автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Оптимизация процесса ввода в действие узлов коммутации с программным управлением

2 3

0& ной ^

На правах рукописи

Сизоненко Игорь Владимирович

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВВОДА В ДЕЙСТВИЕ УЗЛОВ КОММУТАЦИИ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

05.12.14 - Сети, узлы связи и распределите информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Научный руководитель - кандидат технических наук

профессор Р. А. АВАКОВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Б.С.Гольдштейн

кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.Д.Дойников

Ведущее предприятие указано в решении совета.

Защита состоится 1998г. на заседании

дассергационного совета К 118.01.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича по адресу: 191065, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д. 61.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ч/^г......... 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К! 18.01.01 к. т. н., доцент

В. X. ХАРИТОНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время на сетях связи активно ведутся работы по созданию и внедрению цифровых узлов коммутации (УК) с программным управлением.

Надежность и показатели качества работы УК в значительной степени зависят от принятых технических решений в процессе их разработки, проектирования, отладки, монтажа и ввода в эксплуатацию.

В общей проблеме, возникающей при построении и эксплуатации таких систем, выделяется ряд задач, требующих взаимной увязки и совместных оптимизационных решений. Одной из таких задач, является оптимальная организация процесса ввода в действие УК, которая определяется временными затратами на проведение пусконаладочных работ, организацию первоначального запуска и опытную эксплуатацию. Сложность этой задачи обусловлена организацией контроля работоспособности, связанной с большим объемом аппаратурных средств и наличием сложного программного обеспечения, управляющего его работой.

Поскольку проверка работоспособности должна обеспечить достоверную информацию о правильности работы УК, она требует значительных затрат времени. Стремление получить максимальную достоверность выводов о работоспособности УК при минимуме затрат материальных средств и времени ставит задачу выбора рационального сочетания значений этих параметров. Это объясняется тем, что характеристики связаны между собой так, что улучшение стратегии проверки по одной из них, как правило, ведет к ухудшению другой.

Несмотря на сравнительно высокий уровень теории развития цифровых УК с программным управлением, практически полностью отсутствуют теоретические работы в исследовании процессов ввода их в действие и контроля их работоспособности на этом этапе при ограниченном расходовании ресурсов.

Общим аспектам проблем технического диагностирования для стационарного режима функционирования посвящены работы ГШЛархоменко, В.А.Ведешникова, И.М.Синдеева, Н.Б.Суторихина, C.B.Яблонского, Ю.К.Дмитриева, Л.В.Голомштока, ВГЛазарева, G.Masson и др. В настоящее время известны работы отечественных и зарубежных авторов, посвященные вопросам: определения показателей и оценки надежности и качества функционирования узлов коммутаций с учетом отказов оборудования и способов обеспечения надежности (П.Н.Буров, В.А.Гейфец, А.А.Косгин, АЛ.Шалаев, Г.Малец); контроля технического состояния цифровых узлов коммутации (В.О.Ольконе, С.Тревес).

Однако по литературным данным отсутствуют комплексные теоретические работы, связанные с решением вопросов оптимизации процессов ввода в действие цифровых УК с программным управлением для нестационарного режима.

Современное состояние процессов ввода в действие цифровых УК с программным управлением, отсутствие теоретических работ в этой области обуславливает актуальность разработки научных методов, позволяющих оптимизировать процессы ввода в действие таких систем. Данное научное направление оценкр надежностных показателей системы для нестационарного режима функционирования УК с программным управлением на этапе их ввода в действие, представляет собой самостоятельную задачу, имеющую для техники электросвязи теоретическое и практическое значение. Более детальное изучение проблемы разработки таких методов показывает, что она сводится к постановке и решению комплекса задач анализа и оптимального синтеза.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка теоретически обоснованного метода оптимальной организации системы запуска УК и оценки его работоспособности на сети при минимальных временных затратах.

Для достижения поставленной цели последовательно решаются следующие задачи:

1. Анализ состояния и тенденций развития УК с управлением по записанной программе.

2. Определение основных этапов и анализ функциональных задач в процессе ввода УК в действие.

3. Анализ методов диагностирования УК с программным управлением на этапе ввода в действие.

4. Анализ и выбор модели оптимизации для этапа ввода УК в действие.

5. Синтез программы поиска отказов при вводе УК в действие и построение алгоритма программы.

6. Разработка рекомендаций по оптимизации процесса ввода в дейсвие УК с программным управлением.

Методы исследования. При выполнении работы были использованы следующие методы исследования: теория технической диагностики, методы комбинаторики, методы теории массового обслуживания, методы статистических испытаний, метод теории игр.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в том, что впервые проводятся теоретические исследования оптимизации процесса ввода УК в действие, представляющего собой самостоятельную задачу, имеющую и практическое значение.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что полученные теоретические выводы и практические результаты могут бьггь использованы дня оптимизации процесса ввода УК в действие. Разработанные программные средства дня IBM PC совместимых компьютеров позволяют проводить экспериментальные исследования.

