Научная статья на тему 'Метод расчета для коэффициента готовности пассивной оптической сети доступа в условиях недостоверного контроля'

Метод расчета для коэффициента готовности пассивной оптической сети доступа в условиях недостоверного контроля Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
224
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПАССИВНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СЕТЬ ДОСТУПА / КОЭФФИЦИЕНТ ГОТОВНОСТИ / КОЭФФИЦИЕНТ НЕГОТОВНОСТИ / СИСТЕМА / МОДЕЛЬ / ОТКАЗЫ / НЕДОСТОВЕРНЫЙ КОНТРОЛЬ / ОШИБКИ I И II РОДА / PASSIVE OPTICAL ACCESS NETWORK / AVAILABILITY FACTOR / UNAVAILABILITY FACTOR / SYSTEM / MODEL / FAILURES / INCORRECT CONTROL / CHECK OUT ERRORS OF FIRST AND SECOND KIND

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Зеленцов Борис Павлович, Ионикова Елена Петровна, Шувалов Вячеслав Петрович

Рассматривается метод расчета коэффициентов готовности и неготовности для системы, состоящей из трех последовательно соединенных элементов пассивной оптической сети доступа в условиях недостоверного контроля технического состояния системы. В качестве причин нарушения работоспособности элементов системы рассматриваются скрытные отказы, которые являются независимыми и случайными. Для расчета показателей надежности системы используется матричный метод. Представленная марковская модель системы реализуема средствами компьютерного моделирования. В модели учтены проверки технического состояния каждого элемента и восстановление их работоспособности после обнаружения отказа. Используя предельные вероятности состояний, произведён расчёт стационарного коэффициентов готовности и неготовности с учётом ошибок контроля I и II рода. Ошибки контроля обусловлены параметрами системы контроля, а именно нелинейностью вертикальной шкалы рефлектометра. На основе результатов расчета определен период проверки технического состояния сети доступа, при котором обеспечивается наибольший коэффициент готовности системы при заданных значениях ошибок контроля. Уменьшение коэффициента готовности при отклонении периода проверки от вычисленного значения обусловлен не только частотой отказов каждого из элементов, но и наличием ошибок I и II рода. Определив наилучший период проверки технического состояния конкретной системы, возможно грамотно распределить системные ресурсы, тем самым повысив надежность проектируемой сети. Аналогичный подход возможно применить для модели функционирования в непрерывном времени любой сложности, что делает рассмотренный метод расчета универсальным при проектировании и выборе эксплуатационных параметров системы контроля технического состояния участка пассивной оптической сети.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

A calculation method of availability of passive optical network under incorrect control

This article discusses the method of calculating availability and unavailability factors for three series-connected elements of passive optical network under conditions of inaccurate control of the system state. The reasons for the malfunction of the elements of the system are considered latent failures, which are independent and random. A mathematical model for calculating a reliability is proposed on the basis of matrix methods. The presented Markov model of the system is implemented by means of computer simulation. The model takes into account the verification of the technical condition of each element and the restoration of their performance after a failure is detected. Using the steady-state probabilities, the steady state availability and unavailability factors are calculated taking into account check out errors of first and second kind. Check out errors are caused by the parameters of the control system, namely, the nonlinearity of the vertical scale of the OTDR.Based on the results of the calculation, it is possible to determine the period for checking the control of the technical state of the access network at which the system has the highest availability factor. The reduction of the availability factor when the test period deviates from the calculated value is caused not only by the failure rate of each of the elements, but also by the presence of errors I and II. Having determined the best period for checking the technical condition of a particular system, it is possible to correctly allocate system resources, thereby increasing the reliability of the designed network. A similar approach can be applied to a model of operation in a continuous time of any complexity, which makes the considered calculation method universal in the design and selection of operational parameters of the monitoring system for the technical condition of a section of a passive optical network.

