光纤数字传输系统的可用性指标及分析.doc

光纤数字传输系统的可用性指标及分析,硼光纤数字传输系统的可用性指标及分析顾广仁提要.-光纤数字传输系统的主要特点之一是安奎可靠.本文介绍了系统可矾性的计算方法,并柱据我目光纤数字设备质量,电媲蛾路救障的实际情况,计算了目前我国光纡数字传输糸统可能达到的可用性指标j提出7与进网要求的不同点与分析.对配置自动倒换备用系统应区别情况加以考虑,以及建议I程设计应从通信网结构来研究工程建设方案.引言光纤数字传输系统除具有系统容量大,工程造价氐等特点外,还以其传赣质量高,安垒可靠而使之在引入国家通信网和雷际通信同中都曼现出更太的生命力.传输系统的安垒可靠,通常用系绕的满意工作对阋与规定的全部工作时间之比值,即系统可用性来度量,它是衡量系统工程设计优劣和系绕长瓤运行状态的一个主娄指标.系统可用性指标是出设备可靠性,线酝故障率,备用系统的配置,故障修复历时等因素进行计算.囡面,它又是一个衡量设备生产技术和维护泰平的重要指标.光纤数字传尊系统中断,或者传输信号比特误码率(BER)劣于l10的时间达到连续10s以上时,就认为设备和系统已发生了故障.显然,系统可用性应从垒程垒网来考虑,为了计算方便,并从我国通信网结构和工程建设范围区分,可以按长途一级千线,二级干线和市话网等三种类型传输系统分别计算.我国国象标准长途I光缆通信系统进网要求(送审稿)(下简称长途进网要求)和市内光缆通信系统进网技术要求(报批稿)(下简称市话进网要求)等文件孛分别对长途一级干线和市话网的系统可用性提出了要求.本文拟就系统可用性的计算方法,传输系统模式及基本计算参数取宠,系统可用性指标的分析等问题佧一缭合论述.,.一?录指毛逮光臻通信系统进砜要求(送审稿)和市内光缆透信系镜进礴祺柬要求(峙诬啸).,1一,可用幢计算基本方法1.系统可用性(A)的计算=.c%,规定的系绕工作总时间=(卜玎)堋ot%=1一系统中断率(F)i00()2.章统中断率(F)的计算无备用系绕时.F=P有备用系统时t=-P+武中:P系统故障历时率,以式(B)计算:P=堕=MTTRl10BFMTMTBF平均无故障工作(平均故障阀隔)时问(h)MTTR平均故障修复时间(h),m工作系统数,备用系绕数J设备故障率(可靠性指标)非特数,知式(4).=10./MTBF(FIT)3.系统可用性计算方法对于按照系统配置的设备数量,MTBF(或z),MTTR,以及对有无自动保护备用系统或备用设备等,都应分别计算其故障历时率,然后综台计算出系统可期的可用性指标.=,传输系统模武1.系镜可用性与系统的侍输线长度和迁备配置数量有关进躅要求中参照CCITT最近有关文件,提出了以假设参考数字段来设定系统可用性指标,但又考虑了我国网路结构,长途干线传输系统依垒程5000kin及数字段280km与42Okm的可用性指标.市话网则以垒程100km,分两个50km数字段考虑.2.传输系统誊考模式l长途干线垒程5o00km可以由18个28Okm数字段或l2个420km数字段组成,但实际上各个数字殴的设备配置是不一样的,因此,垒程的系统可用性不是简单的数字段指标的倍数,而蜃以全程的设备配置方式米计算.按照邮电部光系统总体组l986年提出的?2?蝴<(loMb/s光缆通信系统总体方案文件Ij,参考JCOTT1g84年红皮书,列出了5o00km垒程的数字设备配置,如图1所示的参考模式l.嘲昏8芝瑚圈150蜘km数享堙进示意图0黼哦嚣字PCM设备日扭是用埙奇88i嚣字嘲青嚣字目团】三墒机中继器垒程5000km含12段420km数字段,一次群PCM设备对,二次群数字复用设备8对,三次群数字复用设备6对及四次群数字复用.垃备12对.对于光纤数字传输系统来说,也即需含光端机12对.平均中继距离以4ohn考虑,420km数字段含10个中继站,垒程共120个中继器.当采用线路保护自动转换系统时,转换段长与数字段一致,转换设备配置与光端机配置相同.3.传输系统参考模式2市话网垒程的设备配置方式尚未见有关文件具体说明,本文提出了如图2所示结构的参考模式2.