Метод опитування об’єктів контролю телекомунікаційної мережі для мінімізації часу пошуку несправностей

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ ТА ЗВ'ЯЗКУ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО

«УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЗВ'ЯЗКУ»

МІТУСОВ ВОЛОДИМИР ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 004.7:519.87(043.3)

Метод опитування об'єктів контролю телекомунікаційної мережі для мінімізації часу пошуку несправностей

05.12.02 - Телекомунікаційні системи та мережі

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ - 2009

ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС

Робота виконана в Державному підприємстві «Український науково-дослідний інститут зв'язку» Міністерства транспорту і зв'язку України.

Науковий керівник

кандидат технічних наук, доцент

Родіонов Сергій Сергійович

Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій,

доцент кафедри радіотехнологій

Офіційні опоненти

доктор технічних наук, професор

Віноградов Микола Анатолійович

Національний авіаційний університет,

професор кафедри комп'ютерних інформаційних технологій

кандидат технічних наук

Скуйбіда Вадим Юрійович

ВАТ "Укртелеком", начальник відділу

Захист відбудеться 18 грудня 2009 р. о 15 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.849.01 в Державному підприємстві «Український науково-дослідний інститут зв'язку» за адресою: 03680, м. Київ-110, вул. Солом'янська, 13.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного підприємства «Український науково-дослідний інститут зв'язку» за адресою: 03680, м. Київ-110, вул. Солом'янська, 13.

Автореферат розісланий 17 листопада 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н., с.н.с. Я.І. Торошанко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Достовірність інформації, що передається по лініях зв'язку, гарантії часу доставки та якості сервісу забезпечуються шляхом реалізації цілої низки організаційних і технічних заходів. Серед них особливе місце займають виявлення та локалізації несправностей об'єктів зв'язку і зменшення впливу дестабілізуючих факторів. Відновлення устаткування, у якому виявлено відмови того чи іншого характеру, пов'язано з великими матеріальними і часовими витратами. Потрібно з точністю до панелі або субблоку визначити місце і характер несправності, внести відповідні зміни в маршрути передачі трафіку, топологію й алгоритми роботи вузлів мережі на період її відновлення, відремонтувати несправні вузли мережі. У деяких випадках витрати на ремонт та відновлення обладнання можуть виявитися значно менше збитків через простій мережі. Тому задача розробки методів швидкого виявлення, локалізації несправностей та відновлення роботи телекомунікаційних мереж є надзвичайно актуальною.

Задачі контролю та діагностики телекомунікаційних мереж та суміжних питань, розглядалися в роботах вітчизняних та зарубіжних вчених В.К. Стеклова, Л.Н. Беркман, А.Р. Бєстугіна, М.Л. Бірюкова, В.Л. Бройдо, Г.В. Стогова, C. Zaker, S. Bigelow та ін.

Однак в літературі в основному зустрічаються посилання на часткові результати та технічні параметри систем пошуку несправностей, які потребують уточнення. Результати досліджень узагальнюючого системного характеру майже не наводяться або даються без досить детального опису початкових умов, діапазонів характеристик мережі, порівняльного аналізу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконання роботи пов'язано з реальними потребами галузі зв'язку як на національному, так і міжнародному рівнях. Питання, які розглядаються в дисертаційній роботі, безпосередньо випливають із задач у сфері науки і техніки, сформульованих у «Концепції розвитку зв'язку та інформатизації України до 2010 року», затвердженої Постановою КМУ № 223/8 від 09.12.99 р.; науково-дослідних робіт відповідної цільової державної науково-технічної програми “Телекомунікаційні системи та інвестиційні ресурси”.

Результати дисертаційних досліджень були використані при виконанні науково-дослідних робіт, що проводилися в Державному підприємстві «Український науково-дослідний інститут зв'язку» (ДП «УНДІЗ»):

- №П576/2008-24, держ. реєстр. №0109U006851«Правила технічної експлуатації мережі передавання даних ВАТ «Укртелеком»;

- №П579/2008-24, держ. реєстр. №0108U010084 «Підвищення ефективності технічної експлуатації мережі передавання даних ВАТ «Укртелеком»;

- №П729/2009-24, держ. реєстр. №0109U006852 «Розробка доцільних варіантів реконструкції і розширення системи радіозв'язку ДК Укртрансгаз» НАК «Нафтогаз України» на принципах мереж наступного покоління».

Роль автора в зазначених науково-дослідних темах і проектах, у яких дисертант був безпосереднім виконавцем, полягає в аналізі існуючих методів оцінки та засобів забезпечення надійності та ефективності систем захисту телекомунікаційних мереж, а також у розробці нових моделей і методів розрахунку параметрів та обґрунтуванні структури систем захисту, сигналізації та управління станом телекомунікаційної мережі.

Мета та задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методів та алгоритмів контролю технічного стану мережі й виявлення несправностей та відмов різного роду на об'єктах мережі.

