Проблемы надежности телекоммуникационных систем.

АННОТАЦИЯ
	В данной бакалаврской работе рассмотрены основные положения теории надежности устройств и систем связи, общие требования по обеспечению надежности, а также различные методы повышения надежности оптических систем связи. Рассмотрены различные методы резервирования и даны рекомендации по выбору схем резервирования. Проведен сравнительный анализ рассмотренных методов повышения надежности и по его результатам сделаны выводы.
     ANNOTATION 
	This bachelor paper deals with the basic provisions of the theory of reliability of devices and communication systems, the general requirements for reliability, as well as various methods to improve the reliability of optical communication systems. Various methods of backup and recommendations on the choice of redundancy schemes. A comparative analysis of the considered methods of increasing the reliability of its results and conclusions.


СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ	8
1 ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ	9
2 ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К НАДЕЖНОСТИ ВОСП	21
3 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ	32
3.1 Обзор методов повышения надежности	32
3.2 Классические модели резервирования	35
3.3 Линейное резервирование	39
3.4 Кольцевые структуры	40
3.5 Системное резервирование	43
3.6 Резервирование на основе WDM	43
3.7 Схемы обхода отказавших узлов	47
3.8 Рекомендации по выбору схемы резервирования	48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	52
ПРИЛОЖЕНИЕ 1	55
ПРИЛОЖЕНИЕ 2	57
ПРИЛОЖЕНИЕ 3	59

     
     
ВВЕДЕНИЕ
     Телекоммуникационные сети на сегодняшний день являются неотъемлемой частью жизни общества. От их безотказной работы зависит комфорт в общении, получении или оказании услуг, а иногда и здоровье людей, поэтому надежность телекоммуникационных сетей имеет огромное значение с учетом роста самих сетей и влияния их на жизнь общества. Исследования показывают, что надежность телекоммуникационной сети основана на предположении, о независимом отказе линии от сети в целом. Надежность сетей зависит от устойчивости аппаратных устройств и программных обеспечений. 
     Для повышения надежности телекоммуникационных систем можно использовать различные методы повышения надежности, в том числе резервирования и возобновления связи между узлами посредствам повышения надёжности самих узлов.
     Для установления уровня надежности, требуемой для определенного узла телекоммуникационной сети, надо учесть возможность отказа устройств, предлагаемые последствия этого отказа и воздействие его на трафик.
     
     
      1 ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
     В последние годы интенсивно строятся и вводятся в эксплуатацию цифровые сети связи общегосударственного и ведомственного назначения. Для этих целей применяются волоконно-оптические кабели (ВОК) различных модификаций, мультиплексорное оборудование систем передачи синхронной цифровой иерархии и соответствующие устройства электропитания. 
     На основе этого оборудования и устройств создаются волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП), которые в совокупности с системой тактовой синхронизации и централизованного управления сетью образуют первичную (транспортную) цифровую сеть связи для передачи потребителям любого вида информации.
     При проектировании и строительстве ВОЛП применяются различные типы ВОК, а их прокладка осуществляется непосредственно в грунт, трубопроводы, подвеска – на опорах воздушных линий связи, электропередачи и др. Методы прокладки во многом определяются технико-экономическими показателями. Например, на железнодорожном транспорте широко используется подвеска ВОК на опорах высоковольтных линий электропередачи и опорах контактной сети электрифицированных железных дорог. При этом капитальные затраты на строительство снижаются до 30 % относительно его подземной прокладки, сокращается время строительства. Одновременно обеспечиваются практически идеальные условия для осмотра линейно-кабельных сооружений (ЛКС) при планировании регламентных и профилактических работ в процессе технической эксплуатации ВОЛП, создаются благоприятные возможности для своевременного подъезда эксплуатационного персонала к месту производства работ, в том числе и аварийно-восстановительных. В то же время подвеска ВОК на опорах в большей степени подвержена воздействию метеорологических и других условий, что отрицательно влияет на надежность ВОЛП. 
     Поэтому при проектировании цифровых сетей связи необходимо учитывать последствия влияний на ВОЛП внешних и внутренних дестабилизирующих факторов, а также предусматривать меры, необходимые для обеспечения безотказной работы сети связи в реальных условиях окружающей среды и принятой системы технической эксплуатации (СТЭ).
     В результате проведенных исследований и анализа статистики отказов, полученных в процессе реальной технической эксплуатации ВОЛП железнодорожного транспорта, было показано, что по степени воздействия на ВОЛП дестабилизирующие факторы условно можно разделить на три группы (рисунок 1.1):
     - внешние воздействующие факторы, непосредственно связанные с производственной деятельностью транспорта и состоянием его инфраструктуры (группа А);
     - внешние воздействующие факторы, косвенно связанные или несвязанные с работой транспорта и содержанием его инфраструктуры (группа В);
     - внутренние воздействующие факторы, связанные с состоянием свойств ВОЛП и ее технической эксплуатацией (группа С).
     К внешним воздействующим факторам, влияющим на безотказность ВОЛП, могут быть отнесены: колебания и вибрации, вызванные природными явлениями и движущимся транспортом, несоответствие электроснабжения техническим требованиям, повреждения кабеля в результате падения опор и деревьев, электрических разрядов молнии, злоумышленных действий населения, проведения несанкционированных строительных работ в зоне линейно-кабельных сооружений и других причин, связанных с нарушением правил охраны линий связи.
     К внутренним воздействующим факторам относятся те физические явления, которые проявляются непосредственно при функционировании технических средств ВОЛП и которые могут привести к снижению качества или прекращению связи между потребителями сети, то есть к отказу. К числу наиболее частых отказов, вызванных внутренними факторами, относятся увеличение затухания или обрывы оптических волокон, отказы сетевого электронного оборудования (СЭО), недостаточная квалификация технического персонала и другие причины. В целом следует отметить, что перечень внутренних факторов имеет тенденцию к расширению.