垒程looknl含2段50kra数字段,一次群PCM设备1对,二,三,四次群数字复用设备及光端机各2对,50km段中间设l处中继站,即垒程2个中继器.4.传输系统参考模式3长途进网要求内容说明了它用于长途一级干线.而对于长途二级干线,可从实际使用要求及节约工程投资考虑,理应容许比一级干线低的技术指标.参照我国通信网四级辐射结构及一一1I跚50b上/目嘲倒罔团I图2市话l嗣1ookm散字链示意圈?8?,r.-l-I.CCITTl981车红皮拓建议曲I圣jj/G.8ZI,分配给中级及本地教建路共I250km,则长选二级线以级电路考虑,垒程可按1150kIi,含4个约z$okm的数字段,如星3所示结构的参考模式3.全程含一次群PCM设备1对,二次群数字复用设备3对,兰,四次群数字复用设备备4对.280km段含中继器6个.需要说明,图l2,3的系统结构仅为本文计算系统可厢性的参考模式,具体工程直按实际请况设计,国家或龉电部有正支规定时,三,设备可靠性()的取定-一一-一:一8嚣霸船础现F一/,f.,一一日倒:麓一翌:二二_一整一r一圈棒狰一髓墙115nm教聿链彖童图应按规定设计.设备可靠性稽标遥信设备生产家应岂的产品有一个设计的可靠性指标,我国光纤数字设备生产历史尚不长,日前双重庆通信设备厂的型蕴字设备(引进生产线产品)提出了可靠性指标国内外部分厂家设备的数据如表1所示.表I1姐Mb/s光端.jLi4cMb/s室内中继器14OMb/s地下审继嚣3Mb竞端札3l/il0M致享复用汪鲁8/34M敛享复嗣证备2,8i鼓字复用设备2/34M跳群复用汪各PcM一30+E/M宿令礁导PCM-30芸他倍令爱各自动保护转按设备远供设备TMUx#挠复用设舒零文群复用设备光缆囊路?4-J6.TIT000.2T5O016.1T1O01g.9115O03:80j10.10900G.51T5%Ii3i8T00i0il420l12i口l608.8jl301t002:S320.85580330050106000O20O1G3i000I230ZOO1o209i4l!i2680otu6O1tl0:zes.1.!;T三;j.i.II.1.1lt.It-z.j0.韶部统坑瑞端豁韶船韶端靖;部蜥一师豁一船韶一州址枷一糸系部-一,2.国产无端机和中继器的可靠性光端机及巾继器主要出光发射,接收器及电子譬fp组成,按进网要求及目前可能达到的技术性船(如武汉邮学研究院提出的指标),拟作如下考虑:(1)长途F线光发射LD:MTBF>10h,相应=10000FIT,光检潞器MTBF>51Ch,相应=2000FIT;电子器件的可靠性对光端机按光器件的5O(即=6000FIT),申继器按光器件的25(即=3000FIT)考虑,则光端机的=18000FIT/端,中继器的;硒一触融i淖向,都).-皿啼谘硒除LD钧MTF510h(=20000FIT),检测器MTBE2】O%-藩分000F.IT)_外,电子器件可靠性与干线同,剐光端杌=31000FIT/端,中继器=28000FtT/(单向?部).由于我国电子元件缺乏可靠性指标,上列电子器件的仅作计算中假设值.表l中,西欧厂家的光端机和中继器可靠性指标甚高,经拄术讨论,他们认为LD有送告警,这时其使聃寿命尚有15天以上,足够用来维修更换,因而整机可靠性指标中不计人LD的正常MTBFo从我国的使用维护情况看,似应该把LD的可靠性作为主要因素考虑.(3)我国现已有几个地区正在和外商浩谈光纤数字设备及光器件的生产线技术gI进,但近期内工程设计中,除引进工程外,还应按国内生产实际侍况考虑.3.光缆线路的故障率考虑(1)光统线路的故障率与光纤光缆质量,线路设计的保护措旋,施工蓐量和维护水平有美,通常可以甩统计方法取定.我国光缆使用年代已近1c年,尚未发现犟纯由于光纤光统质量而造成故障,但已敷设的光缆数量不多,因而仅参照电缆线路的麓障状态来分析.(2)我国长途电轻线路的维护统计,发生垒阻的故障次数,障碍历时等部,予数锯见表2.表2,长逢电缆线路奎阻故障部分数据J一.一一.一一一一一,统计年代障碍发轰l障碍历时(h)线路名称长率一_ri.一(tm)年代历时f总次数(次/(k.m?