Системно-структурная надежность больших морских информационных радиосетей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.17, кандидат технических наук Лицкевич, Александр Павлович

• Лицкевич, Александр Павлович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лицкевич, Александр Павлович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. Общая характеристика работы

1. Материалы по проблеме качества и надежности морских информационных радиосетей.

1.1 Требования ИМО к расположению базовых станций

1.2. Требования к структуре сети

1.3. Требования к надежности сети ГМССБ

1.4. Выводы

2. Разработка метода решения обратной задачи надежности сети ГМССБ.

2.1. Выработка критерия вероятности безотказной работы сети

2.2. Разработка математической модели анализа и синтеза надежностных структур подсистем сети

2.3. Синтез надежностных структур на основе марковских процессов

2.4. Анализ надежности сети по синтезированной надёжностной

схеме базовой станции

2.5. Выводы

З.Оценка влияния постепенных отказов на антенные сооружения подсистем сети ГМССБ.

3.1. Климатические особенности Новороссийского региона

3.2. Воздействия воздушного потока на антенно-мачтовые сооружения

3.3. Постепенные отказы антенно-мачтовых сооружений

3.4. Долговечность антенного сооружения при ураганном ветре

3.5. Выводы

4,Оценка постепенных отказов фидерных линий при воздействиях климатических факторов региона.

4.1. Влияние внешней среды на чувствительность радиоприемных устройств сети ГМССБ

4.2. Имитационная модель для определения вероятности безотказной работы коаксиальной линии

4.3. Выводы

5.0бщий анализ надежности сегмента сети ГМССБ.

5.1. Анализ надёжности сети на нестационарных моделях

з

5.2. Анализ надежности сети ГМССБ для экстремальных

обстоятельств

5.3. Выводы

6. Имитационное моделирование условий эксплуатации сегмента сети ГМССБ.

6.1. Имитационно-эксплуатационная надежность невосстанавливаемых подсистем сети по внезапным отказам

6.2. Имитационно-эксплуатационная надежность невосстанавливаемых подсистем при старении

6.3. Имитационно-эксплуатационная надежность невосстанавливаемых подсистем сети по внезапным отказам и с учетом старения

6.4. Имитационно-эксплуатационная надежность восстанавливаемых подсистем сети

6.5.Вывод ы

Заключение

Приложение1

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Системно-структурная надежность больших морских информационных радиосетей»

Введение

Общая характеристика работы

Актуальность задачи. В 1991 г. Россия подписала международные документы, регулирующие порядок судоходства в мире и определяющие современное развитие глобальной морской системы связи по безопасности и бедствию (ГМССБ) мореплавания, и взяла на себя обязательства перед мировым сообществом, в короткий срок до (1999 г.) обеспечить ввод в действие на юге России сеть ГМССБ на Черном и Азовском морях. Опыт создания таких морских систем связи в настоящее время в России отсутствует. В связи с этим возникла задача разработки эффективных методов реализации Федеральной программы по строительству сети ГМССБ, руководствуясь которыми можно было бы в установленные сроки с требуемым качеством ввести сеть в эксплуатацию.

Руководящие документы Международной морской организации (ИМО) ставят задачу обеспечения сети высоким уровнем надежности функционирования, как одним из ее важнейших показателей качества.

Вопросам разработки надежности структурно-сложных систем посвящены фундаментальные исследования Гнеденко Б.В., Рябинина И.А., Черкесова Г.Н., Левина В.И., Гадасина В.А., Лубкова Н.В., Полесского В.П. и др. В представленной работе требования к надежности развиваются до уровня критерия проектирования, предопределяющего структуру создаваемой сети ГМССБ. Развиваемый подход осуществляется путем постановки и решения обратной задачи надежности. Решение этой задачи достигается введением дополнительных концептуальных элементов и иной расчетной схемы по сравнению с традиционным анализом надежности сложных систем. Отличием схемы решения обратной задачи является то, что она начинается с определения критерия безотказной работы сети и последующего построения логической функции работоспособности системы (ФРС) и вероятно-

стной функции (ВФ) ее истинности. Вероятности состояний элементов подсистем описаны уравнениями Колмогорова, которые составлены по графам состояний избыточных элементов. Надежностная структура всей сети определена в соответствие с ФРС, в которой число состояний избыточных элементов подсистем задано в соответствии с принципом их минимальной избыточности. Проверка полученных результатов осуществлена на имитационных моделях.

