光纤通信传输典型设备研究

可靠性分为基本可靠性和任务可靠性，基本可靠性是在规定的条件和时间内，无故障工作的能力；任务可靠性则是在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性模型是系统故障特征规律的数学描述，根据系统故障不同的用途、不同的产品和不同的建模手段，大致有可靠性框图、故障树及马尔科夫等几种模型。其中，可靠性框图更为简单直观，能够按照设备各功能单元间的逻辑关系，建立任务模型。常见的可靠性框图有串联模型、并联模型、串－并混联模型、旁联模型和表决模型等多种模型。本文将通过建立光纤通信传输系统中波分复用设备的串联可靠性框图模型，阐明设备与单板之间的关系，在设备功能原理图的基础上建立设备的可靠性框图，并按照串联方式建立设备组成单元之间完成规定功能的数学模型，根据历史故障数据得出典型光纤通信传输设备的可靠性指标，为进一步研究光纤通信传输设备的需求预测提供理论依据和约束条件。

1串联可靠性框图模型

串联模型表示组成设备的所有单板中的任意单板发生故障都会导致整个设备故障。也就是说，设备中每个单板都正常运行，才能保证设备正常工作。假设设备中有n个单板，每个单板是相互独立的，为了使整个设备正常工作，这n个单板必须正常运行。

2波分复用设备可靠性模型建立

欲建立波分复用设备可靠性模型，需要详细分析该设备的功能，在此基础上配置设备中的单板，再根据设备配置情况选择串联模型，建立可靠性框图模型。波分复用设备主要有光终端复用设备、光线路放大设备和光分插复用设备等。

2．1光终端复用设备的可靠性模型光终端复用设备（OTM）由合波盘（OMU）、分波盘（ODU）、光放大板（OAU）和光监控信道接入板（OSC）等组成。在发送端，光信号通过合波复用，经光放大、光监控信道后，进行光纤传输；在接收端，将光信号从光监控信道分离后，经光放大再分波解复用［4－5］。依据光终端复用设备功能结构，对其进行单板配置，配置情况如图1。图中OTU为光波长转换板，FIU为线路接口板，SCC为主控板，SC1为单向光监控板。结合光终端复用设备配置图，依据各个单板是串联关系，建立其可靠性框图模型，如图2。

2．2光线路放大设备的可靠性模型光线路放大设备（OLA）由OAU、OSC等组成。该设备的功能是增强衰减的光信号功率，延长光信号在光纤中的传输距离［5］。依据光线路放大设备功能结构，对其进行单板配置，配置情况如图3。图中SC2为双向光监控板。结合光线路放大设备的典型配置图，依据各个单板是串联关系，建立其可靠性框图模型，如图4。

2．3光分插复用设备的可靠性模型光分插复用设备（OADM）由OAU、OSC、光线路板（FIU）和光分插复用板（MR2）等组成，比光线路放大设备多配置一个光分插复用板。光分插复用板用来固定波长上下，可根据实际需求来配置波长数量［4］。依据光分插复用设备功能结构，对其进行单板配置，配置情况如图5所示。结合光分插复用设备配置图，建立其可靠性框图模型，如图6所示。

3波分复用设备的可靠性指标预测设备可靠性指标

的预测不仅对设备预防性维修保障、对安全管理使用起着重要作用，而且为设备数量的需求预测提供参考价值。本部分将依据相关标准，结合本文第2部分建立的可靠性框图模型及相关数学模型，计算分析得出波分复用设备的可靠性指标。

3．1可靠性指标分析采用《电子设备可靠性预计手册》对其进行可靠性指标的预测。按照电子设备的元器件寿命服从指数分布规律，可知故障率为常数。为了进一步分析光纤传输设备，需考虑单板受环境温度、人为等因素影响，得出更加具体的通用故障率数学模型。

3．2可靠性指标预测按照上述传输设备可靠性模型，运用可靠性指标预测方法，依次计算光传输典型设备的故障率与平均故障间隔时间。串联模型的设备故障率为各单板故障率之和，而平均故障间隔时间为设备故障率的倒数［1］。以光终端复用设备为例，根据每个单板的历史故障数据，代入式（4）计算，可得相应的平均故障间隔时间。合波板的故障率为1．369×10－6／h，平均故障间隔时间为73．04年；波长转换板故障率为2．657×10－6／h，平均故障间隔时间为37．63年，共有8个波长；主控板的故障率为1．021×10－6／h，平均故障间隔时间为97．94年；分波板的故障率为1．369×10－6／h，平均故障间隔时间为73．04年；光放大板的故障率为2．655×10－6／h，平均故障间隔时间为37．66年；光监控信道接入板的故障率为1．543×10－6／h，平均故障间隔时间为64．80年；光监控板的故障率为0．965×10－6／h，平均故障间隔时间为101．92年；机架的故障率为0．166×10－6／h，平均故障间隔时间为602．4年；风扇的故障率为8．601×10－6／h，平均故障间隔时间为11．62年。由于设备中各单板是串联的，将计算出的各个单板故障率和平均故障间隔时间，代入式（3），可得光终端复用设备故障率为55．385×10－6／h，平均故障间隔时间为1．80年。依次将光线路放大设备和光分插复用设备中单板按串联计算，设备的可靠性指标为各个单板的可靠性指标之和，得到相关预测值，结果如表1所示。由于光终端复用设备、光线路放大设备和光分插复用设备都是由各单板串联构成的，其可靠性模型是串联型，将设备的可靠性指标代入式（1），可得到设备的可靠度。按照相关指标［7］要求，传输系统可靠度应达到99％以上。通过本文对波分复用可靠性分析得出，光终端复用设备的平均故障间隔时间为1．80年，可靠度达到99．7％；光线路放大设备的平均故障间隔时间为4．87年，可靠度达到99．92％；光分插复用设备的平均故障间隔时间为2．03年，可靠度达到99．81％。可见，设备的平均故障间隔时间越长，其可靠度越高。表1分别列出波分复用设备可靠性指标的预测值与实际值，可以看出预测值与实际值是非常接近的，从而验证了本文所建立的可靠性模型用于设备可靠性指标的预测是可行的。

4小结

本文利用可靠性框图模型以波分复用设备为例对光纤通信传输典型设备进行了可靠性分析，依据设备中各单板的功能原理、配置，建立串联型可靠性框图模型；根据历史故障数据运用可靠性指标预测方法，得出波分复用设备各单板及设备的可靠性指标，预测结果与实际值误差较小，验证了可靠性框图模型的可行性，为进一步研究光纤通信传输设备的需求预测问题提供了理论依据和约束条件。

作者：李红卫 吴静怡 夏贵进 谢晓刚 潘青 单位：西安通信学院 信息传输系 研究生管理大队