賈海朋　潘誠

【摘 要】 本文構(gòu)建了串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)冗余系統(tǒng)、備份冗余系統(tǒng)的可靠性分析模型，舉例分析了民航貴州空管分局通信傳輸系統(tǒng)的可靠性評估方法，為當前資源配置優(yōu)化和未來更新升級提供科學(xué)決策依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 空管通信 可靠性 冗余系統(tǒng)

引言

隨著貴州民航事業(yè)的迅速發(fā)展，機場航班量劇增，飛行流量不斷增大，因此，對管制部門的要求越來越高，相應(yīng)對管制手段的要求也越來越高?？展芡ㄐ啪W(wǎng)要求提供更高的通信質(zhì)量以及更穩(wěn)定可靠的通信系統(tǒng)，以保證業(yè)務(wù)的正?？煽康貍鬏?。但由于目前空管尚缺乏規(guī)范的通信網(wǎng)可靠性評估依據(jù)和標準，難以系統(tǒng)性分析和評估通信設(shè)備的質(zhì)量和可靠性，存在一定的安全隱患。本文通過建模分析串聯(lián)通信系統(tǒng)、并聯(lián)冗余通信系統(tǒng)、備份冗余通信系統(tǒng)的可靠性計算方法，以目前貴州空管分局航管樓到森林公園雷達站的通信系統(tǒng)為例，對系統(tǒng)可靠性進行分析。

1、可靠性評估數(shù)學(xué)模型的建立

民航貴州空管分局通信系統(tǒng)中子系統(tǒng)的基本連接方式主要有串聯(lián)、并聯(lián)、備用三種。串聯(lián)系統(tǒng)是一種不含冗余系統(tǒng)的連接方式，任何一種子系統(tǒng)的失效都將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的失效，假設(shè)R（t）表示通信系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)的可靠度，各個子系統(tǒng)的可靠度分別為Ri（t），失效率分別為λi，子系統(tǒng)是否發(fā)生故障是相互獨立的，根據(jù)概率論知識可知，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為：

設(shè)λ為整個系統(tǒng)的失效率，即：

則：

并聯(lián)冗余系統(tǒng)的可靠度為：

對于備用冗余系統(tǒng)中，一個或多個系統(tǒng)處于備用模式以準備主系統(tǒng)故障時接入系統(tǒng)工作，與并聯(lián)冗余系統(tǒng)不同，備用冗余系統(tǒng)中模型描述的是主要系統(tǒng)與備用系統(tǒng)不能同時工作的情況。對于不可修復(fù)的備用系統(tǒng)模型，系統(tǒng)失效概率可用泊松分布來描述：

式中：表示在時間t內(nèi)k個系統(tǒng)故障的概率，λ為系統(tǒng)故障率。該式適用于主系統(tǒng)與備用系統(tǒng)失效概率相同的情況。

在備用冗余系統(tǒng)模型中，假定主系統(tǒng)故障后，備用系統(tǒng)依次迅速接替工作，直至備用系統(tǒng)全部故障，假定系統(tǒng)是不可修復(fù)的，則在時間t內(nèi)具有n-1個備用系統(tǒng)的可靠度為：

式中，ps表示系統(tǒng)成功切換的概率，即切換裝置的可靠動作率。

上述備用冗余系統(tǒng)中，主系統(tǒng)與所有備用系統(tǒng)的失效概率都是相同的，實際系統(tǒng)往往不是如此，主系統(tǒng)以及備用系統(tǒng)的故障率由系統(tǒng)自身的性質(zhì)決定，計算具有不同故障率的備用冗余系統(tǒng)的可靠度的方法主要采用聯(lián)合概率密度的概念。

假設(shè)備用冗余系統(tǒng)具有一個主系統(tǒng)與一個備用系統(tǒng)，他們的故障率分別為λ主和λ備，假設(shè)主系統(tǒng)在t1時刻失效，備用系統(tǒng)立即接替工作，再假定備用系統(tǒng)在t時刻失效，則備用系統(tǒng)失效的時間為t2=t-t1，因此由主備系統(tǒng)組成的備用冗余系統(tǒng)的失效概率密度為：