Для досягнення поставленої мети були вирішені наступні основні завдання:

- проаналізований сучасний стан та перспективи розвитку засобів виявлення та сигналізації про аномалії в роботі автономних об'єктів ліній зв'язку;

- вибрано та обґрунтовано раціональну логіку роботи систем контролю автономних об'єктів;

- оцінено додаткове навантаження на систему сигналізації внаслідок передавання інформації про аномальні стани внаслідок відмов об'єктів мережі;

- обґрунтовані рекомендації стосовно періоду опитування та структури коду опитування елементів та вузлів телекомунікаційної мережі.

Об'єктом дослідження є телекомунікаційна мережа з системою контролю працездатності об'єктів.

Предмет дослідження - метод комплексного аналізу та пошуку несправностей у таких складових телекомунікаційної мережі, як регіональні ділянки, комутаційні центри, регенераційні пункти, інші автономні об'єкти зв'язку.

Методи дослідження. У дисертаційній роботі застосовувалися методи варіаційного обчислення, теорії оптимізації, теорії систем масового обслуговування, теорії ймовірності і математичної статистики, розрахунки на ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. У дисертаційній роботі отримані наступні нові наукові результати.

1. Вперше проаналізовано поточний стан контролю та пошуку несправностей на об'єктах зв'язку України, що дозволяє висунути вимоги до технічно-експлуатаційних характеристик систем виявлення та локалізації відмов мережних вузлів.

2. Вперше виведені аналітичні вирази для оцінок потрібного періоду опитування та структури коду сигналів запиту з урахуванням сумісного використання каналу передавання та впливу завад. Завдяки урахуванню цих факторів більш раціонально використовуються можливості та ресурси системи пошуку несправностей, побудованої на їх базі.

3. Запропоновані та обґрунтовані рекомендації щодо вибору параметрів і структури сигнальної інформації про виникнення аномалій у роботі мережі, які завдяки урахуванню характеристик трафіку дають можливість покращити ефективність пошуку несправностей на об'єктах мережі.

Практичне значення одержаних результатів

1. Методика розрахункового визначення характеристик технічних засобів виявлення та локалізації несправностей має порівняно малу трудомісткість та припускає високий ступінь комп'ютеризації.

2. Результати теоретичних досліджень характеристик систем пошуку (необхідного числа, логіки роботи та складу інформаційних пакетів) доведені до конкретних аналітичних виразів або функціональних схем. Використовуючи ці результати, можна обґрунтовано визначати параметри та структуру систем пошуку несправностей.

3. За отриманими аналітичними виразами для характеристик системи виявлення та локалізації несправностей розроблені рекомендації з вибору довжини та структури коду опиту, які можна використовувати при проектуванні телекомунікаційних мереж різного масштабу і призначення.

Одержані результати роботи використані при виконанні науково-дослідних робіт в ДП «УНДІЗ» за темами №П576/2008-24, №П579/2008-24, №П729/2009-24, а також застосовуються в навчальній дисципліні «Комп'ютерні мережі», яка викладається на кафедрі комп'ютерних інформаційних технологій Національного авіаційного університету, що підтверджено відповідними актами впровадження.

Особистий внесок здобувача. Всі результати, що складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. За результатами наукових досліджень опубліковано 12 наукових праць. В роботах, виконаних у співавторстві, здобувачеві належить: [1, 5] - розробка методики виявлення несправностей при роботі телекомунікаційної мережі та оцінювання ступеню їх впливу на загальну працездатність мережі; [3] - метод оцінки додаткового навантаження на мережу з системою контролю автономних об'єктів; [4] - розробка методу ретроспективної ідентифікації телекомунікаційної мережі; [8] - розробка методу порівняльного аналізу якості основних та додаткових видів обслуговування у мережах рухомого зв'язку; [10] - обґрунтування набору параметрів якості послуг у телефонних мережах загального призначення; [11] - результати аналізу перспектив розвитку різновидів бездротового зв'язку (мобільний, транкінговий та ін.).

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на міжнародних науково-практичних конференціях [6, 8, 10, 11, 12] та науково-практичних семінарах [5, 7, 9].

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в 12 наукових працях, серед яких 4 - у фахових виданнях за переліком, затвердженим ВАК України [1… 4].

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і 2 актів впровадження. Загальний обсяг дисертації становить 123 сторінки, із них 109 сторінок основного тексту з 12 рисунками і 3 таблицями, список використаних джерел із 112 найменувань на 12 сторінках, акти впровадження на 2 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність і доцільність обраної теми, запропоновано методику наукового дослідження, сформульовано мету і задачі роботи, зазначено практичну цінність, наукову новизну, показано зв'язок роботи з науковими темами, планами, програмами, наведено відомості про апробацію результатів і їх впровадження.

У першому розділі детально проаналізовано стан та перспективи розвитку систем контролю та управління сучасних телекомунікаційних мереж. Показано, що для успішного їх проектування та експлуатації необхідно керуватися принципами систем управління типу Telecommunication Management Network (TMN). Проаналізовано сучасні методи та принципи побудови систем контролю та методи передачі даних про аномальні стани мережі. Показано місце методів та пристроїв контролю надійності, пошуку несправностей та відмов, у загальній піраміді TMN.

