Алгоритм поиска и локализации участков возникновения ошибок на ведомственных гетерогенных цифровых сетях связи

Развитие транспортной сети осуществляется в целях формирования современной телекоммуникационной основы для расширения спектра и повышения качества услуг связи и информационного обеспечения.

Анализ архитектурных решений построения ведомственных транспортных сетей показал, что они реализуются на основе современных сетевых технологий по концепции «сети доступа – транспортная сеть» с использованием технологий коммутации каналов (на базе технологий PDH/SDH) и коммутации пакетов (на базе технологий IP/MPLS). Транспортная сеть состоит из магистральной и региональных сетей связи, включающих ряд технических подсистем, обеспечивающих функционирование сети: управления, сигнализации и синхронизации.

В состав транспортной сети с коммутацией каналов (ТСКК) входят междугородняя и региональная транспортные сети. Междугородняя ТСКК построена на основе аренды каналов связи у двух и более независимых операторов ЕСЭ России с использованием преимущественно отечественного телекоммуникационного оборудования и предназначена в основном для переноса трафика сетей телефонной и документальной связи.

Проведенный анализ состояния аппаратно-программных средств и оборудования ведомственных транспортных сетей связи показал, что предоставление современных инфокоммуникационных услуг абонентам организуется с помощью оборудования различных технологий и производителей, в том числе зарубежных. Поэтому в настоящее время не создана единая автоматизированная система сбора и обмена достоверной и полной информацией между эксплуатационными подразделениями об отказах оборудования, деградации качества цифровых каналов и трактов. Это существенно затрудняет обнаружение и локализацию неисправностей на гетерогенной транспортной сети из-за отсутствия единой системы мониторинга состояния цифровых каналов и трактов.

В результате анализа условий функционирования оборудования сетей связи регионального сегмента ТСКК выявлены четыре основных источника неисправностей сетей СЦИ.

Обрыв линии связи. Основные причины: обрыв кабеля связи или оптического волокна при проведении земляных работ, оседание грунта и т.д.

Отказы аппаратных средств. Основные причины: авария по электрическому питанию, выход из строя блоков, несогласованность с операторами связи при проведении ремонтно-настроечных работ и т.д.

Ухудшение качества связи (высокий коэффициент ошибок). Основные причины: накопление дрожания фазы (джиттера), низкая принимаемая мощность оптического сигнала из-за некачественных соединений или неточной сварки волоконно-оптического кабеля и т.д.

Ошибки маршрутизации каналов и трактов (появление неисправности на уровне трактов низкого или высокого уровня). Основные причины: неправильная маршрутизация трактов в мультиплексорах ввода/вывода или цифровых кросс-коммутаторах. Это происходит из-за ошибок технического персонала в процессе установки сетевых трактов при использовании нескольких систем управления конфигурацией или в результате сбоя в программном обеспечении системы управления конфигурацией.

Для разработки алгоритма поиска и локализации участков возникновения ошибок на гетерогенных цифровых сетях связи необходимо проанализировать параметры телекоммуникационного оборудования, возможности систем управления по мониторингу состояния цифровых каналов и трактов и рекомендованные методики проведения измерений по оценке показателей качества цифровых каналов технологий синхронной и плезиохронной цифровых иерархий.

Анализ возможностей систем управления оборудования производства НТЦ ВСП «Супертел Далс» и «Siemens» показал, что они могут фиксировать критические виды неисправностей за счет контроля определенных параметров синхронных мультиплексоров.

Проведенный анализ рекомендованных методик проведения измерений по оценке показателей качества цифровых каналов позволил сделать вывод о том, что основным методом контроля качества составных каналов связи является неразрушающий контроль без остановки связи. И только в случае полной потери связи допустимо проведение измерений с разрывом коммутации (остановкой связи).

Основной схемой проведения измерений является схема с встречным включением измерительных приборов. На тех участках тракта, где применение данной схемы технически невозможно, допускается применение схемы измерения с помощью шлейфа.