     Рис. 1.1 - Классификация дестабилизирующих факторов ВОЛП
     Анализ группы А свидетельствует, что все факторы А1–А7 оказывают дестабилизирующее воздействие на ЛКС при подвеске кабеля на опорах, и только фактор А2 воздействует на ЛКС при прокладке кабеля в грунте или трубопроводе.
     Фактор А5 непосредственно оказывает влияние на работоспособность СЭО. Дестабилизирующее воздействие на ЛКС факторов группы А приводит либо к растяжению кабеля и оптических волокон (то есть к их частичному повреждению), либо к полному обрыву ВОК с разрушением конструктивных элементов подвески. В любом случае это нарушает работоспособность ВОЛП и требует проведения аварийно-восстановительных или регламентных работ.
     Из представленных внешних факторов группы В дестабилизирующее воздействие на ЛКС при подвеске кабеля на опорах оказывают все десять. При прокладке кабеля в грунте или трубопроводе дестабилизирующее воздействие оказывают лишь факторы В1, В2, В4, В8–В10 с интенсивностью, не превышающей интенсивность воздействия на подвесной ВОК. 
     Факторы В1–В4 связаны с дестабилизирующим воздействием человека, практически не имеющим отношения к техническим средствам ЛКС и СЭО (внешний человеческий фактор). Влияние фактора В4 связано с ошибками, допущенными в процессе проектирования ВОЛП, выполнения пусконаладочных работ, как правило, выявляется в начальный период технической эксплуатации. Исследование воздействий факторов В1–В4 на показатели качества работы ВОЛП затруднено, т.к. связано с необходимостью количественных оценок явлений, плохо поддающихся формализации. Группа этих факторов определяется низким уровнем социально-экономического состояния общества и производственно-технологической дисциплины при выполнении ремонтно-строительных работ в зоне прохождения ВОЛП. Механические нагрузки на ВОК резко увеличиваются при одновременном воздействии ветра, льда (фактор В6) и вибраций от проходящего транспорта, что может привести к повреждению волокон или ухудшению их параметров (затухания, дисперсии и т. п.).
     Следовательно, эти процессы подлежат тщательному анализу и определению степени их воздействия на ВОЛП с использованием различных математических моделей. 
     Факторы В5–В7 непосредственно влияют на работоспособность ВОЛП (в особенной степени – на ЛКС), а факторы В8–В10 – на время восстановления отказов (включая время локализации неисправностей, доставки к месту работ эксплуатационных бригад, запасных инструментов и приборов (ЗИП), а также время устранения отказа). Следовательно, факторы В7–В10 необходимо учитывать при оптимизации системы технического обслуживания ВОЛП, решая при этом задачи:
     - 	оценки влияния факторов на производительность труда работников служб эксплуатации и ремонтных подразделений;
     -	расчета времени доставки ремонтных бригад и ЗИП к месту повреждения ВОЛП при разных комбинациях значений факторов;
     -	оценки влияния факторов В7–В10 на показатели надежности ВОЛП;
     -	оптимизации мест размещения эксплуатационных подразделений, ЗИП и материалов с учетом воздействия природно-климатических факторов и т. п.
     Фактор В7, согласно результатам экспертного опроса и собранной статистике, имеет шесть уровней степени влияния на показатели качества ВОЛП, весовые коэффициенты которых представлены в таблице 2. Температурный фактор значим и для работы станционного СЭО, так как превышение температуры (например, за счет неисправности кондиционера) может привести к отказу СЭО. К группе В7 следует отнести также радиоактивный фон в зоне прокладки ВОК на опорах.
     С целью минимизации эксплуатационных затрат графическая модель ВОЛП разделяется на участки с относительно однородными показателями весовых коэффициентов внешних природно-климатических факторов. Это позволяет разработать строгие математические модели для решения задач оптимизации эксплуатационных подразделений, их комплектации. 
     При этом для каждого участка необходимо задать количественную оценку степени воздействия природно-климатических факторов на показатели функционирования ВОЛП для некоторого времени года или суток.
     Опыт эксплуатации ВОЛП показал [1], что при проектировании, строительстве, монтаже, пусконаладочных работах, закупке и организации технического обслуживания допускаются ошибки, которые приводят к появлению большого числа внутренних факторов (группа С), нарушающих работоспособное состояние ВОЛП. На интенсивность отказов ЛКС, в основном, оказывают влияние факторы С2, С4–С7, а на интенсивность отказов СЭО – факторы C1, C3–C7.
     Группу факторов С условно можно разделить на две подгруппы, связанные с качеством технического обслуживания ВОЛП и оптимизацией системы технической эксплуатации. Внешним проявлением данных факторов является снижение наработки ВОЛП на отказ и увеличение времени восстановления неисправностей. Поэтому составление перечня отказов и исследование их характеристик неразрывно связано с анализом отказов и разработкой мероприятий по их недопущению или, по крайней мере, снижению количества.
