DE19929943C2

DE19929943C2 - Verfahren zur Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit eines Datennetzes

Info

Publication number: DE19929943C2
Application number: DE19929943A
Authority: DE
Inventors: Peter Merget; Dieter Seidl; Eberhard Zeeb
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP3436517B2; EP1065826A2; DE19929943A1; EP1065826A3; US6598184B1; JP2001136167A

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 W_ges zu bestimmen, wird das op tische Datennetz in einzelne Teilbereiche, sogenannte Punkt-zu- Punkt-Verbindungsstrecken eingeteilt und für jede einzelne Ver bindungsstrecke die Ausfallwahrscheinlichkeit W_i 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 P_a 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 P_e 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 W_ges 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 W_i bestimmt. In 120 wird die Gesamtausfallwahrscheinlichkeit W_ges des Datennetzes bestimmt. Die einzelnen Punkt-zu-Punkt- Verbindungen eines Datennetzes sind im Sinne der Ausfallwahr scheinlichkeiten W_i voneinander unabhängig. Die Gesamtausfall wahrscheinlichkeit W_ges des Systems ist deshalb als Summe über die Ausfallwahrscheinlichkeiten W_i 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 W_ges minimiert. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere bei der Dimensionierung eines optischen Datennet zes im Feldeinsatz, beispielsweise in mobilen Systemen wie Kraftfahrzeuge.

Claims

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 W_i bestimmt wird und mittels Bestimmung der Ge samtausfallwahrscheinlichkeit W_ges aus den einzelnen voneinander unabhängigen Ausfallwahrscheinlichkeiten W_i das Datennetz so optimiert wird, daß die Gesamtausfallwahrscheinlichkeit W_ges 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.