скачать рефераты

скачать рефераты
Рус Укр Eng
 
 
скачать рефераты скачать рефераты

Меню

Структурная надежность радиотехнических систем скачать рефераты

Структурная надежность радиотехнических систем

71

Содержание

  • Введение
    • 1. Классификация структур радиотехнических систем
    • 2. Методы исследования структурной надежности радиотехнических систем
    • 2.1 Точный метод анализа структурной надежности радиотехнических систем
    • 2.2 Приближенные методы анализа структурной надежности радиотехнических систем
    • 2.2.1 Метод разложения
    • 2.2.2 Метод сечений или совокупности путей
    • 2.2.3 Метод итераций (двухсторонней оценки)
    • 2.2.4 Метод статистической оценки структурной надежности
    • 3. Исследования структурной надежности радиотехнических систем методом статистического моделирования
    • 3.1 Критерии оценки структурной надежности радиотехнических систем методом статистического моделирования
    • 3.2 Разработка алгоритма оценки структурной надежности радиотехнических систем методом статистического моделирования
    • 3.3 Разработка программы оценки структурной надежности радиотехнических систем методом статистического
    • 4. Расчет себестоимости
    • 5. Безопасность жизнедеятельности
    • Заключение
    • Библиография
    • Приложение А
    • Приложение В
Введение

Разработка современных информационных систем включает в качестве одного из обязательных этапов проектирования анализ их надежности. Проблема усложняется тем, что коммутационные сети, к анализу которых в конечном итоге сводится данная задача, являются сильно связными структурами (междугородние сети связи, системы управления и др.). Это затрудняет, а порой делает невозможным расчет их надежности строго аналитическими методами, как это имеет место, например, для параллельно-последовательных сетей. Единственным численным методом расчета надежности сильно связанных сетей остается метод полного перебора, который, однако, даже с привлечением быстродействующих ЭВМ, не позволяет анализировать сети, содержащие более 15-20 случайных компонент.

В тех случаях, когда в состав информационной системы включены не только физические объекты (каналы связи, транспортные средства, релейно-контактные элементы и т.п.), но и объекты, означающие такие понятия, как ”логическая связь", ”операция" и т.п. Одним из способов повышения надежности таких сетей является простое дублирование составляющих их элементов. Однако вследствие ограниченности ресурсов такой путь в большинстве случаев нерационален. К настоящему времени аналитический аппарат синтеза оптимальных структур коммуникационных сетей практически еще не разработан вследствие исключительной сложности в самой задаче. В инженерной практике при решении подобного рода задач часто прибегают к методу частичного перебора. Так, например, при выборе оптимальной структуры сети связи в качестве частных вариантов могут анализироваться некоторые типовые схемы соединения узловых пунктов. Применяется так называемый радиальный принцип соединения узлов, принцип связи ”каждого с каждым” или ”каждого с ближайшим", иерархический принцип соединения и т.д. Одним из основных критериев оценки этих вариантов является прежде всего надежность передачи сообщения в сети.

Среди методов вероятностного анализа коммуникационных сетей будем различать алгоритмические, являющиеся по существу программами для решения задач на ЭВМ, и методы аналого-вероятностного моделирования.

Одним из основных методов решения поставленных задач является метод статистического моделирования. Критерием оценки структурной надежности сетей связи по этому методу является вероятность наступления события - сеть связанна.

1. Классификация структур радиотехнических систем

Одними из основных характеристик сетей связи, независимо от систем передачи информации, являются: структура, топология и структурная надежность.

Структура сети связи - взаимное расположение узлов коммуникаций и линий связи без учета их расположения на местности.

Топология сети связи - структура сети связи с учетом реального расположения узлов связи на местности.

Сеть считается связной, если все узлы коммуникаций можно соединить между собой цепью примыкающих друг к другу линий связи.

Структурная надежность сети связи - свойство сети обеспечивать связность сети в условиях выхода из строя ее элементов.

В качестве количественных оценок структуры сети связи, как правило, используются `S' - количество узлов коммуникаций; `M' - количество линий связи; `Kij' - количество каналов в линии связи, соединяющей (`i - й' и `j - й') узлы коммуникаций; 'Ri' - степень узлов коммуникаций, которая показывает общее количество линий связи от данного узла к соседним (i,j=1…S, i?j); U - сечение сети - минимальное число линий связи, одновременный отказ которых приводит к несвязной сети.

На сегодняшний день существует большое количество структур сетей, которые объединяют заданное множество узлов коммуникаций, однако среди них можно выделить три типа: сетеобразные, древовидные и кольцевые (таблица 1).

Кольцевые структуры имеют при `S' узлов коммуникаций, `M' линий связи и Ri=U. Капитальные затраты для создания сети связи кольцевой структуры относительно невелики. Однако, и структурная надежность такой сети также невысока. Так при выходе из строя всего двух не соседних узлов коммуникаций сеть остается не связной. Примером реализации кольцевой структуры являются локальная сеть ЭВМ БВК ЕС, созданная ВКЦП СО АН СССР.

