Метод оценки надежности сетей SDH кольцевой структуры

УДК 681.32.019

В. В. Киселев, Д. А. Барабошкин

Пермский государственный технический университет

МЕТОД ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ СЕТЕЙ SDH КОЛЬЦЕВОЙ СТРУКТУРЫ

Рассматривается метод оценки надежности сети SDH, построенной с использованием кольцевой топологии. Ориентировочный расчет надежности сети проводится путем определения показателей надежности линейных сооружений ВОЛС, аппаратуры сети SDH и сравнения расчетных характеристик с заданными.

Кроме того, приводится пример расчета количества звеньев кольца, необходимого для обеспечения заданной надежности.

К современной цифровой сети предъявляются повышенные требования в части параметров ее надежности. В настоящее время большинство крупных транспортных сетей связи имеют инфраструктуру, основанную на технологии SDH. Сети SDH, как правило, строятся с использованием резервных трактов и коммутаторов, выполняющих оперативное переключение в случае неисправности на одном из каналов.

Для обеспечения высокой надежности сети используется разнесение трасс. Однако, во многих случаях введение даже одного дополнительного звена, т. е. построение кольца, позволяет значительно повысить сетевую надежность. Так, если минимальная связность сети из n узлов обеспечивается n - 1 звеном, то, соединив эти узлы в кольцо, мы задействуем лишь одно дополнительное звено. При этом повышение надежности будет существенным, так как между любой парой узлов будет существовать, по крайней мере, два непересекающихся пути.

Интенсивное внедрение сетей SDH кольцевой структуры требует использования эффективных методов оценки надежности таких сетей. В статье предлагается методика ориентировочного расчета надежности сети SDH с различной кольцевой структурой. Метод оценки надежности состоит из следующих этапов:

- определение требуемых показателей надежности исходя из заданных характеристик линии связи;

- определение надежности линейных сооружений ВОЛС;

- определение надежности аппаратуры сети SDH;

- проведение сравнения расчетных характеристик c заданными. Ниже приводится описание метода на примере. Пусть линия

связи состоит из кольцевой структуры уровня STM-4 общей протяженностью около 20 км с тремя пунктами доступа. Требуемые показатели качества и надежности для местной первичной сети (МПС) с максимальной протяженностью Lm приведены в табл. 1.

Таблица 1

Показатели надежности для сети Ьт = 200 км Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой СП Канал ОЦК на перспективной цифровой сети Оборудование линейного тракта

Коэффициент готовности Кг >0,997 >0,9994 0,9987

Среднее время между отказами То, ч >400 >7000 >2500

Время восстановления V, ч >1,1 >4,24 -

Для оборудования линейных трактов МПС время восстановления необслуживаемого регенерационного пункта (НРП), обслуживаемого регенерационного пункта (ОРП) и оконечного пункта (ОкП) должны быть соответственно меньше: ^НРП < 2,5 ч (в том числе время подъезда к месту аварии - 2 ч); УОРП < 0,5 ч; ¥ОкП < 10 ч (в том числе время подъезда к месту аварии - 3,5 ч).

Исходя из данных табл. 1, вычисляются требуемые значения для коэффициента простоя Кп каналов и оборудования. При этом принимается, что максимальная протяженность каналов не более протяженности кольца, т.е. Ь = 20 км, и время восстановления не зависит от протяженности канала.

При длине канала Ь, не равной Ьт, среднее время между отказами То определяется как:

Т Ь

т0 ( ь) = ^ъж.

Коэффициент простоя Кп определяется как:

к =^_ = V п 1+ху то+V ’

где 1 = — - интенсивность отказов, 1/ч.

То

Расчеты для требуемых значений коэффициента простоя оборудования линейного тракта находятся исходя из того, что для кольцевой структуры связи (т.е. резервирования 1 + 1 и интенсивности отказов устройства переключения на резерв, равной нулю):

Кпр = Кп2.

Следовательно:

1(1 - к г )Ь

У

где Кг и Ьт - значения коэффициента готовности и максимальной

протяженности, взятые из табл. 1. Результаты расчета представлены в табл. 2.

Таблица 2

Требуемые значения Кп для каналов и оборудования схемы связи для кольца уровня 5ТМ-4 и Ь = 20 км

Уровень сети Канал ТЧ или ОЦК независимо от применяемой СП Канал ОЦК на перспективной цифровой сети Оборудование линейного тракта

МСП 2,75 -10-4 6,06 10-5 1,14 -10-2

Определение надежности линейных сооружений ВОЛС проводится на основе данных статистики. По данным статистики, повреждения кабелей на МПС среднее число (плотность) отказов ОкП из-за внешних повреждений на 100 км кабеля в год не более М = 0,15.

