Розробка та дослідження системи технічного обслуговування обладнання наземних систем зв’язку цивільної авіації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний авіаційний університет

УДК 656.816:621.39(043.3)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту

Розробка та дослідження системи технічного обслуговування обладнання наземних систем зв'язку цивільної авіації

Сухопара Олександр Миколайович

Київ 2004

Дисертація є рукописом

Роботу виконано на кафедрі телекомунікаційних систем Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Конахович Георгій Филимонович, Національний авіаційний університет, завідувач кафедрою телекомунікаційних систем.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Соломенцев Олександр Васильович, Національний авіаційний університет, професор кафедри радіоелектронних комплексів кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Костановський Валерій Вікторович, Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління, начальник сектору

Провідна установа: Національний транспортний університет, м. Київ.

Захист відбудеться 29 вересня 2004 р. о 14 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 26.062.03 в Національному авіаційному університеті за адресою: 03058, м. Київ, проспект Космонавта Комарова, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03058, м. Київ, проспект Космонавта Комарова, 1. мережа обслуговування інформація асинхронність

Автореферат розіслано 26 серпня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент Павлова С.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Бізнес-процеси в цивільній авіації (ЦА) тісно пов'язані з інтенсивним обміном різноманітною інформацією, як-от мовними повідомленнями, радіонавігаційною, радіолокаційною і метеорологічною інформацією, рухомими і нерухомими зображеннями, цифровими даними, текстовими повідомленнями тощо. Ця інформація передається в інтересах служб обслуговування повітряного руху, авіаційного оперативного контролю, адміністрацій авіаційних підприємств, а також пасажирів.

Обсяги та важливість інформації, яку необхідно транспортувати через фрагменти авіаційних мереж на ділянках «земля-земля», невпинно збільшуються. Крім того, у зв'язку з обмеженістю радіочастотного ресурсу необхідно прагнути до більш економного його використання і, отже, більш інтенсивного використання наземних комунікацій. Усе це вказує на доцільність здійснення заходів щодо підвищення ефективності функціонування наземних систем зв'язку ЦА.

Підвищення інтенсивності використання мережного обладнання в рамках наземних систем зв'язку ЦА за умов необхідності зниження видатків на його експлуатацію передбачає підвищення ефективності систем технічного обслуговування (ТО) і ремонту обладнання мереж передавання даних (ПД), вимагає використання методів ТО і ремонту, які забезпечують максимальне використання індивідуальних можливостей такого обладнання. Основою цих методів є проведення робіт з ТО в залежності від технічного стану елементів обладнання, рівня їх надійності, функціональної значущості. У цьому випадку є необхідною розробка ефективних методів контролю працездатності (КП) і діагностування мережного обладнання, автоматизація процесів ТО, підвищення кваліфікації експлуатаційного персоналу.

Внаслідок того, що постачання обладнання мереж з асинхронним режимом перенесення інформації (ATM) на телекомунікаційні ринки почалось відносно недавно, достатній досвід використання такого обладнання в Україні не накопичений, відсутня відповідна нормативна база. Науково-технічна література, що присвячена питанням технічної експлуатації сучасних мереж передавання даних (в тому числі, мереж ATM), не віддзеркалює достатньою мірою специфічних особливостей ТО і ремонту обладнання таких мереж. Тому вирішення задач оптимізації процесів, які пов'язані з технічною експлуатацією обладнання ATM в мережах передавання даних, перш за все процесів технічного обслуговування такого обладнання, має суттєвий теоретичний і практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота безпосередньо пов'язана з науковими дослідженнями, які проводяться в Національному авіаційному університеті і спрямовані на подальше вдосконалення системи технічного обслуговування і ремонту обладнання наземних систем зв'язку цивільної авіації. Тема роботи знаходиться в межах Державної програми розвитку авіаційного транспорту України до 2010 року, розробленої згідно з Указом Президента України від 18 жовтня 2000 року № 1143/2000 «Про рішення Ради національної безпеки і оборони України від 27 вересня 2000 року «Про стан авіаційного транспорту та авіаційної промисловості».

Дисертація виконувалась в рамках наступних науково-дослідних робіт:

- Дослідження механізмів деградацій в матеріалах, структурах та комплектуючих виробах радіотехнічних приладів авіакосмічної техніки і розробка заходів запобіганню відмов та несправностей. Тема № 011-ДБ01 (№ 0101U002730);

- Розробка багаторівневої системи ТО РЕО за оптимальними техніко-економічними показниками. Тема № 152-ДБ04 (№ 0104U003749).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка оптимальної системи технічного обслуговування обладнання ATM глобальних мереж ПД з урахуванням реальних умов використання такого обладнання на вітчизняному ринку надання послуг транспорту інформації, насамперед на підприємствах цивільної авіації.