Текст научной работы на тему «Метод расчета для коэффициента готовности пассивной оптической сети доступа в условиях недостоверного контроля»

МЕТОД РАСЧЕТА ДЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА ГОТОВНОСТИ ПАССИВНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ ДОСТУПА В УСЛОВИЯХ НЕДОСТОВЕРНОГО КОНТРОЛЯ

Зеленцов Борис Павлович,

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Новосибирск, Россия, zelentsovb@mail.ru

Ионикова Елена Петровна,

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Новосибирск, Россия, ionikova.lena@mail.ru

Шувалов Вячеслав Петрович,

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Новосибирск, Россия, shvp04@mail.ru

Рассматривается метод расчета коэффициентов готовности и неготовности для системы, состоящей из трех последовательно соединенных элементов пассивной оптической сети доступа в условиях недостоверного контроля технического состояния системы. В качестве причин нарушения работоспособности элементов системы рассматриваются скрытные отказы, которые являются независимыми и случайными. Для расчета показателей на-дежности системы используется матричный метод. Представленная марковская модель системы реализуема средствами компьютерного моделирования. В модели учтены проверки технического состояния каждого элемента и восстановление их работоспособности после обнаружения отказа. Используя предельные вероятности состояний, произведён расчёт стационарного коэффициентов готовности и неготовности с учётом ошибок контроля I и II рода. Ошибки контроля обусловлены параметрами системы контроля, а именно нелинейностью вертикальной шкалы рефлектометра. На основе результатов расчета определен период проверки технического состояния сети доступа, при котором обеспечивается наибольший коэффициент готовности системы при заданных значениях ошибок контроля. Уменьшение коэффициента готовности при отклонении периода проверки от вычисленного значения обусловлен не только частотой отказов каждого из элементов, но и наличием ошибок I и II рода. Определив наилучший период проверки технического состояния конкретной системы, возможно грамотно распределить системные ресурсы, тем самым повысив надежность проектируемой сети. Аналогичный подход возможно применить для модели функционирования в непрерывном времени любой сложности, что делает рассмотренный метод расчета универсальным при проектировании и выборе эксплуатационных параметров системы контроля технического состояния участка пассивной оптической сети.

Информация об авторах:

Зеленцов Борис Павлович, д.т.н, профессор, Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Новосибирск,

Ионикова Елена Петровна, аспирант, Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Новосибирск, Россия Шувалов Вячеслав Петрович, д.т.н, профессор, Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Новосибирск, Россия

Для цитирования:

Зеленцов Б.П., Ионикова Е.П., Шувалов В.П. Метод расчета для коэффициента готовности пассивной оптической сети доступа в условиях недостоверного контроля // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Том 13. №7. С. 10-15.

For citation:

Zelentsov B.P., Ionikova E. P., Shuvalov V.P. (2019). A calculation method of availability of passive optical network under incorrect control. T-Comm, vol. 13, no.7, pр. 10-15. (in Russian)

DOI 10.24411/2072-8735-2018-10285

Ключевые слова: пассивная оптическая сеть доступа, коэффициент готовности, коэффициент неготовности, система, модель, отказы, недостоверный контроль, ошибки I и II рода.

1. В neje н ис

Необходимость в высоких скоростях передачи данных требует широкого внедрения в фиксированном секторе сети доступа широкополосных волоконно-оптических технологий. Оптические сети доступа имеют серьезные преимущества перед сетями, построенными на основе медного или коаксиального кабеля. Они обеспечиваю] гораздо более высокие скорости передачи данных, на большие расстоянии и при этом абсолютно нечувствительны к электромагнитным помехам и перекрестным наводкам.

Различаю! активные и пассивные оптические сети доступа 11-2]. Наибольшее распространение получили пассивные оптические сети доступа (Passive Optical Access Networks) иди сети PON, Первые шаги в создании технологии PON были предприняты еше в 1495 году, когда группа компании из разных стран создала консорциум FSAN (Full service Access Network) для реализации идеи множественного доступа по одному волокну. Внешняя сеть (Outside plant, OSP) PON строится без использования активных элементов. Сеть PON состоит из следующих основных элементов: оптического линейного терминала (Optical Line Terminal, OLT); оптических сетевых терминалов (Optical Network Terminal, ONT), которые соединяются с OLT внешней сетью.