將f（t）對t1積分得到只用t表示的聯(lián)合概率密度函數(shù)：

因此，系統(tǒng)的可靠性為：

考慮檢測和切換裝置的可靠動作率ps，系統(tǒng)可靠性為：

2、貴州空管分局通信網(wǎng)可靠性分析

以貴州空管分局通信網(wǎng)中航管樓至森林公園雷達站的通信保障系統(tǒng)為例，航管樓至森林公園雷達站通信采用的是光纖通信為主，SDH微波通信為備。

鏈接圖可以簡化為如圖1所示的傳輸結(jié)構(gòu)圖：

圖1 航管樓至森林公園雷達站傳輸結(jié)構(gòu)圖

通過上圖可以看到，航管樓至森林公園雷達站采用了兩種備份方式，一種是光纖通信與微波通信互為備份，另一種是兩套接入網(wǎng)設(shè)備互為備份。

（1）光纖通信鏈路可靠性計算

首先計算第一種備份方式的可靠性。這里航管樓至森林公園雷達站的光纖通信可靠性，航管樓至森林公園雷達站距離大約10km，根據(jù)光纜可靠性分析，航管樓到森林公園雷達站的光纜可靠性為：

由圖可見，兩端光端機選用華為OSN1500，根據(jù)文獻調(diào)研收集到的華為通信設(shè)備的可靠性參數(shù)的分析，設(shè)備可靠性為：

那么光纖通信的可靠性，也就是光端機5——光纖10——光端機6可靠性為：

（2）微波通信鏈路可靠性計算

微波設(shè)備與前端光纖設(shè)備采用的連接方式是SDH方式，也就是圖中紅線所示為SDH光纖連接方式，貴州空管分局使用的愛立信MINI-LINK TN微波設(shè)備可以很方便的實現(xiàn)這種模式的連接，故可不考慮改變傳輸方式的改變對微波鏈路的可靠性影響，微波設(shè)備可靠性

微波傳輸?shù)目煽啃詾?/p>

故微波鏈路微波設(shè)備7——微波13——微波設(shè)備8的可靠性為

航管樓至森林公園雷達站采用的接入網(wǎng)設(shè)備是華為FA16，根據(jù)傳輸圖可以看出，兩種通信方式通過電纜接入華為FA16設(shè)備，因此，要計算可靠性，需要知道華為FA16的可靠性指標和電纜通信的可靠性指標，查閱FA16的技術(shù)手冊，可知該設(shè)備的可靠性很高，可達到99.995%，故取可靠度。電纜線的平均故障間隔時間（MTBF）可達30000h，也就是說可取電纜線的可用度A為99.996%，故令電纜線的可靠性為。

（3）整體可靠性分析

則上述第一種光纖通信與微波通信備份方式的可靠性計算方法為

另外，航管樓至森林公園采用兩臺華為FA16設(shè)備互為冷備份，即通常情況下運行一臺機器，故障情況下另一臺機器運行，這種備份能很大程度提高網(wǎng)絡(luò)通信可靠性。這種情況下，主備分通信鏈路的可靠性均為R，則整個航管樓到發(fā)報臺的可靠性為

結(jié)束語

可靠性建模分析表明，當串聯(lián)系統(tǒng)中某一個節(jié)點的可靠性較差時，會顯著影響串聯(lián)系統(tǒng)的整體可靠性，通過并聯(lián)冗余系統(tǒng)、備份冗余系統(tǒng)設(shè)計可以有效提高空管通信系統(tǒng)的可靠性。在系統(tǒng)連接方式上應(yīng)盡量少用串接的方法，對可靠性要求高的部件，多采用并聯(lián)備份的方式，當然，在考慮追求高可靠性的同時，要考慮整個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的經(jīng)濟成本，合理選取。

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作者簡介：賈海朋（1982年出生），男，山東青州，主任工程師，主要研究通信傳輸方面。

基金項目：民航西南地區(qū)空管局科技項目