Для досягнення поставленої мети в рамках даної роботи вирішуються наступні задачі:

1) вибрати множину визначальних параметрів (ВП) обладнання ATM, які характеризують його працездатність, та граничні значення цих ВП за критеріями безвідмовності;

2) вибрати показники ефективності ТО обладнання ATM;

3) отримати функціональні залежності показників ефективності ТО обладнання ATM від основних параметрів конфігурації такого обладнання для використання цих залежностей під час оптимізації системи ТО;

4) розробити алгоритм та процедури контролю працездатності обладнання ATM з урахуванням умов його експлуатації на мережах ПД;

5) розробити процедури користування механізмами виявлення та протидії перевантаженням трафіком та забезпечення цілісності віртуальних каналів мереж ATM;

6) розробити процедури діагностики обладнання ATM.

Об'єктом дослідження є система технічного обслуговування і ремонту обладнання транспортних мереж передавання даних.

Предметом дослідження є нормативно-технічна документація системи ТО мережного обладнання, яке функціонує у відповідності із специфікаціями технології ATM і використовується в умовах діяльності підприємств авіаційної галузі.

Виконані в дисертаційній роботі дослідження базуються на теорії експлуатації технічних систем, теорії ймовірностей, теорії випадкових процесів, теорії оптимізації, методах математичного моделювання, математичному програмуванні.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1) вперше здійснений вибір множини визначальних параметрів обладнання ATM, які характеризують його працездатність, та граничних значення цих визначальних параметрів за критеріями безвідмовності;

2) отримали подальший розвиток моделі технічного обслуговування обладнання наземних систем зв'язку цивільної авіації, у яких врахована специфіка умов використання обладнання ATM на ринку послуг транспорту інформації;

3) виконані теоретичні дослідження залежностей показників ефективності технічного обслуговування обладнання ATM від параметрів запропонованих моделей ТО;

4) вирішені задачі оптимізації планів технічного обслуговування обладнання ATM, якщо під такими планами мати на увазі визначення послідовності моментів прийняття рішення щодо технічного стану мережного обладнання.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень підтверджується детальним аналізом методів оцінки ефективності технічного обслуговування обладнання наземних систем зв'язку цивільної авіації; використанням сучасного математичного апарату і обчислювальної техніки; використанням наукових положень теорії експлуатації складних технічних систем, теорії ймовірностей, теорії випадкових процесів, теорії оптимізації; задовільною збіжністю результатів математичного моделювання з експериментальними даними.

Практична цінність полягає в тому, що отримані результати дозволяють об'єктивно на кількісному рівні оцінювати ефективність систем технічного обслуговування обладнання ATM, які використовуються на підприємствах ЦА. За результатами проведених досліджень запропоновані оптимальні алгоритми і процедури контролю працездатності обладнання ATM, а також процедури пошуку збоїв та відмов, які виникають в процесі його роботи. Результати роботи стали основою для розробки нормативно-технічної документації, що регламентує процедури і правила технічної експлуатації обладнання в мережах передавання даних національного рівня.

Особистий внесок здобувача. Всі результати досліджень, які увійшли до дисертаційної роботи, одержані автором особисто.

В роботі [1] автором запропоновані шляхи виявлення спроб несанкціонованого доступу до підсистем управління обладнанням вузлів транспортних мереж ПД; визначена множина об'єктів захисту в контурі безпеки обладнання, що охоплюється засобами централізованої системи управління; запропоновані механізми захисту технологічної інформації, яка передається між контрольованим обладнанням вузлів мережі та програмно-апаратними засобами централізованої системи управління через відкриті канали впродовж сесії віддаленого керування. В роботі [3] автором розроблені математичні моделі технічного обслуговування обладнання мереж з асинхронним режимом перенесення інформації, а саме отримані аналітичні залежності коефіцієнта оперативної готовності такого обладнання від періодичності запуску процедур прийняття рішення щодо його технічного стану та показників достовірності експлуатаційного контролю. В роботі [5] автором визначена множина показників відповідності обладнання транспортних мереж ПД специфікаціям телекомунікаційних технологій та вимогам нормативно-технічної і експлуатаційної документації, яка регламентує процеси технічної експлуатації такого обладнання, зокрема процеси його технічного обслуговування та ремонту. В роботі [6] на основі аналізу технології мереж з асинхронним режимом перенесення інформації автором визначена множина визначальних параметрів та характеристик обладнання мереж АТМ, що характеризують працездатність такого обладнання. Зокрема визначені характеристики продуктивності мережного обладнання, характеристики точності та гарантованості перенесення інформації. В роботі [7] автором розроблені процедури використання механізмів вбудованої діагностики на основі службових потоків чарунок OAM, що використовуються для забезпечення доступності даних та підтримки працездатності обладнання мереж АТМ.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові положення та результати, що отримані автором в рамках виконання дисертаційної роботи, доповідались на ІV Міжнародній науково-технічній конференції «Авіа 2002» (Київ, 2002 р.), V Міжнародній науково-технічній конференції «Авіа 2003» (Київ, 2003 р.), Четвертій міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні інформаційні й електронні технології» (Одеса, 2003 р.), VI Міжнародній науково-технічній конференції «Авіа 2004» (Київ, 2004 р.).