     Оптимизация системы технической эксплуатации ВОЛП (факторы С4–С7) во многом определяется уровнем квалификации технического персонала и степенью его соответствия требованиям обслуживания технических средств, т. е. наличием сертификата соответствия. Важное значение здесь имеют психическое и физическое состояние сотрудников служб эксплуатации, персептивная нагрузка, организация рабочего места, режим труда и отдыха. 
     Несоответствие этих факторов нормативам неизбежно приведет к увеличению вероятности ошибки в принятии решения, организации работы и, как следствие, к снижению качества работы ВОЛП.
     Принципиальное значение для разработки оптимальной системы технической эксплуатации имеют факторы С4 и С6, связанные с местом размещения и комплектацией эксплуатационного персонала транспортными средствами, ЗИП, расходными материалами, а также нормативно-технической документацией, охватывающей все без исключения технологические процессы по техническому обслуживанию ВОЛП. При этом нормативно-техническая документация (НТД) должна соответствовать требованиям отечественных и международных стандартов, а также отвечать отраслевым правилам и нормам технического обслуживания ВОЛП.
     Анализируя факторы, влияющие на работоспособность ВОЛП, можно отметить, что только фактор С2 проявляется в постепенном изменении качественных показателей ВОЛП. Подавляющее же количество внешних и внутренних факторов влекут внезапные отказы ВОЛП. В этой связи видится вполне адекватным допущение о простейшем потоке отказов подсистем ВОЛП и системы в целом, по крайней мере, в период нормальной эксплуатации системы (исключая периоды приработки и старения).
     Допуская также, что время восстановления подсистем ВОЛП подчиняется экспоненциальному закону распределения, процесс отказов и восстановлений ВОЛП может быть описан марковским случайным процессом, а для определения основных показателей надежности (вероятности безотказной работы, средней наработки на отказ, коэффициента готовности) может использоваться марковский метод анализа [3]. Исходными данными для расчета показателей надежности в этом случае являются интенсивность отказов подсистем ВОЛП и их восстановления.
     Учитывая отсутствие объективной и достоверной информации об индивидуальном влиянии факторов, интенсивности отказов подсистем ВОЛП (участков ЛКС, СЭО), эксплуатируемых в аналогичных условиях, целесообразно определять по результатам совокупного влияния факторов статистическими методами. 
     Полученные таким способом количественные оценки безотказности подсистем ВОЛП в значительной степени субъективны и требуют систематического уточнения по мере накопления опыта эксплуатации и совершенствования системы учета дестабилизирующего воздействия внешних и внутренних факторов.
     Понятие устойчивости относится не к волоконно-оптической системе передачи как таковой, а к определенному свойству ее функционирования, являющегося определяющим при оценке результатов влияния дестабилизирующих факторов. В качестве такого свойства определяется способность ВОЛП к высококачественной передаче трафика между пользователями сети, которая, в свою очередь, непосредственно зависит от надежности элементов и особенно линейно-кабельных сооружений, которые подвергаются отрицательным воздействиям окружающей среды в ходе эксплуатации в наибольшей степени.
     Надежность является одной из основных характеристик системы передачи, определяющих качество работы, комплексным показателем которой определен коэффициент готовности, а также сопутствующие ему показатели – среднее время наработки на откази среднее время восстановление сети, затрачиваемое на обнаружение, поиск причин отказа и устранение его последствий. Обеспечение необходимых значений с учетом перечисленных факторов требует значительных финансовых затрат, снизить которые можно путем разработки и применения специальных целевых мероприятий. Поскольку воздействие различных дестабилизирующих факторов способно привести к изменению функций элементов, необходимо рассматривать два режима эксплуатации системы передачи: стационарный, когда вызванные дестабилизирующими факторами отказы независимы друг от друга, и нестационарный, при котором эти факторы приводят к возникновению зависимых отказов.
     Далее необходимо рассмотреть основные положения теории надежности радиоэлектронных устройств и систем.
     Под надежностью телекоммуникационной системы в соответствии с ГОСТ 27.002-83, понимается свойство сохранения во времени и в установленных пределах значений всех характеризующих качество передачи информации параметров. При этом полагается, что объект функционирует в определенных условиях применения, при заданных режимах, а также соблюдении регламентов технического обслуживания, правил технической эксплуатации, проведения ремонтов, а также транспортировки и хранения.  
     Комплексным показателем надежности служит коэффициент готовностиКГ, определяющий вероятность работоспособности объекта в произвольный момент времени – кроме планируемых перерывов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается. Связанным с указанным показателем является коэффициент простоя  (величина, обратная коэффициенту готовности) КП:
КП = 1 - КГ
(1.1)
     