Работа обобщает опыт создания сети в Новороссийском регионе Морской администрацией порта Новороссийск (МАПН), и даёт обоснование требуемой надежности сети. Выполненные научные исследования внедрены на объектах Новороссийского сегмента сети, первая очередь которой начала круглосуточные дежурства в прибрежных районах плавания А1 (с июня 1997 г.) от Анапы до Джубги, как того требует график ИМО для государств, подписавших соответствующие договоры.

Предлагаемое в работе решение обратной задачи надежности представляется весьма актуальным научным методом, с точки зрения практической реализации Федеральной программы сети ГМССБ на Юге России.

Объект исследования. Объектом исследования является морская информационная радиосеть, включающая региональные центры управления (РЦУС) и береговые станции (БС), объединённые в региональную сеть ГМССБ вдоль Черноморского побережья.

Предмет исследования. Предметом исследования является надежность сети ГМССБ Юга России.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка теоретических вопросов и технических принципов решения обратной задачи надежности морской информационной радиосети, основанных на построении логической функции работоспособности системы и вероятностной функции (критерия) ее истинности, введения ортогональной системы работоспособных состояний на базе марковских процессов, определяющих

характер наиболее вероятных отказов в сети.

Методы исследований. В диссертационной работе использованы логико-вероятностные методы, теория марковских процессов, теория выбросов случайных процессов, оптимизация функций, численные методы, имитационное моделирование.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые результаты:

- разработан критерий, определяющий нижнюю границу вероятности безотказной работы сети (критериальной вероятности);

- получена логическая функция работоспособности сети и вероятностная функция ее истинности;

- сформулирован принцип выбора минимально-избыточного числа работоспособных состояний;

- предложен принцип локальности взаимодействия подсистем сети с окружающей средой.

- обоснована математическая модель, реализующая логическую функцию работоспособности сети на ортогональной системе работоспособных состояний.

Практическая значимость. Разработанные методы внедрены в практику работы участка сети ГМССБ Юга России, который начал функционирование с июня 1997 года в морском районе А1 в зоне ответственности морской администрации порта Новороссийск, что подтверждено соответствующим Актом внедрения "Оптимальная расстановка береговых модулей сети ГМССБ" от 20.02.1998 г, МАПН, а также в учебный процесс НГМА научные исследования и разработки по системно-структурной надежности морских информационных систем связи.

Апробация работы. Основные теоретические результаты докладывались на международной конференции в г. Санкт-Петербурге (1997), на региональной конференции г. Новороссийска (1998), в монографии (см. [1]

Заключение диссертации по теме «Радиотехнические и телевизионные системы и устройства», Лицкевич, Александр Павлович

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе, состоят в следующем:

- разработан метод решения обратной задачи надежности, обеспечивающий синтез надежностных структур в соответствии с принятым критерием работоспособности сети;

- выработан критерий работоспособности сети на основании обработки статистического материала за истекшие 14 лет по происшествиям и авариям, определяющий нижнюю границу вероятности безотказной работы сети (критериальной вероятности), изложенный в гл. 2 диссертации;

- получена вероятностная функция ФРС сети 4 =П П Ер;1 к J кеС ¡бА ЗеВ которая определила минимально-избыточную структуру проектируемой сети, и позволила связать структуру сети с критериальной вероятностью;

- сформулирован принцип выбора минимально-избыточного числа работоспособных состояний, изложенный в гл.2 диссертации. Принцип минимальной избыточности, определяющий топологию графа состояний избыточных элементов, позволил синтезировать надежностную схему подсистемы сети;

- сформулирован принцип локальности взаимодействия подсистем сети с окружающей средой, требующий привязки надежностной структуры подсистем сети к конкретным климатическим условиям географического региона;

- обоснована марковская математическая модель, реализующая логическую функцию работоспособности сети на ортогональной системе состояний избыточных элементов подсистемы сети; Р

А к 6 С А

6 А V В X

- получена оценка постепенных отказов элементов сети, происходящих под влиянием климатических факторов региона. Установлено, что этот вид отказов не оказывает существенного влияния на функционирование сети в пределах времени, определенным критериальной вероятностью;

- разработана модифицированная модель анализа надежности сети, определяющая наработку до первого попадания в отказное состояние, и, таким образом, удовлетворяющая требованиям обеспечения непрерывной работы сети ГМССБ,

- проведено математическое моделирование условий эксплуатации на ЭВМ с целью проверки основных теоретических выводов. Моделирование подтвердило правильность разработанного метода и выбранной математической модели.

