DE19929943C2 - Verfahren zur Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines Datennetzes - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines DatennetzesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines Datennetzes, das wenigstens einen Sender, Übertragungsmittel, Leistung dämpfende und/oder verstärkende Komponenten und wenigstens einen Empfänger aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Datennetz in einzelne Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecken aufgeteilt wird, wobei für jede Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecke die Ausfallwahrscheinlichkeit getrennt bestimmt wird, DOLLAR A die Gesamtausfallwahrscheinlichkeit des Datennetzes als Summe der einzelnen Ausfallwahrscheinlichkeiten der einzelnen Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecken, abzüglich der Wahrscheinlichkeit, daß zwei oder mehr Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecken gleichzeitig ausfallen, bestimmt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung und Dimensi
onierung eines Datennetzes in mobilen Systemen, wobei jedes Da
tennetz in einzelne, zwischen einem Sender und einem Empfänger
begrenzte Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecken eingeteilt wird,
so dass jede Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecke wenigstens einen
Sender, Übertragungsmittel, die Leistung dämpfende und/oder
verstärkende Komponenten und wenigstens einen Empfänger auf
weist.
Die JP 6-30113 A offenbart ein Verfahren zum Qualitätsmanagement
bei einem Telefon-Netzwerk. Das Ziel des Verfahrens ist es, ei
nen Wert zu berechnen, der ein Maß für die Durchschaltung einer
Telefonverbindung in Abhängigkeit von der Topologie des Netzes
ist. Dabei ist der Pfad beim Durchschalten der Kommunikation
nicht bekannt, so dass der Wert geschätzt bzw. statistisch be
rechnet wird. Die JP 2-50540 A offenbart ein Verfahren zu Lokali
sierung eines Fehlers in einem bestehenden Netzwerk. Schließ
lich ist aus der JP 10-145491 A bekannt, unter Verwendung der ge
speicherten Konfiguration des Netzwerks eine Fehlerwahrschein
lichkeit zu berechnen. Alle drei Verfahren finden Anwendung bei
bereits fertig dimensionierten Telefonnetzen.
In der DE 195 38 753 A1 ist ein Pegelregelungsverfahren für
Lichtwellenleiter-Übertragungsstrecken beschrieben. In einem
optischen Datennetz sind wenigstens zwei Lichtwellenleiter-
Übertragungsstrecken vorgesehen, die über einen optischen Kopp
ler zu einem Vielkanalsystem zusammengeführt sind, und auf wel
chen sich die Pegel optischer Signale ändern. Die Pegel dieser
optischen Signale sind in den unterschiedlichen Netzabschnitten
unterschiedlich. Dies ist abhängig von unterschiedlichen Fakto
ren. Insbesondere die in diesen unterschiedlichen Streckenab
schnitten vorliegenden optischen Komponenten bewirken eine
Dämpfung des Lichtpegels. Zur Zusammenführung der Lichtwellen
leiter-Übertragungsstrecken dienen optische Koppler. Zum Ab
gleich der unterschiedlichen Pegel zur Zusammenführung der
Lichtewellenleiter-Übertragungsstrecken ist in den Lichtwellen
leiter-Übertragungsstrecken jeweils wenigstens ein automatisch
wirkender, optischer Pegelsteller vorgesehen, der den Pegel au
tomatisch angleicht. Als Pegelsteller wird beispielsweise ein
steuerbares, optisches Dämpfungsmittel vorgeschlagen.
Bei dieser Art eines Datennetzes ist von Nachteil, daß die Pe
gel zur Zusammenführung zwar ausgeglichen werden, es aber
trotzdem Pegelbudgetverletzungen am Empfänger auftreten können,
die zu einem Ausfall des Datennetzes führen können. Als Pegel
budgetverletzung kann die Empfindlichkeit des Empfängers unter
schritten werden oder der Empfänger kann übersteuert werden.
Dies ist abhängig von einem Unter- oder Überschreiten eines
empfängerabhängigen Lichtpegels. Insbesondere wird keinerlei
Vorschlag zu einer optimalen Dimensionierung des Datennetzes
offenbart.
