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民航空管通信网可靠性初探

减小字体 增大字体 作者:591代写毕业论文网  来源:http://www.591lw.com  发布时间:2012-10-19 23:57:00

 0 引言
  通信网络就用途而言,主要分为专用通信网(专网)和公用通信网(公网)两类,专网作为公网的一种补充,它主要指在一些行业、部门或单位内部,为满足其进行组织管理、安全生产、调度指挥等需要所建设的通信网络。全国各类专网有100多个,除铁路、电力、石油、公路等大型专网为自建线路外,大多数专网为租用公网线路构建。大型专网均建立了专业管理,小型专网多为附属管理,主干线路采用租用运营商线路的方式进行解决。民航空管专网属于小型专用通信网络,含自建部分线路。
  在民航空管通信传输领域,由于其固有的生死攸关行业特性,对于通信网络的传输可靠性提出了更多的要求,传输网络的可靠性既需要体现出通用传输手段的层面,也需要针对民航空管行业独特的需求进行相应的改进。
  1 通信网络可靠性定义
  1.1 通信网络可靠性定义
  国标对产品的可靠性定义:产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。通信网络作为一个整体性的系统,它具有自身固有的特性,网络的可靠性可以对其下的定义:通信网在实际连续运行过程中完成用户的正常通信需求的能力。对一网络的可靠性,更偏重于从用户角度出发评判通信效果。
  1.2 通信系统可靠性指标
  通信系统可靠性是指在人为或非人为的外来破坏以及内在老化的作用下,网络在规定条件下、规定时间内的生存能力。无论是在网络的规划设计还是运行维护阶段,可靠性都是一个重要的技术性能指标。
  抗毁性和生存性是最早提出的两个与可靠性相关的网络可靠性指标。网络的抗毁性表征了网络系统在人为作用下网络的可靠性。网络的生存性一般用连通概率表示。后期伴随着通信行业的发展,有效性指标也越来越重要的体现在网络传输网的构建过程当中,网络的有效性是一个基于网络性能的可靠性指标,表征了网络系统在网络部件失效条件下满足通讯性能要求的程度。现阶段对抗毁性、生存性和有效性的研究,主要集中于对于特性的研究,而解决这三大特性所面临的问题的主要手段则主要为构建冗余系统、备份系统等。
  通信系统可靠性评估,通常采用平均故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failure)、平均运行(无故障)时间MTTF(Mean Time to Failure)、平均修复时间MTTR(Mean Time to Restore)以及可用度A、不可用度U 来衡量,其关系为:
  MTBFi=MTTFi+MTTRi
  Ai=MTTFi / MTBFi
  ?滋i=MTTRi / MTBFi
  为切实保障通信网络的可靠性,通常通过构建冗余系统和独立备份系统的方式对通信网络进行保障,但构建中仍存在着一系列的问题亟待解决,诸如采取何种指标对冗余和备份系统进行构建,进行评估等,都是亟待解决的问题,也是本文的关注点所在。
  1.3 影响通信网络可靠性因素
  通信网是由传输、交换、终端设施和信令过程、协议以及相应的运行支撑系统组成的复杂综合系统, 影响其安全的因素很多。具体可分为内部因素和外部因素。
  外部因素:通信设备和通信网所依存的环境条件, 可以进一步区分为可控因素和不可控因素: 可控因素指设备的工作条件(如温度、湿度、供电、防震和防尘等);不可控因素指影响通信设备和网络正常运行的一些外部事件(包括自然灾害、人为故障和突发事件等)。
  内部因素:设备可靠性、网络工程设计、组织和维护管理等。
  2 民航空管通信网络特性分析
  2.1 民航通信网特性
  民航空管行业自建的专网,主要用于传递安全机密信息,进行实时的内部组织生产、实时调度指挥管理。其产生主要由于早期我国的公网发展较缓慢,不能满足行业业务的需求,民航内部就自建小型通信网,以满足生产之需;民航空管行业对专用通信网的投资效益并不敏感,更多的是考虑自主性。关注的是通信网络构建后产生的社会效益。因此通信网络的可靠性远比效益更为受到空管行业的关注,如何有效地提高空管通信网运行过程中的可靠性,是通信网络技术发展过程中亟待解决的关键性问题。目前对于网络可靠性的研究主要集中于相关的可靠性指标和计算上,对于提高可靠性的研究较少,因此如何合理地在研究空管通信网可靠性的标准上建立有效的提高可靠性的系统体系,对于提高网络的可靠性、改善空管运营质量有着一定的重要意义。 2.2 空管通信传输业务特点
  民航空管通信网与一般的通信专网相比,有其固有的特性,与电力、铁路、石油等部门不同,空管承载的业务数据除了通用性的计算机网络数据外,还有着各类专用设备的数据传输,例如雷达数据、VHF甚高频数据、自动转报数据、气象数据、情报数据、信息系统联网数据等。雷达数据等专有格式的数据需要有专用的传输设备和传输接口来对其加以保障。
  由于民航通信网的特殊性,其目前的传输保障与其它行业存在一定的差异,主要包括几个方面的特点。
  2.2.1 小颗粒
  关键业务如雷达、VHF、转报、设备监控等多为64K带宽以内的业务,即便是数据业务,2M的带宽对大多数业务而言均可满足。
  2.2.2 点对点,辐射状网络
  从目前台站的管理体制均为按省级行政区域分块管理,网络结构呈星形,分局航管楼为中心辐射至各台站点对点传输。地区管理局区域内才形成环形保护网络进行业务交换。