К древовидным структурам сетей связи относятся все структуры имеющие M=S-1. Это звездообразные (U=1), линейные (U=1, Ri=2) и иерархические (U=1) структуры (таблица 1).

Отличительная особенность древовидных структур - минимальные капитальные затраты на их создания.

В линейных структурах все узлы коммуникаций, кроме оконечных, выполняют коммутационные функции. Примером построение таких сетей являются локальные сети ЭВМ: ИНФРА СО АН СССР и ETHERNET (США).

Звездообразная структура используется на уровне абонентских линий телефонных сетей связи, в терминальном комплексе NASDAQ (США) и в вычислительных сетях: ЭВС Латв. ССР и SNA (США).

Сетеобразные, в зависимости от их изображения на плоскости, различаются на плоские, которые не имеют пересекающихся линий связи; объемные, которые нельзя представить без пересечения линий связи.

Объемные, в зависимости от степени каждого узла коммутаций, могут быть полносвязными и неполносвязными.

В полносвязных структурах каждая пара узлов коммутаций соединена с линией связи, следовательно, Ri=U=S-1. Для ее построения необходимо иметь M=S (S-1) /2 линий связи. Структурная надежность таких сетей, по сравнению с другими (при равных S и вероятностях отказа каждого элемента сети), самая высокая. Однако, основным недостатком полносвязных сетей являются большие капитальные затраты. Примером построения таких сетей служит: международная сеть связи Почтового ведомства ФРГ или локальная сеть MERIT (США).

В неполносвязной структуре не каждая пара узлов коммуникаций соединена линией связи. Для построения при S узлов коммуникаций необходимо M=S*Rср. /2, где Rср. - средняя степень узлов коммуникаций сети. По количественным показателям (количество узлов коммутаций, линий связи, величина капитальных вложений на создания сети, структурная надежность, и U) неполносвязные и полносвязные структуры схожи. Примером применения неполносвязных структур являются сети ПДС.

Плоские сетеобразные структуры распадаются на ячеистые и радиально-кольцевые. Последние имеют высокую степень концентраций узлов коммуникаций в центре сети. При этом степень центрального узла коммутаций по отношению к остальным будет наивысшей.

Радиально-кольцевые структуры, как правило, применяются в сетях с явно выраженным характером тяготения удаленных узлов коммуникаций к центрую. Структурная надежность таких сетей, ввиду большого числа маршрутов между произвольной парой узлов коммуникаций, достаточно высокая. При этом капитальные затраты относительно небольшие.

Примером построения нерегулярных радиально-кольцевых структур (таблица 1) являются внутрисоюзные телефонные сети связи крупных городов.

Примеры реализации регулярных радиально-кольцевых структур неизвестны.

Ячеистые структуры (таблица 1) в отличии от радиально-кольцевых имеют относительно равномерное распределение узлов коммуникаций по всей площади сети связи. Каждый узел коммуникаций имеет сеть линий связи только с небольшим числом других узлов коммуникаций, как правило, ближних по расстоянию или имеющих большое тяготение. Из-за наличие большого числа маршрутов между произвольной парой узлов коммуникаций ячеистые структуры обладают достаточно высокой структурной надежностью при небольших капитальных затратах, по сравнению с объемными.

Ячеистые структуры различают регулярные и нерегулярные (таблица 1). К последним относятся структуры, в которых степень R i каждого узла коммуникаций различна. Для них количество линий связи M=S*Rср. /2. Примером таких сетей являются: локальная сеть ЭВМ СЕКОП АН СССР, вычислительные сети ARPA (США), CYCLADES (Франция), DATAPAC (Канада) и другие.

В ячеистых регулярных структурах каждый узел коммуникаций имеет степень: Ri = 3 (сотовая), Ri = 4 (квадратные) и Ri = 6 (треугольные). Для их создания необходимо M = Ri*S/2 линий связи.

Примером построения ячеистых регулярных квадратных структур является локальная сеть ЭВМ МИНИМАКС СО АН СССР.

Примеры реализации ячеистых регулярных сотовых и треугольных структур неизвестны.

Были рассмотрены основные структуры сетей связи, к которым можно свести произвольные путем выделения отдельных фрагментов, либо путем незначительных упрощений. Однако, реальные сети, как правило имеют смешанные структуры.

Таблица 1.

Типы структур сетей связи.

Сетеобразные.

Древовидные.

Плоские (планарные).

Объемные непланарные

Звездообразные.

Линейные.

Иерархические.

Кольцевые.

Ячеистые.

Радиально - кольцевые.

Полносвязные.

Неполносвязные.

Регулярные

Нерегулярные

Регулярные

Нерегулярные

Сотовые

Квадрат-

ные

Треуголь-ные

Характеристики сети.