Schließlich ist in Färber, Georg: Prozessrechentechnik, Springer-
Verlag 1979, auf Seite 136-137 eine Formel zur Be
rechnung der Verfügbarkeit eines Gesamtsystems offenbart. Die
dort angegebene Näherung für die Unverfügbarkeit des Gesamtsys
tems als Summe der Einzelunverfügbarkeiten kann aus der
Produkt-Darstellung abgeleitet werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist die Auslegung und Dimensionierung
optischer Datennetze zu unterstützen und somit die Stabilität
der optischen Datennetze zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Er
findungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche
gekennzeichnet.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin,
daß bei der Auslegung und Dimensionierung von Datennetzen be
reits eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Datennetzes ermittelt
werden kann. Dies ermöglicht eine optimierte Auslegung des Da
tennetzes, insbesondere bei der Einfügung von dämpfenden
und/oder verstärkenden Komponenten. Das Datennetz kann bereits
bei der Planung optimiert werden, so daß bei Inbetriebnahme die
Wahrscheinlichkeit der Ausfälle des Datennetzes minimiert sind.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver
bindung mit einer Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Datennet
zes,
Fig. 2 eine schematische Darstellung von Punkt-zu-Punkt-
Verbindungsstrecken in einem optischen Datennetz, sowie
Fig. 3 ein Schaubild über die Lichtpegelgrenzen des Empfängers,
sowie
Fig. 4 ein Diagramm zum Verfahrensablauf.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Da
tennetzes, wobei Schnittstellen 8 zum elektrischen Teil des
Netzwerkes bestehen. Als Ausführungsbeispiel wurde hier ein optisches
Datennetz gewählt. Das Datennetz kann aber auch ein
elektrisches Datennetz sein oder es kann eine Datenübertragung
per Funk oder Ultraschall erfolgen. Die elektrischen Leitungen
sind gestrichelt, die optischen Leitungen sind durchgezogen
dargestellt. Das optische Datennetz weist neben den Lichtwel
lenleitern als Übertragungsmittel 4, beispielsweise auch Kopp
ler 6 und Kuppler 7 als Dämpfungsglieder auf. Größen, die das
Übertragungsverhalten eines solchen optischen Systems beein
flussen können, sind neben den elektrischen Eingangsgrößen an
den Wandlermodulen vor allem Umwelteinflüsse T wie Temperatur,
Feuchtigkeit, Verschmutzungen, mechanische Beanspruchungen,
oder Chemikalieneinwirkungen. Außerdem können sich die opti
schen Eigenschaften einiger Komponenten und Module mit der Zeit
verändern, so daß auch das Alter des Systems mit in Betracht
gezogen wird. Diese Einflüsse werden bei der weiteren Betrach
tung in den Dämpfungs- und Verstärkungseigenschaften der Kompo
nenten berücksichtigt.
Fig. 2 zeigt nun eine schematische Darstellung von Punkt-zu-
Punkt-Verbindungsstrecken in einem optischen Datennetz. Um eine
Gesamtausfallwahrscheinlichkeit Wges zu bestimmen, wird das op
tische Datennetz in einzelne Teilbereiche, sogenannte Punkt-zu-
Punkt-Verbindungsstrecken eingeteilt und für jede einzelne Ver
bindungsstrecke die Ausfallwahrscheinlichkeit Wi bestimmt. Zwi
schen dem optischen Sender 1 des Netzteilnehmers i und dem op
tischen Empfänger 5 des Netzteilnehmers j sind neben optischen
Lichtleitern 4 verschiedene Dämpfungsglieder angeordnet. Die
Dämpfungsglieder sind ein Kuppler 7, ein Sternkoppler 6a, ein
Koppler 6b zur Leitungsverzweigung. Ein Datennetz in einem
Fahrzeug hat als Netzteilnehmer ein Radio, ein CD-Spieler, eine
Spracherkennungseinrichtung und andere. Die am Empfänger 6 an
kommende optische Leistung Pa kann bestimmt werden aus der Sen
deleistung Pe sowie den einzelnen Dämpfungstermen Di in der
Verbindungsstrecke.
Pa = Pe - ΣDi
Ist diese ankommende Leistung kleiner als die Grenzempfindlich
keit des Empfängers Pe, erfolgt keine fehlerfreie Umwandlung in
ein elektrisches Signal. Die Übertragung über diese Punkt-zu-
Punkt-Verbindungsstrecke ist fehlerhaft. Das gleiche Resultat
ergibt sich auch, wenn die am Empfänger 5 auftreffende Licht
leistung größer ist als dessen Übersteuerungsgrenze.
Fig. 3 zeigt ein Schaubild über die Lichtpegelgrenzen des Emp
fängers 5. Bei einer Pegelbudgetbetrachtung werden die unter
allen möglichen Umweltbedingungen spezifizierten Grenzen der
Senderausgangsleistung Pe sowie die Grenzempfindlichkeiten GE
des Empfängers 5 betrachtet. Aus dem Vergleich dieser Werte
wird die zusätzlich zugelassene oder benötigte Dämpfung der op
tischen Komponenten der Übertragungsstrecke zwischen Sender 1
und Empfänger 5 bestimmt und der Aufbau des optischen Datennet
zes festgelegt. Garantieren die Komponentenhersteller die ange
gebenen Grenzwerte kann gegebenenfalls der Ausfall der Verbin
dungsstrecke ausgeschlossen werden. Es erfolgt eine fehlerfreie
Umwandlung des optischen Signals an Empfänger 5 in ein elektri
sches Signal, wenn die ankommende Lichtleistung sich zwischen
der Grenzempfindlichkeit GE und der Übersteuerungsgrenze ÜE des
Empfängers 5 befindet. Die Sendeleistung des Senders 1 darf
Smin nicht unterschreiten, damit genügend Lichtleistung am Emp