Публікації. За темою дисертації зроблено 7 наукових публікацій (у тому числі 3 публікації у фахових наукових виданнях).

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, що містять основні результати, та списку використаних літературних джерел. Загальний обсяг роботи складає 168 сторінок, робота містить 14 таблиць, 36 рисунків та перелік використаних джерел з 97 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність вирішення задач оптимізації процесів, які пов'язані з технічною експлуатацією обладнання наземних систем зв'язку цивільної авіації, перш за все процесів технічного обслуговування такого обладнання. Визначено мету, об'єкт та предмет дослідження, коло задач, які вирішуються в дослідженні, а також вказано на наукову новизну та практичне значення дисертаційної роботи.

У першому розділі виконаний аналіз доцільності використання технології мереж з асинхронним режимом перенесення інформації у корпоративних мережах підприємств ЦА та аналіз шляхів вирішення задач ТО обладнання АТМ з урахуванням специфіки використання такого обладнання в діяльності авіапідприємств. На основі проведеного аналізу здійснене обґрунтування вибору задач дослідження.

Для побудови корпоративної мережі підприємств авіаційної галузі можуть бути використані два підходи. Перший підхід передбачає створення і використання власної мережної інфраструктури, інший - створення галузевої мережі ПД на основі орендованих каналів у режимі віртуальної корпоративної мережі. На основі аналізу переваг та недоліків названих підходів, а також тенденцій розвитку телекомунікаційної галузі України, показана доцільність створення корпоративної мережі ПД підприємств ЦА на основі орендованих віртуальних каналів національних АТМ-магістралей. Використання орендованих каналів дозволяє знизити загальні витрати на утримання телекомунікаційної інфраструктури на 60%, забезпечивши при цьому повний контроль над інформаційними потоками в корпоративній мережі ПД, а також необхідний рівень її надійності.

Проведений аналіз відомих моделей технічного обслуговування систем зв'язку ЦА та методів оцінки ефективності систем ТО, що дозволило сформулювати відмінності умов ТО обладнання ATM від умов застосування відомих моделей технічного обслуговування.

У відомих моделях технічного обслуговування, як правило, виходять з того, що процеси ТО та роботи системи за призначенням розділені у часі. Тому в рамках цих моделей є актуальними задачі зменшення часу обслуговування, вибору оптимальних моментів обслуговування і т. ін. Проте, в сучасних мережах ПД процеси контролю працездатності (КП) мережного обладнання, аналізу результатів такого контролю й генерації корегуючих впливів відбуваються у фоновому режимі. Процеси контролю значною мірою є автоматизованими та інтелектуалізованими. В таких умовах на перший план висувається необхідність вирішення задач параметричної оптимізації моделей ТО за критеріями максимізації показників ефективності технічного обслуговування (наприклад, апостеріорної ймовірності безвідмовної роботи).

Відомі алгоритми КП недостатньо використовують апостеріорну інформацію щодо поточного стану контрольованого об'єкта і в більшості випадків не є адаптивними. Сучасне мережне обладнання, в тому числі обладнання ATM, має розвинені засоби збору й аналізу інформації щодо мережних подій. Ці засоби функціонують в реальному масштабі часу в фоновому режимі з високими динамічними характеристиками. На їх основі є можливим реалізувати адаптивні моделі КП, які повною мірою використовують інформацію щодо змін у стані контрольованих об'єктів.

Відомі процедури діагностики телекомунікаційного обладнання, як правило, зводяться до пошуку місця знаходження несправного елемента та його заміні на ймовірно справний із резервного фонду. Але для сучасних мережних структур характерними є досить низькі значення ймовірності виходу з ладу апаратних елементів, дослідженням яких на етапі експлуатації обладнання в багатьох практично-важливих випадках можливо знехтувати. Тому на перший план висувається необхідність вирішення задач, які пов'язані із розробкою та оптимізацією процедур пошуку причин виникнення збоїв і відмов у роботі обладнання.

Другий розділ дисертаційної роботи присвячений загальному аналізу технології мереж з асинхронним режимом перенесення інформації, а також вибору визначальних параметрів обладнання АТМ, які характеризують його працездатність, та показників ефективності технічного обслуговування такого обладнання.

