Способ контроля аппаратуры комплексов телекодовой связи Российский патент 2018 года по МПК H04B17/00 H04L1/24 

Изобретение относится к способам контроля аппаратуры комплексов телекодовой связи и может быть использовано для проверки и диагностики аппаратуры комплексов телекодовой связи в условиях производства и эксплуатации.

Одним из основных путей повышения надежности аппаратуры комплексов телекодовой связи является проведение контроля и диагностики составляющих узлов, как на стадии производства, так и на стадии эксплуатации. При подаче питания на аппаратуру выполняется ее тестирование, которое включает проверки индикаторов, тестирование ОЗУ, проверки сохранности энергонезависимой памяти, проверки стыков по внутреннему шлейфу, а также проверки таких цифровых узлов, как узлы тактовой и цикловой синхронизации, устройства защиты от ошибок, устройства криптозащиты и так далее. Затем диагностическая информация передается на узел контроля, например на ПЭВМ, которая автоматически определяет правильность работы аппаратуры. Диагностическая информация также может передаваться оператору ПЭВМ, который контролирует правильность работы аппаратуры вручную.

Однако внутренние связи между цифровыми узлами аппаратуры комплексов телекодовой связи могут быть очень сложными. Тогда неисправность одного цифрового узла может приводить к неправильной работе других цифровых узлов аппаратуры. Например, если выход первого узла связан со входом второго узла, а выход второго узла - с одним из входов первого узла, то неисправность второго узла может приводить к неправильной работе первого узла. Локализовать в таких условиях неисправность и получить детальную диагностическую информацию не представляется возможным. Восстановление работоспособности аппаратуры на стадии ее производства, например при проведении приемосдаточных испытаний, или на стадии эксплуатации можно проводить заменой неисправного цифрового узла, но для этого нужно сначала определить неисправный узел.

Предлагаемый способ существенно повышает точность диагностики и надежность аппаратуры комплексов телекодовой связи со сложными внутренними связями за счет выполнения вероятностного дихотомического поиска неисправностей при последовательном отключении выходов цифровых узлов, начиная с выхода оконечного узла аппаратуры и заканчивая выходом неисправного узла аппаратуры. При этом под дихотомическим поиском понимается поиск неисправности путем деления области поиска пополам. Способ может найти применение в аппаратуре комплексов телекодовой связи с адаптивной подстройкой параметров. Такие комплексы используются в системах мобильной связи: в авиации, в автомобильном и железнодорожном транспорте. В системах мобильной связи с адаптивными режимами работы сложные обратные связи между узлами аппаратуры обеспечивают изменение параметров обработки сообщений в зависимости от качества канала связи.

Известен способ контроля аппаратуры комплексов телекодовой связи, при котором на вход аппаратуры подается тестовая испытательная последовательность, а на выходе проверяется совпадение выходной последовательности аппаратуры с эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей аппаратура считается работоспособной и диагностическая информация передается узлу контроля. [Ксенз С.П. Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств. - М.: - Радио и связь. - 1989. - с. 11-14].

Недостатком этого способа является невозможность диагностировать работоспособность отдельных узлов, входящих в состав аппаратуры, что снижает ее ремонтопригодность и надежность.

Известен также способ контроля аппаратуры комплексов телекодовой связи, при котором на вход аппаратуры подается тестовая испытательная последовательность, и выходная последовательность оконечного узла аппаратуры сравнивается с эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей аппаратура считается работоспособной. В случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего промежуточного узла аппаратуры сравнивается со своей эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей узлы аппаратуры перед средним промежуточным узлом считаются работоспособными и выполняется диагностика узлов, следующих за средним промежуточным узлом. В случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего промежуточного узла аппаратуры, расположенного перед предыдущим средним промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего промежуточного узла. Для диагностики узлов, следующих за средним промежуточным узлом, выходная последовательность среднего промежуточного узла аппаратуры, расположенного за предыдущим средним промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего промежуточного узла. Затем диагностическая информация передается узлу контроля. (Мозгалевский А.В. и др. Автоматический поиск неисправностей. - Л.: Машиностроение. - 1967. - с. 48-49).

Недостатком этого способа является невозможность диагностировать работоспособность узлов аппаратуры при сложных внутренних связях между узлами аппаратуры, что снижает ее ремонтопригодность и надежность. Также недостатком является большой объем операций при диагностировании, поскольку не учитываются величины вероятностей отказа узлов аппаратуры.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ (прототип) контроля аппаратуры комплексов телекодовой связи, при котором на вход аппаратуры подается тестовая испытательная последовательность, и выходная последовательность оконечного узла аппаратуры сравнивается с эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей аппаратура считается работоспособной. В случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры сравнивается со своей эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей узлы аппаратуры перед средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом считаются работоспособными, и выполняется диагностика узлов следующих за средним по вероятности отказа промежуточным узлом. В случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры, расположенного перед предыдущим средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла. Для диагностики узлов аппаратуры, следующих за средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом, выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры, расположенного за предыдущим средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла. Затем диагностическая информация передается узлу контроля. (Перникис Б.Д., Ягудин Р.Ш. Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ. - М.: Транспорт. - 1994. - с. 18-20).

