通信网的可靠性_卫.docVIP

通信网的可靠性 —可靠性理论基础 卫 宁 （华北电力大学 通信与信息系统 1102201298 指导教师：翟明岳） 目录 一 引言 二 不可修复系统的可靠度 三 可修复系统的可靠度 四 复杂系统的分解 五 综合可靠度 六 可靠性设计原则 参考文献 引言 近代技术中遇到的问题一般可分为三种：高效、可靠和安全。其中，可靠性（Reliability）是至关重要的。不可靠的东西，即使价格再便宜，也是毫无应用价值的。保证可靠是困难的，常出故障时难以容忍的。因此，要对可靠性制定出评价方法，并寻找出提高可靠性的途径。 可靠意味着不经常出故障，系统能够正常运行，是一个随机事件，需要用概率描述。因此，可靠性只有在概率意义上讲才有定义。 对于不可修复系统，只有两种状态：运行和失效。即系统一旦启用，直至损坏或失效为止，不会再回到运行状态。如元器件、集成电路等。这类系统，一般维修人员不愿意修理，因为维修费用和更换的价格相差不大。 对于可修复系统，系统可以在运行和失效两种状态间相互转移。如下图所示： 不可修复系统 可修复系统 二、不可修复系统的可靠度 （1）可靠度的定义： 可靠度：R(t)表示系统运行了时间t时仍在正常工作的概率。显然，R(0)=1 。根据概率的归一性，定义，表示t时刻系统失效的概率，即不可靠度。 我们定义失效率α(t)：即在t时刻系统正常运行的条件下，在t+Δt内，系统失效的条件概率为； 求解微分方程： 特别地，若α(t)是与t无关的常量，则。 （2）又因为R(t)=P{Tt}表示系统的寿命大于t的概率，F(t)=P{T=t} 从而寿命t的概率密度函数为： 系统的平均寿命为： 若α为常量， ，表示平均寿命到达时尚能运行的概率。 （3）R(t)与α(t)的实际测量和估计： 个系统同时开动，某一时刻仍然运行的系统个数为N，则系统的可靠度估为实际的可靠度函数为分段函数： 三、可修复系统的可靠度 对于可修复系统，除了失效率α(t)外，还需定义修复率β(t)，则有 设置初始条件， R(0)=1， R(0)=0， ，即为稳态下可修复系统的可靠度。 同理，可定义可修复系统的寿命： 若α为常量时， MTBF（平均故障间隔时间，也称平均运行寿命） MTTR（平均修复时间） 系统的稳态可靠度，又称运行率为： 如下图所示： 由以上得出，增大可修复系统的可靠度的措施： （1）降低故障率α，或增加MTBF； （2）增加修复率β，或减小MTTR。 其中，增加β值的方法有： 加强维修力量；提高维修人员素质；当发生故障时，能够按模块更换，或成块电路板更换；这是系统设计人员应考虑的问题。 四、复杂系统的分解 复杂的系统通常可分解为简单的子系统，这实际上是分析与综合的方法。复杂系统的可靠度可以通过计算子系统的可靠度来进行。 复杂系统的结构有如下几种，下面分别计算可靠度。 串接： 显然，有上式可以得出：应尽量避免大量的串接系统的存在。 （1）对于不可修复系统， 全系统可靠性为： 全系统平均寿命为： （2）对于可修复系统， 若各子系统相互独立， 若当一个子系统失效时，其它子系统也停止运行时， 此时，第r各子系统失效的概率： 加权平均，全系统的平均修复时间为： 知：，这很好理解，因为有些系统停止了不必要的运行。 并接： （1）不可修复系统 若各子系统α均相同， 从上表看出，子系统增多时，系统的平均寿命并不按正比例增大。 下面我们讨论三种工作方式： 热备份：各子系统相互独立地运行； 冷备份：系统中只有一个子系统运行；当它失效时，才启动另一个子系统； 半热备份：一个子系统在运行，另一个子系统处于半运行状态。 实际上，半热备份系统的的平均寿命是介于热备份和冷备份之间的。 （2）可修复系统： 维修能力受限的情况，即两个子系统不能同时得到维修，此时系统的可靠度是要降低的。 混合： 其它： 桥式结构 梯式结构 五、综合可靠度 实际的系统往往是复杂的，可能会有多个随机变量的情况，每个随机变量又有多种状态的情况。因此我们要定义可靠集U和不可靠集V，从而，可靠度和不可靠度： 还有一种方法，采用加权平均的方法： 六、可靠性设计原则 设计原则： （1）避免串接的子系统过多：尽量简化系统构成；减少元器件和部件的数目；接口尽量标准化，以减少转换设备；在电路转接网中表现为：应尽量减少转接次数。 （2）必要时采用备份，以形成并接系统：可以采用冷备份、热备份、半热备份方式；也可采用变相当备用设施，如在通信网中，若把呼损看做时不可靠的因素之一，则采用迂回路由，或大群化效应等，等效于增加了备用电路；在一个大系统中，对薄弱环节、或核心部分、关键部分做备份是非常必要的。 （3）尽量减少各子系统的和部件的故障率α：元器件的选择、老化、筛选；生产和安装工艺的提高