Проведений аналіз основних задач контролю та показників його ефективності з урахуванням обмежень на ресурси, які є у наявності, вимог, що пред'являються до мережі, і методів забезпечення якості обслуговування. Наголошується, що окремі вузли та елементи системи, які забезпечують виявлення відмов та доставку повідомлень, значно впливають на ефективність її роботи.

Запропоновано статистичну модель системи контролю, наведено вирази для оцінки потенційної достовірності та ефективності контролю ділянок телекомунікаційної мережі на основі показників її роботи.

У першому розділі поставлено загальну мету дослідження та часткові задачі, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети. Питання, які потребують досліджень і опрацювання, є:

- аналіз та вибір узагальненого показника стану елементів мережі у різних режимах їх функціонування;

- оцінювання оптимальних стратегій пошуку несправностей при різних початкових даних їх визначення;

- розробка режиму опитування елементів мережі за вибраною стратегією пошуку несправностей;

- обґрунтування процедур вибору початкових даних для розробки алгоритмів пошуку несправностей;

- визначення структури мережі з резервними елементами, при якій забезпечуються мінімальні витрати при досягненні потрібної надійності.

Другий розділ присвячений вибору оптимальної сукупності ознак для оцінки з потрібною достовірністю стану вузлів телекомунікаційної мережі.

Стан контрольованого об'єкту визначається за допомогою спостереження, виміру і обчислення ознак стани об'єкту, як які виступають:

- фізичні величини (струми, напруга, потужності і так далі);

- функції або оператори об'єкту в статистичному або динамічному режимах його роботи (перехідні і приватні характеристики, передавальні функції);

- статистичні характеристики вимірюваних величин мул їх функцій;

- фізичні величини, що не належать об'єкту, але залежать від його справності (пропускна спроможність елементу мережі, точність передачі сигналу і так далі).

Окрім вказаного “технологічного” переходу до визначення ознак, пов'язаного з методами знімання і обробки інформації для контролю, можливий і інший, “тактичний” - з якою метою вимірюються і контролюються параметри об'єкту і відповідні функціональні залежності. З цих позицій ознаки можна розділити на тих, що визначають, допоміжні, аварійні і прогнозуючі. Використання цих ознак визначаються відповідним режимом контролю і його цілями. Визначальні ознаки застосовуються для перевірки загальної працездатності об'єкту і повинні забезпечити повноту контролю. Допоміжні використовуються спільно з тими, що визначають для відшукання місць пошкоджень і повинні забезпечити глибину пошуку. До аварійних відносяться ті визначальні ознаки, по яких може судити про наближення аварійних режимів і ситуацій (такі ознаки вимагають безперервного стеження за ними в процесі контролю). І, нарешті, ті, що прогнозують, містять інформацію, необхідну для прогнозування технічного стану об'єкту контролю.

У системі контролю як найбільш загальну ознаку стану доцільно брати показник якості, що характеризує властивості об'єкту успішно вирішувати поставлені завдання в певних умовах (ефективність, точність, надійність і так далі). Показник якості визначається параметрами об'єкту, вибір і значущість яких на користь забезпечення ефективного контролю здійснюється з врахуванням наступних фактів:

- поставленим завданням контролю;

- досягнення необхідного рівня достовірності за визначенням стану об'єкту;

- інформаційною значущістю параметрів, використовуваних для визначення ознаки;

- видом функціональної залежності свідчення якості від параметрів;

- чутливістю параметрів до змін, що відбуваються в системі при появі несправності.

Досить загальним підходом до вибору того або іншого параметра є його оцінка по коефіцієнту значущості у визначенні достовірності показника якості при контролі лише одного параметра:

, ,

де і - відповідно апостеріорне і апріорне середньоквадратичне відхилення показника якості при вимірі лише одного -го параметра.

Розроблено методику оцінки стану об'єкту за умов обмеженого часу на проведення перевірок за рахунок вибору оптимальної кількості параметрів для контролю.

Вибір мінімальної кількості контрольованих параметрів і визначення послідовності контролю може виробляється за допомогою інформаційного критерію. Вихідними даними для вирішення завдання є функціональна модель об'єкту контролю, визначувана своїми параметрами (i=1,2, ... ,N), і таблиця несправностей у виді транспонованої матриці станів, де стовпці відповідає всім можливим станам об'єкту, а рядки - вихідним параметрам функціональних елементів. Контроль будь-якого вихідного параметра може мати два результати: придатний (символ “1”), непридатний (символ “0”). Передбачається, що об'єкт контролю розділений на N функціональних елементів, і імовірності станів об'єкту однакові:

.

Невизначеність стану об'єкту до контролю описується виразом

.

Результати контролю параметра k дають інформацію

,

де H_K - середня ентропія за умови контролю k-го параметра.

Оскільки в результаті контролю k-го параметра приймаються лише два рішення з ймовірностями і відповідно, то

де і - ентропії стану об'єкту після контролю параметра .

Імовірності і можна знайти по матриці станів як відношення числа одиниць m і нулів (N-m) до загального числа станів в k-ому рядку:

, .

В результаті контролю k-го параметра матимемо наступну кількість інформації

.

Визначаючи в результаті контролю кожного параметра (K=1.,N), можна оцінити значущість параметрів в порядку убування отримуваної інформації.