В качестве основных измеряемых параметров ЦК определены: ES и SES. В качестве дополнительных измеряемых параметров выбран MTJ. Нормирование указанных параметров осуществляется в соответствии с действующими приказами Министерства связи и рекомендациями МСЭ-Т.

На основе анализа существующих методик предложены общие методики проведения измерений выбранных параметров для участков тракта цифровых гетерогенных сетей связи и алгоритм поиска и локализации участков возникновения ошибок на гетерогенных цифровых сетях связи.

На основании анализа основных причин возникновения неисправностей на цифровых гетерогенных сетях связи и разработанной методики измерения цифровых каналов разработан алгоритм поиска и локализации участков возникновения ошибок.

Блок-схема алгоритма представлена на рисунке 1.

Тракт прохождения сигналов через сеть телефонной связи делится на две зоны ответственности: сегмент транспортной сети и сегмент сети абонентского доступа.

Алгоритм предусматривает организацию процесса поиска и локализации возникновения ошибок с одновременным использованием возможностей общей подсистемы непрерывного контроля для участков, оборудованных системами передачи оснащенными фирменными системами сетевого управления от производителей и с использованием средств измерения, в системах связи, на которых отсутствует подсистема непрерывного контроля. В зависимости от характера повреждения измерения могут проводиться без прекращения или с прекращением связи.

Процесс обнаружения и локализации повреждений с использованием средств измерения обычно начинается после получения информации об аварийном или предаварийном состоянии параметра, полученной от подсистемы непрерывного контроля.

При невозможности определить причину возникновения неисправности с помощью подсистемы непрерывного контроля или по аварийной сигнализации оборудования необходимо произвести оценку качества цифровых каналов и трактов с помощью внешних измерительных приборов.

В зоне своей ответственности при поиске участка с деградацией качества необходимо:

• определить маршрут тракта;
• разделить тракт на участки.

Если связь не полностью прервана, приборы для измерения без закрытия связи (по нарушению алгоритма кода, ошибкам циклового синхросигнала) в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т О.161 и О.162 должны быть размещены в разных доступных точках вдоль тракта, чтобы определить, какой участок поврежден;

– скоординировать процесс измерения так, чтобы измерения начинались и заканчивались в одно и то же время на разных участках тракта;

Рис. 1. Алгоритм поиска и локализации участков возникновения ошибок на гетерогенных цифровых сетях связи

– путем сравнения результатов с нормами определить поврежденный участок;

– убедиться, что в тракте нет «белых пятен» для контроля.

«Белое пятно» – это часть тракта, имеющаяся между двумя контролируемыми частями не охваченными непрерывным контролем.

Если повреждены несколько участков, локализация повреждений должна обычно сосредоточиваться на самом худшем участке.

Размещение точек введения измерительного сигнала и измерения должно быть выбрано исходя из эффективности локализации повреждения. Это включает в себя и возможность образования шлейфов.

В случае невозможности устранение аварии в своей зоне ответственности фиксируется факт наличия неисправности в зоне ответственности другого подразделения или оператора связи.

В качестве критерия оценки эффективности функционирования сетей телефонной связи используется комплексный показатель надежности – коэффициент готовности К_Г, определяющий вероятность работоспособности объекта в произвольный момент времени.

Коэффициент готовности рассчитывается по формуле

,    (1)

где Т_О – среднее время между отказами системы (элемента), ч.;

Т_В – среднее время восстановления системы, ч.

Самое заметное влияние на коэффициент готовности оказывает время восстановления Т_В, которое, в свою очередь, складывается из четырех составляющих:

• времени обнаружения неисправности t_о;
• времени определения характера и места повреждения t_изм,
• времени ремонта t_рем,
• в случае повреждения кабельной линии к этим составляющим добавляется время, необходимое для прибытия аварийной бригады на место повреждения линии t_тр.

