通讯设备的可测试性与可靠性分析

26 科技资讯 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2011 NO.13 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 工 程 技 术 通讯设备的可靠性水平与设备运行期 间的故障检测率、虚警率等可测试性水平 有密切的关系。 1 可测试性与可靠性的关系 1 . 1 故障检测率和虚警率 可测试性指标很多 ,其中最重要的两 个指标是故障检测率FDR(Fault Detection Rate)和虚警率FAR(False Alarm Rate)。这 些指标的确定直接与设备的可靠性要求以 及可维修性要求相关。故障检测率和虚警 率的概念分别介绍如下 [2]。 故障检测率 : ( / ) 100%DiD DFD T i N p T F r N ll l l S = = = = ´ S 式中各项的含义 :p (T /F )为系统有故 障时 ,测试结果指示有故障的条件概率 ,即 故障检测率，其中F表示实际有故障，T表示 测试结果指示故障 ;N T 为工作时间 t内发生 的实际故障数 ;N D 为工作时间 t内正确检测 到的故障数。λ D 为所有故障模式在单位时 间内正确被检测出的总故障数 ,即正确检 测出的总故障频率 ;λ为所有故障模式在 单位时间内产生的总故障数 ,即总故障频 率 ;λ Di 为第Di个故障模式被正确检测出的 故障频率。λ i 为第 i个故障模式的故障频 率。 虚警率 : ( / ) 100%FA FAFA F FA N N p T F r N N N = = = ´ + ( / )p T F 为在实际无故障时 ,而测试结 果指示有故障的概率 ,即虚警率 , F 表示实 际无故障 ,即 ( / )p T F 表示错误故障指示 (错误告警 )占总故障指示 (告警 )的比例 ;N 为故障指示 (报警 )总次数 ;N FA 为错误故障 指示 (误告警 )的次数 ;N F 为真实故障指示 (真实告警 )的次数。 1 . 2 有冗余备份的单元组的故障检测率和 虚警率的确定方法 (1)故障检测率。 一旦一个单元(对应图一中的一个unit) 检测到故障 ,确认故障后 ,就将启动倒换机 制 ,用无故障的备用单元代替有故障的工作 单元工作 ,保证任务正常执行。若倒换本身 的成功率是100％,每个单元的故障概率为P, 单元的故障检测率为r FD ,相互备份形成的功 能组的故障概率为P G ,那么P G 应该由一个单 元故障但检测不到故障而不引起倒换的概 率 (1-r FD )P和虽能检测到故障但两个单元 同时发生故障的概率 r FD P2两部分组成。 设备可能还会有1∶N保护的业务单元 (即用一个冗余备份板 ,保护N个工作的业 务板 )那么对于这样的功能组合 ,同样可以 进行类似的分析。设备的系统时 ,从基 本可靠性和任务可靠性的角度出发 ,单板 和备份组可接受的故障率就能基本确定 (2)虚警率。 可测试性指标中除了故障检测率外 , 还有一个重要的指标是虚警率 ,它的确定 , 与故障检测率相关。虚警率可根据经验公 式来确定。 FA FD r r a a = + 式中 /FA sa l l= ,其中λ FA和 sl 分别为 故障检测系统BITE的故障率和总体系统的 故障率。α可在0.01～0.04之间取值。虚警 率越高 ,错误故障告警越多 ,这样会引入不 必要的维护活动 ,应尽量避免。因此一般的 测试系统有这样两条原则。(1)构成BITE的 元器件故障率比系统及设备所采用的元器 件故障率低一个数量级 ;(2)规定系统中用 于BITE的元器件数不多于整个系统元器件 总数的10％。从改善设备的基本可靠性出 发也是很容易理解的 ,元器件越多 ,设备的 基本可靠性越差 ,维修活动越频繁。 