Після контролю першого параметра, який дає максимальну кількість інформації, об'єкт перейде в новий стан з ентропією H_K . Наступним для контролю вибирається параметр, який має найбільшу умовну інформацію

Вираз для обчислення кількості умов інформації матиме вид

(1)

У виразі (1) - число одиниць в h-ому рядку таблиці станів відносно m одиниць і N-m нулів k-го рядку.

За цією схемою вибираються і наступні параметри до тих пір, поки ентропія (невизначеність стану об'єкту) не знизиться до граничної величини, що еквівалентно практично нульовому здобуттю нової інформації. У роботі показано, що для ефективного виявлення несправності об'єкту доцільно контролювати ті параметри, які мають достатню чутливість до всіх змін, які відбуваються в об'єкті контролю. Розроблено методику виявлення найбільш значущих параметрів по цьому показнику.

Поява несправності трактується як прийняття системою нового якісного стану, викликаного кількісною дією дестабілізуючих чинників. Вказані чинники можна представити як зовнішні збурення і внутрішні завади, а значить і оцінку стану динамічної системи виробляти шляхом контролю відповідних характеристик цих процесів.

Розглянуто задачу ідентифікації некорельованих з вихідним сигналом завад в одновимірній лінійній нестаціонарній (стохастичній) системі із замкнутим зворотним зв'язком і з внутрішньою завадою n(t) (рис. 1).

Рис. 1. Стохастична система з внутрішньою завадою.

Вважаються відомими:

- імпульсні характеристики всієї системи і її окремих ланок , , ;

- виміряні значення сигналів x(t) і y(t) (їх середні значення і і кореляційні функції і .

Структурну схему, зображену на рис. 1, приведено до еквівалентної розімкненої системи (рис. 2), де

;

.

Рис. 2. Схема еквівалентної розімкненої системи.

Завади N(t) визначаються як

.

Для приведеної до виходу завади

N(t) ,

Де

З врахуванням некорельованості вхідного сигналу і завади зв'язок між кореляційними функціями входу, виходу і завади має вигляд

Кореляційна функція приведеної завади N(t) запишеться у вигляді

.

Для стаціонарного вхідного процесу і лінійної системи з постійними параметрами маємо наступні характеристики завади:

; ;

.

і - спектральна щільність і частотна характеристика відповідно.

Для структурно локалізованої завади n(t) відповідні характеристики, , і мають вигляд:

;

;

,

де - імпульсна характеристика, зворотна до .

У загальному випадку кожна з характеристик випадкового процесу може бути використана як ознака для розпізнавання стану об'єкту. Якість (достовірність) розпізнавання визначається динамічними характеристиками об'єкту і процесами, що відбуваються в ньому (а значить характеристиками досліджуваного випадкового процесу) і ефективністю оцінки цього процесу. Найбільш інформативною характеристикою випадкового процесу про стан об'єкту з точки зору пошуку і виявлення несправності є кореляційна функція, вимір параметрів який і може належати в основу вибору контрольованої ознаки. Приведення значення точності її виміру залежно від часу спостереження використані при визначенні помилок розпізнавання і часу контролю об'єкту.

Третій розділ присвячений розробці структури коди і алгоритму опиту стану елементів мережі. Проведено порівняльний аналіз різних стратегій пошуку несправностей. За результатами аналізу розроблено стратегію двох етапного послідовного пошуку несправностей. На першому етапі визначається мережний елемент, який містить несправність (цей етап можна прирівняти до оцінки працездатності системи), на другому - несправний блок в цьому елементі для його подальшого ремонту або заміни (етап безпосереднього пошуку). Як на першому, так і другому етапах передбачаються оптимальні стратегії по вибору елементу (блоку), з якого починається і продовжується пошук. Порядок опиту визначається відповідною структурою і вмістом запитального коду.

Розроблена методика вибору оптимальної послідовності перевірок елементів мережі і вхідних в них блоків при наступних вихідних даних:

і - імовірності помилок першого роду («пропуску несправності») при перевірці відповідно r-ого елементу і r_i -ого блоку;

і - імовірності помилок другого роду (помилкового прийняття працездатного r-ого елементу і r_i -ого блоку за тих, що відмовили);

- вартість ремонту або заміни r_i -ого блоку.

Процедура опиту, що забезпечує мінімальний середній час пошуку несправності, зводиться до виконання наступних вирішальних правил.

Номер елементу мережі, що перевіряється, на кожному кроці пошуку повинен задовольняти умові

, (2)

Де

- середні витрати на пошук відмови в r-ому працездатному елементі.

Номер блоку, що перевіряється, в r-ому елементі, що відмовив, на кожному кроці пошуку задовольняє умові, аналогічній (2):

.

Імовірність пропуску блоку r_i, що відмовив, за перший цикл перевірки визначається виразом

.

Проведено порівняльну оцінку значень узагальненої ознаки по вибору послідовності пошуку для елементу мережі. Чисельні значення узагальненої ознаки для різних програм пошуку показують, що основний вклад для їх визначення вносять імовірність знаходження несправності в тому або іншому блоці і час її пошуку. Найбільш ефективною в цьому сенсі є стратегія пошуку несправності з використанням інформаційного критерію

У основі програми опиту лежить визначення послідовності перевірки елементів контрольованого пристрою по максимуму інформації про місце несправності, що отримується на кожному кроці перевірки.