Обладнання АТМ з точки зору його надійності в даній роботі розглядається як цифровий програмно-апаратний комплекс в період нормальної експлуатації. Для такого обладнання є характерними збої та відмови типу «хибний нуль» або «хибна одиниця», що пов'язані із тимчасовими наслідками прояву фізико-хімічних ефектів у елементах обладнання, впливом факторів зовнішнього середовища і т. ін., а інтенсивність відмов практично не залежить від часу, тобто . За таких умов щільність ймовірності розподілу випадкової величини напрацювання до відмови обладнання ATM дорівнює

де о - реалізація випадкової величини напрацювання до відмови.

Працездатність обладнання ATM характеризується вектором ВП

де - випадковий процес зміни i-того параметру, .

Оскільки відмови мережного обладнання в період нормальної експлуатації мають переважно раптовий характер, процес зміни ВП у часі визначається як:

,

де - дискретна випадкова величина, яка приймає два значення 1 та 0; та - неперервні випадкові величини, які мають усічений нормальний розподіл із щільностями та , для яких

,

.

На основі результатів аналізу технології мереж з асинхронним режимом перенесення інформації та практики використання обладнання, яке реалізує специфікації даної технології, здійснений обґрунтований вибір визначальних параметрів обладнання АТМ, які характеризують його працездатність. Вибір визначальних параметрів здійснений шляхом конкретизації узагальнених показників якості обслуговування, що визначені в рекомендації ITU-T X.140.

В процесі контролю працездатності обладнання ATM в якості ВП використані параметри якості обслуговування (QoS) трафіку, які узгоджуються під час встановлення віртуального з'єднання тієї чи іншої сервісної категорії. Крім контролю узгоджуваних параметрів якості обслуговування під час ТО контролюються також параметри, які не узгоджуються в процесі встановлення сеансу зв'язку, але також характеризують якість передачі абонентського трафіку.

Дотримання зобов'язань щодо параметрів QoS в мережі АТМ гарантуються тільки для трафіку, поточні значення параметрів швидкості якого не перевищують значення параметрів, які були узгодженні в процесі встановлення з'єднання. Тому до множини ВП обладнання ATM, крім параметрів QoS, включені також параметри трафіку.

В результаті отримана множина показників ефективності використання ресурсів мережі АТМ, до якої включені характеристики виконання оператором угод щодо швидкості передачі чарунок (рос. - ячеек) АТМ, характеристики ефективності використання пропускної здатності віртуальних каналів зв'язку, характеристики часу затримки чарунок та характеристики варіації часу затримки чарунок. До множини показників точності передавання даних включені характеристики виникнення помилок у потоці прийнятих чарунок та характеристики отримання зайвих чарунок. Гарантованість передавання даних характеризується коефіцієнтом втрачених чарунок та коефіцієнтом втрачених фреймів.

Оскільки різні класи трафіку передаються віртуальними каналами мереж ATM за допомогою служб різних сервісних категорій, які використовують різні механізми маршрутизації, керування з'єднаннями, резервування ресурсів мережі і підтримки необхідної якості обслуговування, а тому визначаються різними наборами параметрів трафіку і QoS, вибір ВП для контролю працездатності обладнання ATM здійснений окремо для віртуальних каналів кожної з сервісних категорій телекомунікаційної технології АТМ.

Виконаний аналіз методів оцінки ефективності систем технічного обслуговування та факторів, що мають вплив на вибір показників ефективності ТО обладнання ATM. Результати аналізу свідчать про доцільність включення до множини показників доступності мережних служб передавання даних (показників ефективності ТО) апостеріорної ймовірності безвідмовної роботи обладнання P_A та коефіцієнта оперативної готовності К_ОГ. Доцільність використання показника безвідмовності, тобто апостеріорної ймовірності безвідмовної роботи, обумовлена необхідністю недопущення ситуації, коли мережа повністю виходить з ладу і не має можливості надавати послуги своїм користувачам. А коефіцієнт готовності - це комплексний, тобто інтегральний показник ефективності технічного обслуговування.

У третьому розділі дисертаційної роботи розроблені математичні моделі технічного обслуговування обладнання АТМ, виконаний аналіз залежностей прийнятих показників ефективності ТО від параметрів побудованих моделей, вирішені задачі оптимізації планів ТО, якщо під такими планами мати на увазі визначення послідовності моментів прийняття рішення щодо технічного стану обладнання АТМ.

Розробка математичних моделей технічного обслуговування зводилась до спроб одержання аналітичних виразів для раніше названих показників ефективності ТО, а також виразів для умовних ймовірностей відмов, які є корисними для аналізу побудованих моделей, наприклад умовної ймовірності «хибної відмови» та умовної імовірності «невиявленої відмови».

Працездатність обладнання ATM характеризувалася вектором ВП

а припустима область значень цього вектора позначалася як

де - припустима область значень і-го ВП; a_i та b_i - відповідно мінімально та максимально припустимі значення i-го ВП.

Через неідеальність процесів вимірювань під час КП замість реалізації спостерігається реалізація процесу

де - вектор похибок вимірювань , - певна (найчастіше, адитивна) функція векторів та .

