战术通信 网络故障模式研究

郑志 国，张金福，徐兴同

（装备发展部部军事代表局驻广州地区军代表室，广州 510500）

战术通信 网络故障模式研究

郑志 国，张金福，徐兴同

（装备发展部部军事代表局驻广州地区军代表室，广州 510500）

对战术通信网络的故障进行了定义，结合常见的故障给出了战术通信网的故障模式及对战术通信网故障产品的原因及影响进行分析，最后对战术通信网络按照不同层次分别给出了故障的类别及判决标准，为在不同层面故障的判决奠定基础 。

战术通信网络；故障；故障模式

引言

可靠性始终是与故障做斗争的一门科学，只有对故障及故障模式有了深入的研究才能更加了解可靠性。本文就是在结合实际运用的战术通信网络的基础上，对网络故障及故障模式进行分类和研究，对不同层面的故障提出了分类依据和判决标准，为后续通信网络可靠性的更加深入的研究奠定基础。

1 通信网故障定义

规定时间、规定条件和规定功能是可靠性的三个要素，对于通信网络来讲，为用户提供通信服务则是通信网络的规定功能，通信网络所提供业务质量如何则可以反映出通信网络建设的水平和能力。

相比单设备来讲，通信网络故障更加具有复杂性。从目前的研究进展来看，对通信网故障原因、产生传播规律尚未形成统一认识，在通信网络中同一个故障原因可能会引起不同子网络的不同故障现象。由于网络的复杂性造成故障原因与故障现象之间关系的错综复杂，因此想用故障模式来完全覆盖网络中出现的故障形式通常来讲是比较困难的。由于战术通信网络应用的特殊性，在战术通信网系统可靠性评估的工程实践过程中，相对故障表现形式而言更应该关注故障根源发生的位置及其影响的范围。经对战术通信网络所发现故障进行统计汇总，战术通信网故障模式主要包括断路、间歇断路、延时、丢失、错误、非授权通信、非密通信等故障模式。

研究战术通信网网络故障主要看通信网故障的行为表现，即网络故障的产生、传播规律及其特性来研究的。随着战术通信网大规模的运用，出于经济性的考虑，通信网络中大规模使用大容量光纤以及大型交换机等设备，从而使得在出现故障时造成巨大的影响，并通过通信网节点间的耦合关系引发相继故障，因此网络故障的传播特性和传播规律成为网络故障研究的一个重要内容，形成了负荷-容量模型、二值影响模型等多种传播模型。研究发现网络在遭受随机攻击的时候表现出良好的鲁棒性，而针对特定节点或链路进行选择性攻击时则表现出极大的脆弱性。

2 通信网故障模式、原因及其影响

2.1 通信网故障模式

军标中对故障模式定义：故障模式是指对产品所发生的、能被观察和测量到的故障现象的规范性的描述。一般用现象来描述故障模式。

常见的网络故障模式分为大致三类：

1）间歇故障或者工作时断时续；

2）在保障用户正常通信需求的规定的时间内不能进行有效工作；

3）工作中输出消失或输出性能下降；

将上述三种常见的通信网络故障模式进行细化，本文提出战术通信网络故障模式主要包括断路、间歇断路、输出错误、输出丢失、延时超时等五种通信网络故障模式。

2.2 通信网故障原因（见图1）

通信网络故障可以由网络拥塞、设备故障或者系统故障引起，引起网络故障的原因可以分为：内部原因和外部原因等两大类。内部原因主要是由于通信设备的性能下降、设备软件发生故障及设计缺陷等问题引起。外部原因是除了网络本身以外的其他原因，如工作条件、人为原因、恶劣天气以及使用人员操作失误等原因。通常通信网络引发故障是上述因素的综合作用的结果。

通信网络是有传输、交换、终端等设施和通信过程、协议以及相应支撑运行支撑系统组成的复杂系统，影响其可靠性因素很多，从网络本身可以分为内部因素和外部因素等两大类。通过分析，影响通信网系统可靠性的因素主要包括：网络拓扑结构、通信网络中的组成设备性能及其可靠性维修性水平、系统软件可靠性、用户对业务性能的要求、系统的故障诊断能力、运行环境、自我恢复能力、其它影响因素等八个方面的因素。外部因素是指通信网的依存和运行环境条件，又可分为可控和不可控因素。前者包括网络的工作条件，如温度、湿度等，后者包括自然灾害、突发事件等。

2.3 通信网故障影响

不同的通信网络故障会造成不同的影响。根据对用户所造成的影响来看，可以将常见的通信网络故障等级包括致命故障、严重故障和一般故障三类，通常定义如表1所示。

3 战术通信网故障分类与判据

3.1 故障分类

战术通信网络故障的以通信业务性能下降为参考，但实际使用环境中的业务性能下降水平依赖于用户使用通信业务的习惯和行为等因素。为此，首先需要了解网络故障的特征，即如何描述一个网络故障。基于上述考虑，将通信网故障按照其在网络中层次及其影响如下进行分类和判决。

3.2 系统层故障分类与判决

图1 网络故障的形成机理

表1 故障严酷度分类

战术通信网络的任务包含多个网络业务，业务不同，使用需求/要求不同，故障判据有所区别，因此需要分别针对不同的网络业务确定故障判据。战术通信网络的故障定义通过“业务-故障判据”矩阵进行，如表2所示。