     С учетом положений теории надежности, время работы объекта до наступления отказа рассматривается как случайная величина, характеризующаяся определенным распределением. В качестве основных, отражающих уровень надежности объекта, показателей принимаются среднее время наработки на отказ Т0 и средняя интенсивность отказов ?. 
     Показатель Т0 – среднее время между отказами объекта – определяют как математическое ожидание случайной величины. Указанные показатели связаны соотношением:
? = 1/ Т0
(1.2)
     
     Средняя интенсивность отказов в единицу времени?в период нормального функционирования объекта принимается постоянной.
     В теории надежности под понятием «отказ» понимается событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. 
     Применительно к сетям широкополосного доступа, в частности - к оптическим сетям, отказом будет являться нарушение работоспособности услуг (сервисов), предоставляемых абонентам посредством этих сетей. 
     На сегодняшний день количество этих услуг достаточно велико. Прежде всего, это - доступ в интернет, телефонная связь, телевидение, видеоконференцсвязь и др. При этом требования, предъявляемые к линиям связи для обеспечения работоспособности различных услуг, могут быть различными по своей структуре. 
     При передаче данных, требования к возвратным потерям могут быть снижены. В то время, как при передаче телевизионного сигнала - несоответствие данного параметра нормам приведет к сбою. Эти факторы делают задачу оценки пригодности систем и линий связи для работы того или иного сервиса – индивидуальной. Пригодные для качественного предоставления одной услуги, могут оказаться непригодной для качественного предоставления другой.
     Требования, предъявляемые к характеристикам физической среды распространения сигнала, необходимым для обеспечения работоспособности услуги с заданным качеством, определяются производителями активного оборудования, используемого для е? предоставления, и, в конечном счете, сводятся к физическим параметрам. Для волоконно-оптических линий связи к этим параметрам относятся:
     - дисперсия;
     - общие потери линии;
     - возвратные потери линии;
     По характеру возникновения отказы пассивной оптической сети можно классифицировать на внезапные и постепенные. Принципиальное отличие заключается в скорости перехода системы в состояние отказа. 
     При внезапном отказе переход системы в неработоспособное состояние происходит мгновенно. 
     При постепенном отказе переход системы в неработоспособное состояние занимает существенное время, что позволяет предупредить наступление отказа, посредством проведения надлежащих мероприятий.
     Внезапные отказы, в большинстве случаев, являются следствием вмешательства третьих лиц, либо природных и техногенных катаклизмов (пожар, землетрясение, ураган и т.д.), а постепенные отказы являются следствием износа и старения материалов.
     Среднее время безотказной работы по статистическим данным оценивается выражением:


(1.3)
     
     Статистическая оценка интенсивности отказов определяется формулой: 

(1.4)
     
     Функция распределения F(?) случайной величины ?характеризует набор вероятностей превышения этой величиной значений?1,?2…?n – в пределе, всех значений в интервале [?1…?n]. На рисунке 1.2 приведен пример совокупности реализаций случайной величины, на рисунке 1.3 – график функции распределения случайной величины. 
     
     
     Рис. 1.2- Реализации случайной величины
     
     Рис. 1.3 - Распределение вероятностей случайной величины
     Среднее время наработки на отказ системы передачи Т0 складывается из среднего времени наработки между предотказным состояниеми отказом Tm и средним временем наработки на отказT?.
     Т0 = Tm + T?
(1.5)
     
     Величина, обратная интенсивности отказов ЦСП ?, в этом случае определяется выражением:

(1.6)
где m – интенсивность переходов из предотказного состояние в отказ; 
 - интенсивность перехода в предотказное состояние.
     Распределение во времени данных режимов приведено на рисунке 1.4.
     
     
     Рис. 1.4 - Диаграмма функционирования системы передачи во времени

     
2 ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К НАДЕЖНОСТИ ВОСП
     В зависимости от топологии и протяженности первичные сети связи делятся на три класса:
     - местная первичная сеть (МПС) с протяженностью тракта до 200 км;
     - внутризоновая первичная сеть (ВЗПС) с протяженностью до 1400 км;
     - магистральная первичная сеть (СМП) с протяженностью до 12500 км. 
     В общем случае волоконно-оптические системы передачи включают в себя оконечные пункты ОП1 и ОП2, в которых производится формирование цифровых потоков, промежуточныепункты коррекции и усиления сигналов (обслуживаемые – ОРП, и необслуживаемые – НРП) и линейно-кабельные сооружения (рисунок 2.1). В обслуживаемых пунктах регенерации ОРП осуществляется, как правило, декомпозиция групповых сигналов и группообразование, а в необслуживаемых (НРП)данные процедуры не выполняются.  
     