Основными технологиями, используемыми сегодня па сетях PON, являются GHPON (стандарт IEEE S02.ЗаIV) п Ci PON (стандарт МСЭ-Т (¡.984.6) |3-4|. Отличие технологий G PON и GE PON заключается в активном оборудовании. Пассивная инфраструктура практически одинакова. Скорости передачи GPON для нисходящего потока (oí OLT) составляет 2,488 Гбит/с, для восходящего потока (к OLT) -1,244 Гбиг/с. Скорости передачи GE PON для восходящего и нисходящего потоков одинаковы и равны 1,244 Гбит/с.

В 2010 году появился стандарт МСЭ-Т П.987 [5J (скорость нисходящего поток;) ТО Гбит/с, восходяшега -2,5 Гбит/с). В 2013 голу был создан стандарт G.989, обеспечивающий передачу нисходящего потока уже на скорости 40(80) Гбит/с и восходящего - 10 Гбит/с ¡6]. Если GPON и XG-PON основаны на временном методе доступа (TDM), то стандарт G.989 предполагает использование гибридной технологии доступа - частотное и временное разделение каналов (TWDM). Сети на основе XG-PON - это сети следующего поколения первого уровня (NG-PON!). сети с использованием гибридной технологии доступа (TWDM) - это уже сети следующего поколения второго уровня (NG-PON2).

Особое место в цепочке технологий, относящихся к пассивным оптическим сетям (PON) занимают сети доступа большого радиуса действия (Long Reach PON - LR-PON), радиус дейст вия которых превышает 20 км [7], Использование технологии LR-PON позволяет снизить затраты па построение сети доступа за счет упрощения и улучшения использования сетевой архитектуры,

В предлагаемой вниманию читателей работе рассмотрена методика расчета надежности сети доступа с радиусам действия. превышающим 20 км, в которой использована динамическая модель, основанная на применении марковских процессов.

2. Марковская модель надежности системы in двух

и трех элементов

В [8| для расчета коэффициента K¡ системы, включающей в себя аппаратную часть н программное обеспечение.

предлагается марковская модель, представленная на рис. I, Данная модель предполагает независимость отказов составляющих системы, а также, ввиду краппе малой вероятности, fie учитывается состояние, при котором оба элемента системы неработоспособны.

\l2 Xa

-> 1 3

ЦИ toi

Рис. I. Марковская модель е отказами аппаратной и программной част и системм |К|

Состояния в соответствии с рис. !:

1 - система полностью работоспособна;

2 — система неработоспособна но причине отказа программного обеспечения;

3 — система неработоспособна по причине отказа аппаратной части системы.

На рпс. I Кп и 1/з - интенсивности Отказов аппаратной и программной частей системы; Цц н //.;/- интенсивности восстановления аппаратной и программной частей системы,

В статье [9] подобная модель используется для расчета Кг в условиях отказов аппаратной части п отказов за счет информационных атак со стороны злоумышленников. Очевидно. что данная модель применима и для расчета коэффициента готовности двух последовательно соединенных элементов в случае независимости их отказов. Тогда состояние 2 будет соответствовать отказу первого элемента цепочки, состояние 3 - отказу второго элемента цепочки.

Несомненно, что представленную модель можно доработать. применив ее к случаю, когда цепочка последовательно соединенных элементов содержит »2 элементов. Так для трех последовательно соединенных элементов марковская модель будет выглядеть следующим образом (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма состояний цепочки из трех последовательно соединенных темен то в

Состояния в соответствии с рисунком 2:

1 - система полностью работоспособна;

2-система неработоспособна по причине отказа первого элемента системы;

3 - система неработоспособна но причине отказа второго элемента системы;

4 - система неработоспособна по причине отказа третьего элемента цепочки.

На рис. 2 к¡2, и Хы — интенсивности отказов 1, 2 и 3 Элементов; //;/, /о; 11 (Ы ~ интенсивности восстановления К 2 и 3 элементов,

3. Диаграмма состоянии системы из трех Элементов

в условиях недостоверного контроля

Усложним модель, представленную на рис. 2, подвергнув систему недостоверному контролю за состояниями элементов. При проверке технического состояния могут возникать как ошибки контроля I рода (работоспособный элемент признается отказавшим), гак и ошибки контроля II рода (отказавший элемент признается работоспособным). Таким образом, помимо интенсивности отказов и восстановления элементов, система характеризуется вероятностями ошибок I рода (и) и II рода (/i).