fänger 5 ankommt, wenn die in der Verbindungsstrecke befindli
chen optischen Komponenten noch zusätzlich eine Dämpfung 10 der
Lichtleistung P verursachen. Die Ausgangsleistung des Senders 1
darf Smax nicht übersteigen, damit die am Empfänger 5 ankommen
de Lichtleistung die Übersteuerungsgrenze ÜE nicht übersteigt,
wobei die Lichtleistung zusätzlich durch die optischen Kompo
nenten gedämpft wird. Optische Komponenten können nicht nur zu
einer Dämpfung der Lichtleistung führen, insbesondere Verstär
ker, führen zu einer Verstärkung der Lichtleistung. Die am Emp
fänger 5 ankommende Lichtleistung muß sich innerhalb der Emp
findlichkeitsgrenze GE und der Übersteuerungsgrenze ÜE befin
den. Befindet sich die am Empfänger 5 ankommende Lichtleistung
nicht innerhalb dieser Grenze spricht man von einem Ausfall des
Datennetzes. Die Dämpfung oder die Verstärkung der Lichtlei
stung durch die optischen Komponenten muß hierzu betrachtet
werden.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm zum Verfahrensablauf zur Bestimmung
der Gesamtausfallwahrscheinlichkeit Wges eines optischen Daten
netzes. In 100 wird das optische Datennetz 1 in Punkt-zu-Punkt-
Verbindungsstrecken eingeteilt, die im weiteren getrennt von
einander betrachtet werden. In 110 wird in der Punkt-zu-Punkt-
Verbindungsstrecke die Wahrscheinlichkeitsdichte der Lichtdämp
fung und/oder -verstärkung der sich darin befindenden optischen
Komponenten bestimmt. Hierzu können Angaben der Hersteller ver
wendet werden. Außerdem wird die Lichtleistung des Senders 1
und die Empfindlichkeit des Empfängers 5 betrachtet. Ist die am
Empfänger 5 ankommende Lichtleistung außerhalb der weiterverar
beitbaren Lichtleistung, spricht man von einem Ausfall der
Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecke. Für jede Punkt-zu-Punkt-
Verbindungsstrecke wird dann die Ausfallwahrscheinlichkeit Wi
bestimmt. In 120 wird die Gesamtausfallwahrscheinlichkeit Wges
des Datennetzes bestimmt. Die einzelnen Punkt-zu-Punkt-
Verbindungen eines Datennetzes sind im Sinne der Ausfallwahr
scheinlichkeiten Wi voneinander unabhängig. Die Gesamtausfall
wahrscheinlichkeit Wges des Systems ist deshalb als Summe über
die Ausfallwahrscheinlichkeiten Wi aller Punkt-zu-Punkt-
Verbindungsstrecken, abzüglich der Wahrscheinlichkeit, daß zwei
oder mehr Verbindungsstrecken gleichzeitig ausfallen gegeben.
Für die Optimierung eines Datennetzes wird die Gesamtausfall
wahrscheinlichkeit Wges minimiert. Dieses Verfahren eignet sich
insbesondere bei der Dimensionierung eines optischen Datennet
zes im Feldeinsatz, beispielsweise in mobilen Systemen wie
Kraftfahrzeuge.
Claims (4)
1. Verfahren zur Auslegung und Dimensionierung eines Datennet
zes in mobilen Systemen, wobei jedes Datennetz in einzelne,
zwischen einem Sender (1) und einem Empfänger (2) begrenzte
Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecken eingeteilt wird, so dass je
de Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecke wenigstens einen Sender
(1), Übertragungsmittel (4), die Leistung dämpfende und/oder
verstärkende Komponenten und wenigstens einen Empfänger (5)
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die an einem Empfänger
(5) ankommende Leistung (P) bestimmt wird, diese auf das Über
steigen (ÜE) oder Unterschreiten (GE) eines Empfindlichkeitsbe
reichs des Empfängers (5) überprüft wird und ein Ausfall der
Punkt-zu-Punkt-Verbindungsstrecke vorliegt, wenn die an einem
Empfänger (5) auftreffenden Leistung (P) außerhalb dieses Emp
findlichkeitsbereichs liegt, daß für die einzelnen Punkt-zu-
Punkt-Verbindungsstrecken jeweils getrennt eine Ausfallwahr
scheinlichkeit Wi bestimmt wird und mittels Bestimmung der Ge
samtausfallwahrscheinlichkeit Wges aus den einzelnen voneinander
unabhängigen Ausfallwahrscheinlichkeiten Wi das Datennetz so
optimiert wird, daß die Gesamtausfallwahrscheinlichkeit Wges des
Datennetzes minimiert ist.
2. Verfahren zur Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines
Datennetzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wahrscheinlichkeitsdichte der am Empfänger (5) auftreffenden
Leistung durch Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsdichte der
Leistung des Senders (1) und der Wahrscheinlichkeitsdichte der
Dämpfung oder Verstärkung jeder in der Punkt-zu-Punkt-
Verbindungsstrecke eingefügten Komponente ermittelt wird.
3. Verfahren zur Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines
Datennetzes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wahrscheinlichkeitsdichte der Dämpfung oder Verstärkung der
Komponente von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise der Tempe
ratur, Spannungsversorgung, Verschmutzung, Alter abhängig ist.
4. Verfahren zur Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines
Datennetzes nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich
net, daß das Datennetz ein elektrisches und/oder optisches Da
tennetz und/oder ein Funk- und/oder Ultraschallnetz ist.
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