Средства контроля и диагностики цифровых устройств

    В настоящее время известны  следующие основные направления  работ по повышению надежности  функционирования цифровых систем: 

    1. В первую очередь надежность  повышается за счет использования  высоконадежных компонентов. Это  направление сопряжено со значительными  затратами средств и обеспечивает  лишь решение задачи безотказности,  но не ремонтопригодности. Односторонняя  ориентация при создании систем  на достижение высокой безотказности  (за счет использования более  совершенной элементной базы  и узлов) в ущерб ремонтопригодности, во многих случаях не приводит, в конечном счете, к повышению коэффициента готовности в реальных условиях эксплуатации. Это связано с тем, что даже высококвалифицированные специалисты с использованием традиционных технических средств диагностики тратят на поиск и локализацию неисправностей в сложных современных цифровых системах до 70-80% активного времени ремонта. 

             2. Вторым направлением повышения  надежности является дублирование  или резервирование технических  средств и каналов связи. Это  направление требует вложения  больших экономических и трудовых  затрат, что в конечном итоге  ведет в ряде случаев к неоправданному  расточительству, кроме того, в  этом случае должна быть обеспечена  повышенная надежность самих  переключающих устройств. 

               3. Это направление связано с  улучшением эксплуатационных и  технических характеристик, путем  улучшения показателей ремонтопригодности  средствами технической диагностики.  Необходимо отметить, что в существующих  цифровых системах отсутствуют  средства, которые позволили бы  оперативно осуществлять селектирование канальных ошибок от ошибок, вызванных аппаратурными источниками в передающей и приемной частях (модемах, кодеках, устройствах синхронизации и т.д.). В таких цифровых системах обнаружение факта отказа, поиск и локализация аппаратурных источников неисправностей производится в режиме «Авария связи». Кроме того, большинство существующих средств контроля и диагностики практически применимы в ремонтно-профилактических режимах, что приводит к большому пространственно-временному разрыву между возникновением и обнаружением неисправностей. Последнее, в конечном итоге, приводит к значительным экономическим и временным затратам на поиск и локализацию местоположения источника и причины неисправностей. 

В этой связи, в целях улучшения показателей  ремонтопригодности, необходимо предусмотреть  специальные меры для оперативного обнаружения факта появления  ошибок из-за аппаратурных источников, поиска и локализации, как места  появления сбоев и отказов  в блоках цифровых систем (модемах, кодеках, устройствах синхронизации  и т.д.), так и неисправностей в  функциональной схеме неисправного узла. 

С целью  поддержания  цифровых систем в технически исправном состоянии создается  подсистема контроля и диагностики, которая представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для диагностирования их технического состояния и поддержания (или восстановления) необходимого качественного уровня работы. Средства контроля и диагностики  цифровых систем позволяют ускорить сложные  процессы обнаружения и устранения отказов, уменьшить время простоя  оборудования.  

         К элементам цифровых систем  относятся оконечная аппаратура, каналообразующая аппаратура, коммутационные  системы, и т.д.[1,5] 

На рис. 3.2. показана структурная схема элемента цифровой системы передачи информации, где приведены контрольные точки. Устройство управления и контроля, наряду с основными устройствами преобразования сигналов (УПС) и защиты от ошибок (УЗО), также контролирует детектор качества сигналов (ДКС), устройство сопряжения  (УС) и оконечное оборудование данных (ООД). Контроль цифровых систем позволяет выявить  
 

             

  

  

             

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

Рис.3.2. Структурная схема  элемента цифровой системы передачи     

              информации 

  

неисправные узлы, снижает количество аппаратурных ошибок, сокращает время простоя  терминальных устройств. 

  

Одной из основных задач является оценка состояний качества дискретных каналов, которые классифицируются как работоспособное  и неработоспособное состояние.  

Известно, что качество дискретных каналов  оценивается качеством передачи информации по каналам [1,5]:  

-         методом оценки через вторичные  статистические характеристики  сигналов (искажений элементов, сигналов  стирания ошибок); 

-         методом оценки через параметры  сигналов; 

-         методом оценки через параметры  помех. 

Результаты  этих оценок используются как для  диагностики технического состояния  канала передачи данных, так и для  повышения верности принимаемой  последовательности сигналов. 

          Подсистема технической диагностики  состоит из аппаратных и программных  средств, обеспечивающих оценку  информативных диагностических  признаков, позволяющих путем  обработки диагностической информации  с заданной вероятностью, и глубиной  диагностировать технические состояния  цифровых систем. 

  

  

   3.3. Анализ стратегии диагностики  и восстановления работоспособности  цифровых систем 

     

Как отмечалось ранее, при построении современных  цифровых систем актуальной    задачей является исследование методов повышения качества функционирования технических средств и каналов связи. Трудность решения этой задачи состоит в том, что непрерывное увеличение сложности современных цифровых систем вызывает значительные трудности в достоверной оценке технического состояния в целом и его составных частей в эксплуатационных условиях [1,3,24]. 

         Как указывалось ранее в целях  улучшения показателей технического  обслуживания и ремонта необходимо  предусмотреть специальные меры  для оперативного обнаружения  факта появления ошибок из-за  аппаратурных источников, поиска  и локализации как места появления  сбоев и отказов в блоках  цифровых систем, так и неисправностей  в функциональной схеме неисправного  узла. 

         Основные задачи процесса технической  диагностики  цифровых систем  приведены на рис. 3.3. 

             

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

Рис.3.3. Основные задачи процесса технической  диагностики  

              цифровых систем 

  

В [1,3] показано, что цифровая система имеет множество  технических состояний, которые  можно рассматривать как совокупность подверженных изменению в процессе эксплуатации свойств объекта, характеризующихся в определенный момент времени соответствующими признаками. Каждое техническое состояние  цифровых систем   

               ,                                      (3.9) 

является  некоторой функцией работоспособности  в пространстве параметров 

состояния (относящихся к классу состояний  Сi) 

                .                              (3.10) 

Информацию  о текущем состоянии системы  получают путем измерения выходных сигналов уj в выбранных контрольных точках.  

Основная  задача диагностики - определение класса состояний Ci в текущий момент времени - осуществляется по решающему правилу 

                                         (3.11) 

где р(y, ) – мера сходства сравниваемых векторов. 

Как показано в [1,3] для простейшей математической модели, приемник  цифровой системы  с диагностикой ошибок и отказов  может находиться в случайный  момент времени в одном из следующих  возможных состояниях: 

         с0  -приёмник функционирует без ошибок и отказов; 

         с1  -приём осуществляется с необнаруженной ошибкой; 

         с2  -приёмник исправляет обнаруженную ошибку; 

         с3  -приёмник неработоспособен  из-за отказов (рис. 3.4) 

Матрица условных вероятностей переходов рij из состояния сi в состояние сj имеет вид [1,3] 

                                       ,                   (3.12) 

  

где приняты  следующие обозначения: 

    - интенсивность потока отказов;  

               - интенсивность потока ошибок; 

 q  –     вероятность необнаруженной ошибки устройством защиты от   

           ошибок       (УЗО); 

    - интенсивность восстановлений  отказов; 

          -интенсивность исправления ошибок. 

Для случая простейших потоков ошибок и отказов  получено: 

                    

                    

                    

                        

                                            вход