Послідовність опиту визначається в порядку убування інформації про стан об'єкту

, ,

де - кількість інформації про стан об'єкту, отримане на кроці пошуку;

і - середні умовні ентропії стану об'єкту контролю після і перевірок.

Процес опиту продовжується до тих пір, поки не буде виявлений несправний елемент (ентропія стану об'єкту не буде близька до нуля або апостеріорна імовірність визначення несправного елементу не стане близька одиниці).

У роботі розглянуті конкретні алгоритми інформаційних програм пошуку для об'єктів з послідовним з'єднанням елементів і структурою з декількома входами і перехресними зв'язками.

Для об'єктів першої групи при рівній вартості перевірок і наявності лише одній несправності пошук будується по методу половинного розділу на основі використання функції

.

Першою слід вибрати перевірку елементу під номером K, для якого максимальна (відповідно мінімальна).

Тут

,

- імовірність несправності в i-ому елементі.

Для об'єктів із складнішими внутрішніми зв'язками пошук несправного елементу при мінімальній кількості опитів здійснюється методом І.М. Сіндєєва. При заданій функціональній моделі об'єкту контролю і таблиці несправностей у вигляді матриці станів і вихідних параметрів елементів, що перевіряються, визначається кількість інформації, що отримується від контролю кожного елементу. По обчислених значеннях інформації складається послідовність опиту елементів в порядку убування її величини.

Чисельне значення ознаки (кількість умовної інформації) для визначення послідовності пошуку має наступний вигляд:

,

де N - число функціональних елементів об'єкту, що перевіряються; - число одиниць в таблиці станів об'єкту на кроці контролю відносно m одиниць на кроці; - число одиниць в таблиці на кроці відносно нулів на кроці.

Використання лише інформаційної складової для визначення послідовності перевірок в разі різних їх вартостей (витрат часу) може виявитися недостатнім для досягнення мінімальної середньої вартості перевірок.

Рішення може бути знайдене за рахунок максимізації показника

контроль управління телекомунікаційний мережа

відношення інформаційної складової до вартості на кожному кроці перевірки.

Послідовність опиту контрольованих елементів відповідно до принципу здобуття максимальної інформації на кожному кроці перевірки забезпечує досить швидкий пошук несправності за рахунок мінімальної кількості кроків пошуку. Значення середнього часу перевірки залежить від розподілу значень імовірності контрольованих елементів.

Програма пошуку передбачає одночасну оцінку стану і вихідних параметрів функціональних елементів об'єкту як єдиного цілого, що практично виконується для елементу мережі з локально розташованими в ньому блоками (для пошуку несправності на другому етапі контролю).

Тип стратегії пошуку несправності враховується в структурі запитального коду як порядковий номер передачі коду тієї або іншої адреси.

Період між двома перевірками залежить від міри достовірності прогнозування технічного стану об'єктів контролю, що свою чергу визначається стабільністю імовірнісних характеристик випадкових параметрів пристрою і часу накопичення даних про ці характеристики. При стабільності імовірнісних характеристик параметрів в процесі накопичення даних в процесі контролю достовірність прогнозу збільшуватиметься, що дозволяє збільшувати інтервал між перевірками з часом експлуатації об'єктів контролю. Якщо імовірнісні характеристики параметрів змінюються швидше, ніж виробляється накопичення даних про них, то інтервал між контролем скорочуватиметься.

У роботі визначено методику вибору періодичності контролю з позицій мінімізації середніх втрат із-за витрат на контроль (вартість кожної перевірки дорівнює ) і витрат, пов'язаних з простоєм апаратури з моменту її відмови до моменту його виявлення (вартість одиниці часу простою ).

Додаткове навантаження на мережу внаслідок підвищення частоти перевірок частково компенсується шляхом ефективного кодування сигналів запитів. Базуючись на теоремі Шеннона, пропонується використовувати оптимальні нерівномірні коди, побудовані по методиці Хаффмена. Загальна схема максимально ефективної і завадостійкої передачі сигнальних послідовностей повинна складатися з наступних операцій кодування: спочатку завдяки ефективному кодуванню усувається статистична надмірність кодування запитального повідомлення, щонайкраще готуючи отриману кодову послідовність (у сенсі некорельованості та рівної імовірності появи кодових знаків) до подальшого завадостійкого кодування. Останнім кроком є введення (для боротьби з завадами) певним чином побудованої надмірності.

У четвертому розділі проведений аналіз різних методів визначення імовірності відмови контрольованих елементів, необхідних для формування стратегії пошуку несправності і ухвалення рішення про стан об'єкту.