总时畏次平均.I1年)-一一i一一一一一一一一生部长建电缆韶0119871t388l!年820,00i86g30jI1.6京沪杭中同轴i800fi9T6i08Bf12年fi2u0iB2l12京汉广中同轴30l口83i08Bl5年l230.Goi531i-k一r.一.(3)京汉广盈京沪抗(1986年前)均采用主备用系统缁欹人工)方式运行,但单系统中断,倒换次数及倒缺原因等缺乏统计分析资料.因_此,仪能作出线路全阻故障率舶分析.从表2看,主要干线的障碍率精于垒部线路.?5.市f网缺乏垒面的故障统计资辩,世从长途电缆线路故障原因中城郑其他工程施工影螭占多我进一情况拄测,市话.t筑线路故障率持高于长途电缆线路的故障率.(4)各级光缆线路的垒阻率拟作如下取定:一级干线取故障率o.0013次/(年?km),150FIT/kin,二级干线取故障率0.00220:/(年?km),=250FIT/km市话网取=2502=500FiT/kin光缆故障修理难度大于电缆,但也应考虑今后维修水平的提高,以及电缆线路故障修复历时最长是过河承线障碍修复阻难所致.困此,长途光缆的平均修理时长MTTR取12h.市话网困维修距离短及水线少,tMTTR取8h.(5)线路单光纤系统故障率若取垒缆阻断故障率的相同值,即无备用保护系统或无备用光纤情况下,光纤线路单系统故障率将达到垒阻故障率的1倍(这一教值取定尚映少足够根据,仅作计算中参考).有自动保护系统时,单光纤故障不造成系统中断,仅有备用光纤时,需考虑人工倒换光纤的障碍历时.4.设奋的MTTR局内设备考虑故障告警,查找,视盘预热,人工倒换与调测等工序,取定MTTR=O.5h中继器及光纤更换则还需考虑出发到达时间,取定MTTR=2h.四,系统可用性的计算1.计算参敖(列于表3)2.长途一级干竣无自动保护备用系统(1)设备可靠性或中断率(F):光缆线路垒缆PL=MFTR工10=2150500010一=910单系统光纤PsL=21505000x10=1.510l光端机P0LT=0.5180002410=0.21610一.中继器P蛐=215000212010一=7.210四次群MUXPI=0.538050X2410.二0.156610一|三次群MUXP3=0.5175601210一=0.105410I二次群MUXP2=0.5114206x10一.=0.034310l一次群PCMP:0.522830210一.:0.0228xl0lF?=Pr=PTL+PsL+PoLT+EP+只?+P:I+PJ=0.0186(2)系统可用性r=10.0186=98.14%(5000km).如按12个数字段均摊,刚数字段FDs=0.0186t12=O.00155.数字段可用性Ds=10.00155:99.845%(420km).3.长途一级干线按4:1自动保护备用系统配置(1)设备可靠性或中断率?6.t,一表8系统可桶目系统癌路长度垒程古系统设备数量设备可靠性或故障率(FIT)MTTR用性计算参敷一单协I冀连一爱全程线路长度全程数字器数数字段线路长度光端机中继器自动转换设备(需要时)f四次群复用设备I,I三次群复用设备I一I=次群复用设备【;一次群PCM+信令垒光缆线路单系统光纤(台垒缆)光端机中继器自动转捷设备四次群复用设备三次群复用设备kml5000段112kmI420长建=投市话网l11501100l412280l50端248l部I120I24l2部(24)(8)I(4)部24:8l4部1281一_fl61_Il6一厂liikml150k血30025052010栅端18000l18000【31000一一一一单向?部150O0flfi000l28000一-r?r.一端l19000(按i/2X四次群计),I-一.部l3e050部!iT560&M接口)12l80.5自动转换系统P5W=0.5190002410=0.22810自动保护转换的范围为光端机,中继器和单系统光纤的故障Pi=PclLT+REP+PsL=8.91610一.设/lZ=4,=i,依式(2b)计算得自动保护部分Fi:Ft=一i(8.9l610一.).