Реализация результатов. Диссертационная работа является частью научно-исследовательской работы, проводимой кафедрой "Системы коммутации и распределение информации" Санкт-Петербургского государствапюгоушверсштлателекшм^ им. проф. М. А БскгьБруешга.

Апробация работы Основные результаты диссертационной работы обсуждались и были одобрены на 47-й НТК, посвященной Дню радио (Санкт-Петербург, 1992), на 47-й НТК СПбГУТ, на 3 Международном Форуме Информатизации в рамках МАИ (Сантст-Петербург, 1994), на 48-й НТК СПбГУТ, на семинарах профессорско-преподавательского состава СПбГУТ им.проф. М.А.Бонч-Бруевича в 1993-1995гг.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Успешное внедрение цифровых узлов коммутации на сетях связи невозможно без решения проблемы оптимизации их ввода в действие.

2. Необходимость проведения дополнительных проверок после заводских испытаний связана прежде всего с изменением условий работы УК.

3. Для контроля работоспособности УК на этапе ввода в действие необходимы специальные программные средства, являющиеся частью общих программных средств контроля и диагностики оборудования.

4. Использование рекурентного подхода позволяет оптимизировать процесс поиска проверки работоспособности УК при вводе его в действие.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Работа состоит из 146 страниц текста, включая 17 рисунков и 6 таблиц. Список литературы включает 97 наименований. Объем приложений -11 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введений обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, определены научная новизна, практическая ценность результатов исследования, приведены сведения об апробации работы, публикациях структуре и объеме диссертации.

В первом разделе диссертациипроизводаггся-анализпроцесса ввода в действие УК с программным управлением. На основании изученных литературных источников отечественных и зарубежных авторов произведена классификация отказов УК при вводе в действие по двум основным направлениям: отказы аппаратурных и отказы программных средств. Рассмотрены внешние факторы, влияющие на работоспособность УК, а также основные способы защиты от преждевременного выхода из строя.

После проведения успешных испытаний и проверок ввод УК в эксплуатацию не является мгновенным. Переход or работы в испытательном режиме к полной загрузке должен осуществляться постепенно. Процесс постепенного освоения системы сопровождается ее отладкой, когда по мере увеличения времени ее удовлетворительной работы увеличивается степень доверия к ней, а при сбоях в обслуживании не возникает серьезных последствий. Этот процесс зачастую обусловлен необходимостью внесения изменений в аппаратурные и программные средства, доукомплектования оборудования и изменения конфигурации сети, а также переподготовкой обслуживающего персонала.

Все эти факторы могут привести к изменению соотношения между аппаратурными и программными средствами, необходимости проведения дополнительных испытаний в целях обеспечения требуемых норм качества обслуживания.

Рассмотрена динамика причин отказов цифровых УК с программным управлением на примере коммутационного оборудования производства фирмы Ericsson в течении 5 лет. Статистические данные показывают, что доля отказов программных и аппаратных средств составляет порядка 25% от доли всех отказов, хотя и имеют тенденцию к снижению. Большое число отказов вызвано некорректной работой обслуживающего персонала, а также внесение новых программных ошибок при устранении ранее выявленных.

В связи с этим проверки отдельных составных частей УК и системы в целом начинаются на этапе изготовления, когда выполняется сначала автономная, а затем комплексная отладка. Для увеличения полноты проверки оборудования целесообразно учитывать результаты испытаний на предыдущих этапах. Это позволяет не повторять пелностью выполненные проверки и акцентировать внимание на условиях и значениях параметров функционирования УК, которые могугь способствовать выявлению ошибок, ранее не контролировавшихся. Большой объем оборудования и программного обеспечения приводит к необходимости оптимизировать набор проверок УК при вводе его в действие, обеспечивающих наибольшую глубину поиска неисправностей при минимальной длительности испытания.

Важнейшими характеристиками организации контроля работоспособности и правильности функционирования УК на этапе ввода в действие,, являются:

достоверность выводоа о техническом состоянии аппаратуры и программ в текущий момент врсмеии;

затраты на проведение проверок, отражающих количество и состав привлекаемых к их проведению специалистов, материальных средств и времени.

Противоречивость требований, возникающих при стремлении повысить достоверность и снизить затраты, приводит к декомпозиции УК. При этом используется два основных подхода - функциональный и аппаратурный. Функциональный подход обеспечивает функциональные проверки, ориентированные на исследование УК как устройства для обработки информации. Аппаратурный подход обеспечивает исследование аппаратурных средств. На практике имеет место совокупное использование обоих подходов. Проверяемое устройство разбивается на составные элементы и ставится задача проверки работоспособности каждого такого элемента. Поскольку проверка устройства при этом сводится к проверке аппаратурных единиц, здесь имеет место элемент аппаратурного подхода. Но если объем каждой аппаратурной единицы невелик и, следовательно, возможен полный перебор ситуаций, проверки элементов сводятся к контролю выполнения своих функций (т.е. используется функциональный подход). Любая практическая проверка УК по существу организуется в соответствии с данной схемой, в каждом конкретном случае решается лишь вопрос о величине фрагментов схем, на которые разбивается проверяемое оборудование.