Оскільки практично неможливо отримувати прямі оцінки значень інтенсивності відмови апаратури зв'язку і її складових частин, у роботі запропоновано для визначення надійності розглядати конкретні фізичні процеси, які наводять до відмови. Відмови елементів відбуваються із-за конструктивних і технологічних дефектів при їх розробці і виготовленні, порушення правил експлуатації, процесів старіння (зносу) елементів, впливу оточуючого середовища і інших чинників. Зміни носять характер повільного дрейфу і рідких стрибкоподібних відхилень. Дрейф параметрів обумовлений старінням. Під цим терміном розуміють сукупність фізико-хімічних процесів корозії, механічного зносу, втомної деформації, дифузії речовини і так далі, первинних характеристик пристрою, що наводять до безповоротної зміни. Причинами стрибкоподібної зміни параметрів є різного роду поломки, обриви, замикання і тому подібне, обумовлені конструктивними і технологічними дефектами пристрою, порушенням правил експлуатації, дією зовнішніх чинників. Дрейф параметрів із-за старіння підвищує передумови виникнення їх стрибків.

Для опису явищ виникнення відмов і їх оцінки використана теорія викидів і моделі відмов з позицій схем їх виникнення. Дані математичні співвідношення для визначення імовірності відмови (безвідмовної роботи) для пошкоджень різної фізичної природи і рекомендації за оцінкою параметрів, необхідних для обчислення цієї імовірності.

Теорія викидів дозволяє визначити наступні характеристики випадкових процесів, які при заданих границях допуску можуть бути використані для знаходження імовірності відмов:

- середній час першого досягнення випадковим процесом границі і його дисперсія ;

- середнє число викидів і дисперсія викидів на інтервалі ;

- середній час і дисперсія часу всіх викидів на інтервалі і інші характеристики.

Імовірність відмови елементу, миттєва відмова якого настає при першому ж викиді значень вихідного параметра (процесу ), дорівнює

(3)

Якщо ж відмова настає за рахунок накопичення поступових безповоротних явищ в елементі за рахунок всіх виходів за межі допуску на інтервалі, то імовірність відмови може бути отримана з наступного виразу:

(4)

Середнє число відмов в одиницю часу визначається так:

. (5)

Значення і в виразах (3), (4), (5) можуть бути обчислені з врахуванням відповідних дисперсій.

Визначимо імовірність відмови як досягнення випадковим процесом границі С. За умови імовірність числа викидів n випадкового процесу за рівень С в перебігу часу Т задовольняє закону Пуассона:

,

де - середнє число викидів над рівнем С в одиницю часу (частота викидів).

Імовірність хоча б одного викиду (імовірність відмови) за час Т

,

де, - частота викидів за рівні і .

Середнє число викидів над рівнями і в разі нормального закону розподілу описується виразом

,

де - середньоквадратична ширина спектра потужності процесу :

.

На підставі отриманих співвідношень можна записати наступний вираз для імовірності відмови за час Т:

.

Визначення часу перевірки елементу засноване на оцінці параметрів випадкового процесу, прийнятих ознаками для розпізнавання його стану. Для кореляційної функції спостережуваного випадкового процесу приведена залежність дисперсії оцінки від часу спостереження, що є основною для визначення правильного і помилкового розпізнавання стану.

Визначення шуканої імовірності розпізнавання в роботі проведене з використанням критерію Байєса, вживання якого забезпечує мінімум помилкових рішень.

Розв'язано задачу комплексного управління надійністю автономного сегменту мережі з лінійними обмеженнями на ресурси.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розроблено метод контролю стану та пошуку несправностей у мережі за критерієм мінімізації часу пошуку, що дозволяє знижувати втрати в мережі і, відповідно, збільшувати коефіцієнт її використання.

1.Вихід з ладу вузлів телекомунікаційної мережі приводить до інформаційних втрат, затримкам у передачі інформації, її спотворення і як результат, до негативних наслідків різноманітного рівня.

2. Кількісна оцінка втрат, проведена на основі теорії масового обслуговування, визначила рівень небезпеки, пов'язаної виходом з ладу вузла зв'язку для різноманітних видів сигналів передачі інформації.

3. Аналіз характеру відмов, вимог до сучасних телекомунікаційних мереж, недоліків у існуючих методах організації контролю надійності вузлів і об'єктів зв'язку визначили основні напрямки досліджень в роботі.

4. Запропонована у роботі методика вибору стратегій пошуку несправностей як у випадку відсутності завад, так і при їх наявності дозволяє вибирати оптимальну процедуру контролю за різноманітних початкових даних для досягнення необхідного показника ефективності.

5. Запропоновані і обґрунтовані методи вибору вихідних даних в задачі контролю працездатності і пошуку несправностей за мінімальний час. Запропонована процедура двох етапного послідовного пошуку дає можливість підвищити достовірність результатів при обмеженнях на довжину періоду пошуку несправностей.

6. Завдяки запропонованій методиці вибору структури коду опиту та алгоритму опиту стану мережі оптимізовані часові характеристики процесу опиту та знижені вимоги до ресурсів каналу передачі інформації про стан мережі.

7. На основі результатів застосування моделі відмов як викидів випадкових процесів у системи контролю визначені показники оцінок і досліджені питання раціонального управління надійністю вузлів та елементів мережі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Чунаев, А.В. Метод комплексного управления надежностью автономного сегмента сети с линейными ограничениями на ресурсы [Текст] / А.В. Чунаев, В.А. Митусов // Наукові записки УНДІЗ. - 2008. - №1(3).- С. 94-99.

