Показатели надежности цифровых систем коммутации

Структура и характеристики цифровых систем коммутации

Традиционная абонентская емкость автоматических телефонных станций (АТС) – 10000 номеров, для цифровых АТС характерны значения 30000….50000 номеров и более. Структурная схема цифровой АТС коммутации каналов (КК) с указанием функционала оборудования представлена на рис.1.1. Коммутируются основные цифровые каналы скоростью 64 кбит/с. Максимальное допустимое использование соединительной линии (временного канала, используемого в соединении) составляет 0,8 (в ряде случаев снижается до 0,7). Возможности коммутационного поля и структура системы управления определяются в технической документации на конкретную систему коммутации[1,2].

Оконечные станционные комплекты

		Цифровое коммутационное поле (интенсив-ность обслуженной нагрузки в Эрлангах)

Рисунок 1.1 -Структура цифровой системы коммутации

Таким образом, цифровая система коммутации представляет собой сложную систему, в которой для реализации соединений между пользователями необходимо задействовать совокупность устройств. Выход из строя любого устройства ведет к снижению качества обслуживания, а именно:

к росту отказов в обслуживании для вновь поступающих вызовов;

к нарушению (обрыву) уже реализованных соединений.

Например, возможен выход из строя абонентского комплекта или абонентской линии. Возможен отказ системы управления в целом, тогда услуги связи становятся недоступны для всех абонентов данной АТС.

Требования к качеству функционирования сетей телефонной связи нормированы жестко. Следует напомнить, что в существующих сетях реализован принцип трех троек, а именно объем сетевого оборудования рассчитывается в предположении[1,2]:

от абонента поступают три вызова в час наибольшей нагрузки;

продолжительность вызова составляет примерно 3 минуты;

доля отказов в установлении соединений по техническим причинам (вероятность потери вызовов) не превышает 3%.

Первые два показателя образуют нормативное значение удельной абонентской нагрузки, а именно (3 вызова х 3 минуты) / 60 минут = 0,15 Эрл. Напомним, что в Эрлангах измеряется интенсивность трафика, 1 Эрланг – это одно часо-занятие в час[3].

Нормативная доля отказов в установлении соединений по техническим причинам используется при расчете объема оборудования коммутации и управления, будучи предварительно распределена по участкам сети. Она может меняться в зависимости от типа сети. Так, для сельских сетей она устанавливается более высокой. Не следует путать нормативную долю отказов в установлении соединений по техническим причинам и отказы по вине абонентов (ошибки в наборе номера, не ответ абонента, занятость абонента).

Вероятность завершения вызова разговором (выделено зеленым цветом на рис.1.2) составляет по нормативам Кр =0,5 [4].

Разговор. Кр =0,5

Абонент В

свободен Нет ответа

Установленные абонента В

соединения

Абонент В

занят

Общее число

вызовов

Абонент А не

дождался

установления

Неправильное соединения

поведение

абонента Неполный №

Неустановленные Недопустимый №

соединения

Вакантный №

Внутренние

Отказы

Внешние

Станционные

Тех. ошибки,

Неисправности Линейные

Рисунок 1.2 - Классификация соединений

Показатели надежности цифровых систем коммутации

Дадим определение показателям и характеристикам из теории надежности, которые имеют существенное значение при решении практических задач повышения надежности работы ЦСК[5,6].

Интенсивность отказов l(t), выраженная в отказах в час, показывает, как именно меняется надежность объекта от времени. Период приработки характеризуется повышенной интенсивностью отказов. Объекты могут иметь скрытые дефекты, влекущие отказы вскоре после начала работы. Кроме того, обслуживающий персонал может еще не вполне освоить новый объект эксплуатации, что также приводит к более частым отказам. Период нормальной работы характеризуется постоянным (или приближенно постоянным) значением l(t). В период старения необратимые явления (механические, физические, химические) приводят к выходу из строя объекта.

Обычно интенсивность отказов l(t) устанавливают путем испытаний оборудования или путем моделирования. В документации указывается значение l(t)= l = const для периода устойчивой работы объекта (наличие начального периода приработки и завершающий жизненный цикл объекта периода старения – учитывают, но в расчетах не используют).

Средняя наработка на отказ может быть определена как

Tо =1/l. (2.1)

В теории надежности широко используется показательное распределение. Его свойство – отсутствие последействия, то есть памяти.

Вероятность безотказной работы в течение времени t составляет

P(t) = e^-l(t). (2.2)

Вероятность отказа

F(t)=1- e^-l(t). (2.3)

Если интересующее нас время много меньше средней наработки на отказ То, то

P(t) = 1-lt. (2.4)

Нестационарный коэффициент готовности (availability) — это вероятность того, что объект окажется работоспособным в заданный момент времени, отсчитываемый от начала работы (или от другого строго определенного момента времени), для которого из­вестно начальное состояние этого объекта.

Средний коэффициент готовности — усредненное на заданном интервале вре­мени значение нестационарного коэффициента готовности.

Стационарный коэффициент готовности (коэффици­ент готовности) — вероятность того, что восстанавливаемый объект окажется работоспособным в произвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации. Коэффициент готовности является предельным значением, к которому стре­мятся и нестационарный, и средний коэффициенты готовности с ростом рассматри­ваемого интервала времени.

Коэффициент готовности может быть определен и как от­ношение времени, в течение которого объект находится в работоспособном состоя­нии, к общей длительности рассматриваемого периода.

Определим формулу пересчета

tn_å =(1-Kг)Tн, (2.5)

tn_å -суммарное время простоя;

Tн – период наблюдения;

Kг – коэффициент готовности.

Например, если для цифровой системы коммутации задан Кг =0,999 (что характерно для современных IT – систем c пакетной коммутацией), то это значение Кг соответствует суммарному простою 8,76 часов в год (1 год = 8760 часов).

Для управляющих комплексов цифровых АТС первоначально задавалось требование 1 час простоя за 40 лет, затем 1 час простоя за 20 лет. Соответственно, в первом случае

Кг = 1 - tn_å / Tн = 1 – 1/(40 х8760) =0,9999971

и во втором случае

Кг = 1 - tn_å / Tн = 1 – 1/(20 х8760) =0,9999942.

Эти требования оказались на практике не достижимыми.

В качестве задания на самостоятельную проработку материала предлагается самостоятельно оценить продолжительность простоя ЦСК за один года, за 10 лет, за 12 лет.

Последний вариант требований, предъявляемых к ЦСК с коммутацией каналов, составляет Кг = 0,99999 (или «пять девяток»).

Вариант требований, предъявляемых к ЦСК с коммутацией пакетов, составляет Кг = 0,999 (или «три девятки»).

Общее определение коэффициента готовности Kг с учетом продолжительности времени восстановления работоспособного состояния – это вероятность того, что система будет работоспособна в произвольно выбранный момент времени (если она до этого момента находится в рабочем состоянии)

Kr=To/(To+tв), (2.6)

где To – средняя наработка на отказ (MTBF);

tв – среднее время восстановления работоспособного состояния.

Среднее время восстановления — математическое ожидание случайной продол­жительности восстановления работоспособности (собственно ремонта). Снизить среднее время восстановления помогает наличие системы сбора и обработки аварийной информации, резервирование оборудования и быстрое переключение на резерв, а также наличие средств для обеспечения ремонта.

Коэффициент вынужденного простоя (коэффициент неготовности) Kп – это вероятность того, что система не будет работоспособна в произвольно выбранный момент времени

Kп=1–Kr. (2.7)