Таким образом, дня проверки технического состояния УК необходимо использование аппаратурных и программных средств. Принцип действия аппаратурного способа контроля основан на использовании информационной и аппаратурной избыточности. Результат контроля таким способом формируется практически одновременно с получением результата контролируемой операции, при этом контроль не влияет на производительность УК.

Программный способ контроля предусматривает выполнение дополнительных (т.е. избыточных по отношению к работам) программ с определенными исходными даннными и последующим сравнением полученных результатов. На основании сравнения делается заключение о наличии или отсутствии неисправности.

Совокупность программных средств технического обслуживания УК образует систему программ технического обслуживания и подразделяется в соответствии со структурой процесса технического обслуживания на программы:

контроля, выполняющие функции обнаружения неисправности; восстановление неработоспособных устройств и ввод их в действие; диагностики, осуществляющие определение места и характера неисправности.

Основным методом программного контроля является тестовый контроль, предполагающий наличие специальных испытательных программ, в ходе выполнения которых на входы устройства подается определенное множество входных сигналов. По результатам выходных сигналов дается заключение об исправности или неисправности устройства в момент контроля. Тестовый контроль позволяет автоматизировать процесс обнаружения и поиска неисправностей, не требуя дополнительной аппаратуры.

Программы восстановления подразделяются на программы анализа неисправностей, реконфигурации и перезапуска. После обнаружения отказа применяются защитные действия, заключающиеся в изоляции неработоспособного устройства, реконфигурации системы, включении резервных устройств. Однако для проведения ремонта в неработоспособном устройстве необходимо определил, место и характер неисправности. Это осуществляется программой диагностики, которая обеспечивает определение технического состояния проверяемого устройства с целью выявления места неисправности с заданной точностью.

При анализе и синтезе система диагностирования УК может быть представлена в виде двухуровневой структуры. На первом уровне выделяется диагностировние на уровне системы (системный уровень), а на следующем - диагностирование на уровне модуля или блока (схемный уровень). Диагностирование на системном уровне выполняется в реальном масштабе времени. Основная задача состоит в определении места неисправности с глубиной до отдельного модуля. По результатам диагностирования на системном уровне осуществляется реконфигурация оборудования УК путем переключения на резервное оборудование или уменьшения влияния возникшей неисправности на работу узла.

Диагностирование на уровне модуля предусматривает поиск неисправностей в выведенном из обслуживания нагрузки оборудования с глубиной до конструктивно-съемных частей, например, до одного или нескольких типовых элементов замены (ТЭЗ). При вводе в действие УК ремонт сводится к замене неисправного элемента на работоспособный из ЗИПа. Выбор принципа построения схемы контроля работоспособности зависит как от уровня диагностирования, так и от особенностей архитектуры УК.

Определены основные этапы ввода в действие УК с программным управлением. В отличие от ранее известных подходов этап ввода в действие УК рассматривается как самостоятельная задача, входящая в общую систему процесса контроля технического состояния.

Второй раздел диссертационной работы посвящен выбору модели процесса ввода в действие узлов коммутации с программным управлением. С увеличением сложности УК непрерывно возрастает роль методов и средств, необходимых для быстрого обнаружения и локализации неисправностей. Одним из эффективных средств повышения надежности является использование методов, позволяющих оптимизировать техническую диагностику объектов. В зависимости от способов решения задачи могут быть использованы математические, эвристические и инженерные методы оптимизации. Произведена классификация основных методов оптимизации и область их применения.

Для решения задачи оптимизации проверки работоспособности и локализации выявленных неисправностей предлагается рекурсивный метод, непосредственно не использующий ни один из существующих методов комбинаторной оптимизации.

Рекурсивный метод предполагает получение приближенного базового решения каким-либо из эвристических алгоритмов (не связанных с перебором допустимых вариантов решений) и дальнейшим улучшении базового решения последовательным вычислением нижней границы стоимостей путей из промежуточных пунктов (начиная с конечных) с последующим развитием тех вариантов, оценки которых лучше фактической стоимости базового пути из рассматриваемого пункта в конечный.

