戰術通信 網絡故障模式研究

鄭志 國，張金福，徐興同

（裝備發展部部軍事代表局駐廣州地區軍代表室，廣州 510500）

戰術通信 網絡故障模式研究

鄭志 國，張金福，徐興同

（裝備發展部部軍事代表局駐廣州地區軍代表室，廣州 510500）

對戰術通信網絡的故障進行了定義，結合常見的故障給出了戰術通信網的故障模式及對戰術通信網故障產品的原因及影響進行分析，最后對戰術通信網絡按照不同層次分別給出了故障的類別及判決標準，為在不同層面故障的判決奠定基礎 。

戰術通信網絡；故障；故障模式

引言

可靠性始終是與故障做斗爭的一門科學，只有對故障及故障模式有了深入的研究才能更加了解可靠性。本文就是在結合實際運用的戰術通信網絡的基礎上，對網絡故障及故障模式進行分類和研究，對不同層面的故障提出了分類依據和判決標準，為后續通信網絡可靠性的更加深入的研究奠定基礎。

1 通信網故障定義

規定時間、規定條件和規定功能是可靠性的三個要素，對于通信網絡來講，為用戶提供通信服務則是通信網絡的規定功能，通信網絡所提供業務質量如何則可以反映出通信網絡建設的水平和能力。

相比單設備來講，通信網絡故障更加具有復雜性。從目前的研究進展來看，對通信網故障原因、產生傳播規律尚未形成統一認識，在通信網絡中同一個故障原因可能會引起不同子網絡的不同故障現象。由于網絡的復雜性造成故障原因與故障現象之間關系的錯綜復雜，因此想用故障模式來完全覆蓋網絡中出現的故障形式通常來講是比較困難的。由于戰術通信網絡應用的特殊性，在戰術通信網系統可靠性評估的工程實踐過程中，相對故障表現形式而言更應該關注故障根源發生的位置及其影響的范圍。經對戰術通信網絡所發現故障進行統計匯總，戰術通信網故障模式主要包括斷路、間歇斷路、延時、丟失、錯誤、非授權通信、非密通信等故障模式。

研究戰術通信網網絡故障主要看通信網故障的行為表現，即網絡故障的產生、傳播規律及其特性來研究的。隨著戰術通信網大規模的運用，出于經濟性的考慮，通信網絡中大規模使用大容量光纖以及大型交換機等設備，從而使得在出現故障時造成巨大的影響，并通過通信網節點間的耦合關系引發相繼故障，因此網絡故障的傳播特性和傳播規律成為網絡故障研究的一個重要內容，形成了負荷-容量模型、二值影響模型等多種傳播模型。研究發現網絡在遭受隨機攻擊的時候表現出良好的魯棒性，而針對特定節點或鏈路進行選擇性攻擊時則表現出極大的脆弱性。

2 通信網故障模式、原因及其影響

2.1 通信網故障模式

軍標中對故障模式定義：故障模式是指對產品所發生的、能被觀察和測量到的故障現象的規范性的描述。一般用現象來描述故障模式。

常見的網絡故障模式分為大致三類：

1）間歇故障或者工作時斷時續；

2）在保障用戶正常通信需求的規定的時間內不能進行有效工作；

3）工作中輸出消失或輸出性能下降；

將上述三種常見的通信網絡故障模式進行細化，本文提出戰術通信網絡故障模式主要包括斷路、間歇斷路、輸出錯誤、輸出丟失、延時超時等五種通信網絡故障模式。

2.2 通信網故障原因（見圖1）

通信網絡故障可以由網絡擁塞、設備故障或者系統故障引起，引起網絡故障的原因可以分為：內部原因和外部原因等兩大類。內部原因主要是由于通信設備的性能下降、設備軟件發生故障及設計缺陷等問題引起。外部原因是除了網絡本身以外的其他原因，如工作條件、人為原因、惡劣天氣以及使用人員操作失誤等原因。通常通信網絡引發故障是上述因素的綜合作用的結果。

通信網絡是有傳輸、交換、終端等設施和通信過程、協議以及相應支撐運行支撐系統組成的復雜系統，影響其可靠性因素很多，從網絡本身可以分為內部因素和外部因素等兩大類。通過分析，影響通信網系統可靠性的因素主要包括：網絡拓撲結構、通信網絡中的組成設備性能及其可靠性維修性水平、系統軟件可靠性、用戶對業務性能的要求、系統的故障診斷能力、運行環境、自我恢復能力、其它影響因素等八個方面的因素。外部因素是指通信網的依存和運行環境條件，又可分為可控和不可控因素。前者包括網絡的工作條件，如溫度、濕度等，后者包括自然災害、突發事件等。

2.3 通信網故障影響

不同的通信網絡故障會造成不同的影響。根據對用戶所造成的影響來看，可以將常見的通信網絡故障等級包括致命故障、嚴重故障和一般故障三類，通常定義如表1所示。

3 戰術通信網故障分類與判據

3.1 故障分類

戰術通信網絡故障的以通信業務性能下降為參考，但實際使用環境中的業務性能下降水平依賴于用戶使用通信業務的習慣和行為等因素。為此，首先需要了解網絡故障的特征，即如何描述一個網絡故障。基于上述考慮，將通信網故障按照其在網絡中層次及其影響如下進行分類和判決。

