Под надежностью коммутационного узла, станции, пучка каналов следует понимать их свойство выполнять свои функции по установлению соединений между абонентами коммутируемой телефонной сети и удержанию соединений на время передачи информации (разговора), сохранения во времени значения показателей качества обслуживания вызовов и параметров тракта передачи в установленных пределах. Критерием отказа направления связи или пучка каналов является превышение потерями вызовов, измеренными за небольшой промежуток времени t, определенного порога.

Критерием отказа элементов тракта передачи узла, станции или отдельного канала является снижение отношения сигнал/шум ниже допустимого предела.

Современные сложные технические системы, к числу которых относятся многие системы, характеризуются многофункциональностью, многоканальностью и т.п. Поэтому традиционно использовавшиеся показатели надежности, основанные на понятии полного отказа такой системы (наработка на отказ, коэффициент готовности и т.д.), оказываются малопригодными, а то и вовсе лишены практического смысла. Это связано с тем, что отказы отдельных элементов приводят, как правило, не только к полному выходу системы из строя, а к некоторому снижению эффективности ее функционирования.

Показатель надежности подобных систем должен отражать влияние отказов отдельных элементов системы на техническую эффективность ее применения по назначению, под которой понимают свойство системы создавать некоторый полезный результат (выходной эффект) в течении некоторого периода эксплуатации в определенных условиях. Одним из таких показателей является коэффициент сохранения эффективности (КСЭ).

Рассмотрим подробней свойства этого показателя.

КСЭ - отношение показателя эффективности системы, рассчитанного с учетом возможности отказов ее элементов, к номинальному значению этого показателя, рассчитанному при условии полной работоспособности. Это означает, что в соответствии с задачами системы должен быть выбран показатель эффективности, т.е. мера качества выполнения системой своих функций.

Показатель эффективности определяется как математическое ожидание выходного эффекта. При этом рассчитывается фактическое значение показателя эффективности Э (с учетом возможности отказов) и номинальное значение этого показателя Эо (при условии полной работоспособности). При этом КСЭ будет равен:

                                               (4.19)

Для анализа высоконадежных систем, когда КСЭ весьма близок к единице, более удобным может быть коэффициент потери (снижения) эффективности (КПЭ).

                                      (4.20)

КСЭ (и соответственно КПЭ) имеет простой физический смысл: если, например, выходной эффект выражается числом обслуживаемых абонентов и Кс.э = 0,997 (Кп.э =0,003), то это означает, что в среднем ноль целых три десятых  процента абонентов не обслуживаются из-за отказов в системе. Во многих случаях КСЭ имеет и непосредственный вероятностный смысл - например, в описанной ситуации вероятность не обслуживания произвольно взятого абонента по причине отказов в системе равна 0,003.

В качестве показателя эффективности коммутационного узла (КУ) принимается математическое ожидание доли успешно обслуженных вызовов для стационарного процесса функционирования КУ при нагрузке, равной расчетной нагрузке в ЧНН

При определение качества функционирования  КУ учитываются следующие причины телефонных потерь: отсутствие свободных приборов (линейных, коммутационных, служебных и т.п.) из-за занятости или блокировки вследствие их неработоспособности приборов со скрытым (необнаруженным) дефектом, отказ прибора в процессе обслуживания вызова.

Для принятого показателя эффективности:

                                                                                               (4.21)

где,

      -эффективность выполнения j-го этапа;

       N   -число этапов обслуживания вызова.

                              (4.22)

Можно выделить следующие разновидности этапов обслуживания вызова:

-          обмен сигналами с входящей станцией с участием входящего линейного комплекта (ЛК);

-          выбор свободного исходящего ЛК и обмен сигналами с исходящей станцией с участием исходящего ЛК;

-          выбор свободного группового прибора (тонального или многочастотного приемопередающего устройства и т.п.) и передача сигналов с участием группового прибора;

-          поиск свободных промежуточных путей и проключение соединительного тракта;

-          удержание установления соединения.