В общем случае решение задачи состоит из вектора (а/, конечной, но неопределенной длины, удовлетворяющего некоторымым ограничениям. Каждое а,- является элементом конечного линейно упорядоченного множества А,. Таким образом, при исчерпывающем поиске рассматриваются элементы множества А1 х Аг х ■ ■ • х А,- для / = 0,1,2,... как возможные решения. В качестве исходного частичного решения выбирается пустой вектор () и на основе имеющихся ограничений выясняются, какие элементы из А, являются кандидатами в -обозначим это через множество 51. В качестве ^ можно выбрать наименьший элемент множества в результате имеется частичное решение («1). В общем случае различные ограничения, описывающие решения, свидетельствуют о том, из какого подмножества ^ множества А^ выбираются кандидаты для расширения частичного решения от (аь а2,... яц) до {аь сц,... оц, дк)- Если частичное решение

(аи а2,... не представляет возможностей для выбора элемента а^, то 5к = 0; необходимо возвратиться и выбрать новый элемент ац . Если новый элемент ац выбрать нельзя, необходимо возвратиться еще на один шаг и выбрать новый элемент а^-2 и т.д.

Исследуемое подмножество множества А) х х ... х А для / = 0,1, 2,. представляется как дерево поиска следующим образом. Корень дерева (нулевой уровень) есть пустой вектор. Его сыновья есть множество кандидатов для выбора а\ и в общем случае узлы к-го уровня являются кандидатами на вйбор а^ при условии, что аи а2,..., оы выбраны так, как указывают предки этих узлов. В дереве процедура поиска с возвращением осуществляется путем прохождения узлов дерева.

После построения перспективного варианта он либо становится базовым, либо отбрасывается, так как запоминание связанных с ним параметров не имеет смысла. Объем вычислений, необходимых для поиска оптимального варианта решения рекурсивным методом, является, очевидно, случайной величиной, минимальное значение которой соответствует случаю, когда оптимальным оказывается первый же базовый вариант. Поскольку улучшение базового решения производится в направлении из конца в начало, процесс легко определить так, чтобы максимальное значение случайной величины не превышало сложности решения задачи МДП.

Еще одним преимуществом РМ по сравнению с МДП является возможность его применения для решения задач с невыполняющимся принципом оптимальности. Например, если предположить, что стоимость перехода между каждыми двумя пунктами в рассмотренном примере зависит от предыдущего пути. Т.е. стоимости могут задаваться набором величин р - стоимостей перехода из 1-го пункта в ^'-й, при условии, что предыдущим пушсгом маршрута был к-й. Решение задачи в такой постановке использованием МДП принципиально невозможно, поскольку этим методом пути из каждого промежуточного пункта в конечный рассматриваются вне связи их с конкретными маршрутами. При решении задачи РМ переменные стоимости переходов легко учитываются, поскольку на каждом этапе вычислений улучшается конкретный вариант маршрута.

При использовании РМ задача синтеза программы проверки работоспособности сводится к определению последовательности выполнения проверок (тестов) из заданного множества П={ д}, обращающий в минимум выбранный критерий.

Основным критерием, который рационально выбирать при жестких требованиях к минимуму временных затрат на обнаружение неисправности является среднее время локализации неисправностей в объекте, определяемое соотношением:

t-r

где д*- вероятность того, что отказ в объекте произошел по вине »-го элемента.

Однако для объектов, находящихся в стадии разработки, ввода в действие, опытной эксплуатации, величины д* еще не определены. В этом случае синтез программы проверки работоспособности и локализации выявленных отказов может осуществляться с помощью минимаксного критерия.

Критерий минимакса позволяет из всех программ выбрать такую, которая обеспечивает минимизацию наибольших временных затрат (рис.1.)

Тли = гтш{тах Т Ги0т},

где Тл„ - наибольшее для рассматриваемой программы время локализации неисправности;

I/ - номер программы локализации; г - номер функционального элемента.

Программа (©

Программа уа(0

тах

Т = minfmax Td, } Рис.1

Данная формула предписывает внутри Фй схемы выбрать такое /, колкое обращает в максимум а затем из всех возможных г/ выбрать такое, для которых минимально. Выбранное (1 определит номер программы, которая будет минимальной по критерию минимакса.

Третий раздел даосергации посвящен разработке математической модели оптимальной организации процесса ввода в действие УК.

Сформулирована общая задача оптимизации процесса контроля работоспособности объекта исследования. Проверка УК производится последовательным применением тестов, которых предполагается достаточно для выявления любого отказа при условии последовательной замены отказавших элементов годными или включением резерва. Применение любого теста программы рассматривается как последовательное разбиение некоторого множества на подмножества.

Сформулированы правила образования матриц, существенных для поиска отказов в проверяемых подмножествах и правила проверки локализуемое™ тестов матрицы.

Разработан алгоритм построения минимаксных стратегий, представляющий собой упорядоченную последовательность внешних и внутренних циклов. На каждом внешнем цикле рассматривается подмножество <2/, I" = 1, ш + 1, £?т+1 = б контролируемой тестом матрицы Т, н определяется минимаксная стратегия у* ({?/) поиска отказов и посследовательного восстановления этих подмножеств.

Стратегии у*(0,) строятся последовательным формированием (в порядке нумерации тестов матрицы Т/) перспективных условно-оптимальных стратегий

и выбором среди них наилучшей:

= тти^е,)].

