民航貴州空管分局通信網可靠性建模分析

賈海朋　潘誠

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

【關鍵詞】 空管通信 可靠性 冗余系統

引言

隨著貴州民航事業的迅速發展，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，相應對管制手段的要求也越來越高。空管通信網要求提供更高的通信質量以及更穩定可靠的通信系統，以保證業務的正常可靠地傳輸。但由于目前空管尚缺乏規范的通信網可靠性評估依據和標準，難以系統性分析和評估通信設備的質量和可靠性，存在一定的安全隱患。本文通過建模分析串聯通信系統、并聯冗余通信系統、備份冗余通信系統的可靠性計算方法，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為例，對系統可靠性進行分析。

1、可靠性評估數學模型的建立

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

設λ為整個系統的失效率，即：

則：

并聯冗余系統的可靠度為：

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

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

在備用冗余系統模型中，假定主系統故障后，備用系統依次迅速接替工作，直至備用系統全部故障，假定系統是不可修復的，則在時間t內具有n-1個備用系統的可靠度為：

式中，ps表示系統成功切換的概率，即切換裝置的可靠動作率。

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

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

將f（t）對t1積分得到只用t表示的聯合概率密度函數：

因此，系統的可靠性為：

考慮檢測和切換裝置的可靠動作率ps，系統可靠性為：

2、貴州空管分局通信網可靠性分析

以貴州空管分局通信網中航管樓至森林公園雷達站的通信保障系統為例，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所示的傳輸結構圖：

圖1 航管樓至森林公園雷達站傳輸結構圖

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設備互為備份。

（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，根據文獻調研收集到的華為通信設備的可靠性參數的分析，設備可靠性為：

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

微波設備與前端光纖設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微波設備可以很方便的實現這種模式的連接，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，微波設備可靠性

微波傳輸的可靠性為

故微波鏈路微波設備7——微波13——微波設備8的可靠性為

航管樓至森林公園雷達站采用的接入網設備是華為FA16，根據傳輸圖可以看出，兩種通信方式通過電纜接入華為FA16設備，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的技術手冊，可知該設備的可靠性很高，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絡通信可靠性。這種情況下，主備分通信鏈路的可靠性均為R，則整個航管樓到發報臺的可靠性為

結束語

可靠性建模分析表明，當串聯系統中某一個節點的可靠性較差時，會顯著影響串聯系統的整體可靠性，通過并聯冗余系統、備份冗余系統設計可以有效提高空管通信系統的可靠性。在系統連接方式上應盡量少用串接的方法，對可靠性要求高的部件，多采用并聯備份的方式，當然，在考慮追求高可靠性的同時，要考慮整個網絡建設的經濟成本，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：民航西南地區空管局科技項目