科技信息

2009

年 第 7 期

SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION

1．

光纤通信系统可用性能描述

光纤通信系统可用度是指光纤通信系统可以提供正确服务的能

力, 即考察一个足够长的时间段内光纤通信系统能有效的传输的 概
率，它是为可修复系统提出的,是可靠性和可维护性的综合描述。 对于
不可修复系统可用度与可靠性相等。

光纤通信系统的可用度由两个方面共同决定：一个是设备的可用

度，一个是光纤路由的可用度。 常用的光纤通信系统为了提高可用度
一般采用主、备用设备，实行 1+1 热备份，在主、备用之间设有切换装
置，切换装置的可用度也影响着整个通信系统的可用度。 这几个方面
的因素在实际系统中都有较大的随机性，相互之间是一个动态的行为
来保证系统的可靠运行。 传输通道一般也是采用 1 十 1 备份，通常有
两种方式：一是备份光纤同主用光纤处在同一光缆中，当光缆中断时
主备用光纤均中断；二是采用路由备份，即主用光纤和备用光纤处在
不同的光缆中，保证传输路由的不同。 在 1+1 热备份保护中，我们认为
在用设备（路由）即为主用设备（路由），而处于保护状态下尚未在使用
的设备（路由）为备用设备（路由），主用设备（路由）和备用设备（路由）
是动态的、相对的。

在此以采用统一路由、设备实行 1＋1 热备份保护的光纤通信系统

为例，用 GSPN 模型对其进行可用度分析，其组成模型可归纳总结如
图 1。

图 1 一种光纤通信系统模型

完成 A、B 两地信息传输的光纤通信系统由主备用设备单元 、切

换单元、路由机制共同保证。 以图 1 形式组网的光纤通信系统可以分
为两个子系统：设备子系统和路由子系统。 设备子系统包括主用、备用
单元和切换单元，路由子系统由统一路由构成。 光纤通信系统的可用
度由设备子系统的可用度和路由子系统的可用度共同决定，设备子系
统和路由子系统为串联连接，因此光纤通信系统的可用度为设备子系
统可用度和路由子系统可用度的乘积。

当光纤通信系统中某部分出现故障时，维护单位要对故障部分进

行修复，经修复的光纤通信系统可以完全恢复到可用。 通常在修复过
程中针对不同的故障情况提供不同的维修方式，为跟实际情况相吻合
本文假设当系统出现的部分故障不影响到通信时维护单位修复速度
相对较慢，而当系统故障导致通信中断时，维护单位对系统进行紧急
抢修，对故障部件同时进行快速修复。

2．

光纤通信系统可用性能

GSPN

模型

2．1 设备子系统可用性能 GSPN 模型

设备子系统为光纤通信系统 1+1 热备份保护部分。 热备份中备用

单元与主用单元同时处于工作状态，并且备用单元同主用单元一样具
有其特定的失效率。 在切换单元正常时，当原主用单元故障，原备用单
元转换为主用单元。 通常热备份状态下的主备用切换时间很短，本文
假设转换时间为零。 图 2 是处于 1＋1 热备份保护的可维修设备子系统

GSPN 模型。

位置 P0、P1、P2 有标记分别表示主用单元工作正常、切换单元工

作正常、备用单元工作正常；时间变迁 T0、T1、T2 分别模拟主用单元、
切换单元和备用单元发生失效的过程； P3、P4、P5 中标记表示主用单
元失效待修、切换单元失效待修和备用 单 元 失 效 待 修 ；时 间 变 迁 T3、

T4 分别模拟设备子系统未失效情况下对切换单元和备用单元进行维

修 的 过 程 ；瞬 时 变 迁 T7、T8、T9 分别模拟主用单元故障 、备 用 单 元 正
常、切换单元正常情况下的主备用单元的切换、主用单元故障切换单
元故障下的设备子系统失效、主用单元故障和备用单元故障情况下的
设 备 子 系 统 失 效 ； P6、P7 分别表示主用单元故障切换单元故障下的
设备子系统失效和主用单元失效、备用单元失效情况下的设备子系统
失效状态， 有标记表示失效发生；T5、T6 分别模拟两种失效情况下对
故障单元进行集中抢修的过程。

图 2 可维修的设备子系统可用度 GSPN 模型

2．2 路由子系统 GSPN 模型

路由子系统无备份切换部分，比较简单。 路由子系统按其失效率

失效变成不可用，而维护单位在路由子系统失效造成整个光纤通信系
统不可用时对其进行紧急抢修。路由子系统的 GSPN 模型描述如图 3。

图 3 路由子系统 GSPN 模型

位置 P0、P1 有标记分别表示路由子系统工作正常和故障；时间变

迁 T0、T1 分别模拟路由子系统的故障发生和对路由进行抢修过程。

3．

可用性能

GSPN

模型的分析计算

3．1GSPN 模型的分析方法步骤

用 GSPN 对系统性能进行分析时按如下步骤:

3．1．1 对系统进行建模，获得 GSPN 模型；
3．1．2 构造与 GSPN 同构的嵌入马尔可夫链(EMC)；
3．1．3 从嵌入马尔可夫链中移去消失状态 ，在 压 缩 的 EMC 上 进 行

稳定概率的系统性能分析。 构造嵌入马尔可夫链及性能分析的方法
为：设有一个与 GSPN 同构的 EMC，移去消失状态后得到 EMC'，再构
造相应马尔可夫链。 各状态对应的稳定概率的求解公式为：

基于广义随机 Petri 网的光纤通信系统可用性能分析

黄雪梅

1

胡建生

2

魏功辉

1

魏泽邦

1

（

1.

中国人民解放军理工大学通信工程学院 江苏 南京

210007

；

2.

中国人民解放军理工大学理学院 江苏 南京

210014

）

【摘

要】光纤通信系统可用度标志着光纤通信系统可以提供正确服务的能力，由设备可用度和光纤路由的可用度共同决定，本文对这两

个因素进行了分析模拟和验证，最后运用 GSPN 的求解方法对该光纤通信系统性能进行了计算分析，证明了用广义随机 petri 网分析光纤通信
系统方法的可行性。

【关键词】光纤通信系统；热备份；广义随机

petri 网

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