511_SHerstneva_O._G._Modelirovanie_funktsionirovanija_ehlementov__

Бесперебойность включает:

-расчет вероятности прерывания установленного соединения;

-обобщающие оценки бесперебойного обслуживания по результатам опроса потребителей услуг;

-потери при «handoff» и др.

Качество передачи характеризуется:

-расчетными обобщающими оценками качества передачи информации по результатам опроса потребителей услуг;

-разборчивостью речи;

-расчетным коэффициентом ошибок, например, в цифровых каналах

связи.

Надежность характеризуется коэффициентом готовности и простоя, а также средним временем восстановления.

Качество обслуживания характеризуется:

-процентом жалоб, устраненных в контрольные сроки;

-максимальным временем рассмотрения жалоб абонентов на качество предоставляемых услуг;

-обобщающими оценками качества обслуживания по результатам опроса потребителей услуг связи.

Перечисленные показатели качества в равной степени относятся и к организации радиотелефонной связи.

В таблице 1 приведены факторы, влияющие на качество предоставляе-

мых услуг (7, 10, 25, ITU-T Рек.Е.800).

Из приведенной таблицы видно, что возможность пользоваться услугами, предоставляемыми телекоммуникационной сетями, зависит от состояния готовности всех элементов сети. Состояние готовности, в свою очередь, непосредственно зависит от надежности элементов сети, проведения своевременного технического обслуживания и, наконец, материальным обеспечением техобслуживания.

Что касается технического обслуживания, то в большей степени своевременность и качество его проведения зависит от профессиональной подготовленности обслуживающего персонала. Можно представить, что будет, если к обслуживанию современных цифровых систем коммутации с программным управлением допустить человека не прошедшего специального обучения. Одно нажатие кнопки на клавиатуре, подключенной к системному блоку администрирования, может привести порой к необратимым последствиям, вплоть до выхода из строя процессора, содержащего, например, алгоритмы всех программ, обслуживающих вызовы. Или стиранию записей о тарификации и т.д. Подобные ситуации в литературе описываются как ошибка контроля III рода.

Особое внимание на практике эксплуатации цифровых систем коммутации заслуживает процесс организации маршрутизации вызовов, создание альтернативных маршрутов, описание алгоритма сигнализации, составление таблиц маршрутизации и коммутации.

11

С целью обеспечения оптимального функционирования сети связи и совершенствования процесса управления необходимо разрабатывать мероприятия по повышению эффективности работы системы оперативного управления. К таким мероприятиям относятся рассмотрение инновационных, творческих разработок работников, внедрение новых технологий и программного обеспечения, осуществление обратной связи с потребителем и др.

Для своевременного предупреждения возможности появления отказа или ухудшения функционирования объекта связи рекомендуется проведение дополнительных профилактических работ. Профилактические работы необходимо проводить не только на основном оборудовании, но и обязательно на резервном. Резервное оборудование должно находиться в состоянии постоянной готовности.

Таблица 1. Факторы, влияющие на качество предоставляемых услуг.

Для уменьшения времени простоя доступа к сети связи существует необходимость не только в оперативном устранении повреждения, но и в ох- ранно-предупредительных мероприятиях. Здесь следует уделить особое внимание уровню профессионализма обслуживающего персонала (ошибка контроля III рода). Большое значение для работников предприятий связи имеет проведение профессионального обучения, курсов повышения квалификации, технической учебы с применением наглядных пособий, макетов, проведение тренировок и имитаций повреждений с использованием свободного оборудования. Разработано достаточное количество нормативных до-

12

кументов по правилу применения и эксплуатации современных средств связи

[19, 20, 21, 29, 35].

Согласно нормативным документам [3, 4, 23] по надежности известны следующие методы ее определения:

1.Расчетный метод – метод, основанный на вычислении показателей надежности по справочным данным о надежности компонентов и комплектующих элементов объекта, по данным о надежности объектов-аналогов, по данным о свойствах материалов и др. информации.

Расчетный метод применяется, как правило, на стадиях технического предложения, эскизного и технического проектов.

Расчет проводится:

- для вычисления оценки принципиальной возможности обеспечения заданных или желательных требований по надежности;

- для выбора варианта схемно-конструктивного построения, или, применительно к телекоммуникационным сетям, выбора построения структуры (топологии) сети;

- для выявления наименее надежных составных частей или опять же применительно к телекоммуникационным сетям, выявление наименее надежных участков сети, на которых, например, ожидается перегрузка или предполагается развитие общей инфраструктуры, что также неизбежно приведет к потребности увеличения пропускной способности;

- для разработки мероприятий по выполнению «Программы обеспечения надежности» (ПОНр) (ГОСТ В20.39.302).

2.Расчетно – экспериментальный метод – метод, при котором показатели надежности всех или некоторых составных частей объекта определяют по результатам испытаний или эксплуатации, а показатели надежности объекта

вцелом рассчитывают по математической модели.

Расчетно-экспериментальным методом пользуются для оценки комплексных показателей надежности объекта, в нашем случае сети, испытываемой в целом или по частям в случаях, когда применение экспериментального метода невозможно или нецелесообразно.

Испытания на надежность вновь разрабатываемой или модернизируемой сети или ее отдельных элементов или ее отдельной части, например, корпоративной сети передачи данных, относятся к периодическим и типовым испытаниям.

3. Экспериментальный метод – метод, основанный на статистической обработке данных, получаемых при испытаниях или эксплуатации объекта в целом.

Определительные испытания на надежность – испытания, проводимые для определения показателей надежности с заданной точностью и достоверностью.

Об уровне надежности принято судить по способностям объекта безотказно работать в течении заданного времени в определенных условиях. Поэтому для оценки надежности и оценки степени соответствия объекта, предъ-

13

являемым к нему требованиям осуществляют технический контроль. Полученная при этом информация о качестве работы объекта, в данном случае телекоммуникационной сети, и о причинах ее отказов совместно с данными эксплуатации позволяет принять своевременные меры по совершенствованию ее структуры.

В таблице 2 приведены рекомендуемые методы испытаний [24] оборудования телекоммуникационных сетей.

Таблица 2. Методы испытаний.

Методы испытаний

Автоматические		Ручные
(объективные)		(субъективные)
Возможность	постоянного	Наличие минимального числа обо-
контроля		рудования
Использование большого объ-		Определение неисправностей, об-
ема выборки (контроль всех		наружение которых невозможно
вызовов)		при автоматическом контроле
Автоматическая	обработка	Распределение отказов по видам
данных		предоставляемых услуг
Устранение ошибок по вине
обслуживающего персонала

Совмещение различных методов определения надежности могло бы дать возможность получить более достоверные показатели надежности, поскольку при их расчете учитывалось бы совокупность определяющих факторов. Но при этом вопрос, каким методом и какого рода информацию желательно получить для определения различных показателей остается открытым.

При оценке показателей надежности все отказы, фиксируемые системой контроля технического состояния, предлагается разделять на отказы, которые необходимо фиксировать в бланках отчетов для последующей обработки и отказы, вызванные воздействием внешних факторов, нарушением обслуживающим персоналом инструкции по эксплуатации.

Отказы, устраняемые в процессе доработок, эффективность которых очевидна или подтверждена экспериментально при дальнейших испытаниях на надежность и не влияющие на оцениваемый при испытаниях показатель надежности, в настоящее время не учитываются и таким образом, нет возможности выявить реальное воздействие на объект отказов определенного вида.

14

1.3. Виды контроля технического состояния сетевого элемента

Надежность и качество функционирования телекоммуникационных сетей и систем существенно зависят от системы контроля и диагностики их технического состояния. Главной функцией системы контроля и диагностики является обнаружение и локализация отказов сетевых элементов.

Сущность системы контроля и диагностики технического состояния сводится к выполнению двух основных этапов.

На первом этапе необходимо получение информации о фактическом состоянии объекта технического контроля, о признаках и показателях его свойств.

На втором этапе необходимо сопоставить информацию, полученную на первом этапе, с заранее установленными требованиями, нормами и критериями.

Виды технического контроля классифицируются по определенному признаку. Таким признаком может служить полнота контроля и влияние системы контроля на контролируемый объект.

По признаку влияния на контролируемый объект контроль делится на разрушающее влияние и неразрушающее.

Известно, что системы контроля, предназначенные для сложных систем, зачастую сами представляют собой сложные системы, требующие обоснования их надежности. Ухудшение надежности и качества функционирования системы контроля технического состояния может привести к резкому ухудшению качества функционирования телекоммуникационной сети в целом или отдельной ее части. Поэтому проблема контроля привлекает к себе внимание разработчиков таких сетей.

При организации системы контроля и мониторинга следует отметить, что контролируемый сетевой элемент может быть как одиночным, так и резервированным. Это зависит от важности выполняемых сетевым элементом функций. В свою очередь резерв может выполнять функции основного сетевого элемента (работать в «горячем» режиме – Hot Standby) или не выполнять этих функций до определенного момента (работать в холодном режиме

– Cold Standby). Существует несколько способов резервирования. Основными способами являются:

-дублирование;

-скользящее резервирование по принципу «», при этом если m составляет необходимое количество однотипных модулей, то устанавливается

не менее, чем «». Дополнительный модуль служит резервом для всей группы;

-функциональное резервирование, когда в случае выхода из строя одного из группы однотипных модулей, его нагрузку берут на себя другие.

Резервный элемент, как и основной, может быть восстанавливаемым и невосстанавливаемым. Под восстановлением понимается не только ремонт

15

той или иной части сетевого элемента, но и полная его замена. Восстановление также является ограниченным или неограниченным.

Ограниченным восстановление является тогда, когда в любой момент времени восстанавливаться может только ограниченное число отказавших элементов. Если в любой момент времени может восстанавливаться любое число сетевых элементов, то восстановление является неограниченным.

При выполнении функции обнаружения отказов и поиска отказавших элементов работоспособность средств контроля может быть нарушена. Это, в свою очередь, может привести к ошибкам контроля I и II рода.

Рассмотрим случаи, приводящие к ошибкам контроля при двух видах системы контроля: непрерывном и периодическом.

При непрерывном контроле отказ обнаруживается одновременно с его возникновением, т.е. при непрерывном контроле проверка работоспособности совмещена с функционированием элемента сети. После обнаружения и локализации отказа сетевой элемент отправляется на восстановление.

При периодическом контроле отказ обнаруживается во время проведения периодической проверки. Период проверки устанавливается согласно существующим нормам проверки технического состояния объекта в целом.

Считаем, что контролируемый сетевой элемент в момент проверки может находиться в двух состояниях, а именно: работоспособном и неработоспособном.

1.Периодический контроль.

1.1.Контролируемый сетевой элемент работоспособен, но система контроля ложно обнаруживает отказ.

Причин такой ситуации может быть несколько. Назовем некоторые из

них:

а) отказ оборудования системы периодического контроля; б) несовершенные методы контроля;

в) сбой в работе программного обеспечения сети при проведении проверки.

Прямые методы диагностики, основанные на логических методах, могут привести к вероятности ошибок контроля I рода от 0,001 до 0,01.

1.2.Контролируемый сетевой элемент неработоспособен, т.е. имеет место отказавший элемент.

В этом случае может иметь место ошибка контроля II рода, если во время проведения проверки неработоспособное состояние сетевого элемента 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.

16

2. Непрерывный контроль.

2.1.Контролируемый сетевой элемент работоспособен. Система непрерывного контроля ложно обнаруживает отказ.

Причины ложного обнаружения отказа могут быть следующие:

а) сбой в работе программного обеспечения сетевого элемента. 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 сетевой элемент неработоспособен, т.е. имеется отказавший элемент. Система непрерывного контроля отказ не обнаруживает.

Такая ситуация может быть вызвана тем, что не обеспечивается достаточная глубина контроля.

Если ошибки системы непрерывного и периодического контроля вызваны отказом оборудования самой системы контроля, то контролируемый сетевой элемент может находиться в неработоспособном состоянии неопределенное время.

Ошибки контроля I и II рода различно влияют на надежность контролируемого объекта.

В связи с этим отметим некоторые особенности:

-ошибки непрерывного и периодического контроля I рода характеризуются интенсивностью и условной вероятностью того, что сетевой элемент попадет на восстановление в работоспособном состоянии;

- ошибки непрерывного и периодического контроля II рода характеризуются условной вероятностью того, что сетевой элемент, находясь в неработоспособном состоянии, не будет исключен из эксплуатации.

На практике также известны случаи, когда при проведении контроля технического состояния работоспособность сетевого элемента была нарушена (ошибка периодического контроля III рода). Возникший при этом отказ может быть выявлен только при очередных периодических проверках.

Ошибки восстановления (неполнота восстановления) характеризуется вероятностью того, что после окончания восстановления сетевой элемент остается в неработоспособном состоянии и включается в режим эксплуатации.

Таким образом, недостоверность системы контроля технического состояния снижает надежность и затрудняет процесс эксплуатации сетевого элемента или сети в целом. Поэтому влияние ошибок контроля на надежность и качество обслуживания вызовов необходимо учитывать при разработке и эксплуатации как сети в целом, так и самой системы контроля.

В таблице 3 приведена ориентировочная оценка факторов, обуславливающих ошибки контроля.

17

Таблица 3. Ориентировочная оценка ошибок контроля.

Вид контроля	Ошибки контроля I рода	Ошибки контроля II рода
Периодический	Весьма малая вероятность	Вероятность 0,1 – 0,3 из-
	при поиске прямыми мето-	за неполноты контроля.
	дами. Для логических мето-	Интенсивность из-за от-
	дов поиска вероятность от	каза системы контроля
	0,001 до 0,1	П 0,5аП 0
Непрерывный	Весьма малая интенсивность	Для коммутационного
	при поиске прямыми мето-	оборудования и синхрон-
	дами. Интенсивность при	но работающих СЭ:
	поиске логическими мето-	Н (1 ВН 0,5аН ) 0 , где
	дами составляет:	ВН =0,1 – 0,2 – коэффи-
	Н (0,001 0,1)(1 0,5аН ) 0 .
		циент полноты контроля.
	Интенсивность при поиске	Для автономно прове-
	средствами непрерывного	ряемых СЭ: Н 0,5аН 0
	контроля: Н 0,5аН 0
В процессе обслу-	Весьма малая вероятность	Высокая вероятность
живания вызовов	при поиске прямыми мето-	(0,1-0,3) из-за неполноты
	дами. Для логических мето-	контроля с учетом на-
	дов поиска вероятность со-	грузки
	ставляет: 0,001-0,1
Профилактический	То же, что и при периодиче-	То же, что и при перио-
	ском контроле с учетом на-	дическом контроле с уче-
	грузки.	том нагрузки.
Статистический	Вероятность 0,001-0,01	Вероятность 0,001-0,01

В таблице приняты следующие обозначения: 0 - интенсивность отказов контролируемого оборудования; аП - доля оборудования системы контроля от контролируемого оборудования; 0,5 - коэффициент, учитывающий возможность несрабатывания системы периодического контроля при наличии отказа в основном оборудовании; аН - доля оборудования системы встроенного контроля от основного оборудования ( аН 0,1 ).

В процессе эксплуатации телекоммуникационной сети состояние сетевых элементов в любой момент времени характеризуется сочетание фазы эксплуатации и состоянием безотказности. Краткая характеристика этих состояний следующая:

1)сетевой элемент функционирует и работоспособен – состояние характеризуется нормальной работой сетевого элемента;

2)сетевой элемент функционирует и неработоспособен – имеет место необнаруженный отказ, т.е. после отказа сетевой элемент продолжает находиться в рабочей конфигурации незаблокированным;

18

3)сетевой элемент проверяется (тестируется) системой периодического контроля, но при этом он может находиться как в работоспособном, так

ив неработоспособном состоянии;

4)состояние неработоспособного сетевого элемента, 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.

Рассмотренные особенности функционирования сетевого элемента взяты за основу для составления математической модели и разработке метода расчета параметров надежности с учетом реальных данных систем мониторинга и управления телекоммуникационным сетями.

2.Разработка математической модели функционирования сетевых элементов с учетом особенностей системы контроля и управления.

При организации системы контроля и управления необходимо соблюдать основные принципы ее построения в соответствии с ее основным назначением.

Организация управления сетью включает в себя [14]:

-сбор контрольной информации о состоянии элементов сети;

-анализ качественных характеристик работы сети на предмет их соответствия пользовательским требованиям;

-выработку управляющего решения;

-доведение этого решения через технические средства реализации управляющих решений до элементов сети.

Вразделе разработана математическая модель функционирования элемента телекоммуникационных сетей и систем (сетевого элемента) с учетом характеристик самой системы контроля, диагностики и управления. Исследованы показатели надежности функционирования сети в условиях достоверной и недостоверной системы комбинированного контроля.

Проведение контроля технического состояния сетевых элементов и сети в целом, т.е. мониторинг сети, является необходимым условием обеспечения надежности ее функционирования. Показатели надежности сетевого элемента телекоммуникационной системы зависят от характеристик не только самого сетевого элемента, условий его функционирования, соблюдений всех правил и норм эксплуатации, но и достоверности результатов, полученных при работе системы контроля технического состояния, а также выбора метода обработки этих результатов и целей эксплуатации. Однако, система контроля в большинстве случаев представляет собой сложную систему, также требующую обоснования ее надежности.

19

Поэтому актуальной представляется задача, связанная с расчетом показателей надежности сетевого элемента в процессе его функционирования и определение влияния характеристик системы контроля на эти показатели.

2.1. Разработка математической модели функционирования сетевого элемента при достоверной комбинированной системе контроля и управления.

В соответствии с информацией, изложенной в первом разделе, при составлении математической модели функционирования сетевого элемента и дальнейших расчетах показателей надежности учитываются следующие факторы:

–виды отказов и виды контролируемого объекта с точки зрения обнаружения и локализации отказов при различных видах контроля;

–множество возможных отказов сетевого элемента разделено на два ви-

да:

а) отказы, обнаруживаемые непрерывным контролем б) отказы, приводящие к продолжительному неработоспособному со-

стоянию;

–интенсивность отказов сетевого элемента приведена в соответствии с принятыми обозначениями видов отказов;

–сочетание разных видов отказов, обнаруживаемых средствами системы технического контроля;

–глубина контроля;

–периодичность контроля;

–использование систем контроля совместно с другими способами обеспечения надежности (резервирование и т.п.);

–время проведения периодического контроля неработоспособного и работоспособного сетевого элемента.

Рассмотрим сетевой элемент, процесс функционирования которого заключается в смене трех фаз эксплуатации: сетевой элемент используется по назначению; сетевой элемент проверяется (тестируется) и сетевой элемент восстанавливается (рисунок 2.1.).

Рисунок 2.1. Фазы эксплуатации

Введем следующие обозначения:

W – множество возможных отказов сетевого элемента;

20