Недостатком этого способа также является невозможность диагностировать работоспособность узлов аппаратуры при сложных внутренних связях между блоками аппаратуры, что снижает ее ремонтопригодность и надежность. Недостатком также является большое количество операций диагностирования неисправности из-за того, что при использовании вероятностного дихотомического поиска учитываются только величины безусловных вероятностей отказов узлов и не учитываются условные или апостериорные, полученные с учетом результатов испытаний величины вероятностей отказов этих узлов.

Целью изобретения является возможность диагностировать работоспособность аппаратуры с точностью до узла за счет последовательного отключения внутренних обратных связей между узлами аппаратуры. Также целью является сокращение количества операций диагностирования за счет вероятностного дихотомического поиска неисправности с учетом величин апостериорных вероятностей отказа узлов, включая величины условных и безусловных вероятностей отказов.

Для достижения цели предложен способ контроля аппаратуры комплексов телекодовой связи, при котором на вход аппаратуры подается тестовая испытательная последовательность и выходная последовательность оконечного узла аппаратуры сравнивается с эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей аппаратура считается работоспособной. В случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры сравнивается со своей эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей узлы аппаратуры перед средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом считаются работоспособными и выполняется диагностика узлов, следующих за средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом. В случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры, расположенного перед предыдущим средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла. Для диагностики узлов, следующих за средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом, выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры, расположенного за предыдущим средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла. Затем диагностическая информация передается узлу контроля. Новым является то, что при выборе среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла внутренние обратные связи аппаратуры, приходящие с узлов аппаратуры, расположенных за выбранным средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом, отключаются и выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла сравнивается с эталонной последовательностью при отключенных внутренних обратных связях аппаратуры. Средний промежуточный узел аппаратуры выбирается таким образом, чтобы сумма величин апостериорных вероятностей отказов узлов аппаратуры до этого промежуточного узла была примерно равна сумме величин апостериорных вероятностей отказов узлов аппаратуры после этого промежуточного узла. Величина апостериорной вероятности отказа узлов вычисляется как произведение величины безусловной вероятности отказов узлов аппаратуры на величину условной вероятности отказов узлов аппаратуры при заданном расхождении между выходной последовательностью среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла и его эталонной последовательностью. Причем внутренние обратные связи аппаратуры, приходящие с узлов аппаратуры, расположенных за выбранным средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом, отключаются последовательно друг за другом, начиная с оконечного узла аппаратуры и заканчивая выбранным средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом. При этом по цепям отключенных внутренних обратных связей аппаратуры передают тестовые последовательности, соответствующие правильно работающей аппаратуре.

Предлагаемый способ контроля аппаратуры комплексов телекодовой связи реализуется следующим образом.

Аппаратура комплексов телекодовой связи включает в себя аппаратуру на передающей и приемной сторонах. Передающая сторона, как правило, включает источник исходной информации, узлы эффективного сжатия, криптографической защиты, помехоустойчивой защиты, формирования синхронизирующей последовательности и модулятора. Приемная сторона состоит из демодулятора, узлов тактовой и цикловой синхронизации, а также узлов помехоустойчивой защиты, криптографической защиты, эффективного сжатия и получателя принятой информации. Узлы последовательно связаны между собой в перечисленном порядке, а для реализации адаптивных режимов работы между узлами возможны обратные связи. Например, возможна обратная связь с узла помехоустойчивого кодирования на приемной стороне на аналогичный узел на передающей стороне для подстройки величины блоковой длины и избыточности помехоустойчивого кода, обеспечивающего требуемую величину вероятности доведения сообщения в адаптивной радиолинии.

На вход аппаратуры комплексов телекодовой связи подается тестовая испытательная последовательность. Например, такой последовательностью может быть одно из сообщений оперативно-командной связи, длина которого составляет 256 бит. Формализованные сообщения содержат условные коды команд управления, статистические свойства которых близки к свойствам псевдослучайных последовательностей. Поэтому в качестве тестовой испытательной последовательности можно также взять последовательность максимального периода повторения или М-последовательность требуемой длины, в данном случае длины 256 бит.

