3. Элементы цифровых систем и проблемы повышения их надежности

 

3.1. Цифровые системы, основные критерии их надежности

 

Основной задачей современных цифровых систем является повышение эффективности и качества передачи информации. Решение этой задачи развивается в двух направлениях: с одной сто­роны, совершенствуются методы передачи и приёма дискретных сообщений для увеличения скорости и достоверности переда­ваемой информации при ограничении затрат, с другой стороны, разра­батываются новые методы построения цифровых систем, обеспечивающие высокую надежность их работы [1,3,21,52]

Такой подход требует разработки цифровых систем, реализующих сложные алгоритмы управления в условиях случай­ных воздействий с необходимостью адаптации [1,3,52] и обладающих свойством отказоустойчивости [1,52].

Применение для этих целей БИС, СБИС и МПК позволяет обеспе­чить высокую эффективность каналов передачи информации и способность в случае отказа быстро восстановить нормальное функционирование цифровых систем.

В дальнейшем под современной цифровой системой будем понимать такую систему, которая строится на основе БИС, СБИС и МПК.

Структурная схема цифровой системы приведена на рис.3.1. Передающая часть цифровой системы осуществляет ряд преобразований диск­ретного сообщения в сигнал . Совокупность опера­ций, связанных с преобразованием передаваемых сообщений в сигнал, называется способом передачи, который можно описать операторным соотношением [51]

(3.1)

где - оператор способа передачи;

- оператор кодирования;

- оператор модуляции;

- случайный процесс возникновения сбоев и отказов в передатчике.

Появление сбоев и отказов в передатчике приводит к на­рушению условия ^→_← и увеличению числа ошибок в цифровой системе. Вследствие этого необходимо таким образом проектировать передатчик, чтобы увеличение числа ошибок за счет нарушения условия ^→_← было достаточно малым.

Сигналы, передаваемые в среде распространения, претерпевают в ней ослабление и искажения. Поэтому сигналы , приходящие в пункт приема могут существенно отличаться от передаваемых передатчиком.

 

 

 

Рис 3.1. Структурная схема цифровой системы

Влияние среды на распространяемые в ней сигналы можно также описать операторным соотношением [51]

(3.2)

где - оператор среды распространения.

В канале связи на передаваемый сигнал накладываются помехи, так что при передаче сигнала на входе приёмника действу­ет искаженный сигнал:

, (3.3)

где - случайный процесс, соответствующий одной из помех;

- число независимых источников помех.

Задача приемника состоит в том, чтобы по принятому искаженному сигналу определить какое сообщение передавалось. Совокупность операций приемника можно описать операторным соотношением [51]:

(3.4)

где – оператор способа приема;

- оператор демодуляции;

- оператор декодирования;

- случайный процесс возникновения отказов и сбоев в приемнике.

Полнота соответствия переданной последовательности зависит не только от корректирующих возможностей кодированной последовательности , уровня сигнала и помех и их статистики, свойств декодирующих устройств, но и от способности цифровой системы корректировать ошибки, вызванные аппаратурными сбоями и отказами передатчика и приемника и [52]. Рассмотренный подход позволяет описать процесс передачи информации математической моделью, что дает возможность выявить влияние различных факторов на эффективность цифровых систем и наметить пути повышения их надежности.

Известно, что все цифровые системы бывают невосстанавливаемые и восстанавливаемые. Основным критерием надежности невосстанавливаемой цифровой системы явля­ется вероятность безотказной работы [1,9,21]:

(3.5)

это вероятность того, что за заданный отрезок времени t не произойдет отказа;

где -

λ – интенсивность отказа;

- число элементов в цифровой системе;

- интенсивность отказа одного элемента цифровой системы.

Основным критерием надежности восстанавливаемой цифровых систем являет­ся коэффициент готовности [1,9,21]

, (3.6)

который характеризует вероятность того, что система будет находиться в исправном состоянии в произвольно выбранный момент времени;

где - средняя наработка на отказ;

Это среднее значение длительности непрерывной работы системы между двумя отказами.

, (3.7)

где N- общее число отказов;

-время работы между ( ) и отказом.

.

- время восстановления. Среднее время простоя системы, вызванное отысканием и устранением отказа.

, (3.8)

где - длительность отказа.

где - интенсивность восстановления, характеризует число восстановлений в единицу времени.