1 . 3 不带冗余备份的单元故障检测率和虚 警率的确定 不带冗余备份的单元 ,设备的可测试 性与可靠性也有密切的联系。可靠度R、可 用度A和维修度函数都属于可靠性研究的 范畴。假定设备运行故障的情况下 ,设备的 维修就是定位故障单元 ,然后更换故障单 元 ,设备继续工作 ,单元的维修工作 ,在脱 离运行的设备后再实施 ,实际情况也基本 上如此。那么故障检测度 r FD 和可靠性指标 间有如下的关系。 ( ) ( ) ( )[1 ( )]m m FD R rp mA t R t r S t R t= + - 式中 ( )R rpS t 为 rpt 在时间内更换成功的 概率。它与单板稳定性、时序设计、容差设 计、热插拔设计以及维护人员的熟练程度 有关。 ( )R rpS t 的值可凭经验估计。设备在系 统设计时根据分配给各单元的可靠度 ,可 用度指标 ,A(t m )和R(t m )的可接受范围应该 能大体确定。 FDr 为系统故障检测率 ,其值 的大小可以由系统设计时确定的相关可靠 性指标来决定。 2 基于FMEA的思想实施可测试性设计 可测试性的设计可以按照以下步骤循 环迭代实现。 (1)根据公式计算单板的故障检测率要 求达到的最小值。 (2)按照 FMEA的思路 ,分析并列举单 板上所有可能的潜在失效模式。 (3)制定故障严重度和故障发生概率的 评分 ,根据评分标准对每个潜在的失 效模式进行故障严重度和故障发生概率的 评分。 (4)制定故障检测难易程度、检测将带 来的额外软、硬件代价的评分体系 ,其取值 范围1～10,难度低、代价低的取值高。 (5)计算每一个潜在故障故障的严重 度、故障发生概率和故障检测难易度的乘 积。Pi=SiOiEi,其中Si表示某故障的严重度 , Oi表示某故障的发生概率 ,Ei表示某故障的 检测的容易度simplicity。 (6)按照 Pi分值从大到小进行排序列 表 ,优先选择分值最大的故障 ,设置测试 点 ,估算所有 I个故障中 ,需要检测到的故 障个数DI,代入式中进行计算 ,判断故障检 测度能否满足步骤1,提出的要求。 (7)如果检测度小于要求的值 ,则增大 DI,再代入式中进行计算 ,判断故障检测度 能否满足步骤 1,提出的要求 ;如果检测度 大于要求的值 ,则可试图减小DI,再代入公 式进行计算 ,判断故障检测度能否满足要 求 ,如此叠到找到合适的DI值。 (8)按照步骤7计算得到的Di值 ,对应步 骤6得到排序列表中 ,前DI个故障都需要设 置故障检测点进行在线故障测试。 (9)根据故障检测点加入后 ,计算一下 专为故障检测功能而增设的部分其故障率 和单板总体的故障率 ,代入公式可以估算 单板的虚警率。当故障检测率 r FD 越高 ,检测 电路的故障率越低时 ,虚警率就会越低。 3 结语 了可测试性与可靠性的关系 ,指 出通讯设备冗余措施要达到高可靠性的要 求必需依赖于高的可测试性 ,即使没有冗 余备份措施的单元 ,提高其可测试性同样 能达到提高设备可用度的目的。 参考文献 [1] 田仲 ,石君友 .系统测试性设计分析与 验证 [M].北京航空航天大学出版社 , 2003. [2] 李海泉 ,李刚 .系统可靠性分析与设计 [M].科学出版社 ,2003. 通讯设备的可测试性与可靠性分析 温王荣 (广州爱立信通信服务有限公司 广州 5 1 0 6 5 5 ) 摘 要:为了满足通讯设备、网络设备等高可靠度和高可用度的要求,这些设备的重要组成单元都会采用冗余备份措施,借鉴失效模型故 障分析(FMEA)的思想,本文提出了一种新的关于故障检测率的定义方法,并在此基础上提出了一种提高冗余备份单元的故障检测率的设 计方法。 关键词:可靠性 可测试性 失效模型故障分析 系统设计 中图分类号 :TP274 文献标识码 :A 文章编号 :1672-3791(2011)05(a)-0026-01