За вищевказаних умов процедура КП виконується згідно з таким вирішуючим правилом:

- якщо - обладнання вважається працездатним;

- якщо - обладнання вважається непрацездатним.

Отже, у будь-який випадково обраний момент часу t_k під час КП може виникнути тільки якась одна із наступних чотирьох несумісних подій:

де h₁(t_k) - правильне рішення про те, що обладнання знаходиться у працездатному стані; h₂(t_k) - помилкове рішення про те, що обладнання знаходиться в непрацездатному стані; h₃(t_k) - помилкове рішення про працездатність обладнання; h₄(t_k) - правильне рішення про те, що обладнання знаходиться у непрацездатному стані.

Для зниження кратності інтегралів у роботі використаний метод декорелюючих перетворень результатів багаторазових вимірювань ВП. У відповідності з цим методом для визначення ймовірностей подій h_i(t_k) замість багатовимірної щільності розподілу системи векторних випадкових величин О та використана щільність розподілу системи скалярних випадкових величин , що визначається виразом

,

де - реалізація випадкової оцінки напрацювання до відмови ; - похибка визначення оцінки напрацювання до відмови; - умовна щільність розподілу похибки вимірювань напрацювання до відмови за умови, коли .

Це істотно спростило ланцюжок математичних перетворень і дозволило одержати аналітичні вирази для показників ефективності ТО, тобто побудувати потрібні математичні моделі.

Так формула для визначення апостеріорної ймовірності безвідмовної роботи (АЙБР) для випадку багаторазових вимірювань ВП в загальному випадку має вигляд:

З урахуванням незалежності інтенсивності відмов обладнання АТМ від часу апостеріорна імовірність безвідмовної роботи визначається формулою:

,

де ; ;

; .

Якщо t_k=kф, де ф - періодичність обслуговування, то

,

де t kф; б = б(t_i); в = в(t_i).

Коефіцієнт оперативної готовності в загальному вигляді визначається виразом:

,

де з - момент останнього відновлення; м - середній час між відновленням обладнання.

Якщо та , то формула для визначення коефіцієнта оперативної готовності приймає вигляд:

,

де t_хв - середня тривалість хибного відновлення; t_пв - середня тривалість правильного відновлення.

За отриманими аналітичними виразами був проведений аналіз залежностей показників ефективності технічного обслуговування обладнання АТМ від параметрів побудованих моделей.

Аналіз залежності апостеріорної ймовірності безвідмовної роботи від напрацювання та від періодичності прийняття рішення щодо технічного стану обладнання АТМ показав, що за умов повного відновлення та постійної періодичності обслуговування апостеріорна ймовірність безвідмовної роботи обладнання ATM прагне до устояного значення (рис. 1, а). Наявність неконтрольованого ВП суттєво зменшує АЙБР, яка із збільшенням напрацювання асимптотично наближується до 0.

Відмічене зменшення умовної ймовірності «хибної відмови» та збільшення умовної ймовірності «невиявленої відмови» за умов зростання систематичної складової похибки вимірювань ВП із збільшенням напрацювання, що в свою чергу призводить до зменшення АЙБР. При зменшенні систематичної складової похибки вимірювання ВП АЙБР прагне до устояного значення.

Виконаний аналіз показників достовірності багаторазового контролю обладнання ATM. З'ясовано, що показники достовірності контролю є убуваючими функціями кількості моментів прийняття рішення щодо технічного стану обладнання АТМ і не залежать від розташування моментів контролю у часі, а залежать від кількості актів контролю і від моменту відмови обладнання.

Аналіз залежності коефіцієнта оперативної готовності від періодичності дозволив зробити висновок, що К_ОГ є випуклою уверх функцією аргументу ф і, отже, має екстремум. Таким чином, є доцільною постановка задачі оптимізації вибору періодичності прийняття рішення щодо технічного стану обладнання АТМ.

Проведено розробку та аналіз оптимальних послідовного і періодичного планів технічного обслуговування обладнання ATM, якщо під такими планами мати на увазі визначення послідовності моментів прийняття рішення щодо технічного стану мережного обладнання.

Для знаходження оптимального послідовного плану ТО обладнання АТМ необхідно вибрати таку мінімальну кількість актів контролю і так розташувати за часовою координатою моменти КП , щоб забезпечити виконання умов щодо припустимого значення АЙБР при мінімальних витратах мережних ресурсів , тобто забезпечити , за умов, коли .

Для знаходження оптимального періодичного плану ТО обладнання АТМ необхідно вибрати таку періодичність КП ф*, при якій забезпечується мінімум витрат ресурсів мережі с за умов виконання обмежень щодо АЙБР , тобто забезпечити , за умов, коли .