M=3S/2 Ri=4

M=2S Ri=4

M=3S Ri=6

M=SRср. /2

M=Sri/4 - 1

M=SRср. /2

M=S (S-1) /2 R=U=S - 1

M=Rср. S/2

M=S-1 U=1

M=S-1 U=1 Ri=2

M=S - 1 U=1

S=M U=Ri=2

Пример построения.

2. Методы исследования структурной надежности радиотехнических систем

2.1 Точный метод анализа структурной надежности радиотехнических систем

Надежность является одним из основных критериев, которым должны удовлетворять современные сети коммутации. Учесть непосредственно показатели надежности в ходе синтеза сети обычно не удается, поэтому, на этапе синтеза необходимые предпосылки для обеспечения надежности закладываются в косвенном виде, например как топологическое требование обеспечения между некоторыми подмножествами пар узлов не менее заданного числа независимых путей (требование v-связности). Получаемые варианты построения сети затем проверяются на соответствие заданным показателям надежности. Если при выбранном числе независимых путей не удается выполнить заданных требований, то повышают степень связности рассматриваемых в процессе синтеза вариантов структуры будущей сети.

Таким образом, задача построения надежной сети сводится к задаче анализа различных вариантов ее структуры по заданным показателям, которые зависят как от надежности ее элементов, так и от способа их взаимного соединения. Наибольшие трудности при расчете обычно сопряжены с учетом способа взаимного соединения элементов (структуры сети), поэтому в дальнейшем основное внимание мы уделим оценке именно структурной надежности.

Элементами сетей коммутации будем считать направления связи, а также технические средства, входящие в состав, узлов коммутации, концентраторов нагрузки и комплексов сетевого доступа абонентов. При этом основными компонентами, показатели надежности которых проектировщик сети изменить не может, являются каналы связи и процессоры. Связь между смежными узлами сети организуется с помощью последовательно и параллельно включенных каналов, а технические средства на узлах связи состоят из последовательно и параллельно включенных процессоров.

Обратимся сначала к определению показателей надежности компонентов сети. Для определения любого из них прежде всего необходимо сформулировать понятие отказа. Несмотря на кажущуюся очевидность этого понятия в ряде случаев его формулировка весьма затруднительна. Возьмем для примера канал связи. Зачастую качество канала ухудшается постепенно, и установить момент, начиная с которого следует констатировать отказ канала, довольно сложно. Более того, отдельные показатели качества канала (например, вероятность искажений) имеют статистическую природу, и требуется некоторое время наблюдения за каналом, прежде чем с определенной уверенностью можно будет объявить канал неисправным. Предположим только, что всегда можно задать некоторое время прерывания связи, по истечении которого канал признается неисправным. Обычно это время лежит в пределах от единиц до десятков секунд и зависит от назначения сети и выбранной системы ее контроля и управления.

Предположим, что понятие отказа сформулировано.

Тогда можно экспериментально определить среднее время пребывания компонента в исправном состоянии Ти и среднее время его восстановления фв. Эти показатели надежности в большой степени зависят от выбранного временя перерыва связи, по истечении которого канал признается неисправным. По этим характеристикам можно определить вероятность того, что компонент находится в исправном состоянии, или его коэффициент готовности

Кг=Tи ? (Tи+фв) (2.1)

и коэффициент простоя

Kп=1-Kг=фв ? (Tи+ фв). (2.2)

Опыт показывает, что коэффициенты готовности и простоя в значительно меньшей степени зависят от критического времени перерыва связи и, кроме того, допускают обобщения на сеть в целом. Поэтому при оценках структурной надежности в качестве исходных данных примем коэффициенты готовности (простоя) компонентов сети.

При последовательном соединении п компонентов сети, например каналов связи, результирующая цепочка будет исправна только в случае исправности всех ее составляющих. Предполагая независимость отказов последовательно соединенных компонентов, результирующий коэффициент готовности Kгр можно представить в виде

Kгр=Kгі, (2.3)

где Kгі - коэффициент. готовности i-ro компонента.

Для повышения надежности направлений связи и технических средств на узлах связи часто используется параллельное включение п каналов или процессоров, при котором результирующий элемент сети будет исправен, если исправен хотя бы один из входящих в него компонентов. Отказ такого составного элемента наступит лишь в случае отказа всех входящих в его состав компонентов, что случится с вероятностью

Кпэ=Kпі, (2.4)

где Кпэ-коэффициент простоя элемента; Kпі-коэффициент простоя i-го компонента. Если

Kпі= Kп, , то Кпэ=Кnп. (2.5)

Формулы (2.4) и (2.5) справедливы лишь в том случае, когда отказы всех рассматриваемых компонентов независимы. Это условие заведомо нарушается, если каналы связи одного направления проходят по одной линии связи или, тем более, находятся в одной системе передачи. Поэтому в дальнейшем будем считать, что все каналы связи каждого направления сети проходят по географически разнесенным линиям связи.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5