Разработка методов и средств контроля междугородных каналов и соединительных линий квазиэлектронных АМТС

Актуальность темы

В настоящее время на телефонной сети Советского Союза внедряются квазиэлектронные АМТС (АМТС КЭ) отечественного и импортного производства, в которых реализованы принципы программного управления. Отечественная АМТС КЭ.

Кварц" [2.1*2.3″ в двенадцатой пятилетке станет основным типом оборудования АМТС [2.4]. АМТС КЭ «Кварц» позволяет коммутировать до 6*12 тысяч входящих и столько же исходящих каналов и соединительных линий междугородной телефонной сети. Для контроля их работоспособности в процессе эксплуатации разрабатывается контрольно-измерительная аппаратура (КИА), которая при взаимодействии с аппаратурой аналогичного назначения на соседних АМТС и АТС (АПКА — аппаратура проверки каналов автоматическая — на АМТС2,3,АТМЕМ^та^еТгальппъЬсоп Ммзиг. Еушртел! на АРМ20 и др.) измеряет электрические параметры каналов и соединительных линий и выявляет среди них неработоспособные.

Наличие программного управления на АМТС КЭ создает предпосылки для применения перспективных методов технического обслуживания оборудования АМТС. Выбор эффективных методов и средств контроля такого массового оборудования, как каналы и линии, приобретает жизненную необходимость в свете решения общей проблемы дальнейшего развития средств связи без увеличения численности обслуживающего персонала. Повышение эффективности контроля каналов на АМТС КЭ ставит новые задачи оперативного использования статистических данных, получаемых при обслуживании реальной нагрузки, а также статистической обработки данных, получаемых при измерении параметров.

Диссертационная работа выполнена в процессе участия в разработке первой отечественной АМТС КЭ «Кварц», проводимой ЦНИИС совместно с РПО ВЭФ, ИК АН СССР и заводом «Роботрон» (ГДР) в соответствии с целевой комплексной научно-технической программой 0.Ц.028, чем обусловлена актуальность изучаемой темы.

Цель работы заключается в разработке КИА АМТС КЭ «Кварц» и в решении теоретических задач, повышающих эффективность контроля каналов за счет увеличения достоверности оценки состояния канала, расширения числа выявляемых повреждений, уменьшения вероятности нахождения в эксплуатации неработоспособного канала и в конечном счете уменьшающих трудозатраты эксплуатационного персонала. В соответствии с паспортом специальности 05.12.14 данная работа относится к области исследования внутренних параметров сетей связи (пропускной способности, надежности каналов связи и др.) и методов их улучшения.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использованы методы теории вероятностей и математической статистики, теории телетрафика, статистического моделирования.

Состояние вопроса. Особенность изучения поставленных задач состоит в том, что число публикаций на тему технического обслуживания АМТС и особенно междугородных каналов и линий весьма ограничено, а фундаментальные работы, учитывающие специфику данного оборудования, отсутствуют вовсе. К тому же оснащение отечественных координатных и декадно-шаговых АМТС оборудованием КИА проводилось с опозданием и без согласования алгоритмов работы, вследствие чего к настоящему времени нет возможности всесторонне обобщить опыт использования КИА на отечественных АМТС. Наиболее изученными аспектами проблемы контроля каналов являются свойства параметров аналоговых каналов и влияние отдельных типов отказов каналов на вероятность потерь по вызовам.

Результаты исследований нестабильности параметров телефонных каналов, полученные рядом советских и зарубежных специалистов, частично использованы в настоящей работе при построении многомерных распределений параметров. Теоретические результаты исследования линий с неблокирующими отказами содержатся в работах отечественных (Корнышева Ю.Н., Кучерявого А. Е. и др.) и зарубежных авторов (Климонтовича А., Гиффорда У., Фо-риса Л., Мессерли Е. и др.). Однако в их работах не полностью описаны встречающиеся на практике типы повреждений, например, взаимное влияние между каналами, не изучен такой статистический показатель, как доля служебной (неоплаченной) нагрузки.

Имеющиеся публикации о возможностях систем контроля каналов на станциях с программным управлением зарубежных фирм: БЕЛЛ (США), ВТМ (Бельгия) и др., хотя и позволяют выявить общую тенденцию развития систем контроля, носят, как правило, рекламный характер и не содержат должных обоснований.

