鄭志 國，張金福，徐興同

（裝備發(fā)展部部軍事代表局駐廣州地區(qū)軍代表室，廣州 510500）

戰(zhàn)術(shù)通信 網(wǎng)絡(luò)故障模式研究

鄭志 國，張金福，徐興同

（裝備發(fā)展部部軍事代表局駐廣州地區(qū)軍代表室，廣州 510500）

對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的故障進(jìn)行了定義，結(jié)合常見的故障給出了戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)的故障模式及對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)故障產(chǎn)品的原因及影響進(jìn)行分析，最后對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)按照不同層次分別給出了故障的類別及判決標(biāo)準(zhǔn)，為在不同層面故障的判決奠定基礎(chǔ) 。

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)；故障；故障模式

引言

可靠性始終是與故障做斗爭(zhēng)的一門科學(xué)，只有對(duì)故障及故障模式有了深入的研究才能更加了解可靠性。本文就是在結(jié)合實(shí)際運(yùn)用的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障及故障模式進(jìn)行分類和研究，對(duì)不同層面的故障提出了分類依據(jù)和判決標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)通信網(wǎng)絡(luò)可靠性的更加深入的研究奠定基礎(chǔ)。

1 通信網(wǎng)故障定義

規(guī)定時(shí)間、規(guī)定條件和規(guī)定功能是可靠性的三個(gè)要素，對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)來講，為用戶提供通信服務(wù)則是通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)定功能，通信網(wǎng)絡(luò)所提供業(yè)務(wù)質(zhì)量如何則可以反映出通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的水平和能力。

相比單設(shè)備來講，通信網(wǎng)絡(luò)故障更加具有復(fù)雜性。從目前的研究進(jìn)展來看，對(duì)通信網(wǎng)故障原因、產(chǎn)生傳播規(guī)律尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，在通信網(wǎng)絡(luò)中同一個(gè)故障原因可能會(huì)引起不同子網(wǎng)絡(luò)的不同故障現(xiàn)象。由于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性造成故障原因與故障現(xiàn)象之間關(guān)系的錯(cuò)綜復(fù)雜，因此想用故障模式來完全覆蓋網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的故障形式通常來講是比較困難的。由于戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特殊性，在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)系統(tǒng)可靠性評(píng)估的工程實(shí)踐過程中，相對(duì)故障表現(xiàn)形式而言更應(yīng)該關(guān)注故障根源發(fā)生的位置及其影響的范圍。經(jīng)對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)所發(fā)現(xiàn)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)故障模式主要包括斷路、間歇斷路、延時(shí)、丟失、錯(cuò)誤、非授權(quán)通信、非密通信等故障模式。

研究戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障主要看通信網(wǎng)故障的行為表現(xiàn)，即網(wǎng)絡(luò)故障的產(chǎn)生、傳播規(guī)律及其特性來研究的。隨著戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)大規(guī)模的運(yùn)用，出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，通信網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模使用大容量光纖以及大型交換機(jī)等設(shè)備，從而使得在出現(xiàn)故障時(shí)造成巨大的影響，并通過通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的耦合關(guān)系引發(fā)相繼故障，因此網(wǎng)絡(luò)故障的傳播特性和傳播規(guī)律成為網(wǎng)絡(luò)故障研究的一個(gè)重要內(nèi)容，形成了負(fù)荷-容量模型、二值影響模型等多種傳播模型。研究發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在遭受隨機(jī)攻擊的時(shí)候表現(xiàn)出良好的魯棒性，而針對(duì)特定節(jié)點(diǎn)或鏈路進(jìn)行選擇性攻擊時(shí)則表現(xiàn)出極大的脆弱性。

2 通信網(wǎng)故障模式、原因及其影響

2.1 通信網(wǎng)故障模式

軍標(biāo)中對(duì)故障模式定義：故障模式是指對(duì)產(chǎn)品所發(fā)生的、能被觀察和測(cè)量到的故障現(xiàn)象的規(guī)范性的描述。一般用現(xiàn)象來描述故障模式。

常見的網(wǎng)絡(luò)故障模式分為大致三類：

1）間歇故障或者工作時(shí)斷時(shí)續(xù)；

2）在保障用戶正常通信需求的規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能進(jìn)行有效工作；

3）工作中輸出消失或輸出性能下降；

將上述三種常見的通信網(wǎng)絡(luò)故障模式進(jìn)行細(xì)化，本文提出戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)故障模式主要包括斷路、間歇斷路、輸出錯(cuò)誤、輸出丟失、延時(shí)超時(shí)等五種通信網(wǎng)絡(luò)故障模式。