- разработанный метод внедрен в МАПН, в Федеральную программу строительства сети ГМССБ Юга России, в виде методик и рекомендаций по оптимизации размещения базовых станций, расчетов радиотрасс и расчетов надежности информационной связи между РЦУС и базовыми станциями сети, что подтверждается соответствующим актом внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лицкевич, Александр Павлович, 1998 год

Литература

1. B.B. Демьянов, А.П. Лицкевич, В.В. Попов. Проблемы обеспечения ка-

чества больших морских информационных систем связи. - Новороссийск.: НГМА, 1997.

2. Венскаускас К.К., Ильин.А.А. Принципы построения глобальной мор-

ской связи при бедствиях и для обеспечения безопасности мореплавания. М.: Мортехинформреклама, 1988.

3. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы теории напряженности. - М.: Наука, 1965г.

4. В.В. Блауберг, Э.Г, Юдин. Становление и сущность системного подхо-

да. - М.: Наука, 1973.

5. М. В о г п. Symbol and Wirklichkeit. "Physikalische Blatter". H.2.1965.

6. А.П. Лицкевич, B.B. Демьянов. Системный подход к анализу сложных

информационных систем, распределения по географическому району// Сборник трудов НГМА, (вып.З),-Новороссийск, 1998.

7. А.П. Лицкевич, В.В. Демьянов. Концепция оценки априорной вероятно-

сти работоспособного состояния морских информационных систем безопасности мореплавания// Сборник трудов НГМА, (вып.З),-Новороссийк, 1998. 7'. Demianov V.V Litskevich А.Р Yusupov L.N Globa V.G. Senchenko V.G. Of maritime areas in the south of Russia by singling out the transport and economic status of Novorossiysk region. PROCEEDINGS International conference on informatics and control on informatics and control June 9-13, рЛ 50-155, 1997

8. В.В. Попов, А.П. Лицкевич, H.H. Виницкая, Л.А.Ротко, В.В.Демьянов.

Оценка стоимости сети ГМССБ Юга России по минимуму программ ИМО до 2005года// Сборник научных трудов НГМА, (вып.2),- Новороссийск, 1997.

9. А.П. Лицкевич Анализ долговечности "внешних" устройств морских информационных систем связи методом теории пересечений// Сборник трудов НГМА, (вып.З), Новороссийск,!998.

10. А.П. Лицкевич Модельно-алгоритмическое представление большой морской информационной системы// Сборник трудов НГМА, (вып.З),-Новороссийк,1998.

11. А.П. Лицкевич. Сложные отказы в морских информационных системах, распределенных по географическому району// Сборник трудов НГМА, (вып.З),-Новороссийк, 1998.

12. А.П. Лицкевич, В.В. Попов, В.В. Демьянов. Вопросы надежности региональной системы связи (ГМССБ) в зоне ответственности администрации порта Новороссийск// Сборник трудов НГМА, (вып.1),-Новороссийк, 1997.

13. В.В.Попов, А.П. Лицкевич, В.В. Демьянов, Л.И. Юсупов, В.Г. Сенчен-ко. Развитие федеральной сети ГМССБ Юга России в морских районах А1 и А2// Сборник научных трудов междунар. Конференции.- С.-П.,1997.

14.А.П. Лицкевич, В.В. Демьянов. Физика отказов и прогнозирование высоконадежных элементов судовых систем// Материалы научно-технической конференции НГМА 1996 , -Новороссийк, 1996.

15. А.П. Лицкевич. Некоторые применения методов особенностей дифференцируемых отображений в задачах надежности судовых систем // Материалы научно-технической конференции НГМА 1996, Новороссийк, 1996.

16. А.П. Лицкевич, В.В. Демьянов. Особенности эксплуатации "внешних" устройств морских информационных систем связи в условиях Новороссийского региона // Сборник трудов НГМА, (вып.З),-Новороссийк, 1998.

17.А.И. Раков. Надежность радиорелейных и спутниковых линий передач.

- М.: Радио и связь, 1981.

18. Г.В. Дружинин. Надежность автоматизированных производственных систем. - М.: Энергоиздат,1986.

19. Теория надежности радиоэлектронных систем в примерах и задачах (под редакцией Г.В. Дружинина). - М.: Энергия, 1976.

20. JI.K. Горский. Статистические алгоритмы исследования надежности. -М.: Наука, 1970.

21. A.C. Проников. Надежность машин. - М.: "Машиностроение", 1978.

22. Б.С. Сотсков. Основы теории и расчет надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. - М.: Высшая школа, 1970.

23. A.C. Немировский. Борьба с замираниями при передачи аналоговых сигналов. - М.: Радио и Связь, 1994 .

24. Справочник по динамике сооружений. Под. Ред. Б.Г. Коренева и М. Рабиновича. -М.: Стройиздат 1972г.