Построение каждой такой стратегии требует наличия оптимальных стратегий дальнейших разбиений 0/ и в случае отсутствия этих стратегий цикл построения прерывается для определения недостающих

результатов рекурсивным обращением к алгоритму.

Рекурсивные вычисления производятся на внутренних циклах, причем логика процесса на внутренних и внешних циклах одна и та же (рис.2.).

I-1 I-1

ТШ ТШ Т(&) Г* ш

г

1

у *(&!> Г <$>)

1

виешнин цикл

=1+1

внутренний

цикл

Частичные стратегии

не определены

■г<& - сл. /(Л г'(е*1)1 1 1

Если частичная стратегия не определена, цикл прерывается и переходит к следующему шагу рекурсии. Р :=1 * переход на внутренний фиа

1

* увеличение номера внутреннего | цикла

| | Д * формирование очередного теста,

' ' существенного для подмножества 0*,

7(0*/)=[Д. дал ж,)]

Частичные стратегии определены

Рис.2

На основании разработанной математической модели построен алгоритм минимаксных стратегий процесса проверки работоспособности и локализации неисправностей.

В четвертом разделе разработаны рекомендации по оптимизации процесса ввода УК в действие. Процесс ввода в действие УК начинается на этапе выбора типа оборудования. Результат процесса ввода в действие во многом определяется подготовительным этапом к

установке УК: выполнение проектных работ, предварительной подготовкой базы данных, выполнение всех подготовительных работ. Закгаочательным этапом, определяющим техническую возможность работы УК на сети перед началом опытной эксплуатации, является проверка готовности ввода в действие. Использование разработанного метода оптимизации проверки работоспособности оборудования позволяет планировать и управлять процессом поиска неисправностей.

В заключен и и сведены основные результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Определены основные этапы процесса ввода УК в действие. В отличие от ранее известных подходов к решению данной задачи этап ввода в действие УК является самостоятельной задачей.

2. Классифицированы основные причины отказов, возникающие при включении и проверке оборудования, а также материальные и временные ограничения, налагаемые на процесс ввода. Проведен анализ функциональных задач, реализуемых на этапе ввода в действие.

3. Одним из наиболее важных способов ускорения испытаний и ввода в действие является организация процесса контроля технического состояния исследуемого объекта. Исследованы основные факторы, влияющие на организацию контроля технического состояния УК на этапе ввода в действие.

4. Проведен анализ методов оптимизации поиска и локализации неисправностей. Для решения задачи оптимизации проверки работоспособности и локализации выявленных неисправностей предлагается рекурсивный метод, который состоит в получении приближенного базового решения и в дальнейшем его улучшении. Улучшение базового решения осуществляется последовательным вычислением стоимостей путей из промежуточных пунктов (начиная с конечных) с последующим развитием тех вариантов, оценки которых лучше фактической стоимости базового пути из рассматриваемого пункта в конечный.

5. При определении последовательности применения тестовых проверок предложен к использованию принцип минимаксного критерия, позволяющий разрабатывать программу проверки работоспособности УК для нестационарного режима.

6. Разработана математическая модель оптимальной организации процесса ввода УК в действие. Проведен синтез программы поиска

отказов с последовательным- восстановлением- при- минимаксном критерии-. Для решения задачи разработан алгоритм построения минимаксных стратегий проверки работоспособности и локализации выявленных неисправностей.

7. Разработаны рекомендации по- оптимизации процесса ввода УК в действие.

Публикации.

1. Аваков Р.А., Сафронов В.Д., Сизоненко И.В. Анализ процесса ввода в действие узлов коммутации с программным управлением//Сети связи и распределение информации: Сб. науч. тр. учеб. завед. связи/ ЛЭИС.-Л.,1991.

2. Аваков Р.А., Сафронов В.Д., Сизоненко И.В. Организация ввода в действие узлов коммутации с программным управлением// 47-я НТК, посвященная Дню радио: Материалы.- СПб,1992.

3. Сизоненко И.В. Оптимизация программы контроля работоспособ|юсти узлов коммутации с программным управлением при вводе его в действие// 47-я НТК: Тез. докл./ ЛЭИС.-Л., 1994.

4. Сафронов В.Д., Сизоненко И.В. Оптимизация процесса ввода УК с программным управлением// 3-й Международный форум информатизации в рамках МАИ,- СПб,1994.

5. Сизоненко И.В. Оптимизация управления процессом запуска и перезапуска узлов коммутации на ЦСИО// 48-я НТК: Тез.доклУ СПбГУТ.-СПб, 1995.

6. Сизоненко И.В., Юркин А.В. Внедрение цифрового коммутационного оборудования Harris 20-20 на сетях связи МПС// Международная НПК «Инфотранс-96». -СПб, 1996.