2. Митусов, В.А. Стратегия поиска неисправностей в телекоммуникационной сети [Текст] / В.А. Митусов // Радиотехника. -2009.- Вып.156. - С. 155_150.

3. Родионов, С.С., Выбор структуры кода опроса в системе контроля телекоммуникационной сети [Текст] / С.С. Родионов, В.А. Митусов// Наукові записки УНДІЗ. - 2009. - №2(10). - С. 87-90.

4. Чунаев, А.В. Ретроспективная идентификация возмущений и помех в сетях связи [Текст] / А.В. Чунаев, В.А. Митусов // Наукові записки УНДІЗ.- 2008. - №2 (4). - С. 68-73.

5. Митусов, В.А. Поиск неисправностей в телекоммуникационной сети [Текст] / В.А. Митусов : матеріали наук.-практ. семінару «Проблеми розвитку телекомунікаційних мереж», листопад-грудень 2008 р., м. Київ // Вісник УНДІЗ. - 2008. - №1. - С. 26-29.

6. Чунаев, А.В. Управление надежностю телекоммуникационной сети с линейными ограничениями на ресурсы [Текст] / А.В. Чунаев, В.А. Митусов : матеріали 10-ї міжнар. наук.-практ. конф. «Новітні мережні технології в Україні», 4-6 жовтня 2008 р., смт Партеніт // Вісник УНДІЗ. - 2008. - № 3. - С. 82-85.

7. Митусов, В.А. Управление надежностью сегмента сети с линейными ограничениями на ресурсы [Текст] / В.А. Митусов : матеріали наук.-практ. семінару «Сучасні телекомунікаційні та інформаційні технології», червень-липень 2009 р., м. Київ // Вісник УНДІЗ. - 2009. - №1. - С. 6-10.

8. Мітусов, В.О. Показники якості доступу до послуг і якості основних послуг абонентам телекомунікаційних мереж рухомого зв'язку загального користування України [Текст] / В.А. Митусов, Д.М. Шачиков : матеріали 9-ї міжнар. наук.-практ. конф. «Сучасний стан, проблеми та перспективи розвитку ТфМЗК в Україні», 25-27 жовтня 2006 р., м. Київ // Вісник УБЕНТЗ. - 2006. - №3. - С. 36-38.

9. Митусов, В.А. Распознавание классов возмущений для прогнозирования состояния сети [Текст] / В.А. Митусов : матеріали наук.-практ. семінару «Сучасні телекомунікаційні та інформаційні технології», червень-липень 2009 р., м. Київ // Вісник УНДІЗ. - 2009. - №1. - С. 23-27.

10. Шачиков, Д.М., Мітусов В.О. Якість послуг, що надаються користувачам ТТМЗК [Текст] / Д.М. Шачиков, В.О. Мітусов : матеріали міжнар. наук.-практ. конф. «Сучасний стан, проблеми та перспективи розвитку телекомунікаційної телефонної мережі загального користування (ТТМЗК) в Україні», 16-18 серпня 2005 р., м. Київ // Вісник УБЕНТЗ. - 2005. - №2. - С. 44-46.

11. Шачиков, Д.М. Правила розвитку стільникових систем сухопутного зв'язку загального користування з використанням рухомого зв'язку та безпроводового доступу в Україні [Текст] / Д.М. Шачиков, В.О. Мітусов : матеріали міжнар. наук.-практ. конф. «Сучасний стан, проблеми та перспективи розвитку ТМЗК в Україні», 24-26 листопада 2004 р., м. Київ // Вісник УБЕНТЗ. - 2004. - №4. - С. 7-10.

12. Митусов, В.А. Основные группы измерений потока Е1 [Текст] / В.А. Мітусов : матеріали міжнар. наук.-практ. конф. «Сучасний стан, проблеми та перспективи розвитку ТМЗК в Україні», листопад 2002 р., м. Київ // Вісник УБЕНТЗ. - 2002. - №3. - С. 34-38.

АНОТАЦІЯ

Мітусов В.О. Метод опитування об'єктів контролю телекомунікаційної мережі для мінімізації часу пошуку несправностей.

- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.02. - Телекомунікаційні системи та мережі. - Український науково-дослідний інститут зв'язку, Київ, 2009.

Захищаються методи контролю надійності устаткування телекомунікаційних мереж, методики вибору процедур опитування вузлів та аналізу стану контрольованої мережі, пошуку несправностей у мережі.

Проаналізовано порівняльну ефективність оцінювання стану по контролю динамічних характеристик, по інформаційному критерію та розроблено методику оптимального набору ознак для оцінки стану за критерієм «ефективність/вартість».

Проведено дослідження характерних властивостей процесу виникнення відмов, які необхідно враховувати при виборі параметрів та структури системи контролю надійності телекомунікаційної мережі. Запропоновано структуру коду опиту і обґрунтовано необхідну періодичність опитування з ефективним використанням каналу зв'язку.

Розроблені рекомендації щодо вибору різних параметрів системи контролю та пошуку несправностей залежно від інтенсивності потоків відмов, їх статистичних характеристик і структури мережі.