=o.19910一$光缆线路垒阻故障时,自动保护系绕不起作用J数字复用及终端设备一般不纳入自动转换备用系统,因此,这些设备的可靠性也未改善,则未保护部分:F2PTL+Pl.+Ps+P2呵+Pi|l+Psw:9.84710一.总Fr=FI+F:=10.04610一?丁f2)系统可用性一1_一0.们0046=98.995990(000k1l1)数:段Fns0.0l0046/|2=0.600837数字段可用氍:l000083=00.064.长适二级干线与市话网系跪可用妊曲计算结果应溺巍上餍洋的方法计算得长逡二级干线与市话网的数据列于表4计算中取用表8中的相关参数,自动保护备用系统均以4:1为倒.可用性计算值长途一授l卜一I一一Il无自动f有害动保护系统保护摹统l一一_9i0一,i.5xi0一,J0,21610一r2l0一,0.45B6ie一3J0,105410JilO.0343X103?.O218103ln22Bx1e一3l8.g埔10i0.199j0一9.8盯Xtg一0】0.Gi860.0i0惦们.I4J口g.0i0.i550.0-09845J99.gi6l长违二线J市无自动自f保护系J保护系统J保护系统3.45x19一,Ie.575XiO-3l0.072iO-S1.4i旷3O.1522ij0070210l0.0343i03fO.622810310.cT8111-=12.08I10if0.0109xtOJ-3.80551O-30005820.00382l0e.割8199.618,0.0n1450.00095lq2.85599.g05.五,苷辑话有自动I保护系统0.416iO-30.10410一,0.O821030.22l1030076iiO-3O.0351X1030.02281030.e228X10310.03810一l0柏X10一,f0.0004i旷l0.952810一0.O00eG28l0.0953209.9e499.9050.000l82410.0004,76699.95i999.95201.长途进网要求中提出,在具有转换设备柏情况下垒程5o00km的MTBF=O?25年,MTTR:4h.系统双向垒程可用性约为99.8%,对应折算到数字段的可用性为99.g83(,120kin)或99.989%(280km).市话进阿要求中提出,50kin数字段双向系统MTBF=0.5年,即单向MTBF1年,招当于114155FIT,MTTR=0,5h,系统可用性约为99.99.对于:11415;FIT中,分配给无自动保护系统的PCM终端设备100000FITJ分路光线路部分(包括光端枧,中继器和光缆线路)为14155FIT,采用5:l备用保护时可容许光线路的故障率为971956FIT(未加备用保护系统时的原始可靠性指标).裘4中的系统可倡性指标的计算结果,显然低于进同要求的要求,其主要差别在于:I(I)本文考虑光缆线路垒阻的故障率t避一分不纳人备用保护系统,实际上在,8J一一nn一一同一线路中是无法备用倒换的.(2)术文考虑数字复用及终端设备均是不配置自动像护备用系统的,圈-痘l王别于光线路备用保护系统(诚如市话进网要求所述)的计算方j.(3)以本文所列的设备配置和柏应故障李,着披途进网要求的MrfR=4h并垒部纳入自动保护转换系统进行计算,垒程5000k131曲系统:堵性为99.75,与长途进嗣要求的99.8接近,说明本文:设备配置和故障率的设定数据和长途进网要求基本一致.但本文按机,线设备维修消况的不舟刊MTTR,尤其是光统线路的MTTR取12h(干线)或8h(市话),远大于进同要求的要求.因此,从目前看是难以达到进网要求可用性指标鲍.2.依计算可见,光缆线路垒阻是影响系统可用牲的主要因素.欲达到进网要求的指标,必须从降低线路故障率着手.分析历年的电缆线路救簿,多数系由城郊其他部门工程造成电缆损坏.例如,1988年长途电缆线路故障47次中,外力施工影响占551987卑35次故障中,人为外力影响竞选2次j上海市话线路1988年四季度仅统计4O天内就被严重损坏电缆7谈.而故障历时最长的是过河承线(最长一次达37h).因此,在