2.2 通信網(wǎng)故障原因（見圖1）

通信網(wǎng)絡(luò)故障可以由網(wǎng)絡(luò)擁塞、設(shè)備故障或者系統(tǒng)故障引起，引起網(wǎng)絡(luò)故障的原因可以分為：內(nèi)部原因和外部原因等兩大類。內(nèi)部原因主要是由于通信設(shè)備的性能下降、設(shè)備軟件發(fā)生故障及設(shè)計(jì)缺陷等問題引起。外部原因是除了網(wǎng)絡(luò)本身以外的其他原因，如工作條件、人為原因、惡劣天氣以及使用人員操作失誤等原因。通常通信網(wǎng)絡(luò)引發(fā)故障是上述因素的綜合作用的結(jié)果。

通信網(wǎng)絡(luò)是有傳輸、交換、終端等設(shè)施和通信過程、協(xié)議以及相應(yīng)支撐運(yùn)行支撐系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，影響其可靠性因素很多，從網(wǎng)絡(luò)本身可以分為內(nèi)部因素和外部因素等兩大類。通過分析，影響通信網(wǎng)系統(tǒng)可靠性的因素主要包括：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)絡(luò)中的組成設(shè)備性能及其可靠性維修性水平、系統(tǒng)軟件可靠性、用戶對(duì)業(yè)務(wù)性能的要求、系統(tǒng)的故障診斷能力、運(yùn)行環(huán)境、自我恢復(fù)能力、其它影響因素等八個(gè)方面的因素。外部因素是指通信網(wǎng)的依存和運(yùn)行環(huán)境條件，又可分為可控和不可控因素。前者包括網(wǎng)絡(luò)的工作條件，如溫度、濕度等，后者包括自然災(zāi)害、突發(fā)事件等。

2.3 通信網(wǎng)故障影響

不同的通信網(wǎng)絡(luò)故障會(huì)造成不同的影響。根據(jù)對(duì)用戶所造成的影響來看，可以將常見的通信網(wǎng)絡(luò)故障等級(jí)包括致命故障、嚴(yán)重故障和一般故障三類，通常定義如表1所示。

3 戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)故障分類與判據(jù)

3.1 故障分類

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)故障的以通信業(yè)務(wù)性能下降為參考，但實(shí)際使用環(huán)境中的業(yè)務(wù)性能下降水平依賴于用戶使用通信業(yè)務(wù)的習(xí)慣和行為等因素。為此，首先需要了解網(wǎng)絡(luò)故障的特征，即如何描述一個(gè)網(wǎng)絡(luò)故障?；谏鲜隹紤]，將通信網(wǎng)故障按照其在網(wǎng)絡(luò)中層次及其影響如下進(jìn)行分類和判決。

3.2 系統(tǒng)層故障分類與判決

圖1 網(wǎng)絡(luò)故障的形成機(jī)理

表1 故障嚴(yán)酷度分類

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)包含多個(gè)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)不同，使用需求/要求不同，故障判據(jù)有所區(qū)別，因此需要分別針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)確定故障判據(jù)。戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的故障定義通過“業(yè)務(wù)-故障判據(jù)”矩陣進(jìn)行，如表2所示。

“業(yè)務(wù)-故障判據(jù)矩陣”表中各字段的含義如下：

業(yè)務(wù)：指在用戶使用網(wǎng)絡(luò)的過程中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的“操作”，即用戶對(duì)部署在網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)的訪問和使用。戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)一般包含：態(tài)勢(shì)感知信息業(yè)務(wù)、指揮控制信息業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)話音以及網(wǎng)絡(luò)控制信息業(yè)務(wù)等。

故障判據(jù)：是判斷是否構(gòu)成故障的界限值。戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的故障一般涉及斷路故障、延時(shí)故障、數(shù)據(jù)不完整故障等，具體表達(dá)如：數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延≥150 ms、丟包率≥1 %、抖動(dòng)≥30 ms等。

在填寫“業(yè)務(wù)-故障判據(jù)”矩陣時(shí)，應(yīng)注意：

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)故障應(yīng)針對(duì)具體業(yè)務(wù)定義，體現(xiàn)用戶對(duì)不同業(yè)務(wù)的使用需求/要求不同，故障判據(jù)亦不同的特點(diǎn)。如：戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的指揮控制信息業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)性要求較高，而態(tài)勢(shì)感知信息業(yè)務(wù)對(duì)丟包率、連通的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目要求較高，而對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)性等要求稍低。

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的故障定義要結(jié)合“規(guī)定功能”展開，要體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各方面的功能、性能要求。設(shè)計(jì)人員要詳細(xì)了解用戶所需要的功能（如態(tài)勢(shì)感知、指揮控制、實(shí)時(shí)話音等），并保證網(wǎng)絡(luò)能提供這些服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)這些功能，網(wǎng)絡(luò)性能通常應(yīng)涵蓋傳輸及時(shí)性要求、完整性要求、正確性要求等。為便于故障分析，應(yīng)把用戶的功能及性能要求分門別類加以整理。