Система, состоящая из трех элементов, рассмотрена при следующих условиях:

1. Отказы элементов независимы и случайны,

2. В каждый момент времени может произойти только ОДИН OTKÜÍ.

3. Проверки элементов проводятся раздельно и независимо.

4. Работоспособный элемент функционирует, пока по результатам проверки не будет признан неработоспособным.

5. Только функционирующий элемент подвергается проверке.

6. Одновременно может восстановиться только один элемент.

7. Элемент отправляется на восстановление гол].ко по результатам периодической проверки.

Соответствующая диаграмма состояний пеночки из грех элементов в условиях недостоверного контроля представлена на рис. 3.

ЦпЛ I - f-' '

И"

МВД э

Hi! Pi

У jwíl-ffe)

10 п п

щи

jiii

flülUI

Ala

...

Я

Mhi()-a¡) um(l-tL>!

JJuMU

Рис, 3. Диаграмма состояний цепочки из трех последовательно соединенных элементом в условиях недостоверного контроля

Состояния в соответствии с рисунком 3:

1 - система работоспособна и функционирует;

2 (6,10) - первый (второй, третий) элемент г)еработоспособен и функционирует;

3 (7,! I) - периодический опрос первого (второго, третьего) неработоспособного элемента;

4 {8,12) - первый (второй, третий) элемент восстанавливается;

5 (4,13) - периодический опрос первого (второго, третьего) работоспособного' элемента.

^12, J-16, A¡ ю — Интенсивности отказов первого, второго и третьего элементов;

mi, (isb 1-М2 i - интенсивности восстановления первого, второю и третьего элементов;

Уь Y:, Уз- интенсивности начало периодической проверки первого, второго и третьего элементов;

Muí- Ни:, Н-m- интенсивность завершения периодической проверки первого, второго и третьего элементов;

Ct|, сь, а3 - ошибки I рода при проверке первою, второго и третьего элементов;

Pin Ра, |}-п - ошибки II рода при проверке первого, второго и третьего элементов.

4. Математическая модель системы из трех элементов

в условиях недостоверного контроля

И соответствии с целью статьи следует произвести раечё-j ы и исследования, связанные с коэффициентом готовности и Коэффициентом неготовности, l io ГОСТ Р 53480-2009 стационарный коэффициент готовности может быть выражен как отношение средней продолжительности работоспособною состояния к сумме средней продолжительности работоспособного состояния и средней продолжительности неработоспособного состояния, то есть коэффициент готовности К| и коэффициент неготовности к'„ вычисляются по формулам:

(I)

где <г„) - средняя продолжительность работоспособного {неработоспособного) состояния при достаточно большом времени эксплуатации системы.

Очевидно, что в стационарном режиме средние продолжительности /г и i и пропорциональны предельным вероятностям работоспособных и неработоспособных состоянии, и K,¡ соответственно, то есть

К, + + (2>

В сложных системах может быть несколько работоспособных и неработоспособных состояний. Тогда вероятности Яр и л„ получают путём суммирования предельных вероятностей по подмножеству работоспособных и неработоспособных состояний соответственно.

В Предложенном случае, система является работоспособной только в те моменты, когда нее три элемента являются работоспособными (состояние 1) При нахождении системы в состояниях 2, 6 и 10 она является неработоспособной, гак как один из элементов неработоспособен не может выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях Применения, При восстановлении одного из элементов (состояние 4, 8 или 12), в условии отсутствия горячего резерва, система гакже является неработоспособной. Поэтому из диаграммы рис. 3 следует:

Жр -Щ\Пи = Жг +Ж4 + Я,+íT|0

Матрица пптепснвностей для процесса, представленного на рис, 3, имеет вид;

m 0 0 y\ % 0 0 Г2 ¿110 0

0 щ b ft 0 l> 0 U ft (1 0

0 p/nth -fm 0 0 0 0 ft M 0

Р 41 ¡1 и -/'41 и и » U ft U ft

■Д1 Ö-aj.J 0 (I -I'll \ 0 n ft ft 0 0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0 0 0 11 0 n и ft fl ft

и (i 0 u n /'и i/h -Pi!2 ft U 0

"(И 0 0 1} и 0 0 -m ft ft ft

fj-iii-Uf i ti 0 o n 0 ft "//2K2 ~I'II2 11 ft

0 о 0 a 0 0 0 0 ft -73 n

0 t) 0 и n 0 ft ft n "//3ft -fm

"121 0 0 0 0 Û 0 0 ft ft 0

n 0 (i {) » ft ft ft ft 0

о и о о о

(I I)

и о О

412 l'-ft -"121 m 3«3

Уз

-t'IIK

Предельные вероятности состояний существуют, так как процесс переходов от состояния к состоянию является Эрго-днческпм, Матрицы ннтенеивноетеп Л достаточно для нахождения предельных вероятностей состояний.