Подписано к печати 18.09.98. -ЙР№020475 от 29.04.97. _Объем I печ.л. Тираж 60 экз._

Tim. СПбГУТ. 191186 СПб, наб. р. Мойки,61

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ им.проф.М.А.БОНЧ-БРУЕВИЧА_

На правах рукописи УДК 621.395.345

СИЗОНЕНКО Игорь Владимирович

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВВОДА В ДЕЙСТВИЕ УЗЛОВ КОММУТАЦИИ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

05.12.14 - Сети, узлы связи и распределение информации

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель профессор, к.т.н. Р.А.Аваков

Санкт-Петербург 1998

Оглавление

Введение..................................................................................................... 2

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ВВОДА В ДЕЙСТВИЕ УЗЛОВ КООМУТАЦИИ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.........................12

1.1. Анализ функциональных задач на этапе ввода в действие......................12

1.1.1. Классификация отказов УК на этапе ввода в действие..........................12

1.1.2. Определение функциональных задач ввода УК в действие...................24

1.2. Анализ методов контроля технического состояния УК

с программным управлением на этапе ввода в действие...........................24

1.2.1. Основные факторы, влияющие на организацию контроля технического состояния УК при вводе в действие..................................24

1.2.2. Организация контроля технического состояния УК..............................29

1.2.3. Методы диагностирования УК с программным управлением

на этапе ввода в действие.....................................................................35

1.3. Основные этапы ввода в действие УК

с программным управлением..................................................................40

Выводы.......................................................................................................45

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ВВОДА В ДЕЙСТВИЕ УЗЛОВ КОММУТАЦИИ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.........................................................................................46

2.1. Анализ методов оптимизации.............................................................46

2.2. Выбор модели оптимизации для этапа ввода УК в действие .................... 55

2.3. Анализ выбора решения в процессе контроля технического

состояния на этапе инсталляции..............................................................61

Выводы.......................................................................................................64

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОПТИМАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ВВОДА В ДЕЙСТВИЕ УК...........................66

3.1. Постановка задачи...............................................................................66

3.2. Правила образования матриц, существенных для поиска

отказов в проверяемых множествах................................................67

3.3. Правила проверки локализуемое™ тестов матрицы.......................69

3 .4. Выбор минимально-достаточной совокупности параметров,

необходимых для локализации выявленных отказов..............................71

3.5. Синтез программы поиска отказов с последовательным

восстановлением при минимаксном критерии.......................................75

3.5.1. Алгоритм построения минимаксных стратегий.............................83

Выводы.....................................................................................................86

4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА

ВВОДА УК В ДЕЙСТВИЕ......................................................................88

4.1. Рекомендации по выбору коммутационного оборудования

для использования на сетях связи РФ..............................................88

4.2. Планирование основных этапов ввода в действие УК...........................89

Выводы.....................................................................................................93

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................94

Список литературы.................................................................................97

ПРИИЛОЖЕНИЕ 1...............................................................................108

ПРИИЛОЖЕНИЕ 2...............................................................................112

ПРИИЛОЖЕНИЕ 3...............................................................................118

ПРИИЛОЖЕНИЕ 4...............................................................................120

Введение

В настоящее время на сетях связи активно ведутся работы по созданию и внедрению цифровых узлов коммутации (УК) с программным управлением.

Надежность и показатели качества работы таких систем в значительной степени зависят от принятых технических решений в процессе их разработки, проектирования, отладки, монтажа и ввода в эксплуатацию.

В общей проблеме, возникающей при построении и эксплуатации рассматриваемых систем, выделяется ряд задач, требующих совместных оптимизационных решений. Одной из таких задач, является оптимальная организация процесса ввода в действие УК, которая определяется временными затратами на проведение пусконаладочных работ, организацию первоначального запуска и опытную эксплуатацию. Сложность этой задачи обусловлена организацией контроля работоспособности, связанной с большим объемом аппаратурных и программных средств и наличием сложного программного обеспечения, управляющего их работой.

Поскольку проверка работоспособности должна обеспечить достоверную информацию о правильности работы УК, она требует значительных затрат времени. Стремление получить максимальную достоверность выводов о работоспособности УК при минимуме затрат материальных средств и времени ставит задачу выбора рационального сочетания значений этих параметров. Это объясняется тем, что характеристики связаны между собой так, что улучшение стратегии проверки по одной из них, как правило, ведет к ухудшению другой.

Идеальным результатом испытаний на этапе ввода в действие УК является такой, при котором можно было бы установить, что в отношении как аппаратурных, так и программных средств реализованы все необходимые требования и дост иг нута заданная надежность. Однако на практике чрезвычайно сложно достичь такой организации ввода, при которой устанавливается факт соответствия безотказности и производительности заранее заданным спецификациям. С другой стороны,

необходимо учитывать что рациональная организация ввода в действие УК требует значительных финансовых затрат.