“业务-故障判据矩阵”表中各字段的含义如下：

业务：指在用户使用网络的过程中，对网络的“操作”，即用户对部署在网络上的服务的访问和使用。战术通信网络的业务一般包含：态势感知信息业务、指挥控制信息业务、实时话音以及网络控制信息业务等。

故障判据：是判断是否构成故障的界限值。战术通信网络的故障一般涉及断路故障、延时故障、数据不完整故障等，具体表达如：数据传输时延≥150 ms、丢包率≥1 %、抖动≥30 ms等。

在填写“业务-故障判据”矩阵时，应注意：

战术通信网络故障应针对具体业务定义，体现用户对不同业务的使用需求/要求不同，故障判据亦不同的特点。如：战术通信网络的指挥控制信息业务对时延、抖动性要求较高，而态势感知信息业务对丢包率、连通的网络节点数目要求较高，而对时延、抖动性等要求稍低。

战术通信网络的故障定义要结合“规定功能”展开，要体现网络各方面的功能、性能要求。设计人员要详细了解用户所需要的功能（如态势感知、指挥控制、实时话音等），并保证网络能提供这些服务。为实现这些功能，网络性能通常应涵盖传输及时性要求、完整性要求、正确性要求等。为便于故障分析，应把用户的功能及性能要求分门别类加以整理。

3.3 分系统层次分类与判决

战术通信网络在分系统层为通信车，车载通信系统典型构成是多部不同频带及不同功能的设备。

表2 战术通信网络的“业务-故障判据”矩阵表

故障判据：导致设备或者设备的一部分或将不能完成预定功能的事件或状态。

3.3.1 责任故障

1）由于设计缺陷或制造工艺不良而造成的故障；

2）由于元器件潜在缺陷致使元器件失效而造成的故障；

3）由于软件引起的故障；

4）间歇故障；

5）超出规范正常范围的调整；

6）试验期间所有非从属故障原因引起的故障征兆 (未超出性能极限)而引起的更换；

7）无法证实原因的异常；

8）受试设备内部通信故障。

3.3.2 非责任故障

非责任故障包括：

1）误操作引起的受试产品故障；

2）试验设施及测试仪表故障引起的受试产品故障；

3）超出设备工作极限的环境条件和工作条件引起的受试产品故障；

4）修复过程中引入的故障；

5）将有寿器件超期使用，使得该器件产生故障及其引发的从属故障。

3.4 设备层故障分类与判决

战术通信网络的设备层指车载通信设备，包括节点设备、链路设备、等效终端等。

网络节点故障：导致网络节点设备丧失交换、路由、中继和控制等节点功能，或导致节点性能下降到不能忍受的故障。此时对某一端口故障不计入节点故障。例如路由或转发策略控制错误，则判定为网络节点故障。

网络链路故障：导致网络链路设备丧失节点间传输功能，或导致链路性能下降到不能忍受的故障。对相关节点某一端口故障计入链路故障。 例如大功率微波天线故障导致不能正常收发，则判定为网络链路故障。

等效终端故障：导致等效终端面向用户业务功能丧失，或导致等效终端性能下降到不能忍受的故障。例如电台子网内部拨号呼叫，呼叫成功率、话音质量低于要求时，判定故障。

满足下列情形之一者，均为设备故障：

1）不能启动；

2）不能按预定参数初始化；

3）出现功能性缺失或错误；

4）性能下降到设计门限；

5）接口故障；

6）其它符合设备故障定义的故障。

4 结束语

随着对战术通信网络可靠性研究的发展，基于对战术通信业务的网络可靠性以及基于评估需求得综合性网络可靠性指标体系研究越来越深入。可靠性始终是与故障做斗争的一门科学，只有对网络中的故障进行较好的了解和掌握才能更好的掌握通信网络的可靠性，本文中对故障模式的分类及对网络故障的分类和判决为后续更好的研究战术网络可靠性奠定了一定的基础。

[1] GJB 899A-2009 ,可靠性鉴定和验收试验[S].

[2]梁雄健,孙青华,张学渊,等.通信网可靠性管理[M].北京：北京邮电大学出版社, 2004.

[3] GJB 4239-2001,装备环境工程通用要求[S].

Research on Failure Mode of Tactical Communication Network

ZHENG Zhi-guo, ZHANG Jin-fu, XU Xing-tong
(Military Representative Office of Equipment Development Department in Guangzhou, Guangzhou 510500)

This paper defines the failure of tactical communication network.The tactical communication network failure model is given according to the common failures, and then this paper analyzes the causes and effects of tactical communication network.Finally, this paper puts forwards the failure categories and judgment standard of the different levels for tactical communication network, and provides foundation for decision in different levels of failure.

tactical communication network; failure; failure mode

TB114.3

A

1004-7204（2016）05-0099-04

郑志国（1979-），男,山东东平，工程师，硕士，研究方向：电子产品可靠性与环境适应性等。

军内科研项目:项目编号为TZ-JDJ-Y-A-2014-002 项目级别：重点项目 项目名称：战术通信网络可靠性指标体系研究