доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Электрическая связь» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I
аспирант кафедры «Электрическая связь» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I
Актуальность: технология сетей TSN является перспективным и активно разрабатываемым институтом IEEE направлением, которое дает возможность эффективно использовать стандарт Ethernet для надежной своевременной передачи трафика разного характера и различной степени критичности к задержкам.
Цель: разработка имитационной полумарковской модели для исследования надежности устройств TSN, позволяющей гибко оценивать вероятностные характеристики надежности и их изменения в динамике.
Методы: имитационное моделирование с использованием языка программирования Python, а также методы теории марковских и полумарковских процессов, методы обработки данных временны́х рядов.
Результаты: разработана полумарковская модель, благодаря которой можно учесть сложные неявные зависимости между прошлыми состояниями устройства и текущими вероятностями переходов, разработан вариант сценария работы модели, включающий в себя набор различных влияющих факторов, а также показано, что предлагаемая модель позволяет получить динамическую картину изменения показателей надежности устройства, отличную от результатов, получаемых с помощью традиционных аналитических подходов. Кроме того, произведена верификация результатов имитационного моделирования, определен метод их сглаживания и обоснован его выбор, а также показана весьма малая величина отклонения статистических результатов имитационной модели от аналитических.
Новизна заключается в отличии предлагаемого подхода к оценке показателей надежности устройств, основанного на статистическом имитационном моделировании, от классических методов, а также создании комплексных многофакторных сценариев поведения устройства.
Практическая значимость: результаты работы показывают возможность применения имитационного моделирования для прогнозирования в задачах надежности, динамического учета с его помощью сложных процессов деградации и восстановления устройства в ходе эксплуатации и, таким образом, могут быть в дальнейшем использованы при оценке показателей надежности различных телекоммуникационных и других технических устройств.
Relevance: TSN technology is a promising direction of the Ethernet standard actively developed by IEEE which allows Ethernet to be effectively used for reliable timely transmission of traffic of various types and varying degrees of delay criticality.
Purpose: development of a semi-Markov simulation model for studying the reliability of TSN devices which allows to flexibly estimate probabilistic reliability characteristics and their dynamical changes.
Methods: simulation modeling in Python programming language, methods of the theory of Markov and semi-Markov processes, methods of time series data processing.
Results: a semi-Markov model has been developed that allows considering complex implicit dependencies between past device states and current transition probabilities; a variant of the model's operation scenario has been developed that includes a set of various influencing factors, and it has also been shown that the proposed model provides a dynamic view of device reliability parameters changes that differs from the results obtained using traditional analytical approaches. In addition, the simulation results have been verified, the smoothing method has been chosen and its choice has been justified, and a very small deviation of the statistical results of the simulation model from the analytical ones has been shown.
Novelty: the novelty lies in the difference between classical methods and the proposed approach to estimating device reliability parameters based on statistical simulation, as well as in the creation of complex multifactorial scenarios of device behavior.
Practical significance: the results of the work show the possibility of using simulation modeling for forecasting reliability problems, dynamically accounting for complex processes of degradation and restoration of a device during operation and, thus, can be further used in estimating the reliability parameters of various telecommunications and other technical devices.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.