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可靠性分為基本可靠性和任務可靠性，基本可靠性是在規定的條件和時間內，無故障工作的能力；任務可靠性則是在規定的條件下完成規定功能的能力。可靠性模型是系統故障特征規律的數學描述，根據系統故障不同的用途、不同的產品和不同的建模手段，大致有可靠性框圖、故障樹及馬爾科夫等幾種模型。其中，可靠性框圖更為簡單直觀，能夠按照設備各功能單元間的邏輯關系，建立任務模型。常見的可靠性框圖有串聯模型、并聯模型、串－并混聯模型、旁聯模型和表決模型等多種模型。本文將通過建立光纖通信傳輸系統中波分復用設備的串聯可靠性框圖模型，闡明設備與單板之間的關系，在設備功能原理圖的基礎上建立設備的可靠性框圖，并按照串聯方式建立設備組成單元之間完成規定功能的數學模型，根據歷史故障數據得出典型光纖通信傳輸設備的可靠性指標，為進一步研究光纖通信傳輸設備的需求預測提供理論依據和約束條件。

1串聯可靠性框圖模型

串聯模型表示組成設備的所有單板中的任意單板發生故障都會導致整個設備故障。也就是說，設備中每個單板都正常運行，才能保證設備正常工作。假設設備中有n個單板，每個單板是相互獨立的，為了使整個設備正常工作，這n個單板必須正常運行。

2波分復用設備可靠性模型建立

欲建立波分復用設備可靠性模型，需要詳細分析該設備的功能，在此基礎上配置設備中的單板，再根據設備配置情況選擇串聯模型，建立可靠性框圖模型。波分復用設備主要有光終端復用設備、光線路放大設備和光分插復用設備等。

2．1光終端復用設備的可靠性模型光終端復用設備（OTM）由合波盤（OMU）、分波盤（ODU）、光放大板（OAU）和光監控信道接入板（OSC）等組成。在發送端，光信號通過合波復用，經光放大、光監控信道后，進行光纖傳輸；在接收端，將光信號從光監控信道分離后，經光放大再分波解復用［4－5］。依據光終端復用設備功能結構，對其進行單板配置，配置情況如圖1。圖中OTU為光波長轉換板，FIU為線路接口板，SCC為主控板，SC1為單向光監控板。結合光終端復用設備配置圖，依據各個單板是串聯關系，建立其可靠性框圖模型，如圖2。

2．2光線路放大設備的可靠性模型光線路放大設備（OLA）由OAU、OSC等組成。該設備的功能是增強衰減的光信號功率，延長光信號在光纖中的傳輸距離［5］。依據光線路放大設備功能結構，對其進行單板配置，配置情況如圖3。圖中SC2為雙向光監控板。結合光線路放大設備的典型配置圖，依據各個單板是串聯關系，建立其可靠性框圖模型，如圖4。

2．3光分插復用設備的可靠性模型光分插復用設備（OADM）由OAU、OSC、光線路板（FIU）和光分插復用板（MR2）等組成，比光線路放大設備多配置一個光分插復用板。光分插復用板用來固定波長上下，可根據實際需求來配置波長數量［4］。依據光分插復用設備功能結構，對其進行單板配置，配置情況如圖5所示。結合光分插復用設備配置圖，建立其可靠性框圖模型，如圖6所示。

3波分復用設備的可靠性指標預測設備可靠性指標

的預測不僅對設備預防性維修保障、對安全管理使用起著重要作用，而且為設備數量的需求預測提供參考價值。本部分將依據相關標準，結合本文第2部分建立的可靠性框圖模型及相關數學模型，計算分析得出波分復用設備的可靠性指標。

3．1可靠性指標分析采用《電子設備可靠性預計手冊》對其進行可靠性指標的預測。按照電子設備的元器件壽命服從指數分布規律，可知故障率為常數。為了進一步分析光纖傳輸設備，需考慮單板受環境溫度、人為等因素影響，得出更加具體的通用故障率數學模型。

3．2可靠性指標預測按照上述傳輸設備可靠性模型，運用可靠性指標預測方法，依次計算光傳輸典型設備的故障率與平均故障間隔時間。串聯模型的設備故障率為各單板故障率之和，而平均故障間隔時間為設備故障率的倒數［1］。以光終端復用設備為例，根據每個單板的歷史故障數據，代入式（4）計算，可得相應的平均故障間隔時間。合波板的故障率為1．369×10－6／h，平均故障間隔時間為73．04年；波長轉換板故障率為2．657×10－6／h，平均故障間隔時間為37．63年，共有8個波長；主控板的故障率為1．021×10－6／h，平均故障間隔時間為97．94年；分波板的故障率為1．369×10－6／h，平均故障間隔時間為73．04年；光放大板的故障率為2．655×10－6／h，平均故障間隔時間為37．66年；光監控信道接入板的故障率為1．543×10－6／h，平均故障間隔時間為64．80年；光監控板的故障率為0．965×10－6／h，平均故障間隔時間為101．92年；機架的故障率為0．166×10－6／h，平均故障間隔時間為602．4年；風扇的故障率為8．601×10－6／h，平均故障間隔時間為11．62年。由于設備中各單板是串聯的，將計算出的各個單板故障率和平均故障間隔時間，代入式（3），可得光終端復用設備故障率為55．385×10－6／h，平均故障間隔時間為1．80年。依次將光線路放大設備和光分插復用設備中單板按串聯計算，設備的可靠性指標為各個單板的可靠性指標之和，得到相關預測值，結果如表1所示。由于光終端復用設備、光線路放大設備和光分插復用設備都是由各單板串聯構成的，其可靠性模型是串聯型，將設備的可靠性指標代入式（1），可得到設備的可靠度。按照相關指標［7］要求，傳輸系統可靠度應達到99％以上。通過本文對波分復用可靠性分析得出，光終端復用設備的平均故障間隔時間為1．80年，可靠度達到99．7％；光線路放大設備的平均故障間隔時間為4．87年，可靠度達到99．92％；光分插復用設備的平均故障間隔時間為2．03年，可靠度達到99．81％。可見，設備的平均故障間隔時間越長，其可靠度越高。表1分別列出波分復用設備可靠性指標的預測值與實際值，可以看出預測值與實際值是非常接近的，從而驗證了本文所建立的可靠性模型用于設備可靠性指標的預測是可行的。

4小結

本文利用可靠性框圖模型以波分復用設備為例對光纖通信傳輸典型設備進行了可靠性分析，依據設備中各單板的功能原理、配置，建立串聯型可靠性框圖模型；根據歷史故障數據運用可靠性指標預測方法，得出波分復用設備各單板及設備的可靠性指標，預測結果與實際值誤差較小，驗證了可靠性框圖模型的可行性，為進一步研究光纖通信傳輸設備的需求預測問題提供了理論依據和約束條件。

作者：李紅衛 吳靜怡 夏貴進 謝曉剛 潘青 單位：西安通信學院 信息傳輸系 研究生管理大隊