3.2 系統層故障分類與判決

圖1 網絡故障的形成機理

表1 故障嚴酷度分類

戰術通信網絡的任務包含多個網絡業務，業務不同，使用需求/要求不同，故障判據有所區別，因此需要分別針對不同的網絡業務確定故障判據。戰術通信網絡的故障定義通過“業務-故障判據”矩陣進行，如表2所示。

“業務-故障判據矩陣”表中各字段的含義如下：

業務：指在用戶使用網絡的過程中，對網絡的“操作”，即用戶對部署在網絡上的服務的訪問和使用。戰術通信網絡的業務一般包含：態勢感知信息業務、指揮控制信息業務、實時話音以及網絡控制信息業務等。

故障判據：是判斷是否構成故障的界限值。戰術通信網絡的故障一般涉及斷路故障、延時故障、數據不完整故障等，具體表達如：數據傳輸時延≥150 ms、丟包率≥1 %、抖動≥30 ms等。

在填寫“業務-故障判據”矩陣時，應注意：

戰術通信網絡故障應針對具體業務定義，體現用戶對不同業務的使用需求/要求不同，故障判據亦不同的特點。如：戰術通信網絡的指揮控制信息業務對時延、抖動性要求較高，而態勢感知信息業務對丟包率、連通的網絡節點數目要求較高，而對時延、抖動性等要求稍低。

戰術通信網絡的故障定義要結合“規定功能”展開，要體現網絡各方面的功能、性能要求。設計人員要詳細了解用戶所需要的功能（如態勢感知、指揮控制、實時話音等），并保證網絡能提供這些服務。為實現這些功能，網絡性能通常應涵蓋傳輸及時性要求、完整性要求、正確性要求等。為便于故障分析，應把用戶的功能及性能要求分門別類加以整理。

3.3 分系統層次分類與判決

戰術通信網絡在分系統層為通信車，車載通信系統典型構成是多部不同頻帶及不同功能的設備。

表2 戰術通信網絡的“業務-故障判據”矩陣表

故障判據：導致設備或者設備的一部分或將不能完成預定功能的事件或狀態。

3.3.1 責任故障

1）由于設計缺陷或制造工藝不良而造成的故障；

2）由于元器件潛在缺陷致使元器件失效而造成的故障；

3）由于軟件引起的故障；

4）間歇故障；

5）超出規范正常范圍的調整；

6）試驗期間所有非從屬故障原因引起的故障征兆 (未超出性能極限)而引起的更換；

7）無法證實原因的異常；

8）受試設備內部通信故障。

3.3.2 非責任故障

非責任故障包括：

1）誤操作引起的受試產品故障；

2）試驗設施及測試儀表故障引起的受試產品故障；

3）超出設備工作極限的環境條件和工作條件引起的受試產品故障；

4）修復過程中引入的故障；

5）將有壽器件超期使用，使得該器件產生故障及其引發的從屬故障。

3.4 設備層故障分類與判決

戰術通信網絡的設備層指車載通信設備，包括節點設備、鏈路設備、等效終端等。

網絡節點故障：導致網絡節點設備喪失交換、路由、中繼和控制等節點功能，或導致節點性能下降到不能忍受的故障。此時對某一端口故障不計入節點故障。例如路由或轉發策略控制錯誤，則判定為網絡節點故障。

網絡鏈路故障：導致網絡鏈路設備喪失節點間傳輸功能，或導致鏈路性能下降到不能忍受的故障。對相關節點某一端口故障計入鏈路故障。 例如大功率微波天線故障導致不能正常收發，則判定為網絡鏈路故障。

等效終端故障：導致等效終端面向用戶業務功能喪失，或導致等效終端性能下降到不能忍受的故障。例如電臺子網內部撥號呼叫，呼叫成功率、話音質量低于要求時，判定故障。

滿足下列情形之一者，均為設備故障：

1）不能啟動；

2）不能按預定參數初始化；

3）出現功能性缺失或錯誤；

4）性能下降到設計門限；

5）接口故障；

6）其它符合設備故障定義的故障。

4 結束語

隨著對戰術通信網絡可靠性研究的發展，基于對戰術通信業務的網絡可靠性以及基于評估需求得綜合性網絡可靠性指標體系研究越來越深入。可靠性始終是與故障做斗爭的一門科學，只有對網絡中的故障進行較好的了解和掌握才能更好的掌握通信網絡的可靠性，本文中對故障模式的分類及對網絡故障的分類和判決為后續更好的研究戰術網絡可靠性奠定了一定的基礎。

[1] GJB 899A-2009 ,可靠性鑒定和驗收試驗[S].

[2]梁雄健,孫青華,張學淵,等.通信網可靠性管理[M].北京：北京郵電大學出版社, 2004.

[3] GJB 4239-2001,裝備環境工程通用要求[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

鄭志國（1979-），男,山東東平，工程師，碩士，研究方向：電子產品可靠性與環境適應性等。

軍內科研項目:項目編號為TZ-JDJ-Y-A-2014-002 項目級別：重點項目 項目名稱：戰術通信網絡可靠性指標體系研究