Для реализации алгоритма расчётов используется матричный метод [Î0, II). Вычисление Предельных вероятностен возможно па основе определителей или на основе обращения матриц. На основе обращения матриц предельные вероятности состояний вычисляются по прямым, относительно сложным формулам. Более простой алгоритм вычисления коэффициента готовности и коэффициента неготовности Может быть реализован с помощью определителей. Для состояний I. 2. 4, 6. 8, 10 И 12 вычисляются определители ¿1. = | J.j, где Л, - матрица, полученная из матрицы Л удалением йй строки и у—го столбца. Определители Л, пропорциональны предельным вероятностям л,, поэтому в (2) предельным вероятностям л, можно заменить на определители U ^ = 4:4,=д + 4 + 4, + 4 + 40 + 4г тогда коэффициент готовности и коэффициент неготовности вычисляются по формулам:

к г = л1)/(Ар + лну,к1, = 4/(4, + 4,). (3)

На основе приведённого подхода возможно вычислить также коэффициент технического использования.

5. Результаты расчетов.

Рассмотрим пассивную оптическую сеть доступа. Элементами такой сети являются: оптический линейный терминал (OLT), магистральный кабель, сплнттеры, распределительные кабели, оптические сетевые терминалы (ONT) |lj. От каз OLT приведет к потере связи со всеми ONT сети, отказ магистрального кабеля вызывает потерю связи с N ONT, г де N = 32, 64, I2S. а для сетей доступа большого радиуса действия 1024 н более [7|

Рассмотрим цепочку последовательно соединенных OLT, магистрального кабеля (длиной 50км) и сшшттера. В соответствии с [12] возьмем следующие значения интенсивно-стен, сведенные в табл. I.

Таблица I

Будем полагать, что система контроля едина для всех трех элементов, поэтому у = у^ = уу = у

fjm = иИ , = fjn¡ = // = 720 1/час 113]. Также предполагаем, что а и р для OLT и еллиттера равны 0.

Диапазоны а и ß для магистрального кабеля рассчитываются с использованием ¡ 14} с учетом нелинейности вертикальной шкалы рефлектометра. При использовании оптического импульсного рефлектометра FTB-7400Е ЦЗ] tí = 0.0057. ¿=0.0053.

Коэффициенты неготовности Кц предложенной системы при различных значениях у представлены в табл. 2.

Таблица 2

Параметры элемента Значение параметра для элементов

OLT магистрального кабеля(50км) сплиттера

Я, 1/час 3.5-1 (Г5 1.4-10^ 2.4 10 "

ц , 1 / час 0,2 0,07 0,083

Коэффициенты готовности системы при различных аир

Время между проверками Интенсивности начало периодической проверки у. 1/час Коэффициент неютов и ости Кц при а = 0.0057 и ß = 0.0053 Коэффициент неготовности Кц,, при a = ß = 0

! мин 60 0,83(1 2.202-Ю-3

10 МИН 6 0,324 2.229-10~3

30 мни 2 0.142 2.287 - И)"3

1час 1 0,077 2.376-ИГ3

2 часа 0.5 0,041 2.552 ■ 10~3

10 часов 0,1 0,012 3.962-Ю-3

16 часов 0,0625 0,010 5.017 -Ю-3

20 часов 0,05 9.742 ■Ю-3 5.7I9-10-3

21 час 0.0476 9.727 -Ю-3 5.8%-И)"3

21 час 15 мин 0,0471 9.726 - Ш—3 5,93»-ИГ3

21 час 30 мин 0,0465 9,726-Ю-3 5.983 ТО-3

21 час 45 мпн 0,0460 9.727-ИГ3 6.024 ТО-3

22 часа 0,0455 9.729 ТО-3 6,066 ТО"3

24 часа 0,0417 9.775-К)"3 6.417-Ю"3

36 часов 0,0278 0.011 8.512 • !0-3

48 часов 0,0208 0,012 0,011

72 часа 0.013') 0.0 i ñ 0.015

График зависимости коэффициента неготовности Кц от интенсивности начала периодической проверки системы представлен на рис. 4.