Рівняння для визначення оптимальної періодичності прийняття рішення щодо технічного стану обладнання АТМ отримане у вигляді:

.

На підставі порівняння оптимальних рішень щодо послідовного та періодичного планів обслуговування показана доцільність використання періодичних планів обслуговування обладнання ATM на практиці.

Четвертий розділ дисертації присвячений розробці алгоритму та процедур контролю працездатності обладнання ATM, а також процедур пошуку збоїв та відмов, які виникають в процесі роботи такого обладнання.

Процес функціонування мереж ПД має знаходитись під постійним контролем експлуатаційного персоналу. Якщо контрольоване обладнання коректно виконує свої функції і відсутні зовнішні ознаки негативних змін у його стані, то під час контролю виконується пасивне спостереження за функціонуванням обладнання шляхом аналізу інтегральних показників ефективності використання такого обладнання за призначенням. Поточний контроль забезпечує базовий рівень глибини контролю і потребує найменшої кількості ресурсів для його здійснення.

Більш високий ступінь глибини контролю забезпечує тестування відповідності. В роботі розроблені процедури активного контролю, коли в процесі тестування протоколів використовуються зовнішні впливи на контрольоване обладнання із наперед визначеними характеристиками. Зокрема, схема здійснення одного із основних потоків процесів експлуатаційного контролю працездатності обладнання ATM - процедури тестування елементів обладнання на відповідність вимогам нормуючих специфікацій.

Розроблені процедури аналізу телекомунікаційних протоколів з використанням спеціалізованих програмно-апаратних комплексів - аналізаторів протоколів, які забезпечують такий же ступінь глибини контролю, як і тестування відповідності, і здійснюється у тих випадках, коли є сумніви щодо коректності або вичерпності тестового забезпечення або працездатності штатних програмно-апаратних засобів здійснення тестування.

В процесі функціонування мережі ПД в ній можуть виникати перенавантаження трафіком, що визначаються як стан, у якому компоненти мережі, як-то комутатори, фізичні лінії зв'язку або прикінцеві абонентські станції, не можуть підтримувати узгоджені параметри активних з'єднань.

В роботі наведена технологія користування механізмами керування трафіком, а саме: механізмами контролю за встановленням з'єднання, контролю за використанням смуги пропускання мережі, формування трафіку, контролю потоку чарунок АТМ, контролю пріоритетів, відкидання пакетів, вибіркового відкидання чарунок. Розроблена процедура пошуку перенавантажень за параметрами трафіку. Використання запропонованих процедур дозволяє здійснювати не тільки виявлення перенавантажень, але і адаптацію у реальному часі швидкості передавання даних в залежності від завантаженості елементів мережі АТМ. Розроблена процедура забезпечення цілісності каналів ATM з використанням механізмів вбудованої діагностики на основі службових потоків чарунок, яка використовується для контролю пов'язності АТМ-з'єднань у випадках відсутності абонентського трафіку.

Вперше розроблена узагальнена процедура діагностики обладнання ATM. Зміст окремих операцій даної процедури витікає із результатів, які отримані на попередніх етапах дисертаційної роботи. Зокрема, локалізація збоїв та відмов, які виникають в процесі експлуатації обладнання ATM, здійснюється шляхом реалізації ітеративних процедур виявлення невідповідностей в роботі обладнання і його взаємодії з іншими складовими телекомунікаційної системи, що базуються на тестуванні відповідності і аналізі протоколів.

Висновки

На основі аналізу сучасного стану і перспектив розвитку вітчизняних глобальних мереж ПД обґрунтована доцільність використання на транспортних мережах, які обслуговують підприємства ЦА, у якості основного технологічного обладнання програмно-апаратних засобів, що реалізують технологію з асинхронним режимом перенесення інформації.

Визначена множина визначальних параметрів обладнання ATM, які необхідно контролювати в процесі ТО цього обладнання. Таких параметрів виявилось більше двох десятків. Щодо кожного із них в роботі наведені нормуючі специфікації характеристик, що надає можливість побудови замкнених технологій ТО обладнання ATM.

Отримали подальший розвиток моделі технічного обслуговування обладнання ATM, в яких враховане існування похибок під час вимірювань визначальних параметрів, факт здійснення КП та відновлювальних робіт без зупинки роботи обладнання за призначенням та багаторазовість актів вимірювань ВП. За вищевказаних умов визначений простір станів обладнання щодо його працездатності, сформульовані вирішуючі правила, згідно яких виконуються процедури КП, отримані аналітичні вирази для визначення показників ефективності ТО цього обладнання. Зокрема, отримані аналітичні вирази для апостеріорної ймовірності безвідмовної роботи обладнання ATM і для коефіцієнта оперативної готовності цього обладнання як інтегрального показника, що характеризує якість процесів ТО. Виконаний аналіз розроблених моделей технічного обслуговування обладнання ATM.