В настоящей работе впервые делается попытка описать междугородный телефонный канал (канал коммутируемой сети), т. е. канал тональной частоты в совокупности с линейными комплектами, как объект контроля и на основе анализа повреждений и отказов, влияющих как на качественные показатели АМТС, так и на степень удовлетворенности абонентов, оценить целесообразность применения перспективных и традиционных методов контроля.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1) разработан метод статистического обнаружения пучков, содержащих неработоспособные каналы, линии, в том числе неисследованный ранее тип повреждений (каналы с взаимным влиянием), на основе нового легко реализуемого показателя — доли служебной (неоплаченной) нагрузки в общей обслуженной,.

2) проведен анализ статистических свойств параметров канала (остаточное затухание, уровень шумов, амплитудно-частотная характеристика) и исследована возможность применения многомерного статистического анализа (линейных дискриминантных функций) для уменьшения ложных решений о состоянии канала, линии,.

3) разработана модель для выбора оптимального периода измерения параметров каналов, линий при помощи КИА с учетом наличия на АМТС КЭ программных средств наблюдения за показателями обслуженной нагрузки и несоответствиями в телефонных алгоритмах.

Практическая ценность заключается в разработке алгоритмов работы КИА и в расчете ее пропускной способности, что послужило обоснованием требований к эксплуатационным характеристикам КИА, а также в разработке метода статистического обнаружения пучков, содержащих неработоспособные каналы, линии, по доле служебной нагрузки.

Реализация результатов работы. Разработанные алгоритмы контроля положены в основу программных средств КИА и апробированы на действующем макете КИА АМТС КЭ «Кварц», а рассчитанные эксплуатационные характеристики использованы при проектировании КИА головной АМТС КЭ в г. Вильнюсе. Особенность внедрения в серийных АМТС КЭ методов, разрабатываемых в диссертации, заключается в том, что головная АМТС КЭ «Кварц» в настоящее время только введена в эксплуатацию, численные данные, используемые в расчетах, подтверждающих эффективность решений теоретических задач, являются предварительными и подлежат уточнению в процессе эксплуатации первых АМТС КЭ.

Личный вклад. Основные научные результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно. Вопросы конфигурации технических средств контроля, исследования линий с взаимным влиянием, выбора функционала и построения модели для нахождения оптимального периода контроля решались совместно с соавторами опубликованных на эту тему работ. Автор принимал непосредственное участие на всех этапах разработки КИА АМТС КЭ «Кварц» .

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: П-ой Всесоюзной научно-технической конференции молодых специалистов отрасли связи (Москва, 1979), шестой и седьмой школах-семинарах по теории телетрафика (Минск, 1980 и Одесса, 1982), Всесоюзном совещании «Совершенствование средств автоматической коммутации в ЕАСС» (Таллин, 1982), Секции АМТС НТС ЦНИИС (1982, 1983), Общемосковском семинаре «Теория телетрафика и сети ЭВМ» секции «Теория телетрафика» (ИППИ АН СССР, 1983), ХХХУШ Всесоюзной сессии и IX конференции НТОРЭС им. А. С. Попова (Москва, 1983).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из которых три написаны в соавторстве.

Автор защищает:

1. Принципы контроля, основанные на сочетании перспективных статистических методов и традиционного метода периодических измерений.

2. Метод обнаружения неработоспособных каналов на основе предлагаемого впервые статистического показателя — доли служебной (неоплаченной нагрузки).

3. Модель двухфазного обслуживания для описания поведения каналов с неблокирующим типом отказов.

4. Обоснование необходимости и алгоритм выявления линий с взаимным влиянием, изученных впервые со стороны влияния их на качество обслуживания.

5. Метод повышения достоверности оценки состояния канала на основе линейных дискриминантных функций.

6. Методику и модель для определения оптимального периода измерения параметров при наличии оперативных средств выявления неработоспособных каналов.

7. Алгоритмы контроля каналов АМТС КЭ «Кварц» .

8. Методику определения необходимых на этапе проектирования эксплуатационных характеристик КИА АМТС КЭ «Кварц» .

4.7. Выводы по главе 4.

1. В результате теоретического обобщения зарубежного опыта создания систем контроля каналов, рекомендаций МККТТ, опыта, полученного при внедрении КИА на международной квазиэлектронной АТС мИсонта ЮЦ, разработаны алгоритмы контроля каналов, линий на АМТС КЭ «Кварц» и обоснованы параметры ввода-вывода и их граничные значения, данные, постоянно хранящиеся в памяти УК Нева IM, режимы функционирования КИА.