Тогда интенсивность отказов ОкП за 1 час на длине трассы ВОЛС Ь = 20 км определится как:

МЬ

1 окп =------------= 3,42-10

8760-100

По формуле (2) суммарный коэффициент простоя схемы связи по кабелю при УОкП = 10 ч определится как:

К = 10кП Узки = 3,42 10-6 10 = 3 42 10-5 ^ 1 + 1 ОкиУокП 1 + 3,42 -10-6-10 ’ •

КпОкП удовлетворяет показателям эксплуатационной надежности линейно-кабельных сооружений.

Требуемые значения показателей надежности аппаратуры линейного тракта (коэффициент простоя аппаратуры) с учетом значения КпОкП определяются как:

Кп = Кп - Кп = 1,14 -10-2 - 3,42 -10-5 = 1,137 -10-2.

пАП пАП+ОкП пОкП

Оценка верхнего предела требуемых значений показателей надежности аппаратуры, устанавливаемой в пунктах доступа, производится, учитывая два крайних варианта: все пункты доступа являются обслуживаемыми пунктами (УОРП = 0,5 ч) или не обслуживаемыми

( УНРП = 2,5 ч).

1. Для варианта с обслуживаемыми пунктами:

„ 1 Пд - 0,5

К 3 пдорп

п . ,-т

1 + 1 ПД - 0,5'

ПДОРП

С учетом того, что для современных ВОСП 1 - У << 1

к

1 =_^™ = 7,58 -10-3 ч-1.

ПДОРП 1 5

2. Для варианта с необслуживаемыми пунктами:

1пд - 2,5

ПДНРП

Откуда:

Учитывая, что

К = 3 пАП 1 + 1пд - 2,5

ПДНРП

к

1= _^ = 1,52 -10 -3 ч -1.

пдорп 7 5

т = -1, о 1

имеем, что максимальное значение требуемого среднего времени между отказами для аппаратуры в одном пункте доступа транспортной магистрали для кольца уровня STM-4 находится в зависимости от характера обслуживания в пределах:

132 < TO < 660 ч

°ПДшах

или

0,015 < TO < 0,075 лет.

°ПДшах

Расчет надежности аппаратуры сети SDH, где реализовано резервирование оборудования вида 1 + 1 для защиты модулей питания и коммутации проводится следующим образом. С точки зрения позиций надежности, оборудование представляет собой комбинированное соединение блоков. Параллельно соединены трибутарные модули питания и модули карт. Все остальные блоки соединены последовательно.

При параллельном соединении (резервирование по схеме 1 + 1) интенсивность отказов рассчитывается по формуле:

» - 2!l

Хм - 3 •

Для всего оборудования на пункте доступа интенсивность отказов рассчитывается как:

1ПД — X1.

г-1

Расчет количества звеньев кольца, необходимого для обеспечения заданной надежности, можно произвести следующим образом.

Пусть все звенья сети имеют коэффициент надежности ae, тогда получим выражение для двухточечной надежности кольца:

1 n/2ч2

1 - (1 - ae ) - ar ,

где ar - двухточечная надежность кольца, n - количество узлов в кольце. Выразим n из полученного уравнения:

n - 2 log(1 ).

log ae

Используя аппроксимацию, можно получить приближенное выражение для расчета n:

n

ar

1 - a„

Например, для обеспечения надежности сети 99,99 % при надежности звеньев 99,5 % необходимо использовать 4 звена.

Приведенная формула используется для определения размеров сети, у которой все узлы соединены в одно кольцо, и ставится задача обеспечить требуемую надежность сети при заданных коэффициентах готовности звеньев.

Определим теперь надежность крупной сети, состоящей из нескольких колец. В случае последовательной кольцевой структуры (сцепка колец) получим:

1 -«. = ,

п

где ап - двухточечная надежность сети, N - общее количество узлов в сети.

В случае нескольких пересечений между кольцами (например, двух) выражение приобретает вид:

1 - ап = 2 - 2аг.

Теперь получим выражение для определения числа узлов в каждом кольце составной кольцевой сети:

n

\/2(1 - ап) 1 - а„

Предложенный метод оценки надежности может быть использован как на этапе проектирования сетей SDH для ориентировочного расчета надежности, так и для ориентировочного расчета надежности существующих сетей.

Получено 09.07.2009