Тестовая испытательная последовательность выбирается заранее и для нее известны выходные последовательности всех узлов исправной аппаратуры, которые являются эталонными последовательностями. Таким образом, эталонной последовательностью считается последовательность, которая получается при правильно функционирующей аппаратуре. Эталонные последовательности получают заранее и хранят в памяти аппаратуры. Количество таких последовательностей равно числу блоков аппаратуры, то есть их может быть довольно много, но в пределах объема памяти аппаратуры. Длина эталонной последовательности при основных методах обработки информации, используемых в аппаратуре комплексов телекодовой связи, примерно соизмерима с длиной тестовой последовательности, равной 256 бит. Например, при эффективном сжатии информации длина выходной последовательности уменьшается, при криптографической защите чаще всего остается неизменной, а при помехоустойчивом кодировании увеличивается в зависимости от скорости кода.

Затем выходная последовательность оконечного узла аппаратуры сравнивается с эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей аппаратура считается работоспособной и на этом контроль аппаратуры заканчивается. В случае несовпадения этих двух последовательностей аппаратура функционирует неправильно, и чтобы определить неисправный узел выполняется вероятностный дихотомический поиск, который заключается в делении области поиска пополам по величине вероятности отказов узлов. Для этого сначала выбирается средний промежуточный узел аппаратуры. Подход к выбору среднего промежуточного узла аппаратуры может быть различным. Например, при медианном дихотомическом поиске средний промежуточный узел делит аппаратуру примерно пополам по количеству узлов до среднего промежуточного узла и после него и количество делений, которое необходимо выполнить для нахождения неисправного узла, оценивается величиной

где n - общее число блоков в аппаратуре.

Однако такой поиск не учитывает величины вероятности отказа узлов. Если какой-то узел или группа узлов чаще выходят из строя, то и начинать контроль аппаратуры надо с узлов, наиболее подверженных отказам. Вероятностный дихотомический поиск уменьшает среднее количество попыток поиска в зависимости от распределения величин вероятностей отказов узлов. Количество узлов в группе с большой величиной вероятностей отказов узлов будет меньше, чем в группе с меньшей величиной вероятностей отказов узлов и количество попыток поиска для первой группы будет меньше, чем для второй группы. Обычно учитывают величины априорных или безусловных вероятностей отказов узлов. Если вероятности отказов узлов распределены неравномерно, то в пределе, когда один блок отказывает значительно чаще остальных, бывает достаточно выполнить только одну попытку поиска, заключающуюся в проверке работоспособности этого блока. При равномерном распределении вероятностей отказов блоков среднее число попыток поиска будет совпадать с оценкой, заданной формулой (1).

Дальнейшее уменьшение количества операций поиска неисправного блока возможно, если учитывать не величины априорных вероятностей, а величины апостериорных вероятностей отказов узлов, которые зависят как от величин априорных или безусловных вероятностей отказа узлов, так и от результатов испытаний аппаратуры. При вероятностном дихотомическом поиске средний промежуточный узел аппаратуры выбирается таким образом, чтобы сумма величин апостериорных вероятностей отказа узлов аппаратуры до этого промежуточного узла была примерно равна сумме величин апостериорных вероятностей отказа узлов аппаратуры после этого промежуточного узла. Величина апостериорной вероятности отказа i-го узла выражается формулой

где C_ν и С_е - соответственно выходная и эталонная последовательность узла,

d[C_ν,C_e] - мера схожести двух последовательностей, например, с использованием расстояния Хемминга или Евклида,

P(i) - безусловная вероятность отказа i-го узла,

P(i/d[C_ν,C_e]) - условная вероятность отказа i-го узла.

Величина безусловной вероятности P(i) отказа i-го узла вычисляется расчетным путем, исходя из структуры и топологии связей элементов узла и надежности этих элементов, заданной их производителем.

Величина условной вероятность P(i/d[C_ν,C_e]) получается на основе экспериментальных исследований. Эта величина определяется по результатам испытаний надежности узлов, например с помощью корреляционного или регрессионного анализа. Она отражает связь между искажением выходной последовательности блока и отказом того или иного блока. Например, если в выходной последовательности на передающей стороне комплекса телекодовой связи искажена синхронизирующая последовательность, то с вероятностью, близкой к 1 (0,99), неисправен узел аппаратуры комплекса телекодовой связи на передающей стороне, формирующий эту синхронизирующую последовательность. Такие испытания целесообразно проводить на этапе производства аппаратуры.

После определения среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры выходная последовательность этого узла аппаратуры сравнивается со своей эталонной последовательностью. При этом все внутренние обратные связи аппаратуры, приходящие с узлов аппаратуры, расположенных за этим выбранным средним промежуточным узлом, отключают и выходная последовательность этого среднего промежуточного узла сравнивается с эталонной последовательностью при отключенных внутренних обратных связях аппаратуры. Такое отключение может выполняться с помощью установки в цепи обратной связи схемы двухвходового логического И. При подаче на один из входов этой схемы логического 0, выход этой схемы также будет равен 0, то есть отключится. Также отключение выходов блоков возможно с помощью мультиплексора. При этом на соответствующий вход мультиплексора подается тестовая последовательность, соответствующая правильно работающей аппаратуре. Для повышения надежности диагностики внутренние обратные связи аппаратуры, приходящие с узлов аппаратуры, расположенных за выбранным средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом, отключаются начиная с оконечного узла аппаратуры и заканчивая выбранным средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом. Дополнительные элементы для отключения обратных связей увеличивают сложность блоков незначительно.