При вводе в действие УК следует принимать во внимание следующие практические соображения:

проведение пусконаладочных работ и опытная эксплуатация не должны предполагать слишком больших финансовых затрат, с таким расчетом, чтобы время и средства по их подготовке и реализации были бы ограничены;

необходимо в максимальной степени предусмотреть возможность непредвиденных событий по устранению отказов в случае их обнаружения;

конфигурация оборудования и программного обеспечения, подвергающиеся испытаниям, должны быть такими же, какими они будут использоваться в дальнейшей эксплуатации. При планировании и проведении испытаний необходимо убедиться, что все подсистемы УК, подлежащие идентификации, исследованы;

следует установить, имеет ли место требуемая совместимость с другими системами сети;

следует измерить оговоренную в спецификации производительность оборудования и попытаться установить производительность системы управления и УК в целом.

Несмотря на сравнительно высокий уровень теории развития цифровых УК с программным управлением, практически полностью отсутствуют теоретические работы в исследовании процессов ввода их в действие и контроля их работоспособности на этом этапе при ограниченном расходовании ресурсов.

Отсутствие согласованности в вопросах организации ввода в действие УК, как показывает практический опыт, может приводить к нарушениям последовательности работ и к необходимости привлечения дополнительных (материальных, временных и технических) ресурсов. При этом, как правило, возникают ситуации, когда устранить неувязки иногда сложнее, чем выполнить последовательность работ с самог о начала.

Результат организации работ, проводимых при вводе УК в действие, зависит от правильного планирования всего их комплекса, который должен основываться на последовательности проведения работ, близкой к оптимальной.

При этом эффективное планирование основывается: на охвате всех необходимых работ и их взаимосвязей в процессе ввода УК в действие;

на обеспечении четкой взаимной согласованности и увязки сроков проведения работ;

на возможности обеспечения оперативной коррекции реализуемого алгоритма по результатам текущего контроля;

на возможности доработки и внесения изменений в конфигурацию оборудования с учетом выявленных потребностей, при вводе УК в действие;

на определении наиболее рациональной последовательности выполнения работ с учетом взаимосвязи отдельных этапов ввода в действие, степени срочности выполнения отдельных видов работ, установления численности и квалификации привлекаемых специалистов, оценки необходимых средств и распределения их по срокам.

Общим аспектом проблем технического диагностирования на системном уровне посвящены работы Пархоменко П.П., Ведешникова В. А., Синдеева И.М., Яблонского С.В., Дмитриева Ю.К., Маввоп О. и др. Однако по литературным данным отсутствуют какие-либо теоретические работы, отражающие вопросы оптимизации процессов ввода в действие УК с программным управлением /11, 12, 13, 14, 22, 33, 39, 46, 49/.

Современное состояние процессов ввода в действие УК с программным управлением, отсутствие теоретических работ в этой области обуславливает актуальность разработки научных методов, позволяющих оптимизировать процессы ввода в действие таких систем. Данное научное направление оценки надежностных показателей системы для нестационарного режима функционирования УК с программным управлением на этапе их ввода в действие, представляет собой самостоятельную задачу, имеющую для техники электросвязи теоретическое

и практическое значение. Более детальное изучение проблемы разработки таких методов показывает, что она сводится к постановке и решению комплекса задач анализа и оптимального синтеза. Исходя из этого формулируется цель диссертационной работы.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка теоретически обоснованного метода оптимальной организации системы запуска УК и оценки его работоспособности на сети при минимальных временных затратах.

Для достижения поставленной цели последовательно решаются следующие задачи:

1. Анализ состояния и тенденций развития УК с программным управлением по записанной программе.

2. Определение основных этапов и анализ функциональных задач в процессе ввода УК в действие.

3. Анализ методов диагностирования УК с программным управлением на этапе ввода в действие.

4. Анализ и выбор модели оптимизации для этапа ввода УК в действие.

5. Синтез программы поиска отказов при вводе УК в действие и построение алгоритма программы.

6. Разработка рекомендаций по оптимизации процесса ввода в действие УК с программным управлением.

При выполнении работы были использованы следующие методы исследования: теория технической диагностики, методы комбинаторики, методы теории массового обслуживания, методы статистических испытаний, метод теории игр.

9

Научная новизна работы состоит в том, что впервые проводятся теоретические исследования оптимизации процесса ввода УК в действие, представляющего собой самостоятельную задачу, имеющую и практическое значение.

Практическая ценность результатов диссертационной работы состоит в том, что полученные в работе теоретические выводы и практические результаты могут быть использованы для оптимизации процесса ввода УК в действие. Разработанные программные средства для 1ВМ РС совместимых компьютеров позволяют проводить экспериментальные исследования.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и были одобрены на 47-й научно-технической конференции, посвященной Дню радио (Санкт-Петербург, 1992г.), на 47-й научно-технической конференции Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им.проф. М.А.Бонч-Бруевича, на 3 Международном Форуме Информатизации в рамках Международной Академии Информатизации (Санкт-Петербург, 1994г.), на 48-й научно-технической конференции Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича, на Международной научно-практической конференции «Инфотранс-96», на семинарах профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им.проф. М.А.Бонч-Бруевича в 1993-1995гг.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах.