Теоретически при использовании системы контроля с а=р=0 коэффициент неготовности прямо пропорционален интенсивности начала периодической проверки, что иллюстрирует пунктирная линия на графике. Однако в реальны* условиях ошибки контроля отличны от нуля и вносят поправки в определяемую зависимость. Рассмотренная система <« = 0.0057, ¡3 ~ 0.0053) имеет наибольший коэффициент готовности при проверке с периодичностью 21-22 часа. При увеличении времени проверки, коэффициент готовности будет снижаться, так как снижается интенсивность проверки, а, следовательно, и возможность обнаружить отказ и, соответственно, восстановить элемент после него. Если осуществлять проверки чаще, чем через 21-22 часа, коэффициент готовности будет увеличиваться, что в свою очередь объясняется наличием ошибок контроля.

Кл KiO

îxlO"

Рис. 4. График зависимости коэффициента неготовности Кц от интенсивности начала периодической проверки системы

Таким образом, необходимо тщательно подходить не только к выбору оборудования контроля с определенным уровнем ошибок, но и к выбору периодичности проверки, ПОСКОЛЬКУ неверный выбор времени проверки может снизить надежность системы.

Заключение

Представленная в работе модель позволяет рассчитать такие характеристики, как коэффициенты готовности, неготовности и технического использования с учетом времени между проверками, интенсивностей отказов и восстановления, ошибок контроля I и I! рода и других параметров.

Достоинством представленных моделей является возможность их реализации средствами компьютерного моделирования, например, в программах M at h с ad и Matlab. Применение матричных методов обеспечивает простые алгоритмы расчетов в этих программах.

Литература

1. Shami А., Maier M.. Asst С. Broadband Access Networks. Technologies and Deployments. Springer, 2004.

2. Кип Wang. Migration towards Next Generation Optical Access and Transport Networks: Doctoral Thesis in Information and Communication Technology. Stockholm: Royal Institute Technology. 20! 7.

3. IEEE Ethernet in the First Mile, IEEE 802.3ah EFM standard, 2004.

4. ITU-T Recommendation G.984.1. Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics, 2003.

5. ITU-T Recommendation G.987.10-Gigabit-capab!e passive optical network (XG-PON) systems: Definitions, abbreviations and acronyms, 2010.

6. ITU-T G.989 Series Recommendations. 40-Gigabit-Capable Passive Optical Network (NG-PON2), 2015.

7. Шувалов В.П., Фокин В.Г. Пассивные оптические сети большого радиуса действия, М.: Горячая линия — Телеком, 2018. 154 с.

8. Laprie J.C. Dependability evolution of Software Systems in operation. IEEE Trans ac t ionon S о ft ware Engineer ingSE 10(6), 1984, pp. 701-714.

9. Митрохин В.Г.. Рингенблюм Г1.Г. Математическая модель влиянии средств защиты информации на характеристики узла связи телекоммуникационной сети // Вестник СибГУТИ, 2016, №1. С. 66-73.

10. Зеленцов Б.П Матричные методы моделирования однородных марковских процессов. Pal mari um Academic Publishing, 2017. 140 c.

11. Зеленцов Б.П Матричные модели функционирования оборудования систем связи // Вестник СибГУТИ,2015. №4. С. 62-73,

12. Recommendations ITU-T G-series - Supplement 51 (2012) Passive optical network protection considerations.

13. OTDR. Оптический импульсный рефлектометр. Руководство пользователя, [Электронный ресурс]. URL:https://fibertop.ru/ fiIes/category_ ¡4538/instrc ! 453SJ2.pdf.

14. Р 50-609-40-01 .Рекомендации. Технологическое проектирование технического контроля.