В случае совпадения выходной последовательности среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры и эталонной последовательности узлы аппаратуры перед средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом считаются работоспособными и выполняется диагностика узлов, следующих за этим средним промежуточным узлом. В случае несовпадения этих двух последовательностей выбирается новый средний по величине апостериорной вероятности отказов промежуточный узел аппаратуры, расположенный перед предыдущим средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры. Затем выходная последовательность среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры, расположенного перед предыдущим средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла. Для диагностики узлов, следующих за средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом, выходная последовательность среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры, расположенного за предыдущим средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла. Затем диагностическая информация передается узлу контроля.

Преимуществом предложенного способа является повышение точности диагностирования узлов аппаратуры телекодовой связи, а значит ее надежности при небольшом числе операций поиска неисправного узла и незначительном усложнении этих узлов из-за введения дополнительных элементов отключения обратных связей. Способ позволяет обнаруживать наиболее сложные скрытые неисправности узлов, выявление которых возможно только при достаточно длительной эксплуатации аппаратуры и которые ухудшают такой показатель надежности, как безотказность аппаратуры комплексов телекодовой связи.

Достигаемым техническим результатом способа контроля аппаратуры комплексов телекодовой связи является повышение точности диагностирования узлов аппаратуры телекодовой связи и ее надежности при небольшом числе операций поиска неисправного узла и незначительном увеличении сложности этих узлов.

На вход аппаратуры подается тестовая испытательная последовательность и выходная последовательность оконечного узла аппаратуры сравнивается с эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей аппаратура считается работоспособной. В случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры сравнивается со своей эталонной последовательностью. В случае совпадения этих двух последовательностей узлы аппаратуры перед средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом считаются работоспособными и выполняется диагностика узлов, следующих за средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом. В случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры, расположенного перед предыдущим средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла. При выборе среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла внутренние обратные связи аппаратуры, приходящие с узлов аппаратуры, расположенных за выбранным промежуточным узлом, в процессе сравнения отключаются. Повышаются точность и надежность диагностирования узлов аппаратуры телекодовой связи. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ контроля аппаратуры комплексов телекодовой связи, при котором на вход аппаратуры подается тестовая испытательная последовательность и выходная последовательность оконечного узла аппаратуры сравнивается с эталонной последовательностью, в случае совпадения этих двух последовательностей аппаратура считается работоспособной, в случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры сравнивается со своей эталонной последовательностью, в случае совпадения этих двух последовательностей узлы аппаратуры перед средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом считаются работоспособными и выполняется диагностика узлов, следующих за средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом, в случае несовпадения этих двух последовательностей выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры, расположенного перед предыдущим средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла, для диагностики узлов, следующих за средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом, выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла аппаратуры, расположенного за предыдущим средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом аппаратуры, сравнивается со своей эталонной последовательностью и так далее до обнаружения неисправного среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла, и затем диагностическая информация передается узлу контроля, отличающийся тем, что при выборе среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла внутренние обратные связи аппаратуры, приходящие с узлов аппаратуры, расположенных за выбранным средним по величине вероятности отказов промежуточным узлом, отключают, и выходная последовательность среднего по величине вероятности отказов промежуточного узла сравнивается с эталонной последовательностью при отключенных внутренних обратных связях аппаратуры, средний по величине вероятности отказов промежуточный узел аппаратуры выбирается таким образом, чтобы сумма величин апостериорных вероятностей отказов узлов аппаратуры до этого промежуточного узла была примерно равна сумме величин апостериорных вероятностей отказов узлов аппаратуры после этого промежуточного узла, величина апостериорной вероятности отказов узлов вычисляется как произведение величины безусловной вероятности отказов узлов аппаратуры на величину условной вероятности отказов узлов аппаратуры при заданном расхождении между выходной последовательностью среднего по величине апостериорной вероятности отказов промежуточного узла и его эталонной последовательностью.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внутренние обратные связи аппаратуры, приходящие с узлов аппаратуры, расположенных за выбранным средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом, отключают последовательно друг за другом, начиная с оконечного узла аппаратуры, и заканчивая выбранным средним по величине апостериорной вероятности отказов промежуточным узлом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по цепям отключенных внутренних обратных связей узлов аппаратуры передают тестовые последовательности, соответствующие правильно работающей аппаратуре.