Требования по коэффициенту готовности для российских ВОЛС приведены в [1, 2]. Для основного цифрового канала (ОЦК) протяженностью 13 900 км (без резервирования) показатели надежности по отказам приведены в [3]:

• коэффициент готовности – не менее 0,98;
• среднее время между отказами – не менее 255 ч;
• среднее время восстановления – не более 5,2 ч.

Учитывая высокую надежность современной аппаратуры ЦСП, принятое значение коэффициента готовности кабельной линии равно 0,985, а аппаратуры – 0,995 [1, 2, 3].

Как видно из (1) уменьшение времени на обнаружение и локализацию неисправностей приводит к уменьшению времени восстановления системы связи. Это приводит к увеличению надежности системы.

Время восстановления также можно уменьшить за счет повышения точности локализации участков неисправности в сети связи.

Если рассматривать задачу поиска участка неисправности или деградации качества с точки зрения теории диагностирования, то она сводится к поиску отказавшего функционального узла, из-за которого объект в целом неработоспособен. Таким образом, тракт прохождения телефонных сигналов по сети связи можно представить в виде диагностической модели (рисунок 2).

Участок №1: ЦАТС «МиниКом DX-500C»

Участок №2: Мультиплексор ОСМ-К, мультиплексор ОСМ-К.

Участок №3: Мультиплексор Surpass hiT, Мультиплексор Surpass hiT.

Участок №4: ЦАТС «МиниКом DX-500C».

Между участками находятся контрольные точки (КТ) измерения потока Е1.

На основе представленной диагностической модели может быть разработана программа поиска места отказа с использованием известного метода диагностирования – последовательных поэлементных проверок.

Рис. 2. Диагностическая модель тракта передачи

Суть метода заключается в поочередной проверке элементов отказавшей системы (участков) в заранее определенной последовательности [4]. В ходе поиска проверяется качество связи на каждом участке до отыскания участка деградации. Проверка продолжается до тех пор, пока не будет найден участок (причина) деградации качества и восстановлена его работоспособность. После восстановления связи (доведения качества связи до нормы) на выявленном участке производится проверка функционирования всей системы связи.

Оптимизация программы поиска неисправного элемента при данном методе осуществляется следующим образом [4].

Пусть система связи состоит из N элементов (участков), состояние которых можно проверить независимо друг от друга. Для составления программы необходимо располагать данными о надежности связи на каждом участке и затратах времени на их проверку. Очевидно, оптимальная программа поиска будет иметь место при выполнении порядка проверок, устанавливаемого следующим неравенством:

,

где Q_i – вероятность того, что отказ системы произошел из-за отказа i-го элемента (участка);

t_i – среднее время проверки исправного i-го элемента (участка);

Индексы величины приведенного неравенства устанавливаются в соответствии с очередностью проверки участков.

Физический смысл неравенства: чем больше вероятность, что отказ произошел по вине данного элемента (участка) и чем меньше времени затрачивается на его проверку, тем целесообразнее в первую очередь проверять этот элемент [4].

Если среднее время проверки исправности элемента одинаково, оптимальная программа поиска определяется неравенством

Q₁>Q₂>...>Q_i>...>Q_N,

а при равенстве вероятностей отказов элементов очередность проверки устанавливается неравенством

t₁<t₂<...<ti<...<t_N.

Проанализируем участки тракта составного канала с точки зрения надежности связи на каждом из них. Наименее надежными представляется участок транспортной сети SDH (участок тракта № 3) вследствие своей протяженности и наличия нескольких операторов связи. Наиболее надежным можно считать участок №2.

Следовательно, для уменьшения Т_В в большинстве случаев обнаружение неисправностей необходимо начинать на участке №3.

Полученные результаты являются, по сути, научно-обоснованными предложениями по организации системы мониторинга по контролю качества организуемых цифровых каналов и трактов и могут быть использованы эксплуатационными подразделениями для уменьшения времени и повышения точности локализации участков возникновения ошибок на ведомственных гетерогенных цифровых сетях связи, реализованных с использованием оборудования различных технологий и производителей.