A CALCULATION METHOD OF AVAILABILITY OF PASSIVE OPTICAL NETWORK

UNDER INCORRECT CONTROL

Boris P. Zelentsov, Siberian State University of telecommunication and information sciences, Novosibirsk, Russia, zelentsovb@mail.ru Elena P. Ionikova, Siberian State University of tele-communication and information sciences, Novosibirsk, Russia, ionikova.lena@mail.ru Vyacheslav P. Shuvalov, Siberian State University of telecommunication and information sciences, Novosibirsk, Russia, shvp04@mail.ru

Abstract

This article discusses the method of calculating availability and unavailability factors for three series-connected elements of passive optical network under conditions of inaccurate control of the system state. The reasons for the malfunc-tion of the elements of the system are considered latent failures, which are independent and random. A mathematical model for calculating a reliability is proposed on the basis of matrix methods. The presented Markov model of the system is implemented by means of computer simulation. The model takes into account the verification of the technical condition of each element and the restoration of their performance after a failure is detected. Using the steady-state probabilities, the steady state availability and unavailability factors are calculated taking into account check out errors of first and second kind. Check out errors are caused by the parameters of the control system, namely, the nonlinearity of the vertical scale of the OTDR.Based on the results of the calculation, it is possible to determine the period for checking the control of the technical state of the access network at which the system has the highest availability factor. The reduction of the availability factor when the test period deviates from the calculated value is caused not only by the failure rate of each of the elements, but also by the presence of errors I and II. Having determined the best period for checking the technical condition of a particular system, it is possible to correctly allocate system resources, thereby increasing the reliability of the designed network. A similar approach can be applied to a model of operation in a continuous time of any complexity, which makes the considered calculation method universal in the design and selection of operational parameters of the monitoring system for the technical condition of a section of a passive optical network.

Keywords: passive optical access network, availability factor, unavailability factor, system, model, failures, incorrect control, check out errors of first and second kind.

References

1. Shami A., Maier M., Assi C. (2004). Broadband Access Networks. Technologies and Deployments. Springer.

2. Kun Wang. (2017). Migration towards Next Generation Optical Access and Transport Networks : Doctoral Thesis in Information and Communication Technology. Stockholm: Royal Institute Technology.

3. IEEE Ethernet in the First Mile, IEEE 802.3ah EFM standard, 2004.

4. ITU-T Recommendation G.984.1. Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics, 2003.

5. ITU-T Recommendation G.987.10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) systems: Definitions, abbreviations and acronyms, 2010.

6. ITU-T G.989 Series Recommendations. 40-Gigabit-Capable Passive Optical Network (NG-PON2), 2015.

7. Shuvalov V.P., Fokin V.G. (2018). Long-range passive optical networks. Moscow: Hotline - Telecom, p. 154.

8. Laprie J.C. (1984). Dependability evolution of Software Systems in operation. IEEE Trans actiononSoftwareEngineeringSE 10(6), pp. 701-714.

9. Mitrokhin V.G., Ringenblyum P.G. (2016). Mathematical model of the influence of information security tools on the characteristics of a telecommunication network communication center. Novosibirsk, Bulletin of SibSUTI, no.1, pp. 66-73.

10. Zelentsov B.P. (2017). Matrix methods for modeling homogenous Markov processes. Palmarium Academic Publishing, p. 140.

11. Zelentsov B.P. (2015). Matrix models of functioning of telecommunication equipment. Vestnik SibSUTIS, no. 4, pp. 62-73.

12. Recommendations ITU-T G-series - Supplement 51 (2012) Passive optical network protection considerations.

13. OTDR. Optical pulse reflectometer. User's manual. [Electronic resource]. URL:https://fibertop.ru/files/category_ 14538/ instr_cl4538_2.pdf.

14. R 50-609-40-01. Recommendations. Technological design technical control.

Information about authors:

Boris P. Zelentsov, Doctor of Engineering Science, Professor, Siberian State University of telecommunication and information sciences, Novosibirsk, Russia Elena P. Ionikova, Postgraduate student, Siberian State University of tele-communication and information sciences, Novosibirsk, Russia

Vyacheslav P. Shuvalov, Doctor of Engineering Science, Professor, Siberian State University of telecommunication and information sciences, Novosibirsk, Russia

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.