Розроблені оптимальні періодичний і послідовний плани технічного обслуговування обладнання ATM. В процесі розробки сформульовані пряма та зворотна задачі параметричної оптимізації планів ТО. Запропоновані шляхи вирішення цих оптимізаційних задач. На підставі порівняння оптимальних рішень щодо періодичного та послідовного планів обслуговування показана доцільність використання періодичних планів обслуговування обладнання ATM на практиці.

Розроблена схема використання процедур поточного контролю обладнання ATM. Визначені основні процедури тестування цього обладнання (базове тестування взаємодії, тестування характеристик, тестування поведінки, оцінка порогу визначеності). Запропонована процедура тестування контрольованого елемента обладнання на відповідність специфікаціям ATM. Розроблена процедура КП з використанням мережних аналізаторів протоколів.

Розглянуті механізми виявлення перевантажень на ділянках ATM-мережі. Запропонований алгоритм і відповідна технологія пошуку перевантажень за параметрами трафіку через постійні віртуальні з'єднання. Розроблена процедура контролю цілісності каналів ATM.

Розкритий зміст робіт з пошуку та усунення відмов, які можуть виникати під час експлуатації обладнання ATM. Розроблена узагальнена процедура діагностики обладнання ATM, що дозволяє здійснювати пошук причин та місця знаходження відмов, які виникають в процесі експлуатації такого обладнання. Визначені шляхи використання аналізаторів мережних протоколів під час пошуку та усунення відмов обладнання ATM.

Основні публікації за темою дисертації

1. Сухопара О. М., Конахович Г. Ф. Аналіз принципів захисту від несанкціонованого доступу підсистем керування глобальних мереж передачі даних // Захист інформації, 2002. - №4. - с. 32-37;

2. Сухопара О. М. Контроль відповідності обладнання мереж асинхронного режиму передачі // Правове, нормативне та метрологічне забезпечення системи захисту інформації в Україні, 2003. - № 7. - c. 108-113;

3. Сухопара О. М., Конахович Г. Ф., Потапов В. Г. Показники ефективності технічного обслуговування обладнання мереж Asynchronous Transfer Mode // Вісник Національного авіаційного університету, 2003. - № 3-4. - с. 65-68;

4. Сухопара О. М. Основні характеристики системи технічної експлуатації глобальної ІР-мережі // Аерокосмічні системи моніторингу та керування: Секція «Наземні та мобільні системи зв'язку»: Матеріали ІV Міжнародної науково-технічної конференції «Авіа 2002», 23-25 квітня 2002 р. - Т. 2. - К.: НАУ, 2002. - с. 22.53-22.56;

5. Сухопара О. М., Конахович Г. Ф. Вибір показників відповідності щодо обладнання мереж ATM // Аерокосмічні системи моніторингу та керування: Матеріали V Міжнародної науково-технічної конференції «АВИА-2003». - Т. 2. - К.: НАУ, 2003. - с. 22.124-22.127;

6. Сухопара О. М., Конахович Г. Ф. Вибір визначальних параметрів і характеристик для контролю відповідності обладнання ATM-мереж // Труды Четвертой международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии», 19-23 мая 2003 г. - Одесса, 2003. - с. 78;

7. Сухопара О. М., Конахович Г. Ф. Використання потоків службових чарунок технології Asynchronous Transfer Mode для забезпечення доступності даних та підтримки працездатності обладнання // Інформаційно-діагностичні системи: Матеріали VI Міжнародної науково-технічної конференції «АВИА-2004». - Т. 1. - К.: НАУ, 2004. - с. 12.8-12.12.

Анотації

Сухопара О.М. Розробка та дослідження системи технічного обслуговування обладнання наземних систем зв'язку цивільної авіації. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Національний авіаційний університет, Київ, 2004.

Здійснений вибір множини визначальних параметрів обладнання ATM, які характеризують його працездатність, та граничних значення цих визначальних параметрів за критеріями безвідмовності. Розроблені моделі технічного обслуговування обладнання наземних систем зв'язку цивільної авіації, у яких врахована специфіка умов використання обладнання ATM на ринку послуг транспорту інформації. Виконані теоретичні дослідження залежностей показників ефективності технічного обслуговування обладнання ATM від параметрів запропонованих моделей технічного обслуговування. Вирішені задачі оптимізації планів технічного обслуговування обладнання ATM, якщо під такими планами мати на увазі визначення послідовності моментів прийняття рішення щодо технічного стану мережного обладнання. Наведена узагальнена процедура діагностики обладнання ATM, що дозволяє здійснювати пошук причин та місця знаходження відмов, які виникають в процесі експлуатації такого обладнання.

Ключові слова: експлуатація, технічне обслуговування, мережі передачі даних, асинхронний режим передачі.