     1, 2, 3, 4 – участки линейно-кабельных сооружений
     Рис. 2.1 - Структурная схема ВОСП
     Существует две стратегии восстановления нормального функционирования волоконно-оптических систем передачи при возникновении сбоев и отказов. Первая из них - традиционная, используется в большинстве эксплуатируемых в настоящее время сетей связи, предполагает начало восстановления работоспособности систем с момента обнаружения аварий (отказов). Второй тип основан на обнаружении предотказного состояния системы с незамедлительной реализаций действий по восстановлению. Такая стратегия является оптимальной. 
     Запас времени между обнаружением отклонения качества работы от нормы и выходом системы из строя позволяет лучше организовать ремонтный процесс. В этом случае снижается время простоя системы, обусловленное процессом восстановления ее работоспособности.
     Анализ характерных причин возникновения неисправностей компонентов волоконно-оптических телекоммуникационных систем показывает, что не менее 70% отказов может быть отнесено к постепенным. Такие отказы вызваны деградацией зеркал лазерных граней, образованием в лазерах «темных линий», развитием микротрещин оптического кабеля, увеличением затухания, ростом темного тока в фотоприемнике и др. Наблюдение плавных изменений параметров системы, обусловленное развитием перечисленных процессов, позволяет обнаружить предотказное состояние и начать своевременно восстановление работоспособности.
     Суммарная интенсивность отказов?ВОСП, в которой не предусмотрено резервирование (защитное переключение)в случае отказов, определяется как сумма показателей ?iвсех элементов системы передачи:
     ?ВОСП= ??i
(2.1)
     
     Для восстанавливаемых систем одно из важнейших свойств – это ремонтопригодность, т.е. приспособленность объекта к предупреждению неисправности, её обнаружению и устранению последствий путем проведения своевременного технического обслуживания и ремонта. 
     Ремонтопригодность характеризуется средним временем восстановления, затрачиваемым на обнаружение, поиск причины и устранение последствий отказа.
     Требуемые показатели качества и надежности для местных (МПС), зоновых(ЗПС) и магистральных (СМП) первичных сетей ЕСЭ РФ (без резервирования) с максимальной протяженностью L приведены в таблицах 2.1, 2.2, 2.3.
     
Таблица 2.1– Показатели для МПС, L = 200 км 
Показатели надежности
ОЦК (канал ТЧ) независимо от применимой системы передачи
ОЦК в ЦСП (ВОСП)
Коэффициент готовности
> 0,997
> 0,9994
Среднее время между отказами, час
> 400
>7000
Время восстановления, час
< 1,1
< 4,24
     
     Таблица 2.2 -Показатели для 3ПС, L = 1400 км
Показатели надежности
ОЦК (канал ТЧ) независимо от применимой системы передачи
ОЦК в ЦСП (ВОСП)
Коэффициент готовности
> 0,99
> 0,998
Среднее время между отказами, час
> 111,4
>2050
Время восстановления, час
< 1,1
< 4,24
     
     Таблица 2.3– Показатели для СМП, L = 12500 км 
Показатели надежности
ОЦК (канал ТЧ) независимо от применимой системы передачи
ОЦК в ЦСП (ВОСП)
Коэффициент готовности
> 0,92
> 0,982
Среднее время между отказами, час
> 12,54
>230
Время восстановления, час
< 1,1
<4,24
     
