民航贵州空管分局通信网可靠性建模分析
引言
随着贵州民航事业的迅速发展，机场航班量剧增，飞行流量不断增大，因此，对管制部门的要求越来越高，相应对管制手段的要求也越来越高。空管通信网要求提供更高的通信质量以及更稳定可靠的通信系统，以保证业务的正常可靠地传输。但由于目前空管尚缺乏规范的通信网可靠性评估依据和标准，难以系统性分析和评估通信设备的质量和可靠性，存在一定的安全隐患。本文通过建模分析串联通信系统、并联冗余通信系统、备份冗余通信系统的可靠性计算方法，以目前贵州空管分局航管楼到森林公园雷达站的通信系统为例，对系统可靠性进行分析。
1、可靠性评估数学模型的建立
民航贵州空管分局通信系统中子系统的基本连接方式主要有串联、并联、备用三种。串联系统是一种不含冗余系统的连接方式，任何一种子系统的失效都将导致整个系统的失效，假设R（t）表示通信系统在规定时间内的可靠度，各个子系统的可靠度分别为Ri（t），失效率分别为λi，子系统是否发生故障是相互独立的，根据概率论知识可知，串联系统的可靠度为：
设λ为整个系统的失效率，即：
则：
并联冗余系统的可靠度为：
对于备用冗余系统中，一个或多个系统处于备用模式以准备主系统故障时接入系统工作，与并联冗余系统不同，备用冗余系统中模型描述的是主要系统与备用系统不能同时工作的情况。对于不可修复的备用系统模型，系统失效概率可用泊松分布来描述：
式中：表示在时间t内k个系统故障的概率，λ为系统故障率。该式适用于主系统与备用系统失效概率相同的情况。
在备用冗余系统模型中，假定主系统故障后，备用系统依次迅速接替工作，直至备用系统全部故障，假定系统是不可修复的，则在时间t内具有n-1个备用系统的可靠度为：
式中，ps表示系统成功切换的概率，即切换装置的可靠动作率。
上述备用冗余系统中，主系统与所有备用系统的失效概率都是相同的，实际系统往往不是如此，主系统以及备用系统的故障率由系统自身的性质决定，计算具有不同故障率的备用冗余系统的可靠度的方法主要采用联合概率密度的概念。
假设备用冗余系统具有一个主系统与一个备用系统，他们的故障率分别为λ主和λ备，假设主系统在t1时刻失效，备用系统立即接替工作，再假定备用系统在t时刻失效，则备用系统失效的时间为t2=t-t1，因此由主备系统组成的备用冗余系统的失效概率密度为：
将f（t）对t1积分得到只用t表示的联合概率密度函数：
因此，系统的可靠性为：
考虑检测和切换装置的可靠动作率ps，系统可靠性为：
2、贵州空管分局通信网可靠性分析
以贵州空管分局通信网中航管楼至森林公园雷达站的通信保障系统为例，航管楼至森林公园雷达站通信采用的是光纤通信为主，SDH微波通信为备。
链接图可以简化为如图1所示的传输结构图：
图1 航管楼至森林公园雷达站传输结构图
通过上图可以看到，航管楼至森林公园雷达站采用了两种备份方式，一种是光纤通信与微波通信互为备份，另一种是两套接入网设备互为备份。
（1）光纤通信链路可靠性计算
首先计算第一种备份方式的可靠性。这里航管楼至森林公园雷达站的光纤通信可靠性，航管楼至森林公园雷达站距离大约10km，根据光缆可靠性分析，航管楼到森林公园雷达站的光缆可靠性为：
由图可见，两端光端机选用华为OSN1500，根据文献调研收集到的华为通信设备的可靠性参数的分析，设备可靠性为：
那么光纤通信的可靠性，也就是光端机5――光纤10――光端机6可靠性为：
（2）微波通信链路可靠性计算
微波设备与前端光纤设备采用的连接方式是SDH方式，也就是图中红线所示为SDH光纤连接方式，贵州空管分局使用的爱立信MINI-LINK TN微波设备可以很方便的实现这种模式的连接，故可不考虑改变传输方式的改变对微波链路的可靠性影响，微波设备可靠性
微波传输的可靠性为
故微波链路微波设备7――微波13――微波设备8的可靠性为
航管楼至森林公园雷达站采用的接入网设备是华为FA16，根据传输图可以看出，两种通信方式通过电缆接入华为FA16设备，因此，要计算可靠性，需要知道华为FA16的可靠性指标和电缆通信的可靠性指标，查阅FA16的技术手册，可知该设备的可靠性很高，可达到99.995%，故取可靠度。电缆线的平均故障间隔时间（MTBF）可达30000h，也就是说可取电缆线的可用度A为99.996%，故令电缆线的可靠性为。
（3）整体可靠性分析
则上述第一种光纤通信与微波通信备份方式的可靠性计算方法为
另外，航管楼至森林公园采用两台华为FA16设备互为冷备份，即通常情况下运行一台机器，故障情况下另一台机器运行，这种备份能很大程度提高网络通信可靠性。这种情况下，主备分通信链路的可靠性均为R，则整个航管楼到发报台的可靠性为
结束语
可靠性建模分析表明，当串联系统中某一个节点的可靠性较差时，会显著影响串联系统的整体可靠性，通过并联冗余系统、备份冗余系统设计可以有效提高空管通信系统的可靠性。在系统连接方式上应尽量少用串接的方法，对可靠性要求高的部件，多采用并联备份的方式，当然，在考虑追求高可靠性的同时，要考虑整个网络建设的经济成本，合理选取。