К защите представлены следующие тезисы:

Успешное внедрение цифровых узлов коммутации на сетях связи невозможно без решения проблемы оптимизации их ввода в действие.

Необходимость проведения дополнительных проверок после заводских испытаний связана прежде всего с изменением условий рабой УК.

Для контроля работоспособности УК на этапе ввода в действие необходимы специальные программные средства, являющиеся частью общих программных средств контроля и диагностики оборудования.

Использование рекуррентного подхода позволяет оптимизировать процесс поиска проверки работоспособности УК при вводе его в действие.

До начала запуска УК, как правило, невозможно определить вероятность реальных отказов его элементов. Поэтому необходимо при «наихудшем исходе искать максимальный выигрыш».

Разработанные программные средства для IBM PC позволяют проводить экспериментальные исследования и обеспечивают проверку достоверности полученных теоретическим путем результатов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы. Работа состоит из 122 страниц текста, включая 19 рисунков и 10 таблиц. Список литература включает 118 наименований. Объем приложений - 15 страниц.

Структура и содержательная часть диссертационной работы представлена на рис.В. 1на котором показан состав работы, взаимосвязи между разделами, основными подразделами каждого раздела. В табл.В. 1. представлен список сокращений, наиболее часто используемых в работе.

Диссертационная работа выполнена на кафедре CK и РИ Государственною университета телекоммуникаций им.проф.М.А.Бонч-Бруевича.

Автор выражает благодарность научному руководителю кт.н. профессору Авакову P.A., а также к.т.н. доценту Сафронову В.Д. за оказанную помощь в работе над диссертацией. Автор благодарен коллективу кафедры CK и РИ, который участвовал в обсуждении основных положений работы. По мнению автора, улучшению диссертационной работы способствовали замечания д.т.н. профессора Берлина А.П., к.т.н. доцента Игнатьева В.И., к.т.н. доцента Шалаева А.Я., к.т.н. доцента Данилова В.И.

Структура диссертационной работы

В в еде ние

Актуальность, современное состояние Цели и задачи исследования Характеристика работы

/. Анализ процесса ввода узлов коммутации с программным управлением

0> Анализ функциональных задач на этапе ввода в действие УК

Классификации отеазои УК

Определение функциональных задач

(г> Анализ методов контроля

технического состояния УК при вводе его в действие

Основные факторы, влияющие на ор1шш:«1|и1окошромя тех. состояния

Организация кошроля технического состояния УК

Анализ методов диагностирования УК на этапе ввода в действие

?Осг* _

Основные этапы ввода в действие

::/::> УЖ ,:= г.

2. Обоснование выбора модели процесса ввода в действие УК с программы ым управлением

Выбор модели оптимизации для I этапа ввода в действие I

Анализ выбора решения в процессе контроля технического состояния на этапе инсталляции

3. Разработка математической „модели оптимшыюй организации процесса ввода в действие УК

<5

^Постановка задачи

СЭ * Правила образования матриц

• нршшапровчжилоката^ешет

• выбор миниматьно-достаточной совоку пности параметров

ф Синтез программы поиска отказов с послошвагеяьным вдаладавлением при минимаксном критерии

Алгоритм построения минимаксных стратегий

4. Разработка рекомендаций по оптимизации процесса ввода в действие узлов коммутации с программным управлением

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1

Список сокращений, наиболее часто используемых в работе

Таблица В.1.

Аббревиатура Полное наименование

УК узел коммутации

СУ система управления

ЦУУ центральное управляющее устройство

ПУУ периферийное управляющее устройство

чнн час наибольшей нагрузки

ЭУМ электронная управляющая машина

ФОВ функции обслуживания вызовов

ФТЭ функции технической эксплуатации

нтд нормативно-техническая документация

ТУ технические условия

БН блок надежности

тэз типовой элемент замены

мвг метод ветвей и границ

мдп метод динамического программирования

РМ рекурсивный метод

нг нижние границы

мкктт международный комитет по телефонии и телеграфии

мое международная организация по стандартизации

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ВВОДА В ДЕЙСТВИЕ УЗЛОВ КОММУТАЦИИ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

1.1. Анализ функциональных задач на этапе ввода в действие УК.

1.1.1. Классификация отказов УК на этапе ввода в действие.

Надежность и показатели качества функционирования цифровых узлов коммутации с программным управлением в значительной степени зависят от принятых технических решений в процессе их разработки, проектирования, отладки, монтажа и ввода в эксплуатацию.

Термин "надежность" был введен в международную практику МККТТ новой Рекомендацией G. 106, принятой на VIII пленарной Ассамб