  2.2.3 接入为主,传输为辅
  至航管楼附近台站有自建传输网络,至外台均为租用运营商电路,且由于业务的小颗粒性,在整个通信网络中,接入设备占据了主要地位,传输上的保护冗余仅限于本场附近台站。
  2.2.4 关键业务地域特征明显
  雷达站、VHF遥控台的作用范围有限,且空管管制区域的划分使得空管业务传输地域特征极为明显,本区域内能使用的雷达、VHF信号仅需要本区域及周边的台站提供,超出覆盖范围的台站信号不需要,需要管理的台站也仅限于本省。
  2.2.5 安全性要求高于其他特性
  由于空中交通管制的特点,安全性始终是第一位的,对于通信网络也带来同样的要求,因此,不间断的业务信号传输是空管通信的必然要求,如何提高业务信号传输的可靠性,确保业务信号的正常传递也是空管通信的研究方向。
  2.3 民航空管通信网络层面特性
  为了有效分析民航空管业务通信网络的运行保障,根据通信网络的特点和民航空管实际运行情况,通信网运行大致可分为运行层面和控制层面的管理,其中运行层面包括基础层、设备层和网络层,控制层面包括业务层、管理层和系统层。
  2.3.1 空管通信网运行层面
  基础层:研究网络环境和异常故障的规律及对通信设施的影响。
  设备层:对设备提出可靠性要求并对其运行中发生的问题进行分析。
  网络层:研究网络拓扑结构的健壮性及网络组织的要求和改进措施。
  2.3.2 空管通信网控制层面
  业务层:从用户需求对业务完成性进行分析和评判。
  管理层:确定指标,研究网络维护和管理体制及提高维护管理水平的措施等。
  系统层:研究技术标准,网络总体规划和发展方向。
  3 提高民航通信网可靠性的方法
  民航通信系统可靠性问题既有一般通信系统的共性,又有其自身特点。国内的研究主要集中在通信电源系统的可靠性研究、总线系统的可靠性研究以及通信中数据传输的可靠性研究;国外则主要集中在通信系统可靠性算法的研究(包括布尔代数法、神经网络法、递归算法等)和系统的可靠性分析。
  为更好地提高空管通信网络的可靠性,本文在研究民航通信网络可靠性的基础上,分析空管通信网“两地一空”主备系统的可靠性计算模型,为后期民航空管行业通信网络的发展提供参考。
  3.1 合理优化空管通信系统拓扑结构
  由于影响通信网的可靠性的因素很多,在进行网的可靠性设计时,可以从构成网络部件的可靠性、网络的拓扑结构、路由选择方式等方面来考虑。
  网络部件的可靠性。通信网是由基本的部件或子系统等构成的,提高网的可靠性必须首先尽量降低部件或子系统的故障率。如在进行系统设计时,应采用MTTF较小的产品,避免过多部件的串接,对可靠性要求高的系统采用备份形成并接系统等。
  网络的拓扑结构。合理的拓扑结构是通信网络可靠性的保障。一般来说,环形网和网状网的可靠性总是要好于链形网和树形网。因此,在网络设计时多使用网状结构和环形结构是提高网络可靠性的有效办法。当然,一味追求网络结构最优化也不可取,还必须考虑到网络的建设成本是否合理。
  规模较大的通信网通常可分为核心网和接入网,相应地网络中的节点也分为核心节点和接入节点。核心网处于整个通信网络的核心,承载的业务量大,对网络可靠性的影响也比较大。因此,综合考虑网络可靠性和建设成本,可以在核心网采用网状或环形结构,接入网采用链形或树形结构,组成复合型的拓扑结构。
  路由的选择方式。路由选择方式是交换网络的核心技术, 不同的路由选择方式给网络带来的可靠性有很大的差别。如无级选路比有级选路具有更高的可靠性, 动态路由比固定路由具有更高的可靠性。
  3.2 民航通信网的备份系统可靠性研究
  民航空管通信网络系统的可靠性评价的基本思路:采用MTBF、MTTF、MTTR 等参数评估基础产品(包括设备、仪器、硬软件平台)的可靠性,采用非冗余系统、完全冗余系统、部分冗余系统以及备用系统来评估系统或分系统的可靠性,然后根据系统的拓扑结构评价整个网络系统的可靠性水平。
  随着空管行业的飞速发展,通信网承载的重要业务也日益增加,提高通信网可靠性的任务日益迫切,采用“两地一空”的备用系统传输方式已成为空管常用的保障手段。备用系统是指系统中存在多个完全功能相同的元件或任务功能模块,当其中一个失效后,通过故障监测或转换装置使得另外一个承接失效元件功能而投入运行;只有主用系统与所有备用系统的同时故障导致整个系统的失效。系统寿命为所有元件或任务功能模块的寿命之和。
  空管行业采用备用系统的方式来对业务进行保障,当前链路上主要使用“两地一空”方式对通信网络进行传输(包括卫星链路和地面两条独立链路),接入设备也采用各自独立的系统。假设各个元件相同,则系统的可靠度为:
  RS(t)=e-?姿t[1+?姿t+■+…+■]
  以两备用(记做1 和2)为例,系统可用度AS、MTTFS 为:
  AS=A1+■1A2
  MTTFS=■+■
  4 结束语
  通信网的可靠性是各种因素的综合反映, 是管理和技术的结合。本文仅提出空管通信可靠性的概念并对民航空管常用的主备用传输方式进行分析。空管做为安全行业,需要从可靠性的各个层面对网络进行分析,逐步加强通信网硬件建设和网络拓扑的优化。同时必须提升通信网的安全管理,随着系统的大型化和复杂化,人对于可靠性的影响越来越大,必须加强人员可靠性和人机工程的研究,使网络的管理水平同网络的技术水平相适应, 以实现技术先进性和管理科学性的统一。最终目标是为航空管制服务提供一个高性能、高效率、高可靠性的通信网。
  参考文献
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