае величина вероятности безотказной работы зависит от наработки
объекта (времени эксплуатации). Под наработкой понимается
продолжительность или объем работы объекта. Наработка измеряется в
единицах времени или единицах объема выполненной работы.
Статистическая оценка вероятности безотказной работы может
быть получена в результате испытаний на надежность. Для испытания N
объектов до отказа последнего объекта статистическая оценка
вероятности безотказной работы определяется по формуле:
(,
()
)
=
()
()
=
()
,
где:
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]