     Плотность (среднее число) отказов оптического кабеля на 100 км за счет внешних повреждений ? = 0,34.
     С учетом высокой надежности современной аппаратуры ВОСП, целесообразно исходить из значений коэффициента готовности кабельной линии – 0,985, а аппаратуры – 0,995. 
     Надежность системы передачи зависит от различных конструктивно-производственных и эксплуатационных факторов. К первым относят факторы, связанные с разработкой, проектированием и изготовлением ОК и других вспомогательных изделий и устройств, входящих в состав ВОСП. 
     Ко вторым – все факторы, влияющие на надежность ОК в процессе его прокладки, монтажа и последующей эксплуатации. В связи с этим, интерес  представляют вопросы организации системы технической эксплуатации ВОЛП, как наиболее длительного периода ее использования. Мероприятия по оптимизации и повышению эффективности работы можно разделить на две большие группы:
     системы непрерывного мониторинга оптических волокон, которые позволяют оперативно локализовать неполадки и деградации волокна и должны предусматриваться на этапе проектирования цифровых сетей связи, организационные мероприятия, заключающиеся в улучшении системы и структуры эксплуатационной службы;
     мероприятия технического характера, состоящие в разработке и внедрении новых методов и устройств, обеспечивающих улучшение эксплуатационных и технических характеристик подсистем магистральной связи, сокращающие время проведения ремонтно-восстановительных и аварийно-восстановительных работ.
     Выбор критериев оптимизации и разработка технических мероприятий должны базироваться на основе статистических исследований повреждений, результаты которых, безусловно, будут различны для различных регионов.
     Для обеспечения параметров надежности ВОСП, которые можно встретить в различных нормативных документах, необходимо совершенствовать систему технической эксплуатации, прежде всего, с точки зрения построения системы обслуживания и выполнения аварийных и ремонтно-восстановительных работ непосредственно на трактах ВОСП с привлечением дополнительного современного оборудования и других технических средств. По мере увеличения сложности системы вероятность выхода из строя какого-либо из ее компонентов увеличивается. Современные системы связи используют большое количество элементов, что делает совершенно необходимым использование резервирования и обходных маршрутов для повышения коэффициента готовности системы связи в целом.
     При проектировании волоконно-оптических систем передачи должны быть определены требования ких надежности:
       коэффициент готовности –КГ;
       срок службы;
       среднее время восстановления ТВ.
     Показатели должны оцениваться на соответствие заданным требованиям путем построения структурных схем надежности ВОСП и расчета по исходным данным с учетом резервирования о надежности составных частей аппаратуры, полученных от поставщика в соответствии с ОСТ 45.63.
     При проектировании систем также должны определяться требования к организации технического обслуживания и ремонта, средствам восстановления оборудования.
     Согласно ОСТ 45.64, должны устанавливаться и записываться в контракте па поставку аппаратуры условия послегарантийного обслуживания и ремонта ее в течение срока службы, определенного также техническими условиями или паспортами на оборудование.
     Должно приводиться технико-экономическое обоснование вариантов ремонта и послегарантийного обслуживания, предусмотренного контрактом.
     В ходе проектирования должен производиться выбор порядка восстановления аппаратуры и системы обеспечения. Для этого производится количественный расчет зон обслуживания, согласно ОСТ 45.66, для аппаратуры каждой зоны определяется ЗИП с учетом исходных данных, предоставленных поставщиком: 
     а) перечень оборудования, для которого рассчитывается ЗИП;
     б) расчетные (нормативные) показатели безотказности блоков и плат, других составных частей системы;
     в) период пополнения ЗИП;
     Для современных волоконно-оптических систем характерным является большой объем передаваемого трафика. 
     Таким образом, в случае ее простоя, зависимого также от протяженности между соседними промежуточными пунктами линии передачи и времени следования к месту устранения неисправности, объем потерь будет, соответственно, значительным.
     Задача обеспечения необходимого качества функционирования системы передачи может быть решена путем увеличения наработки на отказ ТО, разными способами резервирования, а также – за счет уменьшения времени восстановления ТВ и оптимизаций решений по построению системы технической эксплуатации уже в ходе проектирования ВОСП.
     В современных системах передачи с целью повышения надежности используется широко структурное резервирование по отдельным сегментам (оборудованию) и участкам линии передачи (мультиплексным секциям). При этом могут применяться общее резервирование или раздельное резервирование.
     Задача оптимизация структуры резерва заключается в определении оптимального состава резерва, т.е. нахождения вектора состава резерва:
ХОПТ Х = (х1, х2,…..хn),
(2.2)

где: Хi - количество резервных элементов в i-й подсистеме схемы резервирования, i = 1,n .
     При этом возможны две задачи оптимизации:
     а) прямая, когда находят оптимальный состав резервных элементов Х = ХОПТ, при котором достигается требуемое значение надежности объекта R(ХОПТ) ? Rтp при минимальной стоимости резерва:
C(ХОПТ) = min C(Х), Х0Х.
(2.3)
     
     б) обратная, когда находят ХОПТ , при котором достигается наибольшая надежность:
     R(ХОПТ) = maХR(Х), ХОПТХ
(2.4)
     
     при условии, что стоимость резерва не превышает допустимого значения 
     С(ХОПТ)?СДОП.
(2.5)
     