25. A.C. Гусев, В.А. Светлицкий. Расчет реконструкций при случайных воздействиях. -М.: "Машиностроение" 1984.

26. М. Аинбиндер. Шумы радиоприемника. - М.: Связь, 1974.

27. З.Н. Музыка. Чувствительность радиоприемных устройств на полупроводниковых приборах. - М.: "Радио и связь" 1981.

28. С.И. Баскаков. Радиотехническое цепи с распределенными парамера-ми. - М.: "Высшая школа" 1980.

29. А.И. Клемин, B.C. Емельянов, В.Б. Морозов. Расчет надежности ядерных энергетических устройств. Марковская модель. - М.: Энергоиздат, 1982.

30. А.И. Андрющенко. Анализ отказов, возникающих в энергоагрегатах и в системах автоматизации. - М. "Машиностроение" 1971.

31. В.О.Шварцман, Д.Г. Михалев. Расчет надежности характеристик трактов передачи данных. - М.: "Связь", 1975.

32. Горшков В.В., Логико-вероятнотные метод расчета живучести сложных систем. «Кибирненика» №3, 1992, АН УССР.

33. Дунаев Б.Б. Оптимальное управление хозяйственной системой . «Кибирненика» №5, 1984, АН УССР

34. Левин В.И. Логическая теория надежности сложных систем -М.: Энер-гоатомиздат, 1985

35. Рябинин И.А., Черкесов Г.Н., Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно-сложных систем. Л., Судостроение, 1984.

36. Гадасин В.А., Ушаков И.А. Надежность сложных информационно-управляющих систем, М. Сов. Радио, 1975.

37. Голинкевич Г.А. Прикладная теория надежности. М.: «Высшая школа», 1977

38. Чернесов Г.Н. Анализ надежности сложных систем при помощи вероятностной логики. М.: Сов. Радио, 1979

39. Полесский В.П. Структурная надежность однородных вероятностных сетей связи. ИППИ АН СССР. М.: Наука, 1969.

40. Калашников В.В. Количественные оценки в теории надежности. М.: Знание, 1989.

41. Кабашкин И.В. Проектирование оптимальных систем диагностирования сложных технических объектов. «Надежность и контроль качества» №11, 1990.

42. Алтарев В.П., Шакун Г.И., Трофимов П.И. Процессы отказов и восстановлений в системах передачи данных. М.: «Радио и связь», 1980

43. Пяткова С.И. О надежности системы с программным резервированием. «Надежность и контроль качества» №1, 1990.

44. Конев В.В. Об оптимальном включении резервных элементов. «Техническая кибернетика» №4, 1984.

45. Г. Б. Мороз Приближенное определение ожидаемого числа восстанов-

лений многорежимных систем. «Киберненика» №1, 1987.

46. Белов П.Г. Возможный подход к нормированию безопасности производственных процессов. «Стандарты и качество» №9, 1984.

47. Международная Конвенция по охране труда, человеческой жизни на море. Консолидирований текст. СПб, ЦНИИМФ, 1993

48.Сборник резолюций ИМО, касающихся морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ). СПб, АОЗТ ЦНИИМФ, 1993

49. Сборник №4 Резолюций ИМО. СПб, АОЗТ ЦНИИМФ, 1996.

50. Бюллетень изменений и дополнений №3 к Правилам по оборудованию морских судов, Российский Морской Регистр Судоходства, СПб, 1998.

АКТ

внедрения научно-исследовательских работ «Оптимальная расстановка береговых станций сети ГМССБ» доцента Новороссийской государственной морской академии Лицкевича Александра Павловича.

Морская администрация порта Новороссийск подтверждает использование научно-исследовательских результатов, полученных Лицкевичем А.П., при разработке и создании Новороссийского сегмента радиосети ГМССБ Юга России по следующим позициям:

- оптимизации географического размещения базовых станций сети с точки зрения обеспечения надежной связи и учета специфики неблагоприятных климатических воздействий в регионе;

- формулированию условий обеспечения необходимой надежности сети для непрерывного длительного её функционирования;

- минимизации финансовых затрат (на создание сети) выбором необходимого числа избыточных элементов при заданном уровне гарантированной надежности. Экономический эффект от оптимизации составил ~3% общих затрат на радио- и электрооборудование береговых станций Новороссийского сегмента сети, что составляет ~ 45 ООО долларов.

Главный инженер ведущей организации

>та Новороссийск",