2. Разработана методика, позволяющая при заданных параметрах (загрузке канала, вероятности успешной попытки испытать канал, повреждаемости каналов, нагрузке на КИА) определить основные эксплуатационные характеристики КИА:

— производительность КИА при массовых измерениях, проводимых по расписанию в ночное время (400 каналов за ночь по одному измерительному входу),.

— необходимое число входов КИА при обслуживании дневной нагрузки случайного характера (не менее трех для АМТС емкостью 8000 входов в КС при условии, что время ожидания с вероятностью 0,9 не превышает I мин).

3. Разработана математическая модель изменения состояния телефонного канала во времени, позволяющая решить задачу оптимизации периода измерения его параметров при наличии оперативных программ статистического наблюдения за обслуживанием реальной нагрузки. Показана экономическая целесообразность этих программ: при их наличии уменьшаются затраты на контроль и приблизительно на 10% увеличивается оптимальный период мевду измерениями.

— 166 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В настоящей работе, выполненной в процессе участия в разработке первой отечественной квазиэлектронной АМТС «Кварц», получены следующие теоретические и практические результаты:

1. В результате анализа литературы и оборудования, составляющего междугородный телефонный канал, соединительную линию, с позиций объекта контроля показано, что для обеспечения эффективности их контроля на программно-управляемых АМТС следует сочетать статистические методы обнаружения неработоспособных каналов с традиционным методом измерения параметров. Роль традиционного метода доказана автором экспериментально: статистические наблюдения за процессом обслуживания реальной нагрузки оставляют необнаруженными каналы с неудовлетворительным качеством передачи в большом диапазоне изменения основных параметров (10+15 дБ) за пределами эксплуатационных норм.

2. Исследован и предложен впервые для обнаружения неблокирующих отказов в каналах и пучков, содержащих такие каналы, статистический показатель — доля служебной (неоплаченной) нагрузки. Методом вычислений и имитационного моделирования показано, что в большинстве случаев (за исключением близкой к нулю вероятности абонентской занятости) этот показатель более выгоден в смысле вероятности обнаружения, чем традиционныйдоля потерянных вызовов.

3. Предложенная для изучения поведения неработоспособного канала модель двухфазного обслуживания является более точной по сравнению с традиционной однофазной — за счет учета занятости и неответа абонента.

Изучено поведение пучка каналов, содержащего неисследованный ранее тип неблокирующих повреждений — каналы с взаим.

— 167 ным влиянием. Получены формулы для определения вероятности потерь, позволяющие оценить ухудшение качества обслуживания по сравнению с другими отказами и разработать методы их выявления.

5. Изучены статистические свойства параметров телефонного канала: остаточного затухания на частоте 800 Гц, напряжения шума и АЧХ, построена математическая модель канала (линии) в виде многомерного нормального распределения и показана возможность применения многомерного статистического анализа (линейных дискриминантных функций ЛДФ) для увеличения достоверности оценки состояния канала. По предварительным данным метод ЛДФ позволяет уменьшить вероятность ошибочного решения до 2% в случае оценки по четырем названным выше параметрам или в 9 раз по сравнению с традиционным способом, что позволяет существенно снизить непроизводительные затраты эксплуатационного персонала.

6. Разработана математическая модель изменения состояния телефонного канала во времени, позволяющая решить задачу оптимизации периода измерения его параметров в условиях АМТС с программным управлением, т. е. при наличии программ статистического наблюдения за обслуживанием реальной нагрузки. Показана экономическая целесообразность применения этих программ: при их наличии увеличивается на 10% период между измерениями и соответственно уменьшаются затраты на контроль.

7. Разработаны алгоритмы контроля каналов, линий и спецификация данных для КИА, которые реализованы в программном обеспечении АМТС КЭ «Кварц» .

8. Разработана методика, позволяющая при заданных параметрах нагрузки на каналы и КИА определить основные эксплуатационные характеристики КИА для проектируемых АМТС КЭ различной емкости. Данные расчета для головного образца АМТС КЭ в г. Вильнюсе емкостью 8000 входов в КС: производительность КИА — с помощью КИА за ночь можно проверить 400 каналов по одному измерительному входу (по алгоритму ATME), число измерительных входов для обслуживания дневной нагрузки на КИА должно быть не менее трех с тем, чтобы время ожидания не превышало I мин с вероятностью 0,9.

9. Внедрение совокупности предлагаемых методов и технических средств дает ожидаемую экономию трудозатрат эксплуатационного персонала в количестве 2,5 единицы штата на 1000 каналов.