3.3 分系統(tǒng)層次分類與判決

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)在分系統(tǒng)層為通信車，車載通信系統(tǒng)典型構(gòu)成是多部不同頻帶及不同功能的設(shè)備。

表2 戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的“業(yè)務(wù)-故障判據(jù)”矩陣表

故障判據(jù)：導(dǎo)致設(shè)備或者設(shè)備的一部分或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)。

3.3.1 責(zé)任故障

1）由于設(shè)計(jì)缺陷或制造工藝不良而造成的故障；

2）由于元器件潛在缺陷致使元器件失效而造成的故障；

3）由于軟件引起的故障；

4）間歇故障；

5）超出規(guī)范正常范圍的調(diào)整；

6）試驗(yàn)期間所有非從屬故障原因引起的故障征兆 (未超出性能極限)而引起的更換；

7）無法證實(shí)原因的異常；

8）受試設(shè)備內(nèi)部通信故障。

3.3.2 非責(zé)任故障

非責(zé)任故障包括：

1）誤操作引起的受試產(chǎn)品故障；

2）試驗(yàn)設(shè)施及測(cè)試儀表故障引起的受試產(chǎn)品故障；

3）超出設(shè)備工作極限的環(huán)境條件和工作條件引起的受試產(chǎn)品故障；

4）修復(fù)過程中引入的故障；

5）將有壽器件超期使用，使得該器件產(chǎn)生故障及其引發(fā)的從屬故障。

3.4 設(shè)備層故障分類與判決

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備層指車載通信設(shè)備，包括節(jié)點(diǎn)設(shè)備、鏈路設(shè)備、等效終端等。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障：導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備喪失交換、路由、中繼和控制等節(jié)點(diǎn)功能，或?qū)е鹿?jié)點(diǎn)性能下降到不能忍受的故障。此時(shí)對(duì)某一端口故障不計(jì)入節(jié)點(diǎn)故障。例如路由或轉(zhuǎn)發(fā)策略控制錯(cuò)誤，則判定為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障。

網(wǎng)絡(luò)鏈路故障：導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)鏈路設(shè)備喪失節(jié)點(diǎn)間傳輸功能，或?qū)е骆溌沸阅芟陆档讲荒苋淌艿墓收?。?duì)相關(guān)節(jié)點(diǎn)某一端口故障計(jì)入鏈路故障。 例如大功率微波天線故障導(dǎo)致不能正常收發(fā)，則判定為網(wǎng)絡(luò)鏈路故障。

等效終端故障：導(dǎo)致等效終端面向用戶業(yè)務(wù)功能喪失，或?qū)е碌刃ЫK端性能下降到不能忍受的故障。例如電臺(tái)子網(wǎng)內(nèi)部撥號(hào)呼叫，呼叫成功率、話音質(zhì)量低于要求時(shí)，判定故障。

滿足下列情形之一者，均為設(shè)備故障：

1）不能啟動(dòng)；

2）不能按預(yù)定參數(shù)初始化；

3）出現(xiàn)功能性缺失或錯(cuò)誤；

4）性能下降到設(shè)計(jì)門限；

5）接口故障；

6）其它符合設(shè)備故障定義的故障。

4 結(jié)束語

隨著對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)可靠性研究的發(fā)展，基于對(duì)戰(zhàn)術(shù)通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)可靠性以及基于評(píng)估需求得綜合性網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)體系研究越來越深入。可靠性始終是與故障做斗爭(zhēng)的一門科學(xué)，只有對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的故障進(jìn)行較好的了解和掌握才能更好的掌握通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，本文中對(duì)故障模式的分類及對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的分類和判決為后續(xù)更好的研究戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)可靠性奠定了一定的基礎(chǔ)。

[1] GJB 899A-2009 ,可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)[S].

[2]梁雄健,孫青華,張學(xué)淵,等.通信網(wǎng)可靠性管理[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社, 2004.

[3] GJB 4239-2001,裝備環(huán)境工程通用要求[S].

Research on Failure Mode of Tactical Communication Network

ZHENG Zhi-guo, ZHANG Jin-fu, XU Xing-tong
(Military Representative Office of Equipment Development Department in Guangzhou, Guangzhou 510500)

This paper defines the failure of tactical communication network.The tactical communication network failure model is given according to the common failures, and then this paper analyzes the causes and effects of tactical communication network.Finally, this paper puts forwards the failure categories and judgment standard of the different levels for tactical communication network, and provides foundation for decision in different levels of failure.

tactical communication network; failure; failure mode

TB114.3

A

1004-7204（2016）05-0099-04

鄭志國（1979-），男,山東東平，工程師，碩士，研究方向：電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境適應(yīng)性等。

軍內(nèi)科研項(xiàng)目:項(xiàng)目編號(hào)為TZ-JDJ-Y-A-2014-002 項(xiàng)目級(jí)別：重點(diǎn)項(xiàng)目 項(xiàng)目名稱：戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)體系研究