Сухопара А.Н. Разработка и исследование системы технического обслуживания оборудования наземных систем связи гражданской авиации. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - эксплуатация и ремонт средств транспорта. - Национальный авиационный университет, Киев, 2004.

Осуществлен выбор определяющих параметров оборудования ATM и предельных значений этих определяющих параметров по критериям безотказности. В результате получено множество показателей эффективности использования ресурсов сети АТМ по назначению, в которое вошли характеристики выполнения оператором соглашений о скорости передачи ячеек АТМ, характеристики эффективности использования пропускной способности виртуальных каналов связи, характеристики времени задержки ячеек и характеристики вариации времени задержки ячеек. К множеству показателей точности передачи данных отнесены характеристики возникновения ошибок в потоке принятых ячеек и характеристики получения лишних ячеек. Гарантированность передачи данных характеризуется коэффициентом потерянных ячеек и коэффициентом потерянных фреймов. К множеству показателей доступности сетевых служб передачи данных (показателей эффективности ТО) отнесена апостериорная вероятность безотказной работы оборудования АТМ и коэффициент оперативной готовности.

Разработаны модели технического обслуживания оборудования АТМ с учетом существования погрешностей во время измерений определяющих параметров, факта осуществления контроля работоспособности и восстановительных работ без приостановки работы оборудования по назначению и многоразовости актов контроля определяющих параметров. Определенно пространство состояний оборудования относительно его работоспособности, сформулированы решаящие правила, согласно которым выполняются процедуры контроля работоспособности, получены аналитические выражения для определения показателей эффективности ТО этого оборудования. В частности, получены аналитические выражения для апостериорной вероятности безотказной работы оборудования ATM и для коэффициента оперативной готовности этого оборудования как интегрального показателя, который характеризует качество процессов ТО.

Выполнены теоретические исследования зависимости показателей эффективности технического обслуживания оборудования ATM от параметров предложенных математических моделей. Анализ зависимости апостериорной вероятности безотказной работы от наработки и от периодичности принятия решения о техническом состоянии оборудования АТМ показал, что при услови полного восстановления и постоянной периодичности обслуживания апостериорная вероятность безотказной работы оборудования ATM стремится к устоявшемуся значению. Наличие неконтролируемого определяющего параметра существенно уменьшает значение апостериорной вероятности безотказной работы. Отмечено уменьшение условной вероятности «ложного отказа» и увеличение условной вероятности «необнаруженного отказа» при росте систематической составляющей погрешности измерений определяющих параметров. При уменьшении систематической составляющей погрешности измерений апостериорная вероятность безотказной работы стремится к устоявшемуся значению. Анализ зависимости коэффициента оперативной готовности от периодичности обслуживания позволил сделать вывод о целесообразности постановки задачи оптимизации выбора периодичности принятия решения о техническом состоянии оборудования АТМ.

Решены задачи оптимизации планов технического обслуживания оборудования ATM, если под такими планами иметь в виду последовательность моментов принятия решения о техническом состоянии сетевого оборудования. На основании сравнения оптимальных решений относительно последовательного и периодического планов обслуживания показана целесообразность использования периодических планов обслуживания оборудования ATM на практике.

Приведена обобщенная процедура диагностики оборудования ATM, что позволяет осуществлять поиск причин и места отказов, которые возникают в процессе эксплуатации такого оборудования. Содержание отдельных операций данной процедуры вытекает из результатов, которые получены на предыдущих этапах диссертационной работы. В частности, локализация отказов, которые возникают в процессе эксплуатации оборудования ATM, осуществляется путем реализации итеративных процедур выявления несоответствий в работе оборудования и его взаимодействия с другими составляющими телекоммуникационной системы, которые базируется на тестировании соответствия и анализе протоколов.

Ключевые слова: эксплуатация, техническое обслуживание, сети передачи данных, асинхронный режим передачи.

Oleksandr Sukhopara. Development and research of maintenance system of the equipment of ground communication systems of civil aviation. - The Manuscript.

The thesis on competition of a scientific degree of Cand. Tech. Sci. on a speciality 05.22.20 - Operation and Maintenance of Transportation Facilities. - National Aviation University, Kyiv, 2004.

The set of determining parameters of ATM equipment and limiting values of these determining parameters is chosen. The maintenance models of the equipment of ground communication systems of civil aviation are developed. In these models the conditions of use of ATM equipment in the market of the information transport services are taken into account. Theoretical researches of dependences of ATM equipment maintenance efficiency parameters on parameters of the offered maintenance models are executed. Problems of optimization of ATM equipment maintenance plans are solved. Under such plans the sequence of the moments of decision-making on a technical state of ATM equipment is meant. The general procedure of ATM equipment diagnostics is presented. This procedure allows finding out of reasons and locations of failures which arise during exploitation of such equipment.

Key words: operation, maintenance, data transmission networks, asynchronous transfer mode.

Размещено на Allbest.ru

...