ОЦІНЮВАННЯ НАДІЙНОСТІ КАНАЛУ ЗВ’ЯЗКУ ІЗ ТРИКРАТНИМ РЕЗЕРВУВАННЯМ ТА ПОДВІЙНОЮ ОБОЛОНКОЮ

https://doi.org/10.23939/cds2024.02.010
Надіслано: Травень 29, 2024
Переглянуто: Червень 03, 2024
Прийнято: Липень 10, 2024
1
Національний університет «Львівська політехніка»
2
Національний університет "Львівська політехніка"
3
Кафедра систем автоматизованого проектування Національного університету «Львівська політехніка»

Функціонування сучасних комп’ютерних систем є неможливим без обміну інформацією, який відбувається з використанням каналів зв’язку різноманітної фізичної природи. Вихід з ладу каналу зв’язку, особливо в системах, які відповідають за функціонування критичних об’єктів, може спричиняти як матеріальні, так і людські втрати. Тому забезпечення надійності каналів зв’язку є актуальною проблемою. Дана публікація входить як складова в цикл публікацій, присвячених надійності каналів зв’язку. Її метою є розроблення методів та моделей для оцінювання надійності каналу зв’язку із трикратним резервуванням та подвійною захисною оболонкою. Для побудови математичних моделей на етапі формалізації використано блок-схеми та динамічні дерева відмов. З їх допомогою отримано діаграми станів та переходів, які стали основою для розроблення статичних та динамічних моделей. Статичні моделі записано за допомогою логіко-ймовірнісних виразів. Динамічні моделі отримано як системи диференціальних рівнянь з використанням марковського аналізу. Наявність в складі каналу трьох жил та подвійної захисної оболонки дозволяє сформувати шість різних структурних схем каналу, з яких три є симетричними, а три — несиметричними. Найбільш надійною є структура із окремими для кожної із трьох жил зовнішніми та внутрішніми оболонками, найменш надійною — коли три жили знаходяться в спільних зовнішній та внутрішній оболонках. Показники надійності для структур із різними комбінаціями кабельних оболонок набувають проміжних значень між цими крайніми випадками. Надійність таких структур зростає із збільшенням кількості роздільних оболонок. Показники надійності отримані з використанням статичних моделей є заниженими і менш точними у порівнянні з показниками, обчисленими за допомогою динамічних моделей. Однак в зв’язку з простішою побудовою статичних моделей, їх рекомендується використовувати для первинної оцінки показників надійності каналів зв’язку. Удосконалено підхід для оцінювання надійності каналів зв’язку із багатократним резервуванням жил та довільною кількістю захисних оболонок, а саме отримано моделі для каналу зв’язку із трикратним резервуванням жил та подвійною захисною оболонкою. Запропонований підхід буде корисним для оцінювання надійності під час проектування сучасних технічних, зокрема й комп’ютерних, систем, особливо тих, які відповідають за функціонування критичних об’єктів, втрата працездатності яких може спричиняти матеріальні збитки та становити небезпеку для обслуговуючого персоналу. Подальші дослідження полягатимуть у встановленні закономірностей в отриманих моделях. Знайдені закономірності ляжуть в основу спеціалізованого програмного забезпечення для автоматизованого оцінювання надійності для каналів зв’язку з довільною кількістю жил і захисних оболонок.

[1] E. Gulski and R. Jongen, "Condition Based Maintenance of Transmission Power Cables," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 37, no. 3, pp. 1588-1597, June 2022, https://doi.org/10.1109/TPWRD.2021.3092757

[2] S. S. Bang and Y. -J. Shin, "Classification of Faults in Multicore Cable via Time-Frequency Domain Reflectometry," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 67, no. 5, pp. 4163-4171, May 2020, https://doi.org/10.1109/TIE.2019.2920606

[3] T. Zhang et al., "Analysis of Three-Core Composite Submarine Cable Damage Due to Ship Anchor," in IEEE Access, vol. 10, pp. 93910-93920, 2022, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3203589

[4] D. Jiménez, J. Barrera and H. Cancela, "Communication Network Reliability Under Geographically Correlated Failures Using Probabilistic Seismic Hazard Analysis," in IEEE Access, vol. 11, pp. 31341-31354, 2023, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3255794

[5] Y. Shunqi, Z. Ying, L. Xiang, L. Yanfeng and H. Hongzhong, "Reliability analysis for wireless communication networks via dynamic Bayesian network," in Journal of Systems Engineering and Electronics, vol. 34, no. 5, pp. 1368-1374, October 2023, https://doi.org/10.23919/JSEE.2023.000130

[6] S. -W. Lee, J. -W. Choe, I. -S. Kwon, B. -B. Park and H. -J. Kim, "Precision and Performance Evaluation of Accelerated Aging System for DC TP Power Cables," in IEEE Access, vol. 11, pp. 43424-43434, 2023, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3269799

[7] G. Mazzanti, "The Effects of Seasonal Factors on Life and Reliability of High Voltage AC Cables Subjected to Load Cycles," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 35, no. 4, pp. 2080-2088, Aug. 2020, https://doi.org/10.1109/TPWRD.2019.2960618

[8] T. Stefanovych, S. Shcherbovskykh. "Reliability evaluation of wired duplicated control channel with common and separate cable jackets," Industrial Process Automation in Engineering and Instrumentation, vol 54, pp. 50-58, 2020, https://doi.org/10.23939/istcipa2020.54.050 [In Ukrainian]

[9] S. Shcherbovskykh, V. Bilas, T. Stefanovych, "Reliability evaluation of wired tripled control channel for common, separate, and mixed cable jackets," Industrial Process Automation in Engineering and Instrumentation, vol. 55, pp. 15-24, 2021, https://doi.org/10.23939/istcipa2021.55.015 [In Ukrainian]

[10] M. Lobur, S. Shcherbovskykh and T. Stefanovych, "Reliability Audit of the Duplicated Wired Channel with an Accounting of Reinforcement and Cable Jacket," 2021 IEEE 16th International Conference on the Experience of Designing and Application of CAD Systems (CADSM), Lviv, Ukraine, 2021, pp. 19-22, https://doi.org/10.1109/CADSM52681.2021.9385256

[11] S. Shcherbovskykh, T. Stefanovych and P. Denysyuk, "Reliability Analysis of the Duplicated Wired Channels with Tripled Protective Reinforcement," 2022 IEEE XVIII International Conference on the Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH), Polyana (Zakarpattya), Ukraine, 2022, pp. 89-92, https://doi.org/10.1109/MEMSTECH55132.2022.10002909