Ключові слова: телекомунікаційна мережа, система контролю, пошук несправностей, структура коду опитування, ознаки стану об'єкта.

АННОТАЦИЯ

Митусов В.А. Метод опроса объектов контроля телекоммуникационной сети для минимизации времени поиска неисправностей. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.02. - Телекоммуникационные системы и сети. - Украинский научно-исследовательский институт связи. Киев, 2000.

Представляются к защите методы контроля надежности оборудования телекоммуникационных сетей, методики выбора процедур опроса узлов и анализа состояния контролируемой сети, поиска неисправностей в сети.

Объектом исследования является телекоммуникационная сеть с системой контроля работоспособности объектов.

Предмет исследования - метод комплексного анализа и поиска неисправностей в таких составляющих телекоммуникационной сети, как региональные участки, коммутационные центры, регенерационные пункты, другие автономные объекты связи.

Методы исследования. В диссертационной работе применялись методы вариационного исчисления, теории оптимизации, теории систем массового обслуживания, теории вероятностей и математической статистики, расчеты на ЭВМ.

Теоретические исследования в области телекоммуникационных и вычислительных сетей эффективно проводятся на системном уровне. Это оптимизация параметров и структуры сетей, эффективное распределение потоков сетевого трафика и управление ресурсами сети. Перспективным направлением является повышение надежности работы сети в целом или отдельных её сегментов.

Существующие системы управления, несмотря на их функциональную избыточность, не имеют в своем составе развитых средств, позволяющих качественно прогнозировать поведение сети. Большинство средств управления в действительности сетью не управляет, а всего лишь пассивно осуществляет ее мониторинг. Насущной задачей является разработка системы анализа и прогнозирования нагрузки как сети в целом, так и отдельных маршрутов. Это поможет заранее выявить возможные узкие места и принять меры по заблаговременной их ликвидации. Результаты исследований в упомянутых направлениях крайне важны как для операторов/провайдеров сетей, так и для конечных пользователей - заказчиков услуг.

Цель диссертационных исследований сформулирована в следующем виде:

разработать методы и алгоритмы эффективного поиска неисправности в сети электросвязи путем дистанционного опроса элементов сети.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- проведен анализ и выбор обобщенного показателя состояния элементов сети в режиме их функционирования;

- выполнена оценка оптимальных стратегий поиска неисправностей при различных исходных данных их определения;

- разработан метод опроса элементов сети с выбранной стратегией поиска неисправности;

- предложены методы выбора исходных данных для алгоритмов поиска неисправностей;

- выбрана структура сети с резервными элементами, при которой обеспечиваются минимальные затраты при достижении требуемой надежности.

По результатам сравнительного анализа показано, что наиболее общим признаком состояния контролируемого объекта является комплексный показатель качества его функционирования, включающий достоверность, надежность, точность и другие частные показатели.

В работе проанализирована сравнительная эффективность оценивания состояния по результатам контроля динамических характеристик с применением информационного критерия. Разработана методика выбора оптимального набора признаков для оценки состояния по критерию «эффективность/стоимость».

Проведено исследование характерных свойств процессов возникновения отказов, которые необходимо учитывать при выборе параметров и структуры системы контроля надежности телекоммуникационной сети. Предложена структура кода опроса и обоснована необходимая периодичность опроса с эффективным использованием канала связи.

Разработаны рекомендации по выбору параметров системы контроля и поиска неисправностей в зависимости от интенсивности потоков отказов, их статистических характеристик и структуры сети.

Ключевые слова: телекоммуникационная сеть, система контроля, поиск неисправностей, структура кода опроса, признак состояния объекта.

SUMMARY

Mitusov V.O. Method for control objects polling in telecommunication network to minimize the time for failure location . - Manuscript.

Thesis of applicant for obtaining a scientific degree of Candidate of Technical Sciences on 05.13.02 specialty - Telecommunication systems and networks. State Ukrainian Scientific and Research Institute of Communications. Kyiv, 2009.

The methods for control of the reliability of telecommunication networks equipment, methodology of selection of procedures for nodes polling, state analysis of a controlled network and failure location in telecommunication network are defended.

It has been analyzed a comparative efficiency of the state evaluation related to the dynamic characteristics control, information criterion; it has been developed the procedure for optimal features set for a state estimation by the efficiency/cost criterion.

It has been studied the properties of faults origin process which has to be taken into account when selecting the parameters and the reliability control system structure of the telecommunication network. It has been proposed the polling code structure and it has been grounded the required periodicity of requests with the effective use of communication channel.

It has been developed the recommendations on selection of the different parameters of control system and failure location depending on a failures rate, their statistical characteristics and network architecture.

Keywords: telecommunication network, control system, failure location, polling code structure, element state features.

Підписано до друку 3.11.2009 р. Формат 64х90¹/8. Папір офсетний.

Умовн. друк. арк. 0,9 Друк. різограф. Наклад 100 прим. Замовл. № 1037

Друк ТОВ “АНВА Прінт” Вул. Солом'янська, 1, оф.204, м. Київ, 03110.

Тел. +380 44 2277728 Размещено на Allbest.ru

...