     Структура резервирования, как правило, оптимизируется достижением необходимого значения надежности при минимуме стоимости нагруженного резерва.
     Для системы, состоящей из высоконадежных элементов, оптимальным будет число резервных элементов x, в i-й подсистеме схемы резервирования, которое определяется по формуле:
     x_i=(lgQ_io (x_i))/(lgq_i )-1=((lgQ_ДОП с_i)/(?_(i=1)^n?c_i ))/(lgq_i )-1                            (2.6)
     
где: 	qi - вероятность отказа i-ro элемента;
     сi - стоимость i-ro элемента;
     QДОП– допустимое значение ненадежности системыQДОП = 1 – КГ
     Возможности волоконно-оптических систем, построенных с использованием аппаратуры синхронной цифровой иерархии, позволяют осуществить резервирование так называемым подсетевым соединением, где используется резерв по пропускной способности. Это позволяет, в частности, осуществлять программно ввод графика замен и обходов, а оценка текущего состояния возможна на каждом участке сети - как по загрузке, так и по качеству передачи в отдельных структурах. Особенно эффективен такой способ резервирования в кольцевых структурах телекоммуникационных сетей. С целью реализации этого способа в составе систем передачи или технических средств сети используется аппаратура с заведомо более высокой скоростью передачи. Поэтому оптимизация структуры резерва в целом по сети (или участку сети) для схемы раздельного резервирования осуществляется по критерию наибольшей надежности при существующих затратах (обратная задача оптимизации).
     До недавнего времени основной технологией построения магистральных сетей связи России являлась технология синхронной цифровой иерархии (СЦИ, SDH, Synchronous Digital Hierarchy).
     С течением времени пропускная способность, обеспечиваемая системами SDH, оказалась недостаточной для удовлетворения все возрастающих потребностей телекоммуникационного рынка Для увеличения пропускной способности магистральных каналов рассматривалось несколько вариантов, самым целесообразным из которых был признан вариант внедрения новых систем передачи на основе спектрального разделения каналов (WDM, Wavelength Division Multiplexing), позволяющих передавать одновременно по одному волоконному световоду несколько каналов на различных оптических несущих. Это позволили кардинально увеличить пропускную способность, создать ее достаточный запас, обеспечить широкие возможности по дальнейшему развитию и масштабированию сети связи.
     В настоящий момент наибольшее применение на магистральных сетях связи нашли системы плотного спектрального уплотнения (DWDM, Dense WDM). Для стандартизации набора оптических несущих систем DWDM с разносом 50 ГГц (около 0,4 нм) и 100 ГГц (около 0,8 нм) Международный союз электросвязи (МСЭ) в октябре 1998 года выпустил рекомендацию ITU-T G 692 В ней предусмотрено разделение всей рабочей области оптического волокна на L, С и S диапазоны.
      В диапазоне С при шаге 0,4 нм можно разместить до 100 каналов, что, полагая скорость передачи в пределах 2,5 – 10 Гбит/с, дает информационную емкость одного волокна 250 - 1000 Гбит/с На Европейской конференции по оптической связи (ЕСОС), проходившей в Каннах в сентябре 2006 года, сообщалось, что японской корпорации NTT удалось достичь суммарной скорости передачи информации по одному волокну порядка 14 Тбит/сна расстояние 160 км. Для этого было использовано 140 оптических каналов по 111 Гбит/с. 
     Осуществляя передачу трафика на таких высоких скоростях, современные магистральные сети становятся уязвимыми даже перед минимальными и кратковременными перерывами связи. 
     Именно поэтому существует потребность в своевременной разработке и внедрении мер по повышению надежности WDM сетей связи. Наличие дополнительной «степени свободы» - оптической длины волны в сетях WDM (в отличие от сетей, использующих одну длину волны) предоставляет возможность обеспечения высокой надежности за счет организации восстановления и резервирования на оптическом уровне. Использование отдельных оптических каналов/оптических длин волн позволяет обеспечить высокую скорость переключения и повышает эффективность работы системы резервирования. Благодаря этому появляется возможность реализовать в сетях связи значительно более эффективные схемы организации резервирования и восстановления.
     Создание системы резервирования и восстановления магистральной сети неизбежно связано с дополнитель.......................