Для рассматриваемых разновидностей этапов обслуживания вызова методика определения  состоит в следующем:

- для каждой ступени оборудования КУ, занятого в выполнении этапа j, с учетом принятых методов резервирования, контроля и техобслуживания находятся составляющие коэффициента простоя  ,представляющие собой вероятности того, что в произвольный момент времени устройства ступени k будут неработоспособными (-отказ обнаружен, -отказ еще не обнаружен).

-         С помощью теории телетрафика рассчитываются величины -

-          вероятности блокировок при нагрузке

-         -удельная нагрузка на прибор) и емкостях групп приборов.

 - Определяются значения:

-соответственно доля нагрузки, не обслуженной из-за занятости приборов и приходящейся на неработоспособные приборы в состоянии

- Вычисляется значение

                                 (4.23)

где,

Рассмотрим сеть передачи данных (ПД), предназначенную для связи ряда абонентов, имеющих абонентские пункты (АП) с центральной ЭВМ. Пусть, например, обмен данными осуществляется в диалоговом режиме сеансами. Тогда показателем выходного эффекта системы целесообразно считать число успешно проведенных сеансов. При этом КСЭ приобретает смысл вероятности того, что произвольный сеанс обмена данными между АП и ЭВМ не будет сорван по причине отказов технических средств.

Определим значение КСЭ:

                                    (4.24)

где,

     m-число АП в системе;

     -среднее число сеансов между i-м АП и ЭВМ в единицу времени;

     - среднее число сеансов между всеми АП и ЭВМ в       единицу времени;

   Si-совокупность элементов сети, обеспечивающих обмен данными между i-м АП и ЭВМ (сам АП, канал ПД, мультиплексор и т.д.)

  -средняя длительность сеанса между i-м АП и ЭВМ;

 - коэффициент оперативной готовности j-го элемента за

время.

Рассмотренные примеры подтверждают целесообразность использования коэффициента сохранения эффективности для анализа надежности различных систем связи и возможности его расчета.  В частности, КСЭ позволяет сравнивать варианты построения системы, в том числе с учетом различных способов резервирования, организации контроля и техобслуживания, а также для расчета численности обслуживающего персонала.

4.2 Расчет надежности временного коммутатора с ненадежными линиями

Под обеспечением надежности оборудования коммутационных узлов, станций и пучков каналов следует понимать совокупность мероприятий, направленных на достижение или поддержание показателей надежности на всех стадиях их существования.

Надежность- сложное свойство, которое в зависимости от назначения оборудования и условий его эксплуатации может включать в себя безотказность, так и в определенном сочетании этих свойств. Для оборудования коммутационных узлов, станций, пучков каналов наиболее важными свойствами, составляющими надежность, являются безотказность и ремонтопригодность. Поэтому комплекс мероприятий по обеспечению надежности перечисленного оборудования можно подразделить на мероприятия, воздействующие как на его безотказность, так и на его ремонтопригодность. К первым мероприятиям можно отнести использование деталей повышенной надежности.

К мероприятиям, воздействующим на ремонтопригодность, следует отнести введение различных способов контроля работоспособности оборудования и сокращение времени его простоя путем выбора рациональной системы технического обслуживания.

Исследования показали, что время простоя направления связи зависит от простоя оборудования, удельной нагрузки на прибор, среднего времени разговора, но и мало зависит от емкости пучка. При удельной нагрузке на прибор, равной 0,7 Эрл, среднем времени разговора  с и интенсивности повторных вызовов = 30 для обеспечения среднего времени простоя направления связи, равного 15 минут, можно принять, что среднее время простоя оборудования равно не более 8 минут, т.е =0,133 часа.

Очевидно, коэффициент простоя оборудования, характеризуя суммарное время простоя оборудования за заданный срок службы, тесно связан с экономической эффективностью оборудования. Поэтому для определения требований к величине коэффициента простоя оборудования, участвующего в установлении соединений на ГТС, необходимо его оптимизировать по экономическому критерию, например, по минимуму затрат и потерь предприятий  связи  и  потребителей  услуг  связи  при  заданной  трудоемкости технического обслуживания единицы емкости узла или станции. Предположим, что в результате такой оптимизации получено значение коэффициента простоя оборудования узла или станции .

Исходя ,  из полученных значений Тп и Кп можно определить требуемую наработку на отказ оборудования, участвующего в установлении соединений на ГТС, из выражения:

                                         (4.25)

Тогда, То =13 300 ч

Аналогично могут быть определены показатели надежности направления связи и другие.

Современные системы связи, обладающие сложной сетевой структурой, являются разновидностью “ больших систем”, при оценке надежности функционирования которых исследуются отдельные элементы и параметры системы с точки зрения их влияния на величину суммарных средних потерь сообщений.

Системы распределения информации представляют собой весьма сложный комплекс программно- аппаратных средств, и в связи с этим надежность всей системы зависит от надежности, как программного обеспечения, так и аппаратных средств.

Элементы системы обладают конечной надежностью. Последнее означает, что на элементы системы воздействует поток неисправностей, который может быть примитивным или простейшим с интенсивностями нагрузки А для абонентских комплектов, Ак.э. для коммутационных элементов коммутационного поля, Ам.с. для монтажных соединений, Ал. Для линейных(исходящих и входящих) комплектов, Аш. Шнуровых комплектов. Поток неисправностей всегда примитивный, в тех случаях, когда параметр потока неисправностей одного элемента весьма мал, а число элементов велико, характер потока близок к простейшему.

За основу расчета примем тот факт, что реальная пропускная способность системы определяется числом только исправных элементов, образующих фактическую структуру системы. Определение пропускной способности системы с ненадежными элементами сводится к нахождению фактической структуры( или нагрузки) и расчету пропускной способности уже известными методами для систем с абсолютно надежными элементами.

Надежность коммутационных элементов и монтажных соединений внутри коммутатора намного выше надежности выходов из коммутатора, то есть    Ак.э =  Ам.с =0, Ал больше нуля. Предположим, что линии (выхода из коммутатора) выходят из строя на много реже, чем поступают вызовы.  Тогда имеем два независимых процесса: обслуживание вызовов с переменным числом dл обслуживающих (исправных) линий, а также выхода и восстановления линий. Следовательно, вероятность потерь по времени равна:

                                            (4.26)

Расчет надежности временного коммутатора с ненадежными линиями представлен программой вычисления потерь на персональном компьютере с использованием языка программирования Бейсик.

Программа расчета потерь в полнодоступном пучке с ненадежными линиями и примитивным потоком неисправностей приведена в приложении Г. Пусть N =17000, j =h =1, Vj =2 , S =3, где n- число входов в коммутатор; S- число звеньев коммутации.; V емкости пучка.

          Вывод: таким образом при вычислении получилось, вероятность потерь P=0.796 следовательно, выхода коммутатора выходят из строя реже, чем поступают вызовы. 

4.3 Определение пропускной способности коммутационной системы S-12

Определение пропускной способности коммутационной системы S-12. несколько усложняется за счёт объёмов КС что является препятствием к разработке точных методов расчета, и единственный выход – использовать методы высокой точности, поскольку только они позволяют оптимально проектировать системы коммутации, т. е. определять минимальный объем коммутационного оборудования (коммутационного поля), при котором требования к вероятностным характеристикам системы коммутации гаран­тированно выполняются.

Аппроксимация системы коммутации каналов полнодоступным пучком для исследования пропускной способности впервые была предложена             А. К. Эрлангом. Им же получены первые основополагающие результаты для полнодоступного пучка с потерями в режиме стационарного равновесия.

Переходные вероятности в пучке произвольной емкости могут быть представлены в виде ряда Тейлора, элементы которого получены с помощью преобразования исходной матрицы интенсивностей переходов.

Раздельно процессы рождения и гибели частично описаны в, где приведены только начальные переходные вероятности процессов и отсутствует общая методика их нахождения. Переходный процесс рождения и гибели возникает при первоначальном запуске системы, изменении интенсивности входящего потока вызовов, перегрузках.

Рассмотрим основные расчетные соотношения, которые широко исполь­зуются в инженерных расчетах пропускной способности электронных систем коммутации, включая S-12. Определим общую модель системы массового обслуживания (СМО) и введем некоторые обозначения. Коммутационное поле (КП), рисунок 4.1 имеет N входов, выходы КП разбиты на h направлений, пучок линий в j-м направлении содержит   линий, так что общее число выходов из КП . Для вызова, поступившего на вход системы, может потребоваться соединение только с одним выходом требуемого направления. При этом безразлично, с какой именно линией требуемого направления произойдет соединение и по какому конкретно пути оно будет установлено.

Поток вызовов, поступающий на вход СМО, будем считать примитивным (пуассоновская нагрузка второго рода), если число источников нагрузки  (a — параметр свободного источника вызовов, m — интенсивность обслуживания), или простейшим (пуассоновская нагрузка первого рода) в противном случае. В первом случае параметр свободного источника вызовов a, интенсивность обслуживания m, интенсивность поступающей нагрузки .

Рисунок 4.1 - Модель коммутационной системы

Во втором случае параметр потока вызовов , интенсивность обслуживания m, интенсивность нагрузки . Вероятность того, что поступившему вызову i-го входа потребуется соединение с j-м направлением, может зависеть только от номера входа i и номера направления j и равна kij. При этих условиях характер потока вызовов в направлении сохранится, его интенсивность нагрузки .

Длительности занятия для всех вызовов, принятых к обслуживанию, предполагаются независимыми как друг от друга в совокупности, так и от потоков и распределены по одинаковому для всех вызовов экспоненциальному закону. Длительность занятия вызовом КП не зависит ни от каких сведений о прошлом процесса. Структурные параметры КП предполагаются известными, при этом также предполагается, что все пути соединения электрически разделены в пространстве, т. е. соединения проходят по различным путям.

Для полного определения работы рассматриваемой СМО осталось задать дисциплину обслуживания, т. е. указать правило, согласно которому принима­ется решение о порядке обслуживания вызова.

Любой вызов обслуживается по командам управляющего устройства, которое получает информацию о поступлении вызова, его требованиях (номере входа, по которому поступил вызов, и номере направления, с которым необходимо установить соединение), состоянии КП (т. е. по каким именно путям проходят уже установленные соединения) и так далее. На основании этой информации управляющее устройство (УУ) принимает и осуществляет решение об обслуживании данного вызова или отказе. Различают две стратегии УУ в обслуживании вызовов. В первом случае при невозможности немедленного установления соединения УУ принимает решение об отказе в обслуживании. Во втором случае в аналогичной ситуации УУ ставит поступивший вызов на ожидание. В соответствии с этим различают два вида потерь: явные и условные. В дальнейшем при расчете пропускной способности систем коммутации каналов используется первая стратегия, противный случай оговаривается особо. Поэтому предполагаем, что дисциплина обслуживания зависит только от трех факторов: номера входа, по которому поступил вызов, состояния КП в момент поступления вызова, т. е. того, какие промежуточные линии (ПЛ) внутри КП являются свободными или занятыми, и номера направления, с которым требуется установить соединение. Еще одно предположение будет состоять в том, что ПЛ к моменту поступления вызова заняты случайно. Наконец, предположим, что решение об обслуживании, установлении соедине­ния и отказе в обслуживании принимается мгновенно